本發(fā)明涉及廢水處理，具體為一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置和方法。
背景技術(shù)：
1、在西北地區(qū)水資源缺乏，蒸發(fā)量高于降雨量幾十倍，水資源短缺問題突出。為緩解水資源短缺，再生水生態(tài)補(bǔ)水成為緩解水資源短缺的重要途徑，且補(bǔ)水后下游仍直接用于周邊農(nóng)田灌溉使用。
2、然而城鎮(zhèn)污水處理廠尾水具有含碳含量低、總氮（tn）中硝態(tài)氮（）濃度高、碳氮比（c/n）通常低于3.5的特點(diǎn)。如果這些水未經(jīng)有效處理直接排放，將會導(dǎo)致受納水體富營養(yǎng)化，破壞水生態(tài)系統(tǒng)。
3、目前，雖然已有生態(tài)措施用于去除硝態(tài)氮，但西北鹽堿化嚴(yán)重地區(qū)，抗生素和鹽度對會脫氮菌進(jìn)行選擇壓力，抑制硝態(tài)氮的去除，進(jìn)一步導(dǎo)致入河造成富營養(yǎng)化等問題，這是目前技術(shù)方案中欠考慮的。且隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)水平和水資源有限的干旱、半干旱地區(qū)，再生水水源主要聚焦常規(guī)氮磷的去除，而對于鹽度和抗生素的去除能力較差?？股睾望}度在硝態(tài)氮生物去除過程中可在不同程度上影響氮的循環(huán)轉(zhuǎn)化和脫氮微生物的生長富集，干擾濕地對營養(yǎng)物的吸收和微生物的作用，直接影響濕地中氮的處理效率，成為水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和提升的重大隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置和方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置，包括分層選擇性吸附處理單元、熱解處理單元和強(qiáng)化人工濕地單元；
3、模擬廢水通過第一蠕動泵進(jìn)入分層選擇性吸附處理單元，通過包含陽離子吸附層、疏水吸附層和極性吸附層的分層選擇性吸附處理單元分別去除抗生素，吸附材料輸送至一側(cè)的熱解處理單元，經(jīng)分層選擇性吸附處理單元處理的出水通過設(shè)有的第二蠕動泵進(jìn)入強(qiáng)化人工濕地單元，通過包含礫石承托層、生物炭層以及接種有耐鹽菌的火山巖層的強(qiáng)化人工濕地單元，進(jìn)而降低鹽度和抗生素對脫氮微生物的抑制作用。
4、優(yōu)選的，所述分層選擇性吸附處理單元內(nèi)部設(shè)置的三層不同功能吸附層，自上而下分別為陽離子吸附層、疏水吸附層和極性吸附層，當(dāng)吸附層富集抗生素至預(yù)設(shè)濃度閾值，吸附層上吸附飽和的吸附材料通過一側(cè)并聯(lián)設(shè)置的傾斜導(dǎo)流槽進(jìn)入熱解處理單元經(jīng)熱解分解抗生素并再生為穩(wěn)定生物炭，通過所述熱解處理單元分解富集的抗生素，生成穩(wěn)定的生物炭。
5、優(yōu)選的，三個吸附層底部均設(shè)置濾網(wǎng)篩，其中，三層吸附層每層高15cm，間隔18cm，陽離子吸附層填充包括鈉基膨潤土，粒徑0.5–2?mm，通過高比表面積與負(fù)電荷層狀結(jié)構(gòu)，通過陽離子交換吸附陽離子型抗生素，如四環(huán)素類抗生素；疏水吸附層填充包括玉米芯鐵改性生物炭，粒徑3-5?mm，通過鐵（、）提供配位和絡(luò)合作用，增強(qiáng)對中性抗生素的親和力，如苯類酰胺類、喹諾酮類和大環(huán)內(nèi)酯類；極性吸附層填充包括氨基化生物炭和改性陶粒的復(fù)合物，粒徑1-4?mm，通過氫鍵、極性-極性交互、靜電吸附的機(jī)制來去除極性強(qiáng)、水溶性高、結(jié)構(gòu)小的抗生素，如磺胺類和β-內(nèi)酰胺類抗生素。
6、優(yōu)選的，三個吸附層均連接有傳感器單元，并通過設(shè)有的傳輸裝置傳輸指標(biāo)，所述指標(biāo)包括紫外吸收、總有機(jī)碳、電導(dǎo)率以及ph。
