一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统.pdf

本发明公开了一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征是，包括箱体、湿地植物、布水系统、集水装置、填充基质、承托层组成，所述承托层设置于填充基质底部，所述集水装置设置于承托层底部，所述布水系统设置于填充基质的上方，所述填充基质为砂砾和含铝污泥的混合物,所述填充基质中部设置曝气盘，所述曝气盘连接曝气泵,所述布水系统连接酶解装置；本发明所述一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统在含铝污泥吸附、基质表面微生物及植物吸收的协同作用下，污水中的污染物和氟离子得到有效去除，出水中各类污染物的含量均达到了在地表水环境质量标准中规定的Ⅱ类水质标准，而且人工湿地本身相对于其他工艺方法具有更多优势。

1.  一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征是，包括箱体、湿地植物、布水系统、集水装置、填充基质、承托层组成，所述承托层设置于填充基质底部，所述集水装置设置于承托层底部，所述布水系统设置于填充基质的上方，所述填充基质为砂砾和含铝污泥的混合物, 所述填充基质中部设置曝气盘，所述曝气盘连接曝气泵,所述布水系统连接酶解装置。

2.  根据权利要求1所述的一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征在于，填充基质中砂砾：含铝污泥体积比为8~10:1，所述填充基质填充高度为60～70cm。

3.  根据权利要求1所述的一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征在于，所述曝气盘由高温烧结的气泡石组成，所述曝气盘设置在距离填料表面30～40 cm处。

4.  根据权利要求3所述的一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征在于，所述曝气盘的曝气量为1.6~3m³/m²·d，曝气方式采用间歇式曝气。

5.  根据权利要求1所述的一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征在于，所述承托层为粗砾石铺设，所述粗砾石铺设高度为5～10cm。

6.  根据权利要求1所述的一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征在于，所述布水系统包括进水管道、布水干管和支管，所述布水干管和支管为丰字形结构。

7.  根据权利要求6所述的一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征在于，所述布水干管和支管均平铺于填充基质上方2～6cm。

8.  根据权利要求1所述的一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征在于，酶解装置包括流速测量仪、投放盒和计时器，所述投放盒内装有β-葡聚糖酶，所述β-葡聚糖酶的投加量为1.2~1.8mg/mL，酶解时间为48h。

9.  根据权利要求1所述的一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征是，填充基质上层按8～10株/ m²种植湿地植物。

10.  根据权利要求9所述的一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征是，所述湿地植物选取菖蒲、芦苇、美人蕉和灯芯草中一种或两种以上植物搭配种植。

