光催化反应器与人工湿地污水处理方法

1.本发明属于环境保护水处理技术领域，具体涉及一种光催化反应器与人工湿地系统及污水处理方法。


背景技术：

2.城市污水处理厂尾水具有水量大、有机物浓度较低且成分复杂、氮磷含量较高等特点。同时随着工业发展，尾水中的难降解有机物的数量和种类不断增加，传统的处理工艺已无法满足逐渐提高的出水排放要求。光催化氧化技术对难降解有机污染物有着较好的降解效果，能有效提高处理水的可生化性，并具有反应条件温和、能耗低、无二次污染和应用范围广等优点。
3.人工湿地技术通过模拟天然湿地的结构和功能，利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用吸收或分解污水中的有机物、氮、磷等污染物质，实现对水体的净化。人工湿地技术处理尾水具有投资维护费用较低，二次污染小等特点，符合现代水处理发展的需求。但传统潜流人工湿地的含氧量不高，反硝化缺少碳源，导致氮的去除率较低。
4.因此针对现有技术的不足，将光催化氧化技术与多种人工湿地组合，在提高尾水深度处理效果的同时还能起到美化景观的作用。


技术实现要素：

5.技术问题：本发明的目的是提供一种光催化反应器与人工湿地系统，以有效去除尾水中的难降解有机物、氮、磷等污染物质。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种光催化反应器与人工湿地污水处理方法，包括光催化反应器(1)、垂直流人工湿地系统(2)、平行流人工湿地系统(3)、强化除磷氧化塘系统(4)，在所述的光催化反应器(1)内设有负载二氧化钛的泡沫镍网(5)、紫外灯(6)、石英管(7)、溢流板(8)，反应器内部被溢流板(8)分割为第一催化反应区(9)、第二催化反应区(10)，所述垂直流人工湿地系统(2)上分布有湿地植物、迎水面下部设有进水口(11)、底部设有曝气管(13)外部连接鼓风机(12)，所述强化除磷氧化塘系统(4)上部设有出水口(15)；尾水通过光催化反应器(1)提高了其可生化性，经进水口(11)进入垂直流人工湿地系统(2)中，通过微曝气装置向垂直流人工湿地系统(2)中提供充足的氧，然后经过布水器依次进入平行流人工湿地系统(3)和强化除磷氧化塘系统(4)，平行流人工湿地系统(3)中聚己酸内酯复合碳源为反硝化作用提供碳源，经过微生物、植物、基质的共同作用实现有机物、氮、磷及无机物的去除。
8.所述光催化反应器(1)由有机玻璃制成，溢流板(8)将反应器分为两个反应区，水在溢流过程中含氧量增加，溢流板(8)两侧及反应器壁上装有负载二氧化钛的泡沫镍网(5)，镍网的孔径为0.50mm，二氧化钛作为催化剂促进紫外光对有机污染物的氧化和分解，紫外灯(6)外套有石英管(7)防止产生的热烧坏灯管和影响反应环境。
9.所述垂直流人工湿地系统(2)填料由下至上依次为10-20mm砾石、5-10mm沸石和石灰石混合填料、生态土壤，厚度分别为30cm、20cm、20cm，填料区底部设有曝气管连接外部鼓风机，填料可以有效切割气泡，提高氧的转移速率和利用率，使整个垂直流人工湿地系统(2)全富氧。
10.所述平行流人工湿地系统(3)填料由下至上依次为10-20mm砾石、5-10mm聚己酸内酯复合碳源和石灰石混合填料、生态土壤，厚度均为20cm，其中聚己酸内酯复合碳源为固态缓释碳源，能够有效增强人工湿地反硝化脱氮效果。
11.所述垂直流人工湿地系统(2)和平行流人工湿地系统(3)上方土壤层种植菖蒲、芦苇、风车草、美人蕉等具有较好生态价值、经济价值、美学价值和水体净化能力的植物。
12.所述强化除磷氧化塘系统(4)底部铺有5-10mm砾石和石灰石混合填料，厚度20cm，填料上混合栽种金鱼藻、轮叶黑藻、苦草和菹草等沉水植物，运行水深为50cm。
13.有益效果：
14.1.本发明综合了光催化反应器(1)和多种类型人工湿地的性能优势，利用光催化氧化技术提高了尾水的可生化性，结合人工湿地物理、化学、生物三方面协同作用能有效去除尾水中难降解有机物、氮、磷等污染物质。
15.2.本发明采用微曝气装置向垂直流人工湿地系统(2)曝气，有效提高硝化反应速率，为后续反硝化做好充分准备。
16.3.本发明平行流人工湿地系统(3)中的聚己酸内酯复合碳源能提高尾水碳氮比，为微生物反硝化提供碳源，有效提高脱氮效率。
17.4.本发明将光催化反应器(1)和多种类型人工湿地串联，在净化水质的同时还能改善生态环境、丰富生物多样性、形成一定的景观。
附图说明
18.下面结合附图对本发明进行进一步说明。
19.图1是本发明一种光催化反应器与人工湿地污水处理方法的示意图。
20.图中：光催化反应器1、垂直流人工湿地系统2、平行流人工湿地系统3、强化除磷氧化塘系统4、负载二氧化钛的泡沫镍网5、紫外灯6、石英管7、溢流板8、第一催化反应区9、第二催化反应区10、进水口11、鼓风机12、曝气管13、布水器14、出水口15。
具体实施方式
21.本发明是一种光催化反应器与人工湿地污水处理方法，包括光催化反应器(1)、垂直流人工湿地系统(2)、平行流人工湿地系统(3)、强化除磷氧化塘系统(4)；在所述的光催化反应器(1)内设有负载二氧化钛的泡沫镍网(5)，镍网中心装有紫外灯(6)，光源外部套有石英管(7)；所述垂直流人工湿地系统(2)上分布有湿地植物、迎水面下部设有进水口(11)、底部设有曝气管(13)外部连接鼓风机(12)；所述强化除磷氧化塘系统(4)上部设有出水口(15)，填料层上种植沉水植物。
22.尾水首先进入光催化反应器(1)，在镍网上负载的二氧化钛催化下，紫外光氧化和分解水中难降解污染物质，提高了其可生化性。尾水经进水口(11)进入垂直流人工湿地系统(2)中，微曝气装置向垂直流人工湿地系统(2)中提供充足的氧，填料可以有效切割气泡，
提高氧的转移速率和利用率，整个垂直流人工湿地系统(2)全富氧，在好氧条件下，尾水进行硝化反应。尾水通过布水器(14)进入平行流人工湿地系统(3)，在厌氧条件下进行生物脱氮。填料中的聚己酸内酯复合碳源缓慢释碳，为微生物反硝化作用提供碳源，促进脱氮效率。然后尾水进入强化除磷氧化塘系统(4)，通过微生物、植物、基质的共同作用去除水中的磷。处理后的水从出水管排出。整个处理过程通过紫外光的氧化分解，填料的吸附作用，微生物、植物根系的物理、化学和生物作用共同完成净化。
23.以上描述了许多细节以便充分理解本发明，但这仅是本发明的一种较佳的方案，并非具体实施的限制。在不超出权力要求所述范围的情况下，任何熟悉本领域技术人员都能对本发明技术方案做出许多可能的变化和修饰。


