本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种复合铁酶促湿地生物膜系统及方法，适用于村镇等分散型生活污水氮磷的低温去除。
背景技术：
随着日益增加的村镇生活污水排放量和农业面源污染，选择工艺简单、费用低廉、效果良好的水处理技术是解决当前问题的关键。人工湿地因其投资小、能耗和运行费用低、适用范围广而备受关注。然而，大部分湿地系统脱氮除磷性能差，特别是在北方寒冷地区。长期的低温环境导致了细菌和植物的代谢速率下降、脱氮除磷性能降低、运行稳定性差等问题，限制了其在北方的大范围推广。
关于人工湿地低温强化技术已有一些报道：如：保温隔离、曝气、回流等强化技术。但仍未有从复合铁酶促角度来强化生物膜系统低温运行的相关报道。对现有技术进行检索，仅CN200910013776.6公开了一种复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法，通过氢氧化铁絮体与活性污泥絮体的结合，来实现强化氮磷去除的目的。而CN201510427266.9公开了一种高效复合铁基除磷吸附剂及其制备方法、使用方法和再生方法，利用铁基氧化物和硅藻土来制备吸附剂，通过孔道结构和活性位点来实现磷的高效去除。与活性污泥系统不同，湿地系统属于生物膜系统。目前，仍没有关于复合铁酶促强化人工湿地生物膜系统低温脱氮除磷的相关报道。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种强化低温氮、磷去除的复合铁酶促湿地生物膜系统及方法，实现我国北方寒冷地区人工湿地的低温高效脱氮除磷过程。
本发明结合水平潜流折流人工湿地的特点，通过在湿地系统前端炉渣区或末端砾石区连续泵入一定浓度的铁离子，结合中部的木头芯片区，来构建基于缓释碳源的复合铁酶促湿地生物膜系统，以期实现高效的脱氮除磷过程。
本发明的一种强化低温氮、磷去除的复合铁酶促湿地生物膜系统，它包括蓄水池、蓄铁离子池、进水蠕动泵、进铁离子蠕动泵、进水管、进铁离子管、布水区、炉渣填料区、缓释碳源区、砾石填料区、上层覆盖区、湿地植物、集水区和排放管；
所述的炉渣填料区设置于缓释碳源区左侧，砾石填料区设置于缓释碳源区右侧，所述的进水蠕动泵的进水口与蓄水池的出水口连通，进水蠕动泵的出水口与进水管的进水口连通，进水管的出水口与布水区连通，布水区设置在上层覆盖区的左侧，上层覆盖区的右侧设置有集水区，上层覆盖区设置在炉渣填料区、缓释碳源区和砾石填料区的上方，上层覆盖区上种植湿地植物；进铁离子蠕动泵的进水口与蓄铁离子池的出水口连通，进铁离子蠕动泵的出水口与进铁离子管的进水口连通，进铁离子管的出水口与炉渣填料区连通；排放管的出水口与集水区连通。
本发明的一种复合铁酶促湿地生物膜系统强化低温氮、去除磷的方法，采用上述的复合铁酶促湿地生物膜系统进行如下操作：
蓄水池中的废水通过进水蠕动泵从系统的进水管泵入到布水区，同时蓄铁离子池中的铁离子通过进铁离子蠕动泵经由进铁离子管泵入到砾石填料区的前端；废水经由布水区依次经过渣填料区、缓释碳源区和砾石填料区进行反应，最后经由排放管排除，即完成所述的强化低温氮、去除磷的方法。
本发明包含以下有益效果：
本发明中所述系统通过连续不断的向炉渣填料区泵入铁离子，不仅增加了炉渣本身的活性吸附位点，而且有效的强化了生物膜活性和抵抗变化环境的能力，进而增强了低温脱氮除磷能力；同时，中部缓释碳源区则保证了最终的氮素去除。
本发明在湿地生物膜系统内部，通过物化手段(基质活性吸附位点和混凝性的增加)耦合生化手段(复合铁酶促作用+缓释碳源区内碳源补给)的方法有效克服了低温氮磷去除率低下的问题，适用于寒区分散型生活污水的高效脱氮除磷。
1、本发明所采用的复合铁酶促湿地生物膜系统，通过铁离子强化微生物电子传递和酶促反应来克服低温湿地净化效能低的问题。
2、本发明所采用的复合铁酶促湿地生物膜系统，也充分利用了增加的基质活性吸附位点和铁离子的混凝性来实现高效脱氮除磷过程。
