[发明专利]一种稳定高效的人工湿地污水处理系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种稳定高效的人工湿地污水处理系统及方法。

背景技术

人工湿地是一种为处理污水而利用生态工程措施模拟自然湿地建造的生态系统，主要由基质(填料)、植物和微生物构成，通过湿地植物根系吸收、根系附着微生物降解等作用，实现对污染物的去除。目前利用人工湿地技术进行生活和工业污水净化已屡见不鲜，起到非常好的生态与经济效益。

但目前国内外湿地大量应用的植物主要是草本植物，有芦苇、美人蕉、香根草等。但是这些植物均具有生物量小，对污染物的吸附能力有限，且具有地上生物质难以收获转移、容易散落在水体中腐败并且对水体造成二次污染等缺点。乔木、灌木作为植物修复材料在国外研究较多，而国内应用较少。国内的木本植物应用品种主要是池杉、白骨壤等，规模化应用在南方特殊地区或沿海。灌木型柳树无性系具有生长速度快，根系发达，对氮磷和有害重金属吸附能力强，耐污能力强，对水环境适应性好，耐平茬收获等特点，特别适宜于在人工湿地环境中生长发育，是优良的湿地植物材料。

基质(填料)是人工湿地系统的重要组成部分，它不仅为植物、微生物生长提供适宜的条件，还通过吸附、沉淀、过滤等作用直接去除污染物。目前选用较多的填料是石砾、陶粒、沸石、煤灰、细砂、页岩、钢渣、炉渣等介质中的一种或几种。这些填料的主要缺点是比表面积小、微生物附着面积有限，去除污染物效果不佳。生物炭是由农作物秸秆、植物残渣、动物粪便等有机废弃物通过热裂解工艺加工而成的一种多孔碳，具有密度高、比表面积大、吸附能力强等特点，而且其微孔结构特别适宜于微生物的生长和发育，是一种理想的生物填料。

人工湿地具有投资费用省、运行费用低、维护管理简便和美观等优点。但如果工程设计不合理，特别是不合理地选用和配置湿地基质与植物，就会导致人工湿地净化效率低、使用寿命短等问题。目前的人工湿地系统中利用灌木型柳树无性系作为湿地植物，同时利用生物炭材料作为湿地生物填料处理废水方面还没有相关研究报道。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种稳定高效的人工湿地污水处理系统，该系统不仅具有现有人工湿地污水处理系统投资低、操作简便、维护运行费用省、耗能低，改善生态环境等特点，同时由于湿地植物与生物炭相互作用，强化了对污水中氮、磷和COD_Cr等污染物的去除效率、无二次污染，并且不受季节限制。

本发明的另一目的是提供一种稳定高效的人工湿地污水处理系统来处理污水的方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种稳定高效的人工湿地污水处理系统，包括常规污水预处理系统和人工湿地，常规污水预处理系统包括格栅井、调节池和沉淀池，人工湿地包括布水装置、集水装置、池体、装填在池体内的湿地基质和种植于基质上的植物，污水预处理系统和人工湿地由管道连通，其特征在于：所述湿地类型为潜流型人工湿地，湿地基质中含有生物炭材料，种植于基质上的植物为木本植物，生物炭材料以柳树生物质为原料制成。

木本植物为灌木型柳树无性系，种植密度为1～5株/m²。

生物炭材料为生物炭颗粒，粒径为5～40mm。

湿地基质包括按一定级配关系装填的卵石、砾石、碎石、陶粒、粗砂和生物炭材料。

湿地基质分为三层结构，自下而上依次为底层、中间层和表层，底层包括卵石，中间层主要由砾石、碎石或陶粒中的一种或一种以上与生物炭材料混合组成，表层包括粗砂和生物炭材料。卵石层厚度为20～40cm，中间层厚度为60～100cm，表层厚度为10～30cm。

一种稳定高效的人工湿地污水处理方法，其步骤主要包括：

(1)污水首先进入格栅井，主要去除较大的悬浮物和杂物。接着，格栅井的出水进入调节池，对水质水量进行调节。随后，调节池的出水经沉淀池沉淀悬浮颗粒物和砂粒等物质；

(2)沉淀池的出水进入人工湿地系统，污水在湿地植物、包含生物炭材料的基质以及微生物的协同作用下通过物理、化学和生物作用得以净化；

(3)经过净化后的水达标排放或回收利用。

所述步骤(2)中的生物炭材料为柳树生物质原料在250-800℃和缺氧条件下炭化1-6小时制成，粉碎制得生物炭颗粒，粒径为5～40mm。所述生物炭碳含量高达50-90％。