CN106542635A - 一种强化脱氮的人工湿地系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种强化脱氮的人工湿地系统，包括曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地，两段均包括设有进水口和出水口的池体，池体内充填填料，填料上种植植物；曝气段人工湿地的池体内还包括承托层、布水系统和曝气系统；曝气段通过连接管件与非曝气段相连接；连接管件的一端连接曝气段人工湿地的出水口，另一端连接非曝气段人工湿地的进水口；非曝气段人工湿地还包括多个管中装填可降解聚合物作为固相碳源的穿孔管，以补充反硝化脱氮碳源的不足。本发明采用两段式人工湿地相结合的技术方案，前段曝气段人工湿地微曝气充氧、后段非曝气段人工湿地为厌氧或缺氧环境，组成类似AO工艺的系统，强化脱氮效果，而且系统运行稳定，受气候影响不大。

Description

一种强化脱氮的人工湿地系统

技术领域

本发明涉及污水处理系统，尤其涉及一种强化脱氮的人工湿地系统。

背景技术

人工湿地技术，以其方法简单，投资少的优势，在近些年得到了快速的发展。但是，人工湿地处理低C/N(碳/氮)污水时，在碳源不足的情况下，氮磷去除效果较差，已成为共识。已有的解决方法主要是向人工湿地系统中补充粉状或液态有机碳源，通过在进水中投加甲醇、乙醇、葡萄糖或果糖等易于生物降解的有机物，提高进水的碳氮比，促进反硝化脱氮。也有方法是在人工湿地处理工艺的中端直接输送未处理原水以达到补充有机碳的效果。由于这些有机碳生化反应速度快，为了保持较高的脱氮效果，需要不断地补充碳源，从而增加了人工湿地系统的运行成本和后续管理的难度。为了降低运行成本，可以向人工湿地的进水中投加城市污水或含较高有机物浓度的工业废水，但是由于这些废水的水质成分复杂,很容易引入其他污染物质，使人工湿地出水水质恶化，运行不稳定。理想的有机碳源应该具有价廉易得、一次或少次投加而长期有效的特点。

各种植物碳源材料是可资利用的有机碳源，如湿地植物的枯枝落叶、废弃的木材、落下的树枝、麦秆或玉米秆等各种植物桔秆材料。这些材料来源广泛，价格低廉，均含有丰富的有机物质，经过分解可以释放出一定量的有机碳。基于此，可以将植物材料添加到污水厂的生化反应器中作为反稍化所需的有机碳源，提高污水中氮的去除率。但是，将植物材料作为有机碳源时，由于植物材料的分解是先快后慢，导致有机碳的释放是前期短时间内的大量释放及后期稳定、缓慢的释放，从而导致氮去除效率低、氮去除效率不稳定及出水水质恶化。

公开号为CN101575156A的发明专利，公开了一种强化脱氮除磷的人工湿地系统。该系统包括调节水解池、滴水充氧器和人工湿地三部分。首先将污水收集到调节水解池进行水解酸化，出水经滴水充氧器充氧再进入人工湿地，经湿地填料、湿地植物的吸附与降解去除污水中的氮磷等污染物。但该方法存在有基础建设费用高，其运行受气候影响大等缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种强化脱氮人工湿地系统，通过采用两段式人工湿地相结合的类似厌氧好氧工艺法(Anaerobic Oxic，AO)工艺的系统，将可降解聚合物作为固相碳源，强化脱氮除磷效果，且系统运行稳定，操作简易方便。

本发明提供的技术方案是：

一种强化脱氮人工湿地系统，包括曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地，曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地均包括设有进水口和出水口的池体，池体内充填填料，填料上种植植物；曝气段人工湿地的池体内还包括承托层、布水系统和曝气系统；曝气段人工湿地通过连接管件与非曝气段人工湿地相连接；连接管件的一端连接曝气段人工湿地的出水口，另一端连接非曝气段人工湿地的进水口；非曝气段人工湿地还包括多个管中装填可降解聚合物作为固相碳源的穿孔管。