3、本发明所采用的复合铁酶促湿地生物膜系统，通过缓释碳源区的内碳源补给耦合复合铁酶促作用，有效保障了氮磷的高效生物去除。
附图说明
图1本发明系统的结构示意图；其中，1：蓄水池、2：蓄铁离子池、:3：进水蠕动泵、4：进铁离子蠕动泵、:5：进水管、6：进铁离子管、7：布水区、8：炉渣填料区:、9：缓释碳源区、10：砾石填料区、11：上层覆盖区、12：湿地植物、13：集水区、14：排放管。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种强化低温氮、磷去除的复合铁酶促湿地生物膜系统，它包括蓄水池1、蓄铁离子池2、进水蠕动泵3、进铁离子蠕动泵4、进水管5、进铁离子管6、布水区7、炉渣填料区8、缓释碳源区9、砾石填料区10、上层覆盖区11、湿地植物12、集水区13和排放管14；
所述的炉渣填料区8设置于缓释碳源区9左侧，砾石填料区10设置于缓释碳源区9右侧，所述的进水蠕动泵3的进水口与蓄水池1的出水口连通，进水蠕动泵3的出水口与进水管5的进水口连通，进水管5的出水口与布水区7连通，布水区7设置在上层覆盖区11的左侧，上层覆盖区11的右侧设置有集水区13，上层覆盖区11设置在炉渣填料区8、缓释碳源区9和砾石填料区10的上方，上层覆盖区11上种植湿地植物12；进铁离子蠕动泵4的进水口与蓄铁离子池2的出水口连通，进铁离子蠕动泵4的出水口与进铁离子管6的进水口连通，进铁离子管6的出水口与炉渣填料区8连通；排放管14的出水口与集水区13连通。
本实施方式的炉渣填料区8设置在水平潜流折流湿地前端，铁离子通过蠕动泵以一定浓度和流速周期性泵入炉渣区；缓释碳源区9设置在湿地中部，砾石填料区10设置在湿地末端。
废水先后经过复合铁酶促强化炉渣区、缓释碳源区和砾石填料区，通过复合铁酶促作用和缓释碳源反硝化作用的耦合过程，来实现同一系统内部高效的低温脱氮除磷过程。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的炉渣填料区8的炉渣填料所采用的基质为炉渣，炉渣厚度不超过40cm，粒径为4～8cm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述复合铁酶促湿地生物膜系统内的铁离子浓度维持在1～5mg/L。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述复合铁酶促湿地生物膜系统内的铁离子浓度维持在2～4mg/L。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述复合铁酶促湿地生物膜系统内的铁离子浓度维持在2～3mg/L。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述复合铁酶促湿地生物膜系统内的铁离子浓度维持在1～3mg/L。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的缓释碳源区9填充的生物质碳源为废木头块、水稻秸秆、玉米秸秆、玉米棒和枯落物中的一种或几种按任意组合，填充厚度不超过40cm，粒径为3～5cm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的缓释碳源区9的生物质碳源投入系统中自由排布，不压实。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述砾石填料区10采用的基质为砾石，填充厚度不超过40cm，粒径为4～8cm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的炉渣填料区8、缓释碳源区9和砾石填料区10的填充体积比为2:2:2或2:1:3，且炉渣填料区8、缓释碳源区9和砾石填料区10均分为两个隔室，共6个隔室。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的上层覆盖区11的基质为砾石，填充厚度不超过10cm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式的填充厚度不超过10cm，有利于大气扩散，且上层砾石覆盖区种有湿地植物。