技术特征：
1.一种光催化反应器与人工湿地污水处理方法，其特征在于：该系统由光催化反应器(1)、垂直流人工湿地系统(2)、平行流人工湿地系统(3)、强化除磷氧化塘系统(4)组合构成；尾水进入光催化反应器(1)依次流经第一催化反应区(9)和第二催化反应区(10)，在紫外光的作用下提高了水的可生化性，后经进水口(11)进入人工湿地系统中，包括垂直流人工湿地系统(2)、平行流人工湿地系统(3)、强化除磷氧化塘系统(4)，在好氧、厌氧环境以及沉水植物的作用下实现有机物、氮、磷及无机物的去除。2.根据权利要求1所述的一种光催化反应器与人工湿地污水处理方法，其特征在于：所述光催化反应器(1)内设有溢流板(8)将反应器分为两个反应区，水在溢流过程中含氧量增加，溢流板(8)两侧及反应器壁上装有负载二氧化钛的泡沫镍网(5)，镍网上负载的二氧化钛作为催化剂促进紫外光氧化和分解水中污染物质，两个催化反应区中心分别装有紫外灯(6)，为防止产生的热烧坏灯管和影响反应环境，光源外部套有石英管(7)。3.根据权利要求1所述的一种光催化反应器与人工湿地污水处理方法，其特征在于：垂直流人工湿地系统(2)底部设有曝气管(13)外连鼓风机(12)，平行流人工湿地系统(3)内基质分为三层，由下至上分别为砾石层、聚己酸内酯复合碳源和石灰石混合层、生态土壤层，通过布水器均匀布水，垂直流人工湿地系统(2)和平行流人工湿地系统(3)分别形成好氧、厌氧功能区，同时填料中的聚己酸内酯复合碳源为固态缓释碳源，能够有效增强人工湿地脱氮效果。

技术总结
本发明公开了一种光催化反应器与人工湿地污水处理方法，该系统包括光催化反应器(1)、垂直流人工湿地系统(2)、平行流人工湿地系统(3)、强化除磷氧化塘系统(4)；所述光催化反应器(1)内设有负载二氧化钛的泡沫镍网(5)、紫外灯(6)、石英管(7)、溢流板(8)；所述垂直流人工湿地系统(2)底部设有曝气管(13)外部连接鼓风机(12)；所述平行流人工湿地系统(3)填充砾石填料、聚己酸内酯复合碳源和石灰石混合填料、生态土壤；所述强化除磷氧化塘系统(4)底部混合栽种沉水植物。本发明将光催化反应器与人工湿地组合串联，通过光催化反应提高尾水可生化性，提升湿地脱氮除磷效率，实现对尾水的深度处理。处理。处理。


技术研发人员：沈怡薇 荆肇乾
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2022.03.10
技术公布日：2022/8/12