一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统
技术领域
本发明涉及污水处理水生态修复技术，属于环保技术领域，具体涉及一种利用含铝污泥作为人工湿地填充材料除氟，并辅以曝气酶解方法处理含氟废水系统的高效方法。
背景技术
人工湿地兴起于20世纪70年代，因其相对于其他已经成熟的污水处理工艺技术具有出水水质稳定、基建投资与运行费用经济、技术含量低、维护管理方面等优点现已经越来越被污水处理行业重视。甚至经过强化改进应用于工业废水、城市污水厂污水二级处理等方面。由于其对较低浓度的氮、磷、氨氮、悬浮固体等较强的去除能力，人工湿地较多的还是被用于生态修复，污水处理厂深度处理等方面。近年来随着人工湿地工艺的不断改进，人们渐渐发现其在污水处理方面的开发潜力。
氟是人体必需的微量元素之一，饮用水适宜的氟质量浓度为0.5～1mg/L。当饮用水中氟含量不足时，易患龋齿病；但若长期饮用氟质量浓度高于1mg/L的水，则会引起氟斑牙病；长期饮用氟质量浓度为3～6mg/L的水会引起氟骨病。我国含氟地下水分布广泛，尤其是在西北干旱地区，约有7000万人饮用含氟量超标的水，导致不同程度的氟中毒。工业上，含氟矿石开采、金属冶炼、铝加工、焦炭、玻璃、电子、电镀、化肥、农药等行业排放的废水中常含有高浓度的氟化物，造成环境污染。
对于这些含氟废水，目前国内大多数生产厂尚无完善的处理没施，所排放的废水中氟含量指标尚未达到国家排放标准，严重污染着人类赖以生存的环境。按照国家工业废水排放标准，氟离子浓度应小于10mg/L；对于饮用水，氟离子浓度要求在1mg/L以下。含氟废水的处理方法有多种，国内外常用的方法大致分为两类，即沉淀法和吸附法。除这两类工艺外，还有冷冻法、离子交换树脂除氟法、活性炭除氟法、超滤除氟法、电渗析，至今很少推广应用于除氟工艺，主要是因为成本高、除氟率低。
发明内容
本发明的目的在于提出一种经济高效的含氟废水的处理方法，就是利用一定配比的砂砾和含铝污泥混合填料作为人工湿地的填充基质，并种上湿地植物，设置布水系统和集水装置，对含氟废水产生净化的作用。
为达到去除废水中氟离子的目的，发明一种经济高效的含氟废水的处理方法，本发明的技术方案如下：一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征是，包括箱体、湿地植物、布水系统、集水装置、填充基质、承托层组成，所述承托层设置于填充基质底部，所述集水装置设置于承托层底部，所述布水系统设置于填充基质的上方，所述填充基质为砂砾和含铝污泥的混合物,在其表面覆盖砾石以使布水均匀，所述填充基质中部设置曝气盘，所述曝气盘连接曝气泵,所述布水系统连接酶解装置,当本发明出现明显的堵塞状况时进行酶解反应。
优选的是，所述填充基质中砂砾：含铝污泥体积比为8～10:1，所述填充基质填充高度为60～70cm，含铝污泥填料元素分析结果表明， 填料中主要含有钙、铝、镁、铁等金属元素，而填料中阳离子如钙、镁、铝、铁的交换量与氟和磷的吸附量之间均存在着正相关关系，磷与氟的去除效果与填料的物理性质也有关系，其吸附量与填料的孔隙度、粒径(D80)和不均匀系数(K80)有正相关关系，故通过填充含铝污泥和砂砾基质混合物的人工湿地，即能对废水中的营养物质达到去除作用，又能去除其中的氟。
优选的是，含铝污泥取自污水处理厂混凝沉淀后排出的污泥先经过110℃干燥24h，将其压成粉状，再经自来水冲洗几次，之后用蒸馏水冲洗一次并自然风干，然后在400℃高温下焙烧3h，再用100μm孔径的筛子过筛便获得了所要用的含铝污泥，与含铝污泥混合的砂砾粒径为0.6～2mm,填充方式为：在人工湿地中，按照砂砾：含铝污泥比例为8:1的体积比混合填充，填充高度约为60～70cm。
优选的是，所述曝气盘由高温烧结的气泡石组成，所述曝气盘设置在距离填料表面30～40cm处，安装于填充基质中间的曝气盘不断向填充基质通入空气，维持上层基质微生物的好氧环境。
优选的是，所述曝气盘的曝气量为1.6～3m³/m²·d，曝气方式采用间歇式曝气。
优选的是，所述布水系统包括进水管道、布水干管和支管，所述布水干管和支管为丰字形结构，所述布水干管和支管均平铺于填充基质上方2～6cm，布水系统平铺在填充基质表面，利用布水系统把含氟废水均匀布置在填充基质表面，污水均匀向下流淌，在流动过程中废水得到净化，在填充基质底部设集水管，收集后排出，进水管道设置有蠕动泵，保证连续进水。
优选的是，所述承托层为粗砾石铺设，所述粗砾石铺设高度为5～10cm。
所述集水装置设置于承托层底部，所述集水装置底部设倾斜度为10～15^°的倾角便于集水流出，可防止在底部形成死区。
优选的是，酶解装置包括流速测量仪、投放盒和计时器，投放盒内装有β-葡聚糖酶，所述β-葡聚糖酶的投加量为1.2～1.8mg/mL，酶解时间为48h，在湿地运行期间辅助加入β-葡聚糖酶能很快降解堵塞在基质孔隙间的胞外多聚物(EPS)。优选的是，填充基质上层按8～10株/m²种植湿地植物，所述湿地植物选取菖蒲、芦苇、美人蕉和灯芯草中一种或两种以上植物搭配种植，含氟废水沿着根茎系统渗流形成下渗水流，污水在下渗过程中与氧气、植物根茎、填充基质及基质中的微生物、酶等作用后排出，通过这一过程废水得到了净化。
本发明所述的人工湿地类型也可以为水平流、潜流人工湿地，均有一定的除氟作用。
