專利名稱：一種水平潛流人工濕地碳氧聯(lián)合調(diào)控脫氮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程污水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及ー種水平潛流人工濕地碳氧聯(lián)合調(diào)控脫氮系統(tǒng)，適用于生活污水、受污染地表水、富營養(yǎng)化水體、含氮廢水等“低碳高氮”污水的處理。㈡.
背景技術(shù)：
氮是表征地表水水質(zhì)狀況的主要污染物指標(biāo)之一，也是影響水生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定的重要因素。目前，我國南方許多受污染水體都存在著COD較低而氮、磷含量相對較高的特點，其C:N:P的比例遠(yuǎn)低于100:5:1，不利于現(xiàn)有生物處理系統(tǒng)對氮的去除。人工濕地是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的ー種污水處理工藝，具有投資省、效率高、環(huán)境效益好等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于某些エ業(yè)污水、生活污水等點源污染、農(nóng)村面源污染以及城市污染水環(huán)境的治理，對TSS、C0D等化學(xué)指標(biāo)有較為理想的處理效果。然而，對于含氮廢水、污染湖泊水體等這類“低碳高氮”的特殊污水，現(xiàn)有濕地系統(tǒng)對氮的去除效果卻并不理想，尚不能滿足水體功能的水質(zhì)要求，提高濕地系統(tǒng)對氮的去除效率非常必要。 人工濕地是系統(tǒng)對于氮的去除作用包括基質(zhì)的吸附、沉淀、水生植物的吸收、氮的揮發(fā)以及微生物的硝化與反硝化作用，其中微生物的硝化與反硝化作用是濕地脫氮的主要途徑。硝化反應(yīng)是將NH4+-N轉(zhuǎn)化為NCV-N的過程，它是ー個氧化反應(yīng)，需要好氧的濕地土壌環(huán)境條件；而反硝化反應(yīng)是將N03_-N轉(zhuǎn)化為N2的過程，它是ー個還原反應(yīng)，需要厭氧的濕地土壤環(huán)境條件和充足的碳源。由于潛流人工濕地經(jīng)常處于飽水狀態(tài)，這種自身構(gòu)造的限制致使?jié)竦貎?nèi)溶解氧濃度偏低，硝化反應(yīng)不徹底。同時，有機物在硝化階段被大量分解轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致反硝化階段碳源不足，反硝化細(xì)菌的活性降低，從而使得反硝化反應(yīng)減慢，脫氮效率大大降低。尤其是當(dāng)處理“低碳高氮”特殊污水時，濕地的脫氮效果更差。針對以上問題，當(dāng)前潛流人工濕地強化脫氮的措施有一是通過自然通氣或人工強化通氣提高濕地內(nèi)溶解氧水平，增強硝化作用；ニ是向濕地內(nèi)投加碳源促進(jìn)反硝化作用。這兩種強化措施存在以下不足
1、濕地脫氮依賴于微生物的硝化作用與反硝化作用兩個反應(yīng)過程，而以上兩種強化措施將這兩個過程孤立起來，沒有有機結(jié)合，僅提高硝化作用或者反硝化作用，雖然有一定效果，但脫氮效率有限；
2、目前濕地的自然通氣或人工強化通氣都是采用的穿孔曝氣管，而現(xiàn)有曝氣管主要是采用單一 PVC塑管或鋼管制成，其上穿孔孔徑大(一般為3-10mm)且分布稀疏，從而導(dǎo)致曝氣氣泡大，曝氣不均勻、能耗高，而且停止曝氣時沙礫極易進(jìn)入曝氣管內(nèi)，堵塞曝氣管上的穿孔。曰

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述脫氮措施存在的不足，提供ー種水平潛流人工濕地碳氧聯(lián)合調(diào)控脫氮系統(tǒng)。本發(fā)明的具體設(shè)計方案是針對現(xiàn)有的水平潛流人工濕地脫氮系統(tǒng)進(jìn)行改迸，它具有處理池，處理池的前端頂部裝有進(jìn)水管，處理池的尾端頂部裝有排放管，且在處理池尾部裝有隔板，形成排水腔，隔板的下部設(shè)有放水孔將排水腔與處理池內(nèi)腔連通，在處理池內(nèi)腔中填裝有土壌，土壌上種植有若干株水生植物，其特征是在土壌中靠處理池后半部垂直插裝有至少3行3列碳源投加管，在土壌中靠處理池前半部分上、中、下三層，每層分別水平布置有至少3根間隔并排布置的微孔曝氣管，所有微孔曝氣管的前端通過導(dǎo)氣管匯集連接地表上的空氣壓縮機，所有微孔曝氣管的尾端密封。本發(fā)明中所述微孔曝氣管是由支撐管和包裹其外的硅橡膠曝氣膜組成，所述支撐管外壁上開有至少四條軸向布置的通氣槽，每條通氣槽中位于支撐管的上端開有進(jìn)氣孔，孔徑為O. 5-1. Omm ;硅橡膠曝氣膜上密布有微孔，孔徑為O. 03-0. 08mm。本發(fā)明中所述碳源投加管上開有沿軸向排列的四排均布的通孔，相鄰兩排通孔上下錯位布置，且每排中通孔與通孔之間的距離為100-150mm，所有通孔的孔徑設(shè)計為3-6_。當(dāng)然通孔以其它方式分布也是可行的，但以整個管壁進(jìn)行均布是更合理的。本發(fā)明中所述碳源投加管中投加有葡萄糖、淀粉、蔗糖、甲醇、こ醇其中的ー種或任意組合。本發(fā)明中所述進(jìn)水管高于土壤表面布置；所述排放管低于土