本發(fā)明涉及一種復(fù)合垂直流人工濕地，屬于水處理。

背景技術(shù)：

1、目前，我國城市污水廠的二級出水或尾水中仍然含有大量的氮、磷等物質(zhì)，人工濕地作為脫氮除磷的深度處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于污水廠的二級出水或尾水處理中。由于污水廠的二級出水或尾水有機(jī)物含量較少，存在碳氮比低的問題，影響微生物的硝化、反硝化等作用，導(dǎo)致脫氮除磷效果較低。同時(shí)，在冬季由于低溫導(dǎo)致人工濕地運(yùn)行效果不佳。因此，開發(fā)一種穩(wěn)定高效的人工濕地以解決城市污水問題具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是在于提供一種復(fù)合垂直流人工濕地。該人工濕地能夠高效脫氮除磷，且低溫環(huán)境下仍可穩(wěn)定運(yùn)行，占地面積小，成本低廉，可有效解決城市污水問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種復(fù)合垂直流人工濕地，其包含玻璃多孔交聯(lián)改性緩釋碳源基質(zhì)填料層，所述玻璃多孔交聯(lián)改性緩釋碳源基質(zhì)是由負(fù)載納米零價(jià)鐵的玻璃多孔基質(zhì)與堿處理的改性生物碳材料通過交聯(lián)反應(yīng)制得。

3、本發(fā)明中的玻璃多孔交聯(lián)改性緩釋碳源基質(zhì)可有效控制碳源釋放，且具有優(yōu)良的保溫效果，其中，納米零價(jià)鐵的微電解可以促進(jìn)碳源中芳香蛋白類物質(zhì)以及富里酸類物質(zhì)的釋放，促進(jìn)固體碳源的釋碳過程，其還作為無機(jī)電子供體和還原劑為反硝化菌提供電子進(jìn)行厭氧呼吸，將硝酸鹽氮還原為n2或no2-，同時(shí)也作為脫氧劑，在填料層能保證生物反硝化的厭氧環(huán)境，促進(jìn)脫氮微生物在填料層的富集；堿處理的改性生物碳材料釋碳性能增強(qiáng)，釋碳速率增加，且氮磷釋放量低，該改性緩釋碳源作為有機(jī)電子供體，為反硝化菌提供碳源。本發(fā)明的玻璃多孔交聯(lián)改性緩釋碳源基質(zhì)通過改性緩釋碳源、納米零價(jià)鐵以及玻璃多孔材料協(xié)同脫氮，大大提高提高人工濕地系統(tǒng)的脫氮效率及穩(wěn)定性。

4、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述玻璃多孔交聯(lián)改性緩釋碳源基質(zhì)的制備過程為：將堿處理的改性生物碳材料和水混合加熱糊化，得到糊化液；將所述糊化液與聚乙烯醇、發(fā)泡劑以及負(fù)載納米零價(jià)鐵的玻璃多孔基質(zhì)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，再進(jìn)行冷凍成型，即得。

5、其中，聚乙烯醇（pva）具有豐富的羥基（-oh）官能團(tuán)，能夠與生物碳材料發(fā)生氫鍵作用，從而形成穩(wěn)定的緩釋復(fù)合物。本發(fā)明通過控制聚乙烯醇（pva）的分子量、交聯(lián)度以及生物碳材料的孔隙結(jié)構(gòu)等可調(diào)控碳源的釋放速率。

6、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述聚乙烯醇的分子量為17萬~22萬。

7、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，堿處理的改性生物碳材料和水的質(zhì)量比為(1~3):10。

8、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述糊化液、聚乙烯醇、負(fù)載納米零價(jià)鐵的玻璃多孔基質(zhì)和發(fā)泡劑的質(zhì)量比為(40~50):(3~5):?(40~50):?(1~2)。

9、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述發(fā)泡劑為碳酸氫鈉。

10、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述加熱糊化的條件為：溫度為40~70℃，時(shí)間為1~3h。

11、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述交聯(lián)反應(yīng)的條件為：溫度為100~140℃，時(shí)間為1~1.5h。

12、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述冷凍成型的條件為：溫度為-15~-12℃，時(shí)間為1~1.5h。

13、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述負(fù)載納米零價(jià)鐵的玻璃多孔基質(zhì)的制備過程為：將玻璃廢料、硼砂粉、磷酸鈉粉末、高嶺土、高爐粉塵和發(fā)泡劑混合煅燒，即得。

14、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述玻璃廢料的質(zhì)量份為30~40份，所述硼砂粉的質(zhì)量份為1~2份，所述磷酸鈉粉末的質(zhì)量份為1~2份，所述高嶺土的質(zhì)量份為15~20份，所述高爐粉塵的質(zhì)量份為20-30份，所述發(fā)泡劑的質(zhì)量份為1~2份。

