一、基本原理
功能型精准湿地—矿物天然自净化污水处理技术是在潜流人工湿地基础上发展而成的具有污水处理功能的湿地技术，通过植物、微生物及矿物功能填料的协同作用实现污水的净化。该技术通过污染负荷和水力负荷精准计算，保证了湿地负荷安全；通过均压通气布水系统、出水收集系统和高渗透基质的应用，湿地水力和供氧条件改善，布水均匀度提高；通过低渗透基质、固磷基质和微生物基质的配比和应用，使污染物去除效率明显提高；通过隔离层基质、液位调节装置和微生物基质的应用，起到保温隔热、防止结冰和提高微生物活性的作用。
湿地去除的污染物主要包括有机氮和氨氮、磷、有机物、悬浮物和病原菌等。污水中的有机氮和氨氮主要通过植物和微生物同化吸收，界面挥发以及湿地内部连续好氧-厌氧反应单元中的硝化/反硝化作用转化为氮气而去除；磷主要通过植物和微生物同化吸收，聚磷菌的固定以及填料的吸附沉淀作用去除；有机物主要通过根际氧化还原反应转化为二氧化氮，以及植物吸收等方式去除；悬浮物颗粒物主要通过填料过滤和重力沉积去除；在微生物、植物根际微生物的共同作用下，污水中的致病微生物也得以去除。通过加入高碳矿物质形成半导体，促进产电菌的形成，进而增加孔隙率，加速微生物和化学反应，形成矿物、植物、微生物之间的协同作用，提高系统的净化效率。
二、工艺流程
功能型精准湿地污水处理系统由沉淀池、调节池、湿地植物床、均压通气布水系统、出水收集系统、液位调节井、及控制系统等构成。污水经由沉淀池去除固体有机物和杂质后，存储于调节池中，由水泵定时提升至湿地植物床。污水在植物床下渗过程中，污染物被去除，净化过的水通过出水收集系统收集并溢流出湿地，出水可作为中水或景观水回用。
（1）沉淀池采用钢筋混凝土地埋结构，用于去除污水中的固体悬浮物和颗粒有机物。
（2）调节池采用钢筋混凝土地埋结构，有效容积为平均水力负荷的4倍。调节池内置有潜污泵，每天启动四次，每次启动20分钟，将存储的污水通过均压通气布水系统泵入湿地。
（3）湿地植物床为土坝结构，深度0.8米~2米，由下自上依次布设抗渗膜、土工布、高渗透基质、固磷基质、低渗透基质、微生物基质、保温基质及湿地植物。湿地植物床是污染物去除的主要场所，为污染物的物理吸附、生化降解及植物吸收创造良好的环境条件。污水在湿地植物床平均停留2天。
（4）均压通气布水系统位于湿地植物床表面20cm以下，为HDPE双壁波纹多孔管、均压结构，可保证湿地布水的均匀，兼具向湿地输送氧气的功能。
（5）出水收集系统设于湿地植物床底部，为HDPE双壁波纹多孔管结构，净化后的水于此处收集，利用液位差流出湿地。
（6）液位调节井为钢筋混凝土地埋结构，内设有液位调节装置，可调节湿地液位高度。
（7）控制系统用于控制调节池潜污泵的启动和停止。
三、关键技术
1、湿地设计过程中确定了湿地负荷与填料理化性质的相关关系，围绕提高湿地运行稳定性和污染物去除效率，进行了如下功能填料的开发：与北京大学矿物环境功能北京市重点实验室合作，围绕提高湿地运行稳定性和污染去除效率、延长使用周期，进行功能填料的开发，形成了低渗透基质、固磷基质及微生物基质等功能填料。
（1）低渗透基质由天然矿物筛分级配而成，用于湿地功能层填充，粒径0.15mm～4mm
（2）固磷基质由高钙、铁及镁矿物质粉碎烧结膨化而成，用于功能层填充，Ca2+、Fe2+、Mg2+总有效浓度30%以上，粒径0.2mm-3mm。
（3）微生物基质包括厌氧微生物和好氧微生物两类功能菌，用于湿地填料微生物接种和快速稳定。通过对多种功能微生物性能试验、筛选、配比而形成，有效活菌数≥2亿/g。在现有基质技术基础上，通过对矿物和微生物进行指向性的筛选和开发，对现有指标进行进一步的提升。
2、围绕改善湿地水力及供氧条件、提高布水均匀度，开发水力计算软件1套、开发均压通气布水系统、出水收集系统以及应急检修系统等湿地专用部件结构。其中
（1）均压补水系统采用自回水设计，通气量5-8m3/㎡.d，布水量20-60l/㎡.h，依据位点、负荷流量可调节，布水均匀度±10%，压力均匀度±10%，冬季运行空管率95%以上。
（2）出水收集系统：清水收集率95%以上，可通过粒径＜0.1mm，收集量10-40l/㎡.h。
（3）应急检修系统的反冲洗流量0.3-0.6m3/㎡.h；置换率80%以上。
3、通过结构部件的研发、改良以及功能填料的应用，冬季湿地内部温度可保持在15℃左右，解决一般湿地在冬季北方结冰、无法周年运行的问题。
（1）湿地水位可调节，冬季保持低水位（50cm）运行，避免结冰的发生。
（2）湿地接种微生物并快速稳定，微生物生理活动过程是热量释放的过程。
（3）湿地表面覆盖隔离层基质，起到保温蓄热作用。
4、通过湿地负荷的精准计算、功能填料的精确配比，解决传统湿地负荷过载、水力不均造成的堵塞断流问题，一般使用寿命可达到30年以上。北京地区常年监测显示，延庆区永宁镇上磨村项目运行9年，-25℃仍可稳定运行，平谷区大兴庄镇西柏店村项目运行4年，-20摄氏度运行稳定，出水水质达标。
四、水污染防治效果
功能型精准湿地可作为二级工艺或深度处理工艺，用于生活污水处理，主要污染物去除率为：BOD590%～97%、CODCr85%～94%、SS95%～98%、NH3-N88%～97%、TP85%～95%。功能型精准湿地用于城市雨洪水处理时，主要污染物CODCr、SS、NH3-N、TP的去除率可达到50%以上。用于高浓度废水（如屠宰场废水）深度处理时虽然去除率不高，但仍可达到BOD530mg/L、CODCr80mg/L、SS60mg/L、NH3-N15mg/L的国家标准。
五、适用范围
适用于村镇生活污水处理、城镇污水处理厂升级改造、高浓度有机污水处理、河湖水体修复、雨水污染物控制以及农村面源污染阻隔等领域。
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