专利名称：一种二段式潜流湿地污水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种城市生活污水处理技术，特别是一种二段式潜流湿地污水处理方法，该技术特别适合小城镇和居民区生活污水的净化处理。
背景技术：
人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，它是一种由人工建造和监督控制的、类似沼泽地的地面，利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。与传统的污水二级生化处理工艺相比，人工湿地具有净化效果好、工艺设备简单、运转维护管理方便、能耗低、系统配置可塑性强、对负荷变化适应性强、工程基建和运行费用低、出水具有一定的生物安全性、生态环境效益显著、可实现废水的资源化等特点，它正越来越多地得到人们的关注。近10年来，国外人工湿地发展迅速，已成为中小城市污水处理的主要处理设施，这项技术同样也是适合我国国情的一项污水处理技术，尤其适合小城市和居民区的生活污水处理。
运用人工湿地处理污水的历史可追溯到1903年，建在英国约克郡Earby的这个被认作世界上第一处用于处理污水的人工湿地连续运行直到1992年，而人工湿地处理污水工艺在世界各地受到重视并被运用，还是在本世纪70年代德国学者Kickuth提出根区法(The Root-Zone-Method)理论之后开始的。第一个完整的人工湿地的试验始于1974年，是在德国的Othfrensen进行的。近10年来，英国、德国、法国、澳大利亚、巴西、荷兰等国人工湿地发展迅速，它不仅成为中小城镇的重要污水处理措施，而且也成为雨水处理、工业废水处理的重要技术。目前，欧洲已有数以百计的人工湿地在运行之中，其处理规模有大有小，规模最小的仅处理一家一户的废水(湿地面积约为40m2)，规模大的占地达5000m2，用以处理人口在1000人以上的村镇排放的生活污水。最近，在一些发展中国家也开始应用人工湿地技术处理城市污水。
我国在“七五”期间开展人工湿地的研究，分别在北京昌平、深圳白泥坑、天津等地建成不同处理规模的人工湿地处理工程，现在已发展到实际应用阶段。
根据污水在人工湿地中的流动方式可以把人工湿地划分为自由表面流人工湿地和潜流型人工湿地两种类型。国外所建成的人工湿地中，潜流型人工湿地占相当大的比例。如在新西兰使用的大约80个人工湿地系统中，表面流湿地占45％，潜流型人工湿地占33％，混合型人工湿地占14％。在美国、欧洲、澳大利亚和南非等地已建成的和正在建设的人工湿地处理系统中，大部分是潜流型湿地。
水平潜流人工湿地是潜流湿地中的一种，因污水从一端水平流过填料床而得名。与自由表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷和污染负荷大，对BOD、COD、SS、重金属等污染指标的去除效果好，且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统。它的缺点是控制相对复杂，脱氮、除磷的效果不佳。
潜流湿地中氮的去除主要是通过微生物的硝化、反硝化作用，植物吸收和挥发作用，基质的吸附、过滤、沉淀以及氨的挥发等。硝化、反硝化作用是最主要的途径，在处理过程中，氨氮在硝化细菌作用下被转化为硝态氮，后者进一步被反硝化细菌转化为游离氮气，其中硝化作用是整个氮转化过程中的限制性步骤。硝化细菌由两大生理群组成，氧化氨氮为亚硝态氮的亚硝化细菌和氧化亚硝态氮为硝态氮的硝化细菌。这两大类菌群协同作用，共同将氨氮转化为硝态氮。研究表明，污水中硝化细菌的浓度与硝化速率成正比，故提高硝化细菌的浓度对生物脱氮具有十分重要的意义。常规潜流湿地污水处理系统中有机物污染物和氮磷的去除在同一构筑物中完成，由于硝化细菌是化能自养菌，生长速度极其缓慢，在和异养菌的竞争中不占优势，因此在普通潜流湿地污水处理系统中硝化细菌不能成为优势菌群，导致系统脱氮效率低。
