本發(fā)明屬于農村污水處理，尤其涉及一種硫鐵循環(huán)強化植物富集抗生素和深度脫氮的裝配型人工濕地系統(tǒng)及其運行方法。

背景技術：

1、我國農村污水來源主要有農民生活污水、農業(yè)生產廢水和養(yǎng)殖廢水等，農村污水中含有大量含氮污染物及抗生素殘留物?？股厥且环N新興的微污染物，廣泛存在于各種環(huán)境介質中。由于農村地區(qū)缺乏污水收集管網(wǎng)和污水治理設施，隨著農村污水排放量逐年增大，加之農村地區(qū)對農藥的不合理使用，含氮污染物和抗生素可通過多種途徑進入農村環(huán)境，威脅農村生態(tài)環(huán)境。

2、抗生素具有高生態(tài)毒性并可促進耐藥基因的產生、轉移和傳播。一方面，會危害水生和陸生動植物生長繁衍，影響整個食物鏈，另一方面，會導致細菌等微生物逐漸產生耐藥性，對人類健康和生態(tài)環(huán)境有著嚴重的潛在危害。同時，人類長期暴露在低劑量的抗生素環(huán)境中會產生過敏和中毒等反應，部分抗生素嚴重干擾人類的各項生理功能，具有致癌、致畸和致突變的作用。目前，已有多種處理技術可實現(xiàn)抗生素的去除，如吸附、光降解和高級氧化等，然而，由于此類方法具有操作復雜、成本高且易產生二次污染等弊端，限制了這些技術的推廣應用。

3、含氮污染物過量地排到自然水體會造成富營養(yǎng)化和水體黑臭等環(huán)境問題，傳統(tǒng)的脫氮工藝因需要消耗大量外碳源，運行成本高且增加碳排放。厭氧氨氧化因其具備無需投加外碳源就可實現(xiàn)深度脫氮的優(yōu)點，引起了廣泛關注。氨氮和亞硝態(tài)氮在厭氧氨氧化菌(anammox?bacteria)的作用下可實現(xiàn)協(xié)同去除，但會產生占去除總氮11％的硝酸鹽，故而厭氧氨氧化理論總氮去除率僅為89％。硫鐵自養(yǎng)反硝化以還原態(tài)的硫鐵為電子供體，在缺氧環(huán)境中可將厭氧氨氧化產生的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，進而為厭氧氨氧化穩(wěn)定地提供底物，從而提高整體脫氮效率。如果將硫鐵自養(yǎng)反硝化與厭氧氨氧化耦合，可實現(xiàn)以硫鐵源替代碳源，實現(xiàn)低碳深度脫氮。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的在于提供一種硫鐵循環(huán)強化植物富集抗生素和深度脫氮的裝配型人工濕地系統(tǒng)，有效解決現(xiàn)有含抗生素和含氮污染物的農村污水的深度處理技術存在的成本高、碳耗高且易產生二次污染的問題。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

3、一種硫鐵循環(huán)強化植物富集抗生素和深度脫氮的裝配型人工濕地系統(tǒng)，包括殼體、兩個反沖洗泵和用于調控進出水流量的多參數(shù)測控儀，所述殼體內自左向右依次設有由隔墻板分隔形成的并列排列的進水區(qū)、上向流人工濕地區(qū)、緩沖區(qū)、下向流人工濕地區(qū)和出水區(qū)，所述進水區(qū)、上向流人工濕地區(qū)、下向流人工濕地區(qū)和出水區(qū)的液位依次降低，所述上向流人工濕地區(qū)的液位高于緩沖區(qū)的液位，所述緩沖區(qū)的液位不低于下向流人工濕地區(qū)的液位。

4、所述上向流人工濕地區(qū)和下向流人工濕地區(qū)均自下而上依次包括承托層、填料層、植物根系層和挺水水生植物層，所述上向流人工濕地區(qū)的填料層和植物根系層均填充鐵礦石濾料，所述下向流人工濕地區(qū)的填料層和植物根系層均填充硫鐵基濾料。

5、所述進水區(qū)包括進水池、進水口和進水布水管，所述進水口設于進水區(qū)與上向流人工濕地區(qū)之間的隔墻板的下部，所述進水布水管的入口與進水口連接，所述進水布水管設于上向流人工濕地區(qū)的承托層，所述進水口處設有用于控制進水口開啟和關閉的進水閥門。

6、所述緩沖區(qū)的左右兩側的隔墻板上均設有穿墻管，位于緩沖區(qū)左側隔墻板上的穿墻管的設置位置與上向流人工濕地區(qū)的液位相持平，位于緩沖區(qū)右側隔墻板上的穿墻管的設置位置與下向流人工濕地區(qū)的液位相持平。

7、所述出水區(qū)包括出水口、集水池和出水集水管，所述出水口設于下向流人工濕地區(qū)和出水區(qū)之間的隔墻板的下部，所述出水集水管的出口與出水口連接，所述出水集水管設于下向流人工濕地區(qū)的承托層，所述出水口處設有用于控制出水口開啟和關閉的出水閥門。

