專利名稱：一種提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法。
背景技術(shù)：
目前，人工濕地已經(jīng)成為一種極為有前途的污染物處理方式。人工濕地經(jīng)常用于處理污水以凈化生態(tài)系統(tǒng)，其因?yàn)榻?jīng)濟(jì)效益好而發(fā)展迅速。人工濕地可以和自然濕地、污水處理廠等處理設(shè)施聯(lián)合使用，其在不同污染物負(fù)荷下可以較好的處理污水中的有機(jī)物。但是對(duì)于單級(jí)的人工濕地，雖然其化學(xué)需氧量(Chemical oxygen demand, COD)去除率較高，但是總氮(Total nitrogen, TN)和總磷(Total phosphorus, TP)的去除率總是難以達(dá)到較高的水平。特別是人工濕地對(duì)于擁有各種不同的進(jìn)水碳負(fù)荷比例的污水，其處理能力波動(dòng)較大，就是因?yàn)閱渭?jí)人工濕地的好氧厭氧環(huán)境較差。例如單級(jí)的人工濕地因?yàn)槠洳荒芡瑫r(shí)提供好氧和厭氧的環(huán)境條件，所以在高負(fù)荷碳(C)和氮(N)素進(jìn)水條件下，難以得到相對(duì)·較高的TN去除率。而由單級(jí)人工濕地組合起來(lái)的組合型人工濕地對(duì)于此則有很好的解決辦法。大量文獻(xiàn)表明組合型人工濕地可以得到很好的COD去除效率，特別是可以達(dá)到較高的TP和TN的污染物去除率。因此篩選出最優(yōu)的兩級(jí)組合型人工濕地組合，對(duì)于污水中污染物的去除是特別有意義的。單級(jí)人工濕地中又以垂直潛流式人工濕地越來(lái)越多的受到了人們的關(guān)注，其因?yàn)檩^好的氧氣傳輸和交換能力而有能力處理各種負(fù)荷程度的污染物。垂直潛流式人工濕地的特點(diǎn)主要包括出色的輸氧能力、較高的水力負(fù)荷、在任何季節(jié)下都保持較高的污染物去除率以及占地小等。兩種最常見(jiàn)的垂直潛流式人工濕地流態(tài)是垂直向上流(vertical up-flow, VUF)和垂直向下流(vertical down-flow, VDF),它們被認(rèn)為是有可能組合得到高效脫氮除磷和去除有機(jī)污染物的兩級(jí)人工濕地組合。同時(shí)，人工濕地的進(jìn)水碳污染物負(fù)荷比例對(duì)于人工濕地的污染物凈化效果也是有顯著影響的，當(dāng)其剛好達(dá)到或者接近某個(gè)最佳負(fù)荷比例時(shí)，組合型人工濕地的好氧厭氧環(huán)境就可以發(fā)揮最大的效用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)便易行、經(jīng)濟(jì)效益好的調(diào)控進(jìn)水碳負(fù)荷比例以提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法。其具體步驟如下
(O固定人工合成的污水中氮和磷污染物的濃度而改變碳污染物濃度，模擬出高中低三種不同的污水進(jìn)水碳負(fù)荷比例；
(2)將垂直向上流(verticalup-flow，VUF)垂直潛流式人工濕地和垂直向下流(vertical down-flow, VDF)垂直潛流式人工濕地兩兩組合成 VUF-VUF、VDF_VDF、VUF_VDF和VDF-VUF四種組合型垂直潛流式人工濕地組合；
(3)測(cè)試四種組合型垂直潛流式人工濕地組合在高中低三種不同的進(jìn)水碳負(fù)荷比例下的污水凈化效果，以確定出最佳的進(jìn)水碳負(fù)荷比例和垂直潛流式人工濕地組合類型；
(4)測(cè)試實(shí)際所需要處理的污水的污染物負(fù)荷濃度，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)節(jié)原污水的污染物負(fù)荷濃度以達(dá)到步驟(3)中所確定的最佳值；
(5)用步驟(3)中確定的最佳的垂直潛流式人工濕地組合來(lái)處理已經(jīng)調(diào)節(jié)過(guò)污染物負(fù)荷濃度的污水。本方法中，步驟(I)中人工合成污水的碳負(fù)荷比例調(diào)節(jié)方法是按照經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)在 1996 年所制訂的關(guān)于好氧污水處理方法中化學(xué)物質(zhì)模擬測(cè)試的指導(dǎo)方針來(lái)完成的。本方法中，垂直向上流垂直潛流式人工濕地和垂直向下流垂直潛流式人工濕地，除去流態(tài)是不同的以外，其他構(gòu)造條件相同的；人工濕地布置于水泥池中，其底部布置礫石，上部布置爐渣，每個(gè)單級(jí)的人工濕地都種上菖蒲。