人工湿地技术介绍.doc

IBR--酶促深床湿地工艺技术介绍
1）技术起源和背景
本技术源自华中科技大学主持国家“十五”863重大科技专题中高技术研究课题“城镇污水生物-生态处理技术与示范”结果。该项结果经过示范工程完善与发展, 现已经成为适合中小城镇污水处理成熟技术。该工艺含有投资低、 运行费用低、 管理要求低, 污泥量少特点。同时, 生态处理部分也轻易与武当山计划湿地景观融为一体, 与旅游区生态环境相映生辉。
2）工艺步骤和基础原理
（a）工艺步骤
该项组合工艺将IBR生物反应池与酶促湿地系统经过技术集成和优化组合, 形成城市污水处理高效率低运行成本生物/生态组合工艺。
工艺步骤详见图4-3。

图4-3 IBR--酶促深床湿地工艺图
（b）基础原理
IBR生物反应池: IBR（Intermission Biological Reactor）是一个集反应与沉淀于一体生物反应池。该池利用设置于两区底部交界处三相分离器有机地将反应区与沉淀区结合起来, 形成沉淀污泥自滑回流至生物反应区一体化生物反应器。该反应池采取连续进水, 间歇曝气方法运行。经过调整曝气、 搅拌、 静沉时间百分比来营造出反应池中A/A/O工况, 使污水在反应池中处于最好脱N除P状态, 实现最大程度N和P去除。依据原污水水质、 水量、 水温、 季节改变调整生物反应池曝、 搅、 沉周期, 使反应池出水中残余负荷与酶促湿地净化能力相适应, 最大程度地利用后续湿地处理能力, 从而实现生物反应池曝气量最小, 系统整体节能目。
污水处理厂配置远程集中自控系统, 能够依据原污水水质、 水量、 水温与季节改变, 在充足利用生态系统处理能力前提下, 灵活自动地控制生物反应池运行模式, 使生物反应池利用现行好氧生化处理法1/3-1/2能耗, 取得相当于好氧生化处理2/3以上处理效率, 在确保出水水质情况下, 实现系统能耗最小化。
酶促湿地系统: 酶促湿地系统是基于人工湿地（Constructed Wetlands）基础原理深化应用, 它综合了表面流湿地（Surface Flow Wetlands）和潜流湿地（Subsurface Flow Wetlands）特点, 在湿地中填入含有对生物酶代谢起促进作用专利填料, 与传统生物处理工艺相比, 其作用机制及处理系统中物质改变过程有较大差异。湿地中酶促填料表面和植物根系表面生长了大量微生物形成生物膜, 因为填料中含有对微生物酶代谢含有促进作用微量金属元素等物质, 组成提升生物酶代谢电子传输速率促进因子, 使生长在填料表面微生物对进水中有机物代谢加速, 处理效率得以提升。IBR反应池出水进入酶促湿地系统时, 水中悬浮物（包含不溶性有机物）被截流而沉淀在填料中, 有机质经过生物膜吸附、 生物降解与植物吸收得以去除。湿地床层中, 植物根系含有较强输氧作用, 可使根系周围微生态环境中保持较高溶解氧, 并依次形成好氧、 缺氧和厌氧环境, 确保了污水中N、 P不仅能被植物及微生物作为营养成份直接吸收, 还能够经过硝化、 反硝化作用及微生物对磷积累作用而从污水中去除, 最终经过湿地首端部分基质定时清洗（5-8年清洗一次）和栽培植物收割而最终使污染物质从系统中去除。湿地表面种植优选根系发达、 成活率高、 生长周期长植物, 确保其处理性能好且含有景观效果。
冬季低温适应性原理: IBR--酶促湿地工艺在3月中旬-12月中旬9个月中, 气温与水温较高, 植物长势旺盛, 吸收能力强, 湿地处理能力强, 在该时段内充足发挥湿地处理能力, 调整 IBR工况, 降低生化处理部分能耗, 实现系统整体节能。当处于冬季低温或冰冻期（12月中旬-第二年3月中旬3个月）时, 暖季植物枯萎, 酶促湿地处理能力受到一定抑制, 此时, 选种武当山冬季长势良好, 吸收能力强土著植物进行植物配伍, 尽可能发挥湿地在冬季处理能力。同时, 在冬季低温下, 经过调整IBR生物池工况, 加大IBR生物反应器曝停比, 强化生物处理功效, 填补生态部分不足, 达成总体出水达标要求。