具体实施方式十二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：
蓄水池1中的废水通过进水蠕动泵3从系统的进水管5泵入到布水区7，同时蓄铁离子池2中的铁离子通过进铁离子蠕动泵4经由进铁离子管6泵入到砾石填料区10的前端；废水经由布水区7依次经过渣填料区8、缓释碳源区9和砾石填料区10进行反应，最后经由排放管14排除，即完成所述的强化低温氮、去除磷的方法。
具体实施方式十三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式十二不同在于：所述复合铁酶促湿地生物膜系统内的铁离子浓度维持在1～5mg/L。其它组成和连接方式与具体实施方式十二相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
本实施例的一种强化低温氮、磷去除的复合铁酶促湿地生物膜系统，它包括蓄水池1、蓄铁离子池2、进水蠕动泵3、进铁离子蠕动泵4、进水管5、进铁离子管6、布水区7、炉渣填料区8、缓释碳源区9、砾石填料区10、上层覆盖区11、湿地植物12、集水区13和排放管14；
所述的炉渣填料区8设置于缓释碳源区9左侧，砾石填料区10设置于缓释碳源区9右侧，所述的进水蠕动泵3的进水口与蓄水池1的出水口连通，进水蠕动泵3的出水口与进水管5的进水口连通，进水管5的出水口与布水区7连通，布水区7设置在上层覆盖区11的左侧，上层覆盖区11的右侧设置有集水区13，上层覆盖区11设置在炉渣填料区8、缓释碳源区9和砾石填料区10的上方，上层覆盖区11上种植湿地植物12；进铁离子蠕动泵4的进水口与蓄铁离子池2的出水口连通，进铁离子蠕动泵4的出水口与进铁离子管6的进水口连通，进铁离子管6的出水口与炉渣填料区8连通；排放管14的出水口与集水区13连通。
本实施例中，炉渣填料区8所采用的基质为炉渣，填充厚度不超过40cm，粒径为4～8cm；缓释碳源区9所采用的基质为废木块，填充厚度不超过40cm，粒径为3～5cm；砾石填料区10所采用的基质为砾石，填充厚度不超过40cm，粒径为4～8cm。所述炉渣填料区8、缓释碳源填料区9和砾石填料区10的填充体积比为2:2:2，且每个填料区两隔室，共6个隔室。上层覆盖区11填充基质为砾石，填充厚度不超过10cm，有利于大气扩散，且上层砾石覆盖区11种有湿地植物12。缓释碳源区9填充的生物质碳源为废木头、水稻秸秆、玉米秸秆、玉米棒或枯落物中的一种或几种按任意比的组合，所述缓释碳源投入系统时要自由排布，不能压实。
本实施例系统的工作条件是：
(1)按照上述复合铁酶促湿地生物膜系统的要求，构建日处理水量为35L的处理系统。
(2)进水COD、TN和TP的浓度均值分别为250、54和8mg/L，水力停留时间(HRT)设定为3d，铁离子浓缩液通过蠕动泵周期性泵入湿地生物膜系统的炉渣填料区，保证系统内部铁离子浓度在1至2mg/L之间。
结果表明，本实施例的系统在15～20℃条件下，湿地生物膜系统出水氮磷的去除率均超过85％。
实施例2
本实施例的一种强化低温氮、磷去除的复合铁酶促湿地生物膜系统，它包括蓄水池1、蓄铁离子池2、进水蠕动泵3、进铁离子蠕动泵4、进水管5、进铁离子管6、布水区7、炉渣填料区8、缓释碳源区9、砾石填料区10、上层覆盖区11、湿地植物12、集水区13和排放管14；