7、優(yōu)選的，所述傾斜導(dǎo)流槽上均設(shè)有自動閥門，根據(jù)所述傳感器單元采集的指標(biāo)確定吸附層抗生素吸附飽和程度，并通過計算機(jī)調(diào)控所述自動閥門的開關(guān)。
8、優(yōu)選的，所述強(qiáng)化人工濕地單元自下而上包括礫石承托層、生物炭層以及火山巖層；
9、火山巖層用于種植耐鹽植物蘆葦，其根至火山巖層；火山巖層內(nèi)接種多種耐鹽菌；礫石承托層由平均粒徑為3~5?cm的礫石填充，高度為8cm；生物炭層包括礫石和生物炭相互混合而成，生物炭主要利用蘆葦進(jìn)行熱解而成粒徑2-8mm，高度5cm，主要為硝態(tài)氮還原進(jìn)一步提供碳源；火山巖層由平均粒徑為2-5cm的火山巖改良而成，高度18cm；火山巖層表面耐鹽植物蘆葦種植密度為30株/m2。
10、優(yōu)選的，所述熱解處理單元設(shè)有溫度檢測模塊，通過所述溫度檢測模塊對熱解處理單元溫度進(jìn)行監(jiān)測。
11、本發(fā)明還提供了一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的方法，包括以下步驟：
12、s1、強(qiáng)化人工濕地單元的培養(yǎng)與啟動，將所有植物和基質(zhì)在實(shí)驗(yàn)前用不含抗生素模擬廢水進(jìn)行培養(yǎng)，并接種耐鹽菌以啟動人工濕地中的微生物活動；隨后進(jìn)行裝置正式運(yùn)行，處理廢水；
13、s2、模擬廢水進(jìn)入分層選擇性吸附處理單元，設(shè)置水力停留時間，通過在三層吸附層作用下吸附不同類型的抗生素；利用傳感器單元初步判斷吸附劑是否飽和；通過設(shè)定飽和指數(shù)報警上限進(jìn)行聯(lián)動判斷，觸發(fā)自動閥門，對吸附劑進(jìn)行熱解處理；
14、s3、分層選擇性吸附處理單元出水通過第二蠕動泵控制，進(jìn)入強(qiáng)化人工濕地單元，濕地設(shè)置水力停留時間；
15、s4、在濕地火山巖層中發(fā)生反應(yīng)包括：
16、
17、即在好氧區(qū)域，即靠近植物根部位置，氨氮在硝化作用下轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，此時溶解氧濃度大于2mg/l；
18、；
19、即在缺氧區(qū)域，即遠(yuǎn)離根部位置，硝態(tài)氮與生物炭或有機(jī)碳發(fā)生反硝化作用，轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓?/p>
20、通過接種的耐鹽菌既有利于菌群的適應(yīng)性成長，更好的適應(yīng)含鹽廢水；另一方面接種的耐鹽菌同步具有脫氮功能，促進(jìn)濕地脫氮功能；
21、生物炭層為反硝化菌群提供碳源，保證有效的反硝化過程；
22、最終實(shí)現(xiàn)對廢水中的氮素進(jìn)行有效去除。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
24、1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高效去除污染物，通過分層選擇性吸附處理單元，根據(jù)不同抗生素的理化性質(zhì)，如極性、分子結(jié)構(gòu)、電荷狀態(tài)和分配系數(shù)，設(shè)置針對性的吸附材料，能夠高效去除尾水中的抗生素，顯著降低其對后續(xù)處理單元的干擾。同時，強(qiáng)化人工濕地單元結(jié)合耐鹽菌的反硝化功能，有效削減硝態(tài)氮等營養(yǎng)鹽類負(fù)荷，進(jìn)一步提升含鹽條件下脫氮效率。這種協(xié)同處理方式不僅優(yōu)化了污染物去除效果，還可配合實(shí)時監(jiān)控裝置精準(zhǔn)把控吸附劑飽和程度，防止二次釋放，保障了整個處理過程的穩(wěn)定運(yùn)行。