15、其中，高爐粉塵主要作為鐵源和碳源，可焙燒還原生成納米零價(jià)鐵負(fù)載至玻璃多孔基質(zhì)。

16、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述發(fā)泡劑包含碳酸鎂和碳酸鈣。

17、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述玻璃廢料的粒徑大小為-150目~+200目。

18、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述硼砂粉的粒徑大小為-150目~+200目。

19、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述磷酸鈉粉末的粒徑大小為-150目~+200目。

20、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述高嶺土的粒徑大小為-150目~+200目。

21、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述高爐粉塵的粒徑大小為-150目~+200目。

22、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述發(fā)泡劑的粒徑大小為-600目~+800目。

23、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述煅燒的過程為：先升溫至400~450℃預(yù)熱10~20min，然后繼續(xù)升溫至800~900℃熔融30~40min，再繼續(xù)升溫至1000~1100℃燒結(jié)20~40min后降溫至500~800℃，再自然冷卻至常溫。

24、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，預(yù)熱、熔融和燒結(jié)過程的升溫速率均為10~20℃/min。

25、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，降溫過程的降溫速率為20~30℃/min。

26、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述堿處理的改性生物碳材料是通過將生物碳材料浸泡于氫氧化鈉溶液中制得。

27、其中，堿處理可以降低纖維素的交聯(lián)程度和牢固性，其原理是利用?oh-破壞木質(zhì)素、纖維素和半纖維素之間的化學(xué)鍵，還可以破壞木質(zhì)素自身的化學(xué)鍵，分解大部分木質(zhì)素。經(jīng)過堿處理的生物碳材料，其釋碳性能增強(qiáng)，釋碳速率增加，且氮磷釋放量低。

28、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述生物碳材料為稻草秸稈。

29、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述稻草秸稈的長度為0.5~1cm。

30、所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為1.5~2%。

31、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述浸泡的溫度為90~100℃，浸泡時(shí)間為3~5h。

32、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述復(fù)合垂直流人工濕地分為下行流池和上行流池，所述下行流池和上行流池中的填料包含底層碎石填料層、玻璃多孔交聯(lián)改性緩釋碳源基質(zhì)填料層以及表層碎石填料層。

33、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述下行流池和上行流池通過中間墻分隔，且下行流池和上行流池的底部聯(lián)通，污水從下行流池的表面流入至下行流池的底部并通過底部連通處流入上行流池的底部，再經(jīng)上行流池的表面流出，其中，上行流池的表面具有曝氣好氧區(qū)，下行流池的表面具有回流好氧區(qū)，上行流池好氧區(qū)的部分污水通過回流泵回流至下行流池表面的回流好氧區(qū)，上行流池和下行流池底部均為厭氧區(qū)。

34、本發(fā)明利用復(fù)合垂直流人工濕地（下行流池、上行流池）的水流特點(diǎn)，在底部填料層添加玻璃多孔交聯(lián)改性緩釋碳源基質(zhì)，在池體底部形成缺氧反硝化環(huán)境；利用上行流池的表面曝氣系統(tǒng)，在上行流池表面形成好氧環(huán)境，在好氧環(huán)境下產(chǎn)生大量電子供體；同時(shí)，將上行流池部分污水回流至下行流池，將電子供體經(jīng)下行流池表面回流好氧區(qū)再流至流池底部的厭氧區(qū)域來促進(jìn)反硝化反應(yīng)。此方法在人工濕地的基礎(chǔ)上，結(jié)合a/o工藝原理，在人工濕地形成缺氧區(qū)、好氧區(qū)，并將部分好氧區(qū)污水回流至前端，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的脫氮除磷效果，其中，復(fù)合垂直流人工濕地的相關(guān)設(shè)計(jì)布局見本發(fā)明圖1和圖2。

35、因?yàn)閺?fù)合垂直流人工濕地分為下行流池和上行流池，污水在相同占地面積條件下兩次通過填料層，大大提高了污染物質(zhì)的去除效率。同時(shí)，在人工濕地填料層增加納米零價(jià)鐵，納米零價(jià)鐵作為脫氧劑，能使得人工濕地下層處于厭氧/缺氧環(huán)境，而復(fù)合垂直流人工濕地能增加污水在下層的停留時(shí)間，保證反硝化菌充分的反硝化反應(yīng)，聚磷菌厭氧釋磷并消耗部分氨氮，進(jìn)而提高脫氮效率。在上行流池表面設(shè)置太陽能表面曝氣設(shè)備，使上行流池表面處于好氧環(huán)境，使得聚磷菌過量攝取磷、有機(jī)物被微生物降解、硝化菌的硝化反應(yīng)，有利于系統(tǒng)的脫氮除磷效率。同時(shí)，將上行流池中部分混合液用泵回流至下行流池中，使硝化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)一步降解。

36、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

37、（1）采用玻璃多孔交聯(lián)改性緩釋碳源基質(zhì)填料層，大大提高人工濕地的脫氮除磷效果，且能夠低溫運(yùn)行，穩(wěn)定性強(qiáng)；

38、（2）有效利用復(fù)合垂直流人工濕地（下行流池、上行流池）的水流特點(diǎn)，結(jié)合a/o工藝原理，大大提升人工濕地系統(tǒng)的脫氮除磷效果，有效解決的城市污水處理問題。