一种强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统及运行方法技术方案

本发明专利技术提供一种强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统，由下到上依次为排水层(1)、混合填料层(2)和自由水面层(4)，所述排水层(1)底部布管的出水口(6)，其特征在于：在所述混合填料层(2)表面设置碳基材料层(3)，所述碳基材料层(3)上铺设进水管(7)。该系统是基于再生水景观补水利用生态安全性考虑的水质生态净化体系，通过碳基强化余氯吸附与光解效应耦合来实现再生水中余氯、有机质、营养盐协同控制。控制。控制。

【技术实现步骤摘要】
一种强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统及运行方法


[0001]本专利技术属于污水处理领域，特别涉及一种强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统及运行方法。

技术介绍

[0002]人工湿地(ConstructedWetland，CW)是一种通过植物、基质填料及微生物协同作用来实现污水净化的处理技术。因其处理效果好、建设运行成本低、兼具景观功能等特点，在市政、工业和农业等领域的水质净化中得到了广泛应用。研究表明，人工湿地进水会通过填料吸附、生物膜降解转化、植物根茎吸附与吸收等反应去除水中的氮磷和有机组分。
[0003]目前，已有人工湿地研究与设计主要面向污水、雨水与微污染地表水的污染物净化，重点控制BOD、氨氮、TP等污染指标。在推进污水处理提标改造、提质增效、污水处理与资源化利用的背景下，我国污水处理厂出水水质普遍达到一级A标准，而北京、天津、昆明等地已执行了更加严格的地方出水水质标准，用于生态补水利用的再生水水质较好，BOD和氨氮等污染物浓度普遍较低，有些甚至可达到地表水IV类或更高的水质标准。处理再生水的人工湿地不再以尾水深度净化为主，而主要承载着水质生态改善的功能。
[0004]然而，以再生水作为唯一水源的人工湿地系统为了有效控制水媒致病菌和病毒传播风险，污水处理厂常在紫外消毒后补充氯消毒，导致补入城市景观水体的再生水中含有余氯及其他残余药剂，而余氯通常难以被常规潜流人工湿地系统削减，不仅会损伤人工湿地的植物根系与生物膜，而且还会穿透人工湿地系统，易对下游水体产生不利生态影响，降低人工湿地系统运行效能并影响补入水体的水生态安全。另外，由于再生水中可生物利用碳源低，且因ORP较高而存在氧化胁迫效应，会使人工湿地系统的植物与微生物丰度与代谢功能受到影响，导致整体运行效能降低。
[0005]余氯可发生光解反应，形成羟基自由基和氯自由基，从而在自然光照条件下余氯浓度有所衰减，但衰减速率较低。采用传统“塘”设施进行余氯光解，占地面积大；而高水力负荷潜流人工湿地系统占地集约，但易被余氯穿透。研究表明，碳基材料(例如碳纤维)具有微孔结构及电化学活性，且比表面积较大，能够吸附HClO/ClO
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并与自由基发生表面反应，从而促进活性氯在自然光照条件下的衰减。为此，将碳基材料应用于潜流人工湿地系统，以强化余氯的光解去除，从而为再生水景观补水生态改善系统构建和运行提供理论与方法支撑，助力再生水景观利用和水生态改善。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统，该系统是基于再生水景观补水利用生态安全性考虑的水质生态净化体系，更具体地说，是一种通过碳基强化余氯吸附与光解效应耦合来实现再生水中余氯、有机质、营养盐协同控制的改良人工湿地系统及其运行方法。
[0007]如上构思，本专利技术的技术方案是：一种强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统，由下到上依次为排水层(1)、混合填料层(2)和自由水面层(4)，所述排水层(1)底部布管的出水口(6)，其特征在于：在所述混合填料层(2)表面设置碳基材料层(3)，所述碳基材料层(3)上铺设进水管(7)。
[0008]上述一种强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统的运行方法，其特征在于：采用间歇式进水方式。
[0009]优选地，所述排水层(1)用直径2
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4cm的卵石填装，其厚度为10
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30cm。
[0010]优选地，所述出水口(6)上覆盖透水土工布。
[0011]优选地，所述混合填料层(2)填料种类及掺混体积比范围为：卵石:沸石:细砂:化学混凝污泥＝25％～35％:0～20％:35％～65％:10％～40％。
[0012]优选地，所述碳基材料层(3)可采用碳毡、碳纤维复合材料、颗粒活性炭、生物炭材料活性材料。
[0013]优选地，所述碳基材料层(3)的厚度为2
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8cm。
[0014]优选地，所述碳基材料层(3)上种植水生植物(5)，栽种密度建议为2～10株/m2。
[0015]优选地，所述自由水面层(4)的厚度为0
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40cm。
[0016]优选地，所述间歇式进水时间夏季早5点
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19点，冬季早7点
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晚17点。