强化脱氮人工湿地系统中，池体的进水口和出水口分别位于人工湿地的不同侧，曝气段人工湿地池体的进水口高于出水口，而非曝气段人工湿地池体的进水口低于出水口，使非曝气段人工湿地维持淹水水位，形成缺氧环境。

曝气系统包括微型空气压缩机、微孔曝气头和曝气软管；曝气段人工湿地通过微型空气压缩机连接曝气软管进行曝气，曝气软管置于曝气段人工湿地的承托层的上部。

曝气段人工湿地装填的填料可以为陶粒或沸石等；非曝气段人工湿地装填的填料为公分石和重质陶粒等。非曝气段人工湿地可由下向上分别填充公分石和重质陶粒等填料。

曝气段人工湿地种植的植物为陆生植物，曝气段人工湿地进水在填料吸附、植物吸收和好氧微生物分解的共同作用下去除进水中的SS、COD、氨氮等污染物，其中氨氮均转化为硝态氮。

曝气段人工湿地种植的陆生植物包括美人蕉、剑兰和非洲菊等湿生植物。

非曝气段人工湿地采用上流式出水，使其维持淹水水位，形成缺氧环境。

非曝气段人工湿地包括的穿孔管中装填的固相碳源为PBS、PHBV和PCL等可降解聚合物中的一种或者多种的混合物。可降解聚合物的形状为条状或颗粒状等。

非曝气段人工湿地包括的穿孔管为穿孔PVC管。

穿孔PVC管的一端封闭、另一端开口、壁上布满微孔。穿孔PVC管插入非曝气段人工湿地的方式可以为从上部竖向插入，也可以是从侧部横向插入。

穿孔PVC管开口的一端可露出非曝气段人工湿地的表面。当穿孔PVC管中的固相碳源耗尽后，通过从穿孔PVC管开口的一端添加固相碳源，为人工湿地系统补充碳源。非曝气段通过穿孔管中添加的固相碳源与进水接触后释放出碳，来补充进水中有机碳。

非曝气段人工湿地种植的植物为水生植物。非曝气段人工湿地种植的水生植物包括风车草、水葱和水芹菜等。

经填料吸附、植物吸收和好氧微生物分解的共同作用下，进水中的氨氮污染物转化成的硝态氮在非曝气段缺氧和碳源充足的条件下，经反硝化菌的作用转变为氮气，从而去除水中的氮。污水中的磷及其他污染物在填料、植物根系和厌氧菌的作用下得到去除。本发明提供的人工湿地系统工作时，前段曝气段人工湿地曝气充氧，后段非曝气段人工湿地淹水形成缺氧环境，组成类AO工艺系统，从而强化对氮磷的去除。曝气段人工湿地种植陆生植物，如美人蕉、剑兰、非洲菊等；非曝气段人工湿地种植水生植物，如风车草、水葱、水芹菜等。污水经进水口进入曝气段人工湿地，在布水系统的作用下使进水分布均匀，进水在填料吸附、植物吸收和好氧微生物分解的共同作用下去除进水中的SS、COD、氨氮等污染物，其中氨氮均转化为硝态氮。经曝气段人工湿地处理过的污水通过连接管件进入非曝气段人工湿地，非曝气段人工湿地采用上流式出水，使其维持淹水水位，以形成缺氧环境，在厌氧条件下完成对TN、TP的去除。非曝气段人工湿地由下向上分别填充公分石、重质陶粒等填料。非曝气段人工湿地中的穿孔PVC管添加固相碳源，所述固相碳源为PBS、PHBV或PCL等可降解聚合物中的一种或者多种的混合物，作为外加固相碳源来强化反硝化效果。非曝气段中添加的固相碳源与进水接触后释放出碳，来补充进水中有机碳；进水中的硝态氮在非曝气段缺氧和碳源充足的条件下，经反硝化菌的作用转变为氮气，从而去除水中的氮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种强化脱氮人工湿地系统，具有以下优点：

