处理屠宰低浓度废水的人工湿地系统及处理方法 |
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| 申请号 | CN201710785251.9 | 申请日 | 2017-09-04 | 公开(公告)号 | CN107337282A | 公开(公告)日 | 2017-11-10 |
| 申请人 | 西南科技大学; | 发明人 | 王亚超; 张宇; 张永德; 林晓艳; 金勇; 黄英泽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种处理屠宰低浓度 废 水 的人工湿地系统及处理方法，包括，将屠宰低浓度废水由布水管流入人工湿地系统，屠宰低浓度废水由上到下分别经过种植层、有机物 净化 层、氮磷 吸附 层、砾石集水层，所述砾石集水层对污水进行过滤集水，净化后的出水由穿孔 排水管 排出；通过本发明的人工湿地系统对低浓度屠宰废水进行处理，能够对屠宰低浓度废水进行全面的处理，并且通过本发明的氮磷吸附层和有机物净化层，使废 水处理 后出水中氮、磷、重金属、有机物等含量显著减低，很好的解决了低浓度废水中氮、磷、重金属、饲用有机物等超标的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种处理屠宰低浓度废水的人工湿地系统，其特征在于，所述湿地系统的底部为防渗层，其上依次是砾石集水层、氮磷吸附层、有机物净化层、种植层；所述种植层内种植湿地植物；所述湿地系统的顶部设置朝向种植层的布水管，所述布水管上均匀分布有出水孔；所述布水管将屠宰低浓度废水输送至种植层；所述砾石集水层的内部布设穿孔排水管；所述穿孔排水管上均匀设置有排水孔；所述穿孔排水管的一端伸出砾石集水层将经湿地系统处理后的屠宰低浓度废水排出； |
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| 说明书全文 | 处理屠宰低浓度废水的人工湿地系统及处理方法技术领域[0001] 本发明涉及一种处理屠宰低浓度废水的系统及方法，具体涉及处理屠宰低浓度废水的人工湿地系统及处理方法。 背景技术[0002] 规模化屠宰场粪便污水属于高浓度有机废水。这些污染物只有20％经过无害化处理，绝大多数屠宰场没有污染处理设施。有不少屠宰场将粪便污水直接排入水渠或池塘，少部分污水用于农业灌溉，一部分渗入地下，而大部分污水则在汛期随雨水冲入河道，严重污染地表水与地下水，造成农牧社区及青藏高原水环境恶化。 [0003] 屠宰废水中的N、P问题比有机物更为突出，采用常规处理方式很难消除。来自饲料添加剂的重金属和因防疫需要使用的大量兽药成分。虽然提倡废水的资源化利用，但考虑到食品的安全性和有毒物随食物链逐级放大作用，以及长期直接农田灌溉药物、添加剂、重金属等富集积累，未经生态化处理的屠宰废水不能直接灌溉农田或渔类养殖。 [0004] 低浓度废水(含沼液)是指屠宰废水经常规技术处理后达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中第一类污染物最高允许排放浓度一级标准，但未经生态化处理，氮、磷、重金属、饲用有机物等超标的废水。这类低浓度废水直接排放或中水回用一直是规模化屠宰废水处理未能很好解决的难题。 [0005] 人工湿地技术起源于欧洲，早期的人工湿地由砂滤床和植物结合而产生的。由于植物根部和砂滤床的结合对污水处理效果很好，因此也叫做根区法，后来逐渐发展成为现在成熟的人工湿地，包括表流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地，人工湿地不仅早在欧美大规模建设，近年来在中国也有广泛的应用。人工湿地是一种与沼泽地类似的由人工建造和控制的综合生态系统，污水流经人工湿地时，依靠植物、土壤及微生物的处理得以净化。其原理为利用土壤、栽培的水生植物和填料上附着的微生物所构成的生态系统吸收和分解污水中的有机碳污染物和含有氮、磷的营养型污染物。它具有处理效果好、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低等特点，被广泛应用于农业点源和面源污染以及水体富营养化问题处理，保护生态环境。 [0006] 将人工湿地系统应用于屠宰低浓度废水的处理，能够对废水中的氮、磷、重金属、饲用有机物等实现一定的处理效果；但是还存在去除效果有效，去除综合效率差的问题。 发明内容[0008] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种处理屠宰低浓度废水的人工湿地系统，所述湿地系统的底部为防渗层，其上依次是砾石集水层、氮磷吸附层、有机物净化层、种植层；所述种植层内种植湿地植物；所述湿地系统的顶部设置朝向种植层的布水管，所述布水管上均匀分布有出水孔；所述布水管将屠宰低浓度废水输送至种植层；所述砾石集水层的内部布设穿孔排水管；所述穿孔排水管上均匀设置有排水孔；所述穿孔排水管的一端伸出砾石集水层将经湿地系统处理后的屠宰低浓度废水排出； [0010] 所述有机物净化层为改性蒙脱土。 [0011] 优选的是，所述种植层的厚度与有机物净化层的厚度的比例为1:1.5～3；所述有机物净化层的厚度与氮磷吸附层的厚度的比例为1:1～2；所述砾石集水层的厚度与种植层的厚度的比例为1.5～2.5:1，砾石集水层中砾石粒径为5～10mm。 [0012] 优选的是，所述氮磷吸附层中糠醛渣的粒径为3～5mm、海蛎壳的粒径为3～5mm、沸石的粒径为4～6mm、高岭土的粒径为3～5mm。 [0013] 优选的是，蒙脱土的粒径为5～8mm。 [0014] 优选的是，所述糠醛渣替换为改性糠醛渣，其制备方法为：按重量份，将20～50份糠醛渣加入100～150份质量分数为30～50％的碱性溶液中，搅拌30～90min，过滤，洗涤至中性，得到预处理糠醛渣；按重量份，在超临界反应装置中加入预处理糠醛渣10～25份、丙烯酸甲酯20～25份、二烯丙基二甲基氯化铵5～10份、过盐酸铵0.02～0.1份、水150～200份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至30～40MPa、温度60～75℃的条件下反应2～5小时，卸压，然后用乙醇沉淀，干燥，用丙酮洗提除去反应产生的均聚物，得到改性糠醛渣。 [0015] 优选的是，其特征在于，所述改性糠醛渣还包括以下处理过程：按重量份，取30～50份改性糠醛渣加入80～100份浓度为15％的氢氧化钠溶液中，搅拌，在搅拌的同时将20～ 30份浓度为50～60wt％的环氧氯丙烷溶液滴加入，滴加完成后，继续搅拌60～90min，过滤，洗涤至中性，得到改性糠醛渣。 [0016] 优选的是，所述蒙脱土替换为改性蒙脱土，其制备方法为：将蒙脱土与浓度为10～25％的盐酸混合，在60-100℃下酸活化3-7小时，再用水洗涤至pH值至4-5，得到所述酸改性蒙脱土，盐酸与蒙脱土的液固比为2-5：1，将酸改性蒙脱土配制成浓度为15～20wt％的酸改性蒙脱土悬浊液；将所述酸改性蒙脱土悬浊液加入超临界反应装置中，同时加入季铵盐溶液，搅拌，然后将体系密封，通入二氧化碳至45～60MPa、温度40～60℃下的条件下反应60～ 120min，卸压，干燥，得到改性蒙脱土。 [0017] 优选的是，所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为15～20wt％，酸改性蒙脱土与季铵盐溶液形成的反应体系中，固液比为1:20～25。 [0018] 优选的是，所述季铵盐溶液为二烯丙基二甲基氯化铵、双辛烷基二甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵溶液中的任意一种。 [0019] 本发明还提供一种处理屠宰低浓度废水的方法，将屠宰低浓度废水流经上述的人工湿地系统；所述屠宰低浓度废水在人工湿地系统中的停留时间为2～5h。 [0020] 本发明至少包括以下有益效果：通过本发明的人工湿地系统对低浓度屠宰废水进行处理，能够对屠宰低浓度废水进行全面的处理，并且通过本发明的氮磷吸附层和有机物净化层，使废水处理后出水中氮、磷、重金属、有机物等含量显著减低，很好的解决了低浓度废水中氮、磷、重金属、饲用有机物等超标的问题。 [0021] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。