8、兩個反沖洗泵分別與進水布水管的入口和出水集水管的出口連接。

9、所述進水區(qū)、緩沖區(qū)和出水區(qū)均設有用于實時監(jiān)測液位的液位傳感器，所述上向流人工濕地區(qū)和下向流人工濕地區(qū)均設有用于實時監(jiān)測溫度和溶解氧的溫度/溶解氧監(jiān)測儀，所述液位傳感器、溫度/溶解氧監(jiān)測儀、進水閥門和出水閥門均與多參數(shù)測控儀連接。

10、進一步地，所述上向流人工濕地區(qū)的填料層和植物根系層的厚度分別為70～100cm和30～40cm，均填充粒徑為5～10mm的鐵尾礦制備的鐵礦石濾料，其主要成分為零價鐵、fe2o3和fe3o4。

11、所述下向流人工濕地區(qū)的填料層和植物根系層的厚度分別為70～100cm和30～40cm，均填充粒徑為5～10mm的硫固廢和鐵尾礦制備的硫鐵基濾料，其主要成分為硫單質、零價鐵、fes、fe2o3和fe3o4。

12、進一步地，所述隔墻板的外表面設有土工布防水層。

13、進一步地，所述上向流人工濕地區(qū)和下向流人工濕地區(qū)的承托層的厚度均為20cm，均填充粒徑20～40mm的礫石。

14、進一步地，所述上向流人工濕地區(qū)和下向流人工濕地區(qū)的挺水水生植物層種植根系發(fā)達、泌氧能力強且抗逆性好的濕地植物，包括但不限于黃菖蒲、蘆葦和蘆竹。

15、進一步地，所述進水布水管和出水集水管均包括主管路和多個支管路，所述支管路均勻分布于主管路的兩側，位于同一側的各所述支管路之間平行排列，所述主管路和支管路上均沿各自軸向等間隔繞軸設置多個進出水孔。

16、本發(fā)明的另一個目的在于提供以上實施例所述的硫鐵循環(huán)強化植物富集抗生素和深度脫氮的裝配型人工濕地系統(tǒng)的運行方法，包括啟動、運行和維護三步。

17、s1、對于啟動過程：以污水處理廠剩余污泥為種泥，控制上向流人工濕地區(qū)和下向流人工濕地區(qū)的污泥濃度在1000～1500mg/l，利用反沖洗泵將稀釋后的種泥通過進水布水管和出水集水管分別泵入上向流人工濕地區(qū)和下向流人工濕地區(qū)中，至液面覆蓋濕地植物的根部，以啟動人工濕地系統(tǒng)。

18、s2、對于運行過程，包括以下步驟：s21、以污水作為人工濕地系統(tǒng)進水，將污水儲存在進水區(qū)，當進水區(qū)的液位高度大于上向流人工濕地區(qū)的液位時，通過多參數(shù)測控儀控制進水閥門打開進水口，使污水均勻流入上向流人工濕地區(qū)中去除污水中的抗生素。

19、s22、污水經(jīng)位于緩沖區(qū)左側的穿墻管流入緩沖區(qū)儲存，當緩沖區(qū)的液位高于位于緩沖區(qū)右側的穿墻管時，水質均勻的污水由位于緩沖區(qū)右側的穿墻管流至下向流人工濕地區(qū)。

20、s23、污水由上至下依次流經(jīng)下向流人工濕地區(qū)的植物根系層、填料層和承托層，在濕地植物根系泌氧的作用下，污水逐漸由好氧環(huán)境過渡至厭氧或缺氧環(huán)境，從而使硝化、反硝化和厭氧氨氧化作用在濕地中同時發(fā)生；污水中的磷通過濕地植物吸收、同化和沉淀的方式去除。

21、s24、處理后的污水由出水集水管收集，經(jīng)出水口流入集水池，出水水質達到中國地表水環(huán)境iv類水水質標準要求。

22、s3、對于維護過程：一是通過監(jiān)測人工濕地系統(tǒng)不同區(qū)域內的液位高度來判斷是否堵塞，二是通過監(jiān)測進出水中抗生素的濃度來判斷抗生素通過濕地植物吸收的去除率。

23、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益技術效果是：

24、(1)本發(fā)明在上向流人工濕地區(qū)中，鐵礦石濾料可釋放鐵離子，并在根際微生物的作用下在濕地植物根部形成厚度為0.2～0.5mm的鐵膜，強化了濕地植物根系吸收抗生素的能力，抗生素去除率維持在85％以上。無需投加藥劑，與高級氧化法相比，處理成本降低80％，無二次污染。

25、(2)本發(fā)明在下向流人工濕地區(qū)中，在濕地植物根系泌氧的作用下，由上至下形成了好氧-缺氧-厭氧的濕地環(huán)境，使氮素在硝化、反硝化和厭氧氨氧化的作用下協(xié)同去除。硫/鐵自養(yǎng)反硝化耦合厭氧氨氧化技術，可實現(xiàn)外碳源零添加，避免了單一厭氧氨氧化工藝產生過量硝酸鹽的弊端，出水水質可穩(wěn)定達到中國地表水環(huán)境iv類水水質標準。