本方法中，步驟(I)中人工合成污水所模擬的進(jìn)水碳負(fù)荷比例為碳氮比(C/N)( 9 11) :1、(4 6) :1 和(2 3) :1。本方法中，步驟(4)中調(diào)節(jié)原污水的污染物負(fù)荷濃度采用添加甲醇或者尿素的方法，或者采用生活污水和工業(yè)廢水相互混合的方法。本方法中，步驟(3)中對(duì)于污水的凈化效果需要同時(shí)考慮化學(xué)需氧量(Chemicaloxygen demand, COD)、總氮(Total nitrogen, TN)和總憐(Total phosphorus, TP)在整個(gè)試驗(yàn)周期中的去除率。本方法中，試驗(yàn)周期為4月至次年I月。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)模擬人工合成污水的進(jìn)水碳負(fù)荷比例為碳氮比(C/N)(9 11):1、(4飛)1和(2 3):1，其高中低三級(jí)的劃分基本可以涵蓋一般的污水特性，測(cè)試結(jié)果可以準(zhǔn)確的反映最佳的進(jìn)水碳負(fù)荷比例；
(2)四種組合型垂直潛流式人工濕地VUF-VUF、VDF-VDF、VUF-VDF和VDF-VUF囊括了各種好氧和厭氧的組合情況，保證了所確定的垂直潛流式人工濕地組合類型是最優(yōu)的；
(3)調(diào)節(jié)原污水的污染物負(fù)荷濃度可以采用添加甲醇或者尿素的方法，但是如果想要減少化學(xué)藥品的消耗，也可以采用更為經(jīng)濟(jì)的生活污水和工業(yè)廢水相互混合的方法，這樣就可以提高本發(fā)明方法的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。


圖I組合型垂直潛流式人工濕地不同進(jìn)水碳負(fù)荷的COD去除率(a) C/N= (9 11):1, (b) C/N=(4 6):l, (c) C/N=(2 3):l。圖2組合型垂直潛流式人工濕地不同進(jìn)水碳負(fù)荷的TN去除率(a) C/N= (9 11):1, (b) C/N=(4 6):l, (c) C/N=(2 3):l。圖3組合型垂直潛流式人工濕地不同進(jìn)水碳負(fù)荷的TP去除率(a) C/N= (9 11):1, (b) C/N=(4 6):l, (c) C/N=(2 3):l。圖4最佳垂直潛流式人工濕地組合類型在最優(yōu)進(jìn)水碳負(fù)荷的污染物去除率。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例I一種調(diào)控進(jìn)水碳負(fù)荷比例提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法。擬建立一個(gè)處理量為100噸/天的組合型垂直潛流式人工濕地來(lái)處理城市生活污水。其首先測(cè)試四種組合型垂直潛流式人工濕地組合在高中低三種不同的進(jìn)水碳負(fù)荷比例下的污水凈化效果，以確定出最佳的進(jìn)水碳負(fù)荷比例和垂直潛流式人工濕地組合類型；然后測(cè)試實(shí)際所需要處理的城市生活污水的污染物負(fù)荷濃度，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果采用生活污水和工業(yè)廢水相互混合的方法來(lái)調(diào)節(jié)原污水的污染物負(fù)荷濃度以達(dá)到先前所確定的最佳值；用先前確定的最佳的垂直潛流式人工濕地組合來(lái)處理已經(jīng)調(diào)節(jié)過(guò)污染物負(fù)荷濃度的城市生活污水，以達(dá)到最佳的凈化效果。以下為具體的步驟
單級(jí)的人工濕地的填料層組成為濕地底部布置了 20 cm厚度的礫石(顆粒名義平均粒徑為I. 45 cm)，濕地上部布置45 cm厚的爐渣(顆粒名義平均粒徑為I. 75 cm);爐渣使用前要經(jīng)過(guò)6次清洗，以去除其較高的堿性。整個(gè)人工濕地組合系統(tǒng)通過(guò)高位水箱來(lái)重力配 水，濕地自身則通過(guò)直徑5cm的聚氯乙烯塑料管(其上有等距離的2. 5mm直徑的小孔)來(lái)配水到濕地表面。每個(gè)單級(jí)的人工濕地都種上10株高度為10±4 cm的菖蒲，然后灌自來(lái)水一個(gè)月，以使?jié)竦刂参锟梢赃m應(yīng)濕地土壤環(huán)境，同時(shí)也沖刷掉濕地填料本身可能存在的各種污染物。每七天中供水5天，修整2天；供水5天中的第一天取樣測(cè)試一次數(shù)據(jù)，每月4次數(shù)據(jù)的平均值作為月變化值。試驗(yàn)周期為4月至次年I月。固定人工合成的污水中氮和磷污染物的濃度而改變碳污染物濃度，模擬碳負(fù)荷比例為碳氮比(C/N)9:1、5:1和2. 