具体实施方式： [0023] 应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。 [0024] 图1示出了本发明的一种处理屠宰低浓度废水的人工湿地系统，所述湿地系统1的底部为防渗层2，其上依次是砾石集水层3、氮磷吸附层4、有机物净化层5、种植层6；所述种植层6内种植湿地植物7；所述湿地系统1的顶部设置朝向种植层的布水管8，所述布水管8上均匀分布有出水孔9；所述布水管8将屠宰低浓度废水输送至种植层6；所述砾石集水层3的内部布设穿孔排水管10；所述穿孔排水管10上均匀设置有排水孔11；所述穿孔排水管10的一端伸出砾石集水层将经湿地系统1处理后的屠宰低浓度废水排出； [0025] 其中，所述氮磷吸附层包括以下重量份的原料混合组成：30～50份糠醛渣、20～30份海蛎壳、10～20份沸石、10～15份高岭土；采用该氮磷吸附层能够高效的去除[0026] 所述有机物净化层为蒙脱土。 [0027] 在这种技术方案中，屠宰低浓度废水由布水管流入人工湿地系统，布水管上设置出水孔，均匀布水，使屠宰低浓度废水能够均匀流入人工湿地系统，屠宰低浓度废水由上到下分别经过种植层、有机物净化层、氮磷吸附层、砾石集水层，高效去除屠宰废水中的有机物、N、P等污染物，所述砾石集水层对污水进行过滤集水，净化后的出水由穿孔排水管排出。本发明通过分层净化，逐步去除污染物，达到高效处理的目的。 [0028] 在另一种技术方案中，所述种植层的厚度与有机物净化层的厚度的比例为1:1.5～3；所述有机物净化层的厚度与氮磷吸附层的厚度的比例为1:1～2；所述砾石集水层的厚度与种植层的厚度的比例为1.5～2.5:1，砾石集水层中砾石粒径为5～10mm，采用这种方式，通过分层净化，合理设置各层厚度比例，逐步去除污染物，达到高效处理的目的。 [0029] 在另一种技术方案中，所述氮磷吸附层中糠醛渣的粒径为3～5mm、海蛎壳的粒径为3～5mm、沸石的粒径为4～6mm、高岭土的粒径为3～5mm，采用这种方式，能够高效的去除屠宰废水中的氮磷。 [0030] 在另一种技术方案中，所述蒙脱土的粒径为5～8mm。 [0031] 在另一种技术方案中，所述糠醛渣替换为改性糠醛渣，其制备方法为：按重量份，将20～50份糠醛渣加入100～150份质量分数为30～50％的碱性溶液中，搅拌30～90min，过滤，洗涤至中性，得到预处理糠醛渣；按重量份，在超临界反应装置中加入预处理糠醛渣10～25份、丙烯酸甲酯20～25份、二烯丙基二甲基氯化铵5～10份、过盐酸铵0.02～0.1份、水150～200份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至30～40MPa、温度60～75℃的条件下反应2～5小时，卸压，然后用乙醇沉淀，干燥，用丙酮洗提除去反应产生的均聚物，得到改性糠醛渣。 [0032] 在另一种技术方案中，所述改性糠醛渣还包括以下处理过程：按重量份，取30～50份改性糠醛渣加入80～100份浓度为15％的氢氧化钠溶液中，搅拌，在搅拌的同时将20～30份浓度为50～60wt％的环氧氯丙烷溶液滴加入，滴加完成后，继续搅拌60～90min，过滤，洗涤至中性，得到改性糠醛渣。 [0033] 在另一种技术方案中，所述蒙脱土替换为改性蒙脱土，其制备方法为：将蒙脱土与浓度为10～25％的盐酸混合，在60-100℃下酸活化3-7小时，再用水洗涤至pH值至4-5，得到所述酸改性蒙脱土，盐酸与蒙脱土的液固比为2-5：1，将酸改性蒙脱土配制成浓度为15～20wt％的酸改性蒙脱土悬浊液；将所述酸改性蒙脱土悬浊液加入超临界反应装置中，同时加入季铵盐溶液，搅拌，然后将体系密封，通入二氧化碳至45～60MPa、温度40～60℃下的条件下反应60～120min，卸压，干燥，得到改性蒙脱土。 [0034] 在另一种技术方案中，所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为15～20wt％，酸改性蒙脱土与季铵盐溶液形成的反应体系中，固液比为1:20～25。 [0035] 在另一种技术方案中，所述季铵盐溶液为二烯丙基二甲基氯化铵、双辛烷基二甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵溶液中的任意一种。 [0036] 实施例1： [0037] 一种处理屠宰低浓度废水的方法，将屠宰低浓度废水由布水管流入人工湿地系统，布水管上设置出水孔，均匀布水，使屠宰低浓度废水能够均匀流入人工湿地系统，屠宰低浓度废水由上到下分别经过种植层、有机物净化层、氮磷吸附层、砾石集水层，所述砾石集水层对污水进行过滤集水，净化后的出水由穿孔排水管排出；所述屠宰低浓度废水在人工湿地系统中的停留时间为3h；所述种植层的厚度与有机物净化层的厚度的比例为1:2；所述有机物净化层的厚度与氮磷吸附层的厚度的比例为1:1.5；所述砾石集水层的厚度与种植层的厚度的比例为2:1，砾石集水层中砾石粒径为8mm； [0038] 其中，所述氮磷吸附层包括以下重量份的原料混合组成：25份糠醛渣、25份海蛎壳、15份沸石、12份高岭土；所述氮磷吸附层中糠醛渣的粒径为5mm、海蛎壳的粒径为5mm、沸石的粒径为4mm、高岭土的粒径为3mm； [0039] 所述有机物净化层为蒙脱土；所述蒙脱土的粒径为5～8mm；采用本实施例的方法对屠宰低浓度废水进行处理，经试验得到有机物去除率为92.2％、总氮去除率91.5％、总磷去除率90.6％。 [0040] 实施例2： [0041] 所述糠醛渣替换为改性糠醛渣，其制备方法为：按重量份，将20份糠醛渣加入100份质量分数为30％的碱性溶液中，搅拌30min，过滤，洗涤至中性，得到预处理糠醛渣；按重量份，在超临界反应装置中加入预处理糠醛渣10份、丙烯酸甲酯20份、二烯丙基二甲基氯化铵5份、过盐酸铵0.02份、水150份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至30MPa、温度60℃的条件下反应2小时，卸压，然后用乙醇沉淀，干燥，用丙酮洗提除去反应产生的均聚物，得到改性糠醛渣；所述碱性溶液为重量比为2:1的尿素和氢氧化钠的混合溶液； [0042] 其与工艺参数和过程与实施例1中的完全相同。采用本实施例的方法对屠宰低浓度废水进行处理，经试验得到有机物去除率为93.5％、总氮去除率94.2％、总磷去除率93.5％。 [0043] 实施例3： [0044] 所述糠醛渣替换为改性糠醛渣，其制备方法为：按重量份，将30份糠醛渣加入120份质量分数为40％的碱性溶液中，搅拌60min，过滤，洗涤至中性，得到预处理糠醛渣；按重量份，在超临界反应装置中加入预处理糠醛渣20份、丙烯酸甲酯25份、二烯丙基二甲基氯化铵10份、过盐酸铵0.05份、水180份，搅拌均匀，然后将体系密封，通入二氧化碳至40MPa、温度70℃的条件下反应5小时，卸压，然后用乙醇沉淀，干燥，用丙酮洗提除去反应产生的均聚物，得到改性糠醛渣；所述碱性溶液为重量比为2:1的尿素和氢氧化钠的混合溶液。 [0045] 其与工艺参数和过程与实施例1中的完全相同。采用本实施例的方法对屠宰低浓度废水进行处理，经试验得到有机物去除率为93.3％、总氮去除率94.8％、总磷去除率93.7％。 [0046] 实施例4： [0047] 所述改性糠醛渣还包括以下处理过程：按重量份，取30份改性糠醛渣加入80份浓度为15％的氢氧化钠溶液中，搅拌，在搅拌的同时将20份浓度为50wt％的环氧氯丙烷溶液滴加入，滴加完成后，继续搅拌60min，过滤，洗涤至中性，得到改性糠醛渣；所述滴加的速度为10mL/min； [0048] 其与工艺参数和过程与实施例2中的完全相同。采用本实施例的方法对屠宰低浓度废水进行处理，经试验得到有机物去除率为93.6％、总氮去除率95.3％、总磷去除率94.6％。 [0049] 实施例5： [0050] 所述改性糠醛渣还包括以下处理过程：按重量份，取40份改性糠醛渣加入90份浓度为15％的氢氧化钠溶液中，搅拌，在搅拌的同时将30份浓度为55wt％的环氧氯丙烷溶液滴加入，滴加完成后，继续搅拌60min，过滤，洗涤至中性，得到改性糠醛渣；所述滴加的速度为10mL/min； [0051] 其与工艺参数和过程与实施例3中的完全相同。