[0017]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果如下：
[0018]1、本专利技术综合考虑了再生水补水的情况下特有的生态风险影响因素，将自由水面、碳基材料与潜流人工湿地相结合，充分发挥碳基材料耦合自由水面对余氯的光催化分解功能和潜流湿地的高负荷净化能力，能够有效控制再生水余氯对人工湿地系统的冲击以及生态补水的潜在生态风险，强化人工湿地净化效能和再生水补水的水体生态改善效应，降低景观水体补水的运行维护成本。
[0019]2、本专利技术采用间歇运行不仅解决了人工湿地系统夜间分解余氯能力不足的问题，还有效地减少由于湿地长期浸泡导致的过度耗氧与堵塞等问题。同时，在保障潜流湿地基本除磷脱氮功能的情况下，强化了微量有机污染物的转化和好氧环境的维持。
[0020]3、本专利技术整体运行效能高。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的主视图；
[0022]图2是本专利技术的基本原理示意图。
[0023]本专利技术附图标记如下：1
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排水(卵石)层；2
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混合填料层；3
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碳基材料层；4
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自由水面；5
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水生植物；6
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出水口；7
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进水管；8
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液位计。
具体实施方式
[0024]参见附图1
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2，本专利技术提供一种强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统，以垂直流潜流湿地为基础，针对人工湿地系统用于污水处理厂深度处理后再生水中残余氯消毒剂的控制以及微量有机质与营养盐调控，湿地进水水质需满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918
‑
2002)一级A及更高标准水质要求。由下到上依次为排水层1、混合填料层2、碳基材料层3、水生植物5和自由水面4。最下层设置为排水层1用直径2
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4cm的卵石填
装，其厚度为10
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30cm，便于底部布管的出水口6出水，其上覆盖一层透水土工布。排水层1上面设置混合填料层2，填料种类及掺混体积比范围为：卵石:沸石:细砂:化学混凝污泥＝25％～35％:0～20％:35％～65％:10％～40％，在混合填料层上方铺设一层2
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8cm厚的碳基材料层3，包括碳毡、碳纤维复合材料、颗粒活性炭、生物炭材料等活性材料组成新型混合填料层，通过碳基材料的吸附与促进光解效应耦合，对再生水中余氯进行高效去除，从而控制余氯对水体的影响并保护湿地下层植物根系与生物膜活性。碳基材料可按一定密度开孔以种植水生植物5，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统，由下到上依次为排水层(1)、混合填料层(2)和自由水面层(4)，所述排水层(1)底部布管的出水口(6)，其特征在于：在所述混合填料层(2)表层设置碳基材料层(3)，所述碳基材料层(3)上铺设进水管(7)。2.一种根据权利要求1所述的强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统的运行方法，其特征在于：采用间歇式进水方式。3.根据权利要求1所述的强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统，其特征在于：所述排水层(1)用直径2
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4cm的卵石填装，其厚度为10
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30cm。4.根据权利要求1所述的强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统，其特征在于：所述出水口(6)上覆盖透水土工布。5.根据权利要求1所述的强化再生水余氯控制的人工湿地生态净化系统，其特征在于：所述混合填料层(2)填料种类及掺混体积比范围为：卵石:沸石:细砂:化学混凝污泥＝25％～35％:0～20...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉恒，李檬，王金丽，
申请(专利权)人：中国市政工程华北设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：