一种高效处理重金属和氮磷污染养殖废水的人工湿地处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高效处理重金属和/或氮磷污染养殖废水的人工湿地处理系统及方法。该系统包括总进水口、依次连通的多级预处理池、垂直潜流人工湿地、沉淀池、集水池和总出水口，其中所述垂直潜流人工湿地包括设置在内部的湿地填充基质；湿地填充基质为集水槽至上依次铺设的砾石层、砂土层、表面活性多孔生态填料层以及植物层，表面活性多孔生态填料层为沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻中的一种或几种，植物层种植皇竹草和空心菜。本发明专利技术能持久有效降低养殖污水中重金属和氮磷的含量，种植的空心菜和皇竹草可作为青贮饲料回归农业生产重新回收利用，达到变养殖、边生产、边修复的效果，运行管理方便，处理成本低，环保性好。

An artificial wetland treatment system and method for high efficient treatment of aquaculture wastewater polluted by heavy metals and nitrogen and phosphorus

【技术实现步骤摘要】
一种高效处理重金属和氮磷污染养殖废水的人工湿地处理系统及方法
本专利技术属于畜禽养殖污水修复
更具体地，涉及一种高效处理重金属和氮磷污染养殖废水的人工湿地处理系统及方法。
技术介绍
规模化养殖能够带来较高的经济效益，但同时也带来超标污水集中排放造成的环境污染问题。人工湿地因其具有投资少、易维护等优点，越来越多的被运用到污水处理上。有机砷作为饲料添加剂具有能够抑制病原微生物繁殖、促进畜禽生长以及改善畜禽外观与畜禽产品颜色的功效，因而被广泛应用于畜禽养殖业，但有机砷添加剂在动物体内不易被吸收，不可避免地通过饲料—畜禽—粪便途径进入沼气发酵池，再被暴露于环境中，影响环境和人体健康。土壤As污染问题因其具有长期性、隐蔽性及不可逆性等特点长期困扰着人们(纪冬丽等，2016)。国务院发布的《重金属污染综合防治“十二五”规划》中，砷被列为第一类重点防控污染物。一般来说，水体、基质、植物和微生物是构成人工湿地污水处理系统的基本要素，其中最重要的要素便是基质、植物、微生物(廖新俤，2002)。人工湿地对污水的净化有着非常复杂的机理过程，植物吸收、微生物代谢以及基质的吸附、过滤、沉淀在人工湿地污染物的去除过程起着关键的作用。不同的基质因其性质不同，对污染物的去除能力也不相同(徐德福等，2007)，不同湿地植物对污水的净化效果也不一样，不同微生物对湿地微生物群落结构、空间分布和功能影响也各不相同。因此，选择合适的基质、植物和微生物对于人工湿地系统的运行效果具有重要意义。目前国内已逐渐出现利用活性填料控制废水污染的报道及相关专利，如专利(CN201810437182.7)《一种禽畜废弃物养分回收兼水质达标工艺方法》、(CN201210269870.X)《一种反硝化聚磷菌强化人工湿地处理农村生活污水的方法》等，但上述专利普遍存在以下不足：(1)填料的紧密堆积容易导致水体底质状况的完全改变，破坏底栖生物的生存环境，虽然覆盖初期的效果较明显，但因为底栖生境的严重破坏，且难以重建，使修复水体的生态系统退化；(2)填料针对控制的废水释放污染物较为单一，且主要为氮磷，对重金属释放无法做到有效控制；(3)对于人工湿地的水生植物研究大多是集中于景观植物(如以美人蕉、芦苇等作为湿地植物)，而景观植物无法作为养殖场原料重新回收利用，造成资源的浪费。这些对于需要控制多种污染物释放的受污染养殖废水的修复来说，显然存在着很大的局限。皇竹草(Pennisetumhydridum)又名粮竹草、王草、皇竹、巨象草、甘蔗草，为多年生禾本科植物，目前学者多研究皇竹草对重金属镉的吸收累积作用，对于皇竹草对重金属砷的吸收累积作用关注较少(易自成等，2014；李钱鱼等，2012)。当前也未见有皇竹草作为湿地植物的报导。而且由于养殖废水成分较为复杂，对水体中某种污染物有较好净化效果的湿地植物比不代表其对其它污染物有较好的净化效果，因此如何合理的搭配不同种类的湿地植物，使其对污水中各种污染物实现最大效率的降解的问题有待进一步解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于是针对现有养殖废水处理技术和人工湿地技术的不足，提供一种高效处理重金属和/或氮磷污染养殖废水的人工湿地处理系统。本专利技术的另一目的是提供一种利用空心菜和皇竹草修复重金属和/或氮磷污染养殖废水的方法。本专利技术的再一目的是提供一种高效处理重金属和/或氮磷污染养殖废水的人工湿地处理方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种高效处理重金属和/或氮磷污染养殖废水的人工湿地处理系统，包括总进水口、依次连通的多级预处理池、垂直潜流人工湿地、沉淀池、集水池和总出水口，其中所述垂直潜流人工湿地包括其出水口设置在所述垂直潜流人工湿地顶端的布水管，设置在垂直潜流人工湿地底部的集水槽和出水口、以及设置在垂直潜流人工湿地内部的湿地填充基质；所述湿地填充基质为集水槽至上依次铺设的砾石层、砂土层、表面活性多孔生态填料层以及植物层，所述表面活性多孔生态填料层为沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻中的一种或几种，所述植物层种植皇竹草和空心菜。