湿地对磷的去除是通过微生物的积累、植物的吸收和填料床的物理化学等几方面的协同作用完成的。总体说来，磷在湿地系统中的转化途径主要为有机磷在微生物作用下分解氧化，菌、藻及其他生物吸收无机磷合成新细胞，以及可溶性磷与不可溶性磷之间的转化。不同的基质对磷的去除率有很大的影响。潜流湿地中基质的理化性质对磷的去除率有很大影响，通过基质的筛选可以显著提高潜流型湿地系统的除磷能力。
为提高水平潜流湿地的脱氮除磷效果，一些学者进行了多种尝试，如采用周期性的改变水深促使根系向纵深生长，增加暴露水面或地表漫流区以促进表面复氧作用；采用间歇布水的方式；采用频繁注入和循环的多个平行床系统使大气中的氧进入到介质中；通过给湿地系统增设输气管，利用慢灌快排使系统充分进气，以增加内部溶解氧的含量来提高系统的硝化反应能力。以及采用沸石作为潜流湿地的基质，利用沸石对氨氮的吸附能力提高系统对氨氮的去除能力，但是由于沸石对氨氮的吸附能力有限，经过一段时间后会出现饱和现象，而沸石再生则需要很高的成本，由此限制了该方法的使用。提高除磷能力的方法主要是通过筛选对磷具有良好吸附能力的基质，如页岩等。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中潜流湿地对氮磷去除效率低的缺点，提供一种二段式的潜流湿地污水处理工艺，该处理技术能够高效地去除污水中的污染物，特别是能够提高潜流湿地对氮磷的去除效果。
该发明的方法是一种建立在二段式潜流湿地处理系统基础上的污水处理过程，该污水处理系统由格栅、沉淀池、A、B两段潜流湿地处理单元组成，先将待处理的污水经过格栅除去大的固体物，再经过沉淀池沉淀去除小的固体物，然后将污水先后排入A、B两段潜流湿地处理单元，分别停留一定时间，周期性地向B段潜流湿地处理单元中投加硝化细菌，对从B段潜流湿地处理单元中流出的水进行消毒即可获得清水，该处理系统的主要特点如下(1)本发明所采用污水处理系统由A段和B段两个串联的潜流湿地污水处理单元组成，A、B两段潜流湿地处理单元的长宽比为2-5∶1，长宽优选20米和10米，深为1-1.5米。
(2)本发明的A、B两段潜流湿地处理单元地表种植的植物为已经证明具有很高输氧能力，并且对氮磷等污染物具有良好吸收同化能力的植物，主要为美人蕉、菖蒲、千屈菜中的一种或几种组合。
(3)本发明的A、B两段潜流湿地处理单元所采用的基质为两种物质按一定比例组合的复合填料，这些填料对氮磷等元素具有很好的结合能力，同时又可作为微生物和植物生长的载体和基质。其主要成分为钢渣、沸石和碎石(花岗岩石质)，其A段潜流湿地处理单元中碎石和钢渣的比例为6-10∶1，B段潜流湿地处理单元中沸石和钢渣的比例为10-15∶1，具体比例可根据污水中氮磷含量进行调整。
(4)B段潜流湿地处理单元中沸石的再生通过定期向湿地单元中投加硝化细菌培养物的方法完成，投加周期为每4-6个月1次，投加量为占沸石质量的2-5％0。
(5)被处理污水在A段潜流湿地处理单元停留时间为12-24小时，在B段潜流湿地处理单元停留时间为12-24小时，在处理系统中的总停留时间为24-48小时。
(6)本发明可以根据污水处理量将多个系统进行串联或并联使用，该方法可以有效地提高污水处理效率，并且方便污水处理系统的维护。