IBR-酶促深床湿地工艺将除磷、 脱氮和降解有机物三个生化过程合理结合起来, 提供了复合多样反应条件。这就能够用简单步骤, 尽可能少构筑物, 完成复杂处理过程, 给工程实施发明方便条件。
（c）处理效果分析
武汉地域气候季节性气候分明, 每年3月中旬至12月中旬, 属于气温较高暖季, 该季节中水温在10℃以上, 12月中旬至第二年3月中旬是气温较低冷季, 此时污水温度小于10℃。本组合工艺在冷暖季采取不一样运行技术, 以适应不一样温度污水达标处理。冷、 暖季节处理效果分析以下:
暖季（水温>10℃）处理效果分析
暖季时, IBR负担50%-60%去除负荷。IBR生物处理池采取以下时间比范围内运行: 曝气/搅拌/静沉＝（2-3）h/（1-1.5）h/1h。在此曝、 搅、 沉时间比范围之内, 依据进水水质不一样而给予调整, 达成最好脱氮除磷效果。因为IBR连续进水, 并按时间序列间歇曝气运行, 从而形成时空上A/A/O交互模式。在曝气时段完成COD降解、 硝化与吸磷; 在搅拌时段, 连续进水, 池内DO快速下降, 形成缺氧反应, 反硝化菌在利用进水提供碳源下, 完成反硝化, 实现生物脱氮; 最终到静沉阶段, DO继续下降, 靠近0mg/L, 下沉污泥处于厌氧状态而释放磷, 此时反应区上部进水碳源未被利用, 积存作为下一周期曝气生物硝化碳源。至此时, IBR完成一个周期脱氮除磷运行。污水经过IBR周而复始A/A/O时间序列工况处理, 出水水质靠近国家标准一级B要求。
暖季时, 酶促湿地负担40%-50%污染物去除负荷。在此季节内, 酶促湿地植物生长旺盛, 含有很好吸收营养和输氧作用, 湿地静化效果显著。湿地内填有钙质填料, 能与IBR出水中磷反应形成磷酸钙沉淀而被去除。IBR出水经过酶促湿地处理后, 其出水能达成国家标准一级B以上水质要求。
暖季IBR＋酶促湿地分级去除效果与总去除率分析见表4-3。
表4-3 IBR＋酶促湿地暖季分级处理效果
指标
COD
BOD5
SS
TN
NH3-N
TP
进水
250
110
150
35
25
3
IBR生物池
出水
≤130
≤50
≤66
≤23
≤13
≤1.5
去除率（%）
≥48%
≥55%
≥56%
≥34%
≥48%
≥50%
酶促湿地
出水
≤50
≤10
≤10
≤15
≤5
≤0.5
去除率（%）
≥32%
≥36%
≥37%
≥23%
≥32%
≥33%
总去除率（%）
≥80%
≥91%
≥93%
≥57%
≥80%
≥83%
冷季（水温<10℃）处理效果分析
冷季时, 因为湿地植物与微生物处理能力下降, 经过加强IBR处理能力来实现整体工艺达标目标。此季节内, IBR负担3/4左右去除负荷。IBR工艺操作同暖季操作模式。在冷季时IBR经过两种路径加强其处理能力, 一是加大曝气量, 二是增加好氧曝气时间, 调整工艺操作周期内时间比。此季节下时间比为: 曝气/搅拌/静沉＝（3-4）h/（1.5-2）h/（1-1.2）h。其出水水质可达国家标准一级B要求。
冷季时, 酶促湿地改种当地冷季植物, 如冬生水淹麦、 黑麦草等。因为冷季湿地效果下降, 所以湿地只分担1/4去除负荷。
冷季时IBR＋酶促湿地分级去除效果与总去除率分析见表4-4。
表4-4 IBR＋酶促湿地冷季分级处理效果
指标
COD
BOD5
SS
TN
NH3-N
TP
进水