5:1的高中低三種不同的進(jìn)水污水負(fù)荷，分別測(cè)試它們對(duì)于四種組合型垂直潛流式人工濕地VUF-VUF、VDF-VDF、VUF-VDF和VDF-VUF的污水凈化效果，結(jié)果如圖I 3所示。綜合考慮C0D、TN和TP的去除率，進(jìn)水碳負(fù)荷比例為5:1時(shí)VDF-VUF垂直潛流式人工濕地組合污水凈化效果最好，其各種污染物的去除率都高于其他的進(jìn)水碳負(fù)荷比例和濕地組合。測(cè)試實(shí)際所需要處理的污水的污染物負(fù)荷濃度，其結(jié)果是碳氮比(C/N)為6. 23，所以用富含N污染物的工業(yè)廢水和所要處理的生活污水相互混合，以降低原污水的進(jìn)水C/N比例來(lái)達(dá)到進(jìn)水碳負(fù)荷比例5:1的最佳值。用最佳垂直潛流式人工濕地組合VDF-VUF處理調(diào)控后的污水，其結(jié)果顯示污染物降解效果良好，可以達(dá)到最高值96. 49± I. 21% C0D,97. 32± I. 34% TN和94. 31 + I. 12%TP的污染物去除率(圖4)。
權(quán)利要求
1.一種提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法，其特征在于具體步驟為 (I)固定人工合成的污水中氮和磷污染物的濃度而改變碳污染物濃度，模擬出高中低三種不同的污水進(jìn)水碳負(fù)荷比例； (2 )將垂直向上流垂直潛流式人工濕地和垂直向下流垂直潛流式人工濕地兩兩組合成四種組合型垂直潛流式人工濕地組合； (3)測(cè)試四種組合型垂直潛流式人工濕地組合在高中低三種不同的進(jìn)水碳負(fù)荷比例下的污水凈化效果，以確定出最佳的進(jìn)水碳負(fù)荷比例和垂直潛流式人工濕地組合類型； (4)測(cè)試實(shí)際所需要處理的污水的污染物負(fù)荷濃度，然后調(diào)節(jié)原污水的污染物負(fù)荷濃度以達(dá)到步驟(3)中所確定的最佳值，再用步驟(3)中確定的最佳的垂直潛流式人工濕地組合來(lái)處理已經(jīng)調(diào)節(jié)過(guò)污染物負(fù)荷濃度的污水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法，其特征在于，所述垂直向上流垂直潛流式人工濕地和所述垂直向下流垂直潛流式人工濕地，除去流態(tài)是不同的以外，其他構(gòu)造條件相同的；所述人工濕地布置于水泥池中，其底部布置礫石，上部布置爐渣，每個(gè)單級(jí)的人工濕地都種上菖蒲。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法，其特征在于，步驟(I)中所述人工合成污水所模擬的進(jìn)水碳負(fù)荷比例分別為碳氮比(9 11) :1、(4 6) : I 和(2 3) :1。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法，其特征在于，步驟(4)中所述調(diào)節(jié)原污水的污染物負(fù)荷濃度采用添加甲醇或者尿素的方法，或采用生活污水和工業(yè)廢水相互混合的方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法，其特征在于，步驟(3)中所述污水的凈化效果需要同時(shí)考慮化學(xué)需氧量、總氮和總磷在整個(gè)試驗(yàn)周期中的去除率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法，其特征在于，所述試驗(yàn)周期為4月至次年I月。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果的方法。本發(fā)明包括首先人工模擬出碳負(fù)荷不同的污水進(jìn)水濃度；其次將兩種垂直潛流式人工濕地，兩兩組合；然后測(cè)試它們?cè)诓煌倪M(jìn)水碳負(fù)荷比例下的污水凈化效果，確定最佳的進(jìn)水碳負(fù)荷比例和垂直潛流式人工濕地組合類型；最后在實(shí)際污水處理過(guò)程中采用添加甲醇或者尿素的方法，或采用生活污水和工業(yè)廢水相混合的方法使得原污水的污染物負(fù)荷達(dá)到先前確定的最佳的進(jìn)水碳負(fù)荷比例，然后再用先前確定的最佳的垂直潛流式人工濕地組合類型來(lái)處理。本發(fā)明方法可以顯著提高組合型垂直潛流式人工濕地污水凈化效果，且具有簡(jiǎn)單易行、操作方便和經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/32GK102874932SQ20121041101
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者鄭正, 顏誠(chéng), 趙永軍, 羅興章, 張麗 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)