经实验结果发现该发明能有效地去除生活污水中的COD、BOD5、SS、NH4+-N和TP，出水水质优于城镇污水二级排放标准(COD≤100mg/L、BOD5≤30mg/L、SS≤30mg/L、NH4+-N≤25mg/L和TP≤3mg/L)。表1给出了用本发明方法处理生活污水的效果数据。
表1 二段式潜流湿地对生活污水的处理效果
具体实施方案在山东省某地采用二段式潜流湿地工艺处理生活污水，先将待处理的污水经过格栅除去尺寸大的固体物，再经过沉淀池沉淀清除尺寸小的固体物，然后将污水先后排入A、B两段潜流湿地处理单元，整个处理系统占地10m2，处理水量为9m3/d。其中A段潜流湿地处理单元占地5m2，尺寸为5.0×1.0×1.5(m)，污水有效停留时间为13.3小时，填充基质为碎石和钢渣，比例为10∶1，粒径10-15mm，栽种植物为美人蕉；B段潜流湿地处理单元占地5m2，尺寸为5.0×1.0×1.5(m)，污水有效停留时间为13.3小时，填充基质为沸石和钢渣，比例为15∶1，粒径10-15mm，栽种植物为菖蒲和千屈菜，在B段中每四个月投加一次硝化细菌，投加量为占沸石质量的3‰，对从B段节出来的水进行消毒即可获得经处理后的清水，利用该系统对生活污水进行处理，处理效果如下
权利要求
1.一种二段式潜流湿地污水处理方法，其特征在于由格栅、沉淀池、A、B两段潜流湿地处理单元组成，先将待处理的污水经过格栅除去尺寸大的固体物，再经过沉淀池沉淀清除尺寸小的固体物，然后将污水先后排入A、B两段潜流湿地处理单元，分别停留一段时间，周期性地向B段潜流湿地处理单元中投加硝化细菌，对从B段潜流湿地处理单元中流出的水进行消毒即可获得经处理后的清水。
2.根据权利要求1所述的一种二段式潜流湿地污水处理方法，其特征在于A、B两段潜流湿地处理单元的长宽比为2-5∶1，深为1-1.5米。
3.根据权利要求1所述的一种二段式潜流湿地污水处理方法，其特征在于A、B两段潜流湿地处理单元地表种植美人蕉、菖蒲、千屈菜中的一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的一种二段式潜流湿地污水处理方法，其特征在于A、B两段潜流湿地处理单元所采用的基质主要成分为钢渣、沸石和碎石，A段潜流湿地处理单元中碎石和钢渣的比例为6-10∶1，B段潜流湿地处理单元中沸石和钢渣的比例为10-15∶1。
5.根据权利要求1所述的一种二段式潜流湿地污水处理方法，其特征在于B段潜流湿地处理单元中沸石的再生通过定期向湿地单元中投加硝化细菌培养物的方法完成，投加周期为每4-6个月1次，投加量为占沸石质量的2-5‰。
6.根据权利要求1所述的一种二段式潜流湿地污水处理方法，其特征在于被处理污水在A段潜流湿地处理单元停留时间为12-24小时，在B段潜流湿地处理单元停留时间为12-24小时，在处理系统中的总停留时间为24-48小时。
7.根据权利要求1所述的一种二段式潜流湿地污水处理方法，其特征在于根据污水处理量将多个系统进行串联或并联使用。
全文摘要
本发明涉及一种二段式潜流湿地污水处理方法，该污水处理系统由格栅、沉淀池、A、B两段潜流湿地处理单元组成，先将污水经过格栅除去大的固体物，再经过沉淀池沉淀除去小的固体物，然后将污水先后排入A、B两段潜流湿地处理单元，分别停留一段时间，从B段潜流湿地处理单元中流出的水进行消毒即可获得经处理后的清水，周期性地向B段潜流湿地处理单元中投加硝化细菌。该方法能够高效地去除污水中的污染物，特别是能够提高潜流湿地对氮磷的去除效果，可广泛用于小城镇和居民区污水的处理。
文档编号C02F3/32GK1880243SQ200510043788
公开日2006年12月20日 申请日期2005年6月14日 优先权日2005年6月14日
发明者宋志文, 孙贤风, 王玮, 阎逊, 徐敏 申请人:青岛理工大学