25、2、本發(fā)明提升了裝置運(yùn)行效率與可維護(hù)性，采用模塊化設(shè)計，吸附材料的選擇和更換更加靈活高效。通過膨潤土、鐵生物炭、氨基炭等分級吸附，能夠針對性地去除不同類別的抗生素，同時自動化監(jiān)測可以精準(zhǔn)判斷吸附飽和程度，實(shí)現(xiàn)吸附劑的及時更換，避免裝置性能下降。此外，裝置整體不依賴電能或光照，結(jié)構(gòu)簡單，便于部署和維護(hù)，降低了運(yùn)行成本和操作難度，適合在不同環(huán)境條件下應(yīng)用。
26、3、本發(fā)明在強(qiáng)化人工濕地單元中接種耐鹽菌，能夠有效緩解鹽度對脫氮功能菌的抑制作用，提升濕地單元在高鹽環(huán)境下的適應(yīng)性和脫氮能力。同時，分層選擇性吸附處理單元在抗生素進(jìn)入濕地前將其截留，進(jìn)一步保護(hù)了濕地內(nèi)微生物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種設(shè)計不僅增強(qiáng)了濕地單元的生態(tài)適應(yīng)性，還通過資源循環(huán)利用，如吸附劑熱解生成生物炭，提升了整體的可持續(xù)性，符合生態(tài)友好型污水處理的發(fā)展方向。
1.一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置，其特征在于：包括分層選擇性吸附處理單元（1）、熱解處理單元（2）和強(qiáng)化人工濕地單元（3）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置，其特征在于：所述分層選擇性吸附處理單元（1）內(nèi)部設(shè)置的三層吸附層，自上而下分別為陽離子吸附層（5）、疏水吸附層（6）和極性吸附層（7），當(dāng)吸附層富集抗生素至預(yù)設(shè)濃度閾值，吸附層上吸附飽和的吸附材料通過一側(cè)并聯(lián)設(shè)置的傾斜導(dǎo)流槽（11）進(jìn)入熱解處理單元（2）經(jīng)熱解分解抗生素并再生為穩(wěn)定生物炭，通過所述熱解處理單元（2）分解富集的抗生素，生成穩(wěn)定的生物炭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置，其特征在于：三個吸附層底部均設(shè)置濾網(wǎng)篩（8），其中，陽離子吸附層（5）填充包括鈉基膨潤土，粒徑0.5–2?mm，通過高比表面積與負(fù)電荷層狀結(jié)構(gòu)，通過陽離子交換吸附陽離子型抗生素；疏水吸附層（6）填充包括玉米芯鐵改性生物炭，粒徑3-5?mm，通過鐵提供配位和絡(luò)合作用吸附疏水性抗生素；極性吸附層（7）填充包括氨基化生物炭和改性陶粒的復(fù)合物，粒徑1-4?mm，通過氫鍵、極性-極性交互、靜電吸附的機(jī)制來去除極性抗生素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置，其特征在于：三個吸附層均連接有傳感器單元（9），并通過設(shè)有的傳輸裝置（12）傳輸指標(biāo)，所述指標(biāo)包括紫外吸收、總有機(jī)碳、電導(dǎo)率以及ph。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置，其特征在于：所述傾斜導(dǎo)流槽（11）上均設(shè)有自動閥門（10），根據(jù)傳感器單元（9）采集的指標(biāo)確定吸附層抗生素吸附飽和程度，并通過計算機(jī)（13）調(diào)控所述自動閥門（10）的開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置，其特征在于：所述強(qiáng)化人工濕地單元（3）自下而上包括礫石承托層（15）、生物炭層（16）以及火山巖層（18）；
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的裝置，其特征在于：所述熱解處理單元（2）設(shè)有溫度檢測模塊（20），通過溫度檢測模塊（20）對熱解處理單元（2）溫度進(jìn)行監(jiān)測。
8.一種分層吸附-人工濕地協(xié)同處理尾水的方法，其特征在于：包括以下步驟：