1)采用两段式人工湿地相结合，前段曝气段人工湿地微曝气充氧、后段非曝气段人工湿地密封形成厌氧环境，组成类似AO工艺的系统，强化脱氮效果；

2)将可降解聚合物作为固相碳源引入人工湿地系统，可降解聚合物相比传统碳源具有作用效果持久的显著优点；

3)在人工湿地中添加固相碳源，解决人工湿地在脱氮过程中碳源缺乏的难题；

4)固相碳源的投加方式采用将固相碳源填充在一端具塞、上端开口、壁上布满微孔的管中，然后将管插入人工湿地中，插入方式可以是竖向，也可以是横向。此种投加方式有利于固相碳源消耗完后的再添加，操作简易方便。

5)系统运行稳定，受气候影响不大。

附图说明

图1是本发明实施例中的人工湿地系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中的人工湿地系统的平面示意图；

图1～2中，1—进水口；2—曝气系统；3—植物；4—布水系统；5—填料；6—连接管件；7—固相碳源；8—穿孔PVC管；9—出水口；10—曝气段人工湿地；11—非曝气段人工湿地；12—承托层。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

本发明提供一种强化脱氮人工湿地系统，包括曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地，曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地均包括设有进水口和出水口的池体，池体内充填填料，填料上种植植物；曝气段人工湿地的池体内还包括承托层、布水系统和曝气系统；曝气段人工湿地通过连接管件与非曝气段人工湿地相连接；连接管件的一端连接曝气段人工湿地的出水口，另一端连接非曝气段人工湿地的进水口；非曝气段人工湿地还包括多个管中装填可降解聚合物作为固相碳源的穿孔管。

图1是本发明实施例的结构示意图，本实施例中，强化脱氮人工湿地系统包括曝气段人工湿地10和非曝气段人工湿地11，曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地均包括设有进水口1和出水口9的池体、填料5和种植植物3；其中，曝气段人工湿地的池体内包括承托层12、布水系统4和曝气系统2；曝气段人工湿地通过曝气系统进行曝气；曝气段人工湿地通过连接管件6与非曝气段人工湿地相连接；连接管件的一端连接曝气段人工湿地的出水口，另一端连接非曝气段人工湿地的进水口，曝气段人工湿地的出水口和非曝气段人工湿地的进水口在一个水平面上；非曝气段人工湿地还包括多个穿孔PVC管8，穿孔PVC管中装填固相碳源7。

强化脱氮人工湿地系统中，池体的进水口和出水口分别位于人工湿地的不同侧，曝气段人工湿地进水口高于出水口，而非曝气段人工湿地进水口低于出水口，使非曝气段人工湿地维持淹水水位，形成缺氧环境。曝气系统包括微型空气压缩机、微孔曝气头和曝气软管；微型空气压缩机通过连接曝气软管进行曝气，曝气软管置于曝气段人工湿地的承托层的上部；微孔曝气头有一个或多个，分别置于池体内部不同位置。穿孔PVC管的一端封闭、另一端开口、壁上布满微孔。穿孔PVC管插入非曝气段人工湿地的方式可以为从上部竖向插入，也可以是从侧部横向插入。穿孔PVC管开口的一端露出非曝气段人工湿地的表面，以方便固相碳源耗尽后的添加作业。

本实施例中，强化脱氮人工湿地系统的曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地池体的长、宽和高均分别为0.4米(m)、0.3m和1m，模拟人工湿地系统表面水力负荷为0.1-0.5m³/m²·d。该强化脱氮除磷人工湿地系统用于处理取自某河道的污水，该污水中COD_Cr为43.05～173.86mg/L，总氮为1.87～39.4mg/L。该污水由强化脱氮除磷人工湿地系统的曝气段人工湿地的进水口进入。

