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
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術領域，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：
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)，其因為經(jīng)濟效益好而發(fā)展迅速。人工濕地可以和自然濕地、污水處理廠等處理設施聯(lián)合使用，其在不同污染物負荷下可以較好的處理污水中的有機物。但是對于單級的人工濕地，雖然其化學需氧量(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到較高的水平。特別是人工濕地對于擁有各種不同的進水碳負荷比例的污水，其處理能力波動較大，就是因為單級人工濕地的好氧厭氧環(huán)境較差。例如單級的人工濕地因為其不能同時提供好氧和厭氧的環(huán)境條件，所以在高負荷碳(C)和氮(N)素進水條件下，難以得到相對·較高的TN去除率。而由單級人工濕地組合起來的組合型人工濕地對于此則有很好的解決辦法。大量文獻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)的兩級組合型人工濕地組合，對于污水中污染物的去除是特別有意義的。單級人工濕地中又以垂直潛流式人工濕地越來越多的受到了人們的關注，其因為較好的氧氣傳輸和交換能力而有能力處理各種負荷程度的污染物。垂直潛流式人工濕地的特點主要包括出色的輸氧能力、較高的水力負荷、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),它們被認為是有可能組合得到高效脫氮除磷和去除有機污染物的兩級人工濕地組合。同時，人工濕地的進水碳污染物負荷比例對于人工濕地的污染物凈化效果也是有顯著影響的，當其剛好達到或者接近某個最佳負荷比例時，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)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡便易行、經(jīng)濟效益好的調控進水碳負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水碳負荷比例；
(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水碳負荷比例下的污水凈化效果，以確定出最佳的進水碳負荷比例和垂直潛流式人工濕地組合類型；
(4)測試實際所需要處理的污水的污染物負荷濃度，然后根據(jù)計算結果調節(jié)原污水的污染物負荷濃度以達到步驟(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處理已經(jīng)調節(jié)過污染物負荷濃度的污水。本方法中，步驟(I)中人工合成污水的碳負荷比例調節(jié)方法是按照經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)在 1996 年所制訂的關于好氧污水處理方法中化學物質模擬測試的指導方針來完成的。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，每個單級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水碳負荷比例為碳氮比(C/N)( 9 11) :1、(4 6) :1 和(2 3) :1。本方法中，步驟(4)中調節(jié)原污水的污染物負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)中對于污水的凈化效果需要同時考慮化學需氧量(Chemicaloxygen demand, COD)、總氮(Total nitrogen, TN)和總憐(Total phosphorus, TP)在整個試驗周期中的去除率。本方法中，試驗周期為4月至次年I月。本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1)模擬人工合成污水的進水碳負荷比例為碳氮比(C/N)(9 11):1、(4飛)1和(2 3):1，其高中低三級的劃分基本可以涵蓋一般的污水特性，測試結果可以準確的反映最佳的進水碳負荷比例；
(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)調節(jié)原污水的污染物負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藥品的消耗，也可以采用更為經(jīng)濟的生活污水和工業(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)濟實用性。


圖I組合型垂直潛流式人工濕地不同進水碳負荷的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水碳負荷的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水碳負荷的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)進水碳負荷的污染物去除率。
具體實施例方式下面通過實施例和附圖對本發(fā)明進行詳細的說明。實施例I一種調控進水碳負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。擬建立一個處理量為100噸/天的組合型垂直潛流式人工濕地來處理城市生活污水。其首先測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水碳負荷比例下的污水凈化效果，以確定出最佳的進水碳負荷比例和垂直潛流式人工濕地組合類型；然后測試實際所需要處理的城市生活污水的污染物負荷濃度，然后根據(jù)計算結果采用生活污水和工業(yè)廢水相互混合的方法來調節(jié)原污水的污染物負荷濃度以達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處理已經(jīng)調節(jié)過污染物負荷濃度的城市生活污水，以達到最佳的凈化效果。以下為具體的步驟
單級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6次清洗，以去除其較高的堿性。整個人工濕地組合系統(tǒng)通過高位水箱來重力配 水，濕地自身則通過直徑5cm的聚氯乙烯塑料管(其上有等距離的2. 5mm直徑的小孔)來配水到濕地表面。每個單級的人工濕地都種上10株高度為10±4 cm的菖蒲，然后灌自來水一個月，以使?jié)竦刂参锟梢赃m應濕地土壤環(huán)境，同時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水污水負荷，分別測試它們對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，結果如圖I 3所示。綜合考慮C0D、TN和TP的去除率，進水碳負荷比例為5:1時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水碳負荷比例和濕地組合。測試實際所需要處理的污水的污染物負荷濃度，其結果是碳氮比(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，以降低原污水的進水C/N比例來達到進水碳負荷比例5:1的最佳值。用最佳垂直潛流式人工濕地組合VDF-VUF處理調控后的污水，其結果顯示污染物降解效果良好，可以達到最高值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水碳負荷比例； (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水碳負荷比例下的污水凈化效果，以確定出最佳的進水碳負荷比例和垂直潛流式人工濕地組合類型； (4)測試實際所需要處理的污水的污染物負荷濃度，然后調節(jié)原污水的污染物負荷濃度以達到步驟(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處理已經(jīng)調節(jié)過污染物負荷濃度的污水。
2.根據(jù)權利要求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，每個單級的人工濕地都種上菖蒲。
3.根據(jù)權利要求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水碳負荷比例分別為碳氮比(9 11) :1、(4 6) : I 和(2 3) :1。
4.根據(jù)權利要求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)中所述調節(jié)原污水的污染物負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考慮化學需氧量、總氮和總磷在整個試驗周期中的去除率。
6.根據(jù)權利要求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)境工程技術領域，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荷不同的污水進水濃度；其次將兩種垂直潛流式人工濕地，兩兩組合；然后測試它們在不同的進水碳負荷比例下的污水凈化效果，確定最佳的進水碳負荷比例和垂直潛流式人工濕地組合類型；最后在實際污水處理過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荷達到先前確定的最佳的進水碳負荷比例，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，且具有簡單易行、操作方便和經(jīng)濟效益好的優(yōu)點。
文檔編號C02F3/32GK102874932SQ20121041101
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權日2012年10月25日
發(fā)明者鄭正, 顏誠, 趙永軍, 羅興章, 張麗 申請人:復旦大學