采用本实施例的方法对屠宰低浓度废水进行处理，经试验得到有机物去除率为93.5％、总氮去除率95.4％、总磷去除率94.5％。 [0052] 实施例6： [0053] 所述蒙脱土替换为改性蒙脱土，其制备方法为：将蒙脱土与浓度为10％的盐酸混合，在60℃下酸活化3小时，再用水洗涤至pH值至4，得到所述酸改性蒙脱土，盐酸与蒙脱土的液固比为2：1，将酸改性蒙脱土配制成浓度为15wt％的酸改性蒙脱土悬浊液；将所述酸改性蒙脱土悬浊液加入超临界反应装置中，同时加入季铵盐溶液，搅拌，然后将体系密封，通入二氧化碳至45MPa、温度40℃下的条件下反应60min，卸压，干燥，得到改性蒙脱土。所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为15wt％，酸改性蒙脱土与季铵盐溶液形成的反应体系中，固液比为1:20；所述季铵盐溶液为二烯丙基二甲基氯化铵溶液； [0054] 其与工艺参数和过程与实施例1中的完全相同。采用本实施例的方法对屠宰低浓度废水进行处理，经试验得到有机物去除率为95.8％、总氮去除率92.8％、总磷去除率91.7％。 [0055] 实施例7： [0056] 所述蒙脱土替换为改性蒙脱土，其制备方法为：将蒙脱土与浓度为15％的盐酸混合，在80℃下酸活化5小时，再用水洗涤至pH值至5，得到所述酸改性蒙脱土，盐酸与蒙脱土的液固比为4：1，将酸改性蒙脱土配制成浓度为20wt％的酸改性蒙脱土悬浊液；将所述酸改性蒙脱土悬浊液加入超临界反应装置中，同时加入季铵盐溶液，搅拌，然后将体系密封，通入二氧化碳至60MPa、温度50℃下的条件下反应120min，卸压，干燥，得到改性蒙脱土。所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为20wt％，酸改性蒙脱土与季铵盐溶液形成的反应体系中，固液比为1:25；所述季铵盐溶液为十二烷基二甲基苄基氯化铵溶液； [0057] 其与工艺参数和过程与实施例1中的完全相同。 [0058] 采用本实施例的方法对屠宰低浓度废水进行处理，经试验得到有机物去除率为96.2％、总氮去除率92.6％、总磷去除率91.8％。 [0059] 实施例8： [0060] 所述蒙脱土替换为改性蒙脱土，其制备方法为：将蒙脱土与浓度为15％的盐酸混合，在80℃下酸活化5小时，再用水洗涤至pH值至5，得到所述酸改性蒙脱土，盐酸与蒙脱土的液固比为4：1，将酸改性蒙脱土配制成浓度为20wt％的酸改性蒙脱土悬浊液；将所述酸改性蒙脱土悬浊液加入超临界反应装置中，同时加入季铵盐溶液，搅拌，然后将体系密封，通入二氧化碳至50MPa、温度50℃下的条件下反应90min，卸压，干燥，得到改性蒙脱土。所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为20wt％，酸改性蒙脱土与季铵盐溶液形成的反应体系中，固液比为1:25；所述季铵盐溶液为十二烷基二甲基苄基氯化铵溶液； [0061] 其与工艺参数和过程与实施例2中的完全相同。采用本实施例的方法对屠宰低浓度废水进行处理，经试验得到有机物去除率为96.7％、总氮去除率95.9％、总磷去除率94.6％。 [0062] 实施例9： [0063] 所述蒙脱土替换为改性蒙脱土，其制备方法为：将蒙脱土与浓度为15％的盐酸混合，在80℃下酸活化5小时，再用水洗涤至pH值至5，得到所述酸改性蒙脱土，盐酸与蒙脱土的液固比为4：1，将酸改性蒙脱土配制成浓度为20wt％的酸改性蒙脱土悬浊液；将所述酸改性蒙脱土悬浊液加入超临界反应装置中，同时加入季铵盐溶液，搅拌，然后将体系密封，通入二氧化碳至50MPa、温度50℃下的条件下反应90min，卸压，干燥，得到改性蒙脱土。所述季铵盐溶液的质量百分比浓度为20wt％，酸改性蒙脱土与季铵盐溶液形成的反应体系中，固液比为1:25；所述季铵盐溶液为十二烷基二甲基苄基氯化铵溶液； [0064] 其与工艺参数和过程与实施例4中的完全相同。 [0065] 采用本实施例的方法对屠宰低浓度废水进行处理，经试验得到有机物去除率为97.8％、总氮去除率96.6％、总磷去除率95.3％。 |
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