曝气段人工湿地填充重质陶粒，微孔曝气头置于填料高度20cm处，池体4角各有放置一个微孔曝气头；非曝气段人工湿地由下向上分别填充公分石、重质陶粒，填充高度分别为20cm、70cm，在公分石层上插入20根穿孔PVC管，管长80cm、直径2cm，管的下端穿孔区域长50cm，管的下端密封，上端开口，管中填充条状PHBV固相碳源。曝气段人工湿地种植菖蒲，密度为6棵/m²，非曝气段人工湿地种植水莎草，密度为60棵/m²。污水经进水口进入曝气段人工湿地，在布水系统的作用下使进水分布均匀，进水在填料吸附、植物吸收和好氧微生物分解的共同作用下去除进水中的SS、COD、氨氮等污染物。经曝气段人工湿地处理过的污水通过连接管进入非曝气段人工湿地，非曝气段人工湿地采用上流式出水，使其维持淹水水位，以形成缺氧环境；非曝气段中添加的固相碳源与进水接触后释放出碳，来补充进水中有机碳；进水中的硝态氮在缺氧和碳源充足的条件下，经反硝化菌的作用转变为氮气，从而去除水中的氮。

需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种强化脱氮的人工湿地系统，包括曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地，曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地均包括设有进水口和出水口的池体，池体内充填填料，填料上种植植物；曝气段人工湿地的池体内还包括承托层、布水系统和曝气系统；曝气段人工湿地通过连接管件与非曝气段人工湿地相连接；所述连接管件的一端连接曝气段人工湿地的出水口，另一端连接非曝气段人工湿地的进水口；非曝气段人工湿地还包括多个管中装填可降解聚合物作为固相碳源的穿孔管。

2.如权利要求1所述人工湿地系统，其特征是，所述曝气段人工湿地和非曝气段人工湿地中，池体的进水口和出水口分别位于池体的不同侧；曝气段人工湿地池体的进水口高于出水口；非曝气段人工湿地池体的进水口低于出水口，由此使非曝气段人工湿地维持淹水水位，形成缺氧环境。

3.如权利要求1所述人工湿地系统，其特征是，所述曝气系统包括微型空气压缩机、微孔曝气头和曝气软管；所述曝气段人工湿地通过所述微型空气压缩机连接曝气软管进行曝气，曝气软管置于曝气段人工湿地的承托层的上部。

4.如权利要求1所述人工湿地系统，其特征是，曝气段人工湿地装填的填料为陶粒或沸石；非曝气段人工湿地装填的填料为公分石和重质陶粒；非曝气段人工湿地由下向上分别填充公分石和重质陶粒。

5.如权利要求1所述人工湿地系统，其特征是，曝气段人工湿地进水在填料吸附、植物吸收和好氧微生物分解的共同作用下去除进水中的污染物；所述水中的污染物包括SS、COD和氨氮；所述氨氮在曝气段人工湿地中均转化为硝态氮。

6.如权利要求1所述人工湿地系统，其特征是，曝气段人工湿地种植的植物为湿生植物，包括美人蕉、剑兰和非洲菊；非曝气段人工湿地种植的植物为水生植物，包括风车草、水葱和水芹菜。

7.如权利要求1所述人工湿地系统，其特征是，非曝气段人工湿地采用上流式出水；非曝气段人工湿地包括的穿孔管中装填的固相碳源为可降解聚合物中的一种或者多种的混合物。

8.如权利要求1所述人工湿地系统，其特征是，所述可降解聚合物包括PBS、PHBV和PCL；所述可降解聚合物的形状为条状或颗粒状。

9.如权利要求1所述人工湿地系统，其特征是，非曝气段人工湿地包括的穿孔管为穿孔PVC管；所述穿孔PVC管的一端封闭、另一端开口、而且壁上布满微孔。

10.如权利要求9所述人工湿地系统，其特征是，所述穿孔PVC管插入非曝气段人工湿地的方式可以为从上部竖向插入或从侧部横向插入；穿孔PVC管开口的一端露出非曝气段人工湿地的表面；当穿孔PVC管中的固相碳源耗尽后，通过从穿孔PVC管开口的一端添加固相碳源；非曝气段通过穿孔PVC管中添加的固相碳源与进水接触后释放出碳，从而达到补充进水中有机碳的目的。