所述的炉渣填料区8设置于缓释碳源区9左侧，砾石填料区10设置于缓释碳源区9右侧，所述的进水蠕动泵3的进水口与蓄水池1的出水口连通，进水蠕动泵3的出水口与进水管5的进水口连通，进水管5的出水口与布水区7连通，布水区7设置在上层覆盖区11的左侧，上层覆盖区11的右侧设置有集水区13，上层覆盖区11设置在炉渣填料区8、缓释碳源区9和砾石填料区10的上方，上层覆盖区11上种植湿地植物12；进铁离子蠕动泵4的进水口与蓄铁离子池2的出水口连通，进铁离子蠕动泵4的出水口与进铁离子管6的进水口连通，进铁离子管6的出水口与炉渣填料区8连通；排放管14的出水口与集水区13连通。
本实施例中，炉渣填料区8所采用的基质为炉渣，填充厚度不超过40cm，粒径为4～8cm；缓释碳源区9所采用的基质为废木块，填充厚度不超过40cm，粒径为3～5cm；砾石填料区10所采用的基质为砾石，填充厚度不超过40cm，粒径为4～8cm。所述炉渣填料区8、缓释碳源填料区9和砾石填料区10的填充体积比为2:2:2，且每个填料区两隔室，共6个隔室。上层覆盖区11填充基质为砾石，填充厚度不超过10cm，有利于大气扩散，且上层砾石覆盖区11种有湿地植物12。缓释碳源区9填充的生物质碳源为废木头、水稻秸秆、玉米秸秆、玉米棒或枯落物中的一种或几种按任意比的组合，所述缓释碳源投入系统时要自由排布，不能压实。
本实施例系统的工作条件是：
(1)按照上述复合铁酶促湿地生物膜系统的要求，构建日处理水量为35L的处理系统。
(2)进水COD、TN和TP的浓度均值分别为250、54和8mg/L，固定HRT，铁离子浓缩液通过蠕动泵周期性泵入湿地生物膜系统的炉渣填料区，保证系统内部铁离子浓度在3至5mg/L之间。
结果表明，本实施例的系统在15～20℃条件下，湿地生物膜系统出水氮磷的去除率均超过90％。
实施例3
本实施例的一种强化低温氮、磷去除的复合铁酶促湿地生物膜系统，它包括蓄水池1、蓄铁离子池2、进水蠕动泵3、进铁离子蠕动泵4、进水管5、进铁离子管6、布水区7、炉渣填料区8、缓释碳源区9、砾石填料区10、上层覆盖区11、湿地植物12、集水区13和排放管14；
所述的炉渣填料区8设置于缓释碳源区9左侧，砾石填料区10设置于缓释碳源区9右侧，所述的进水蠕动泵3的进水口与蓄水池1的出水口连通，进水蠕动泵3的出水口与进水管5的进水口连通，进水管5的出水口与布水区7连通，布水区7设置在上层覆盖区11的左侧，上层覆盖区11的右侧设置有集水区13，上层覆盖区11设置在炉渣填料区8、缓释碳源区9和砾石填料区10的上方，上层覆盖区11上种植湿地植物12；进铁离子蠕动泵4的进水口与蓄铁离子池2的出水口连通，进铁离子蠕动泵4的出水口与进铁离子管6的进水口连通，进铁离子管6的出水口延伸至砾石填料区10的前端；排放管14的出水口与集水区13连通。
本实施例中，炉渣填料区8所采用的基质为炉渣，填充厚度不超过40cm，粒径为4～8cm；缓释碳源区9所采用的基质为废木块，填充厚度不超过40cm，粒径为3～5cm；砾石填料区10所采用的基质为砾石，填充厚度不超过40cm，粒径为4～8cm。所述炉渣填料区8、缓释碳源填料区9和砾石填料区10的填充体积比为2:2:2，且每个填料区两隔室，共6个隔室。上层覆盖区11填充基质为砾石，填充厚度不超过10cm，有利于大气扩散，且上层砾石覆盖区11种有湿地植物12。缓释碳源区9填充的生物质碳源为废木头、水稻秸秆、玉米秸秆、玉米棒或枯落物中的一种或几种按任意比的组合，所述缓释碳源投入系统时要自由排布，不能压实。
本实施例系统的工作条件是：
(1)按照上述复合铁酶促湿地生物膜系统的要求，构建日处理水量为35L的处理系统。
(2)进水COD、TN和TP的浓度均值分别为250、54和8mg/L，固定HRT，铁离子浓缩液通过蠕动泵周期性泵入湿地生物膜系统的砾石填料区，保证系统内部铁离子浓度在1至2mg/L之间。
结果表明，本实施例的系统在15～20℃条件下，湿地生物膜系统出水氮磷的去除率均超过80％。
以上所述的实施例是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。