本专利技术针对养殖废水的特点，构建的垂直潜流人工湿地系统既保证湿地植物的良好生存环境，又确保了养殖废水的高效顺畅处理，同时，通过对人工湿地填料进行填料材料组成的优化配比和结构的优化配置，并且配合人工湿地植物和微生物，营造湿地处理系统中填料-湿地植物-湿地微生物三位一体的综合作用，利用生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对养殖废水的高效净化，以及实现对废弃物资源的循环利用，克服了在养殖废水处理中使用化学方法易造成二次污染和物理方法治标不治本的缺点，具有投资小、处理效果好、运行维护方便等优点，并具有一定的生态景观效应。该技术将特别适用于养殖废水及生活污水的恢复。在一些实施例中，将空心菜和皇竹草采取间作的方式同时种植，优选间作比例为2～4∶1，即每隔2～4行空心菜种植1行皇竹草。在一些实施例中，所述多级预处理池包括依次连通的黑膜沼气池、DST微生物选择塘厌氧发酵池和DST深度处理生化池。在一些实施例中，所述人工湿地处理系统的进水方式采用间歇式进水。在一些实施例中，所述砾石层的厚度为2～6cm，砂土层的厚度为5～15cm，表面活性多孔生态填料层的厚度为5～10cm。在一些实施例中，所述为生物炭和小球藻的混合物，或者沸石和小球藻的混合物，或者沸石、生物炭、微生物与小球藻的混合物，或者生物炭和微生物的混合物，或者沸石和微生物的混合物。本专利技术中通过投加沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻填料，加强了植物、基质和微生物之间的相互作用，同时加强了对湿地的强化作用，有效提高了污水中重金属及氮磷素的去除效率。在一些优选实施例中，按占待修复养殖废水的质量体积比计算，所述沸石的添加量为1～15g/L，优选5～10g/L；所述生物炭的添加量为1～15g/L，优选5～10g/L；所述复合微生物菌剂的添加量为0.05～5g/L，优选0.1～1.5g/L；所述小球藻的添加量为0.1～5g/L，优选0.16～3.5g/L。综合考虑多方面因素，包括多孔生态混合土层的流动性、分散性、黏性等性质，保证其能够很好的直接覆盖于基础种植层而形成多孔生态混合土层，而且要能够适合于空心菜生长，以及多孔生态混合土层与空心菜对重金属和氮磷污染物的协同控制和去除作用，得出上述实施范围。在一些实施例中，所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌属、酵母菌、乳酸菌和絮凝菌按照5～10∶2～10∶1～6∶1～5重量比混合而成。在一些优选实施例中，所述复合微生物菌剂的活菌总数≥5.0×109cfu·g-1，优选5.0×109～5.0×1010cfu·g-1。在一些实施例中，所述空心菜的品种选自港种青绿梗叶空心菜、中国台湾大叶白骨空心菜、港种大白骨空心菜、中国台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、泰国竹叶空心菜中的一种或几种。本专利技术经过广泛而深入的研究，相对高累积As的空心菜品种是中国台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、港种青绿梗叶空心菜。在另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效处理重金属和/或氮磷污染养殖废水的人工湿地处理系统，其特征在于，包括总进水口、依次连通的多级预处理池、垂直潜流人工湿地、沉淀池、集水池和总出水口，其中所述垂直潜流人工湿地包括其出水口设置在所述垂直潜流人工湿地顶端的布水管，设置在垂直潜流人工湿地底部的集水槽和出水口、以及设置在垂直潜流人工湿地内部的湿地填充基质；所述湿地填充基质为集水槽至上依次铺设的砾石层、砂土层、表面活性多孔生态填料层以及植物层，所述表面活性多孔生态填料层为沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻中的一种或几种，所述植物层种植皇竹草(Pennisetum hydridum)和空心菜(Ipomoeaaquatica Forsk)。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效处理重金属和/或氮磷污染养殖废水的人工湿地处理系统，其特征在于，包括总进水口、依次连通的多级预处理池、垂直潜流人工湿地、沉淀池、集水池和总出水口，其中所述垂直潜流人工湿地包括其出水口设置在所述垂直潜流人工湿地顶端的布水管，设置在垂直潜流人工湿地底部的集水槽和出水口、以及设置在垂直潜流人工湿地内部的湿地填充基质；所述湿地填充基质为集水槽至上依次铺设的砾石层、砂土层、表面活性多孔生态填料层以及植物层，所述表面活性多孔生态填料层为沸石、生物炭、复合微生物菌剂或小球藻中的一种或几种，所述植物层种植皇竹草(Pennisetumhydridum)和空心菜(IpomoeaaquaticaForsk)。


2.根据权利要求1所述的人工湿地处理系统，其特征在于，将空心菜和皇竹草采取间作的方式同时种植，间作比例为2～4∶1，即每隔2～4行空心菜种植1行皇竹草。


3.根据权利要求1所述的人工湿地处理系统，其特征在于，所述多级预处理池包括依次连通的黑膜沼气池、DST微生物选择塘厌氧发酵池和DST深度处理生化池。


4.根据权利要求1所述的人工湿地处理系统，其特征在于，所述砾石层的厚度为2～6cm，砂土层的厚度为5～15cm，表面活性多孔生态填料层的厚度为5～10cm。


5.根据权利要求4所述的人工湿地处理系统，其特征在于，所述表面活性多孔生态填料层为生物炭和小球藻的混合物，或者沸石和小球藻的混合物，或者沸石、生物炭、微生物与小球藻的混合物，或...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎华寿，黄山，崔星怡，梁秋梨，
申请(专利权)人：广州市龙运博环保技术有限公司，华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44