本发明的原理是：湿地系统由布水系统、湿地植物、一定级配的砂砾与含铝污泥混合填充基质、集水装置组成，采取连续进水、变水位的方式运行，其污水处理的基本过程为：含氟废水经布水系统均匀分布在基质表面，在重力作用下下渗，污水在下渗过程中与氧气、植物根茎、填充基质及基质中的微生物、酶等作用后排出，污水在下渗过程中得到净化。
本发明所达到的有益效果：①本发明所述一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统通过含铝污泥含有不同的金属氧化物，且表面不均匀，所以对氟离子有很强的吸附性，通过填充含铝污泥和砂砾基质混合物的人工湿地，即能对废水中的营养物质达到去除作用，又能去除其中的氟，对不超过40μg/L的含氟废水效果良好，对含氟废水中氟的去除率可以达到65％-74％，出水中各类污染物的含量均达到了在地表水环境质量标准中规定的Ⅱ类水质标准，而且人工湿地本身 相对于其他工艺方法具有造价低，经济性好，维护简单等优势，另外，含铝污泥本身会对环境造成威胁，而其再生利用将会改善这种现状；②所述一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统可以有效解决含氟污水的净化问题，实验证明耐氟性强的污泥在正常的气候环境下不会对水体造成污染问题，它作为一种低成本、抗冲击能力强，且景观生态相容性良好的新型污水生态处理系统，比以往的除氟方法更经济、高效；③所述一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统去除含氟废水通过酶解装置的设置,当人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统出现明显的堵塞状况时进行酶解反应，辅助加入β-葡聚糖酶能很快降解堵塞在基质孔隙间的胞外多聚物(EPS)，可使本发明提高效率，且维护方便；④所述一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统去除含氟废水通过曝气盘的设置，维持上层基质微生物的好氧环境，污水在基质填料孔隙中与自下而上的空气接触，在含铝污泥吸附、基质表面微生物及植物吸收的协同作用下，污水中的污染物和氟离子得到有效去除。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，其特征是，包括箱体2、湿地植物4、布水系统3、集水装置、填充基质5、承托层6组成，所述承托层6设置于填充基质5底部，所述集水装置设置于承托层6底部，所述布水系统3设置于填充基质5的上方，所述填充基质5为砂砾和含铝污泥的混合物,所述填充基质5中部设置曝气盘8，所述曝气盘8连接曝气泵9,所述布水系统3连接酶 解装置,当本发明出现明显的堵塞状况时进行酶解反应，所述填充基质5中砂砾：含铝污泥体积比为10:1，所述填充基质5填充高度为60～70cm，所述曝气盘8由高温烧结的气泡石组成，单面透气，所述曝气盘8表面平均孔隙率为0.5，曝气的气水比为6:1，所述曝气盘8设置在距离填充基质5表面35cm处，所述曝气盘8的曝气量为1.6～3m³/m²·d，曝气方式采用间歇式曝气，所述布水系统包括进水管道1、布水干管和支管3，所述布水干管和支管3为丰字形结构，所述布水干管和支管3均平铺于填充基质5上方3cm，布水系统平铺在填充基质表面，利用布水系统把含氟废水均匀布置在填充基质5表面，污水均匀向下流淌，在流动过程中废水得到净化，在填充基质5底部设集水装置，收集后排出，进水管道1设置有蠕动泵，保证连续进水，所述承托层6为粗砾石铺设，所述粗砾石铺设高度为5cm，所述集水装置设置于承托层6底部，所述集水装置底部设倾斜度为10～15^°的倾角并连通一根集水管7将处理后的水排出。，可防止在底部形成死区，酶解装置包括流速测量仪、投放盒和计时器，投放盒内装有β-葡聚糖酶，所述β-葡聚糖酶的投加量为1.2～1.8mg/mL，酶解时间为48h，填充基质上层按8～10株/m²种植湿地植物4，所述湿地植物4选取(芦苇、香蒲各5株)/m²种上植物，含氟废水沿着根茎系统渗流形成下渗水流，污水在下渗过程中与氧气、植物根茎、填充基质5及基质中的微生物、酶等作用后排出，通过这一过程废水得到了净化。
本实例中进水为模拟含氟废水，进水采用连续流进水，模拟废水用泵提升后经布水系统均匀分布于填充基质5表面，其水力负荷为0.5m³/(m²·d)，以氯化铵作为植物及微生物氮源，以磷酸二氢钾作为磷源，以氟化钠配置含氟废水，进水的水质浓度分别为：COD_Cr＝54.5±8.9mg/L；TN＝8.5±1.2mg/L，NH4⁺-N＝2.6±0.3mg/L，F^-＝18.6～25.2mg/L，垂直流人工湿地填充基质5填充含铝污泥和砂砾 按约8:1的体积填充，实验选择于夜间基质溶解氧含量相对较低时段进行曝气，气水比为6:1，曝气自晚间7时开始，时间为12h，采用增氧泵提供曝气，运用玻璃转子流量计控制曝气流量，曝气与间歇时间比为1:2(采用时间继电器控制)，即每间隔40min连续曝气20min，通过本方法的处理之后，水质明显改善，由原来的劣Ⅴ类水质提升达到Ⅱ类水水质指标，COD的去除率为78％，氨氮的去除率为86％，总氮的去除率为82％，F离子的去除率可以达到65％-74％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。