[发明专利]一种基于锰循环的潜流人工湿地系统及应用

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理相关技术领域，具体的说，是涉及一种基于锰循环的潜流人工湿地系统及应用。

背景技术

近年来，饮用水中的微量有毒有害物质引发了公众对水质安全的担忧。而污水处理厂的出水则是这些有毒有害物质最主要的来源。虽然污水处理厂在过去的几十年中对提高地表水水质方面起到重要作用，但是其在药物和个人护理品(PPCP)，农药和兽药等的去除中作用有限，在出水中仍然能够检测到ng/L到mg/L浓度的污染物，从而对水生生态系统造成危害，这类物质被称为微量有机污染物。为了尽量减少这类污染物进入地表水水体，一些深度净化工艺，包括吸附、光降解、膜过滤、微波与高级氧化等技术，被用于对污水处理厂出水进行再处理，但这些技术的应用均存在投资运营成本高、操作管理复杂、二次污染等局限性。

人工湿地作为一种投资少、操作简单、处理效果好、运行和维护费用低的污水处理工艺，已经在欧洲、美洲以及亚洲的韩国等地，尝试作为污水二级或者三级处理来降低出水中微量有机污染物的浓度，并取得了与成本相对较高的臭氧氧化和膜生物反应器方法相似的去除效果，并且还减少了降解产物二次污染的风险。因此，人工湿地在微量有机污染物去除中的作用及潜在应用引起了越来越广泛的关注。

人工湿地的工艺条件(湿地类型、底质深度、水力停留时间等)、污染物的物理化学性质及浓度等因素均对人工湿地中有机污染物的去除产生影响，但其最终去除主要依赖于基质-植物-微生物三要素，尤其是湿地基质中的有氧-缺氧-厌氧的微环境，导致微生物类群不同，进而形成不同的污染物去除机制，从而其对不同微量有机污染物的去除效果并不相同，有的可达到75％，有的则只有25％。

通过比较不同类型湿地对不同微量有机污染物的去除效果，发现去除率高于75％污染物和低于25％的污染物相比，虽有湿地工艺条件和规模的差异，但最重要的还是以下两点：

(1)湿地中氧气不足，而好氧降解比厌氧降解具有更高的效率；

(2)微量有机污染物的量太少，使得微生物难以有效发挥作用。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于锰循环的潜流人工湿地系统。本发明通过设计全新的结构，使其能够较好的去除污水中的微量有机污染物。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于锰循环的潜流人工湿地系统，包括湿地池体、进水管、出水管和湿地植物。

进水管与湿地池体底部连通，湿地池体上部设有出水堰和出水管；

其中，所述湿地池体自下至上依次包括砾石层、锰矿石层和沙层，沙层上具有湿地植物；

污水由底部进水管经进水泵进入，自下至上流经湿地池体后从出水管流出。

锰矿石层的主要组成为高价锰矿物，高价锰矿物具有很强的吸附能力和氧化能力，是一类活性很高的矿物。它可通过吸附、催化和氧化作用对有机污染物进行去除。

由于锰矿物的表面相界面效应和其表面的脱烷作用等多种化学机制，使其能在厌氧或者缺氧条件下促进大量有机物的降解，包括PCBs、苯酚和氯化苯酚、氯苯胺及药物等。

进一步的，所述湿地植物为芦苇。可以通过植物根系进一步实现微量元素去除。

高价锰矿物的添加能显著提高微量有机污染物在厌氧和缺氧区的去除效果，与此同时Mn(IV)还原为Mn(II)，Mn(II)在有氧条件下，在细菌和真菌等微生物作用下，进一步氧化成比高价锰矿具有更高的氧化活性和更大比表面积的生物氧化锰(BioMnOx)，通过化学氧化或在微生物锰还原酶作用下将复杂的微量有机污染物降解，形成低分子量能被微生物生长所利用的有机物。

同时，在湿地植物根系表面，在铁锰氧化菌和植物根系泌氧的作用下，溶解性的Mn(II)与铁离子会在根表面形成铁锰氧化物胶膜(含有BioMnOx)，该膜表面不仅具有较强的吸附能力，还具有较高的氧化性能，能够更高效氧化有机污染物。

进一步的，所述进水管通过进水泵与砾石层连通。依靠水泵的运行，可以决定进水速度及进水量。

进一步的，所述沙层的厚度为20cm。

进一步的，所述沙层中沙子的粒径为0.1cm。

进一步的，所述锰矿石层的厚度为20cm；锰矿石粒径为0.3cm。该粒径的矿石可以使锰矿石层在具有一定厚度情况下形成缺氧或厌氧锰矿石层。

进一步的，所述砾石层的厚度为10cm；砾石粒径为2cm。该粒径的砾石可以使砾石层在具有一定厚度情况下形成缺氧或厌氧砾石层。