250
110
150
35
25
3
IBR生物池
出水
≤100
≤35
≤45
≤20
≤10
≤1.13
去除率（%）
≥60%
≥68%
≥70%
≥43%
≥60%
≥63%
酶促湿地
出水
≤50
≤10
≤10
≤15
≤5
≤0.5
去除率（%）
≥20%
≥23%
≥23%
≥14%
≥20%
≥21%
总去除率（%）
≥80%
≥91%
≥93%
≥57%
≥80%
≥83%

冷季和暖季IBR生物池及酶促湿地工作情况描述见表4-5。
表4-5 不一样季节构筑物工作状态描述
构筑物
冷季
暖季
IBR生物池
曝气时间延长至曝气/搅拌/静沉＝（3-4）h/（1.5-2）h/（1-1.2）h, 加大曝气量, 增大生物处理能力, 确保冷季处理效果。负担约75％去除负荷。
充足利用湿地处理能力, 降低曝气时间至曝气/搅拌/静沉＝（2-3）h/（1-1.5）h/1h, 降低曝气量, 达成节能效果。负担50％-60％去除负荷。
酶促湿地
湿地生物处理能力降低, 选择冷季长势很好土著植物, 尽可能发挥湿地净化作用。负担约25％去除负荷。
湿地生物与植物生长旺盛, 处理能力强; 负担40％-50％去除负荷。
3）本工程采取IBR-酶促深床湿地处理工艺含有以下四型特点:
能量低耗型: 系统最大优点是设备较少、 能耗非常低。系统内动力设备只有潜污泵与搅拌设备, 所需能耗为污水提升、 IBR生物反应池内维持两种模式运行所耗电能, 日常运转费用较低。
景观生态型: 该系统可将IBR生物反应池及其隶属构建筑物设计为景观型建筑, 生态处理部分酶促湿地与景观相设计相结合, 湿地造型设计、 湿地植物配伍均与旅游区湿地景观融为一体, 使得污水处理系统建设成为一个含有高度环境与社会价值开放式景观生态型景点。
高度自控型: 工艺系统采取集中式网络中央控制系统, 操作管理非常简单, 所需操作管理人员少。
运行无噪型: 系统内动力设备只有潜污泵与搅拌设备, 动力设备均设于水下, 无产生噪音动力设备, 全系统靠近净音运行状态, 对周围环境没有噪音污染。
污泥产量少: IBR工艺产生剩下污泥量仅为通常活性污泥法1/3-1/2。
IBR-酶促深床湿地工艺优点在于: 在工艺系统上可谓较最简单低成本同时脱氮除磷工艺。因为生物处理单元IBR所负担最大去除负荷（冷季）只有其她脱氮除磷工艺（如A/A/O）去除负荷3/4, 所以, IBR设备数量与装机容量相对较小, 生物反应池HRT也相对较小, 工程造价也较小; 又因为IBR在暖季时负担50％-60％去除负荷, 冷季时负担3/4去除负荷, 均小于其她同类工艺, 所以IBR工艺能耗、 运行成本低于其她同类脱氮除磷工艺。后续酶促深床湿地, 因为所负担最大去除负荷只有50％, 加上床深大于常规人工湿地, 所以湿地单位面积水量负荷大于常规湿地, 占地面积小于常规湿地。总而言之, IBR-酶促深床湿地工艺在工程投资、 占地面积上与其她脱氮除磷工艺相当, 而在污水处理能耗低、 处理成本低和污泥量小方面, 较之其她脱氮除磷工艺含有显著优势, 尤其适合于经济欠发达地域经济承受能力。
从通常污水生物处理工艺特点分析来看, 在序批式活性污泥法中, 因为同一池子集进水、 曝气、 沉淀、 出水多个功效于一体, 部署紧凑, 但设备要求高、 管理复杂, 自动化程度要求高。而按空间分割连续流活性污泥法, 运行管理经验成熟, 出水稳定可靠。每种污水处理工艺各有优缺点。IBR-酶促深床湿地工艺是污水处理工艺一个创新, 它充足利用了生态净化功效, 不仅能够确保脱氮除磷效果、 处理能耗低和管理简便。所以, 能够说IBR-酶促深床湿地工艺低运行成本要求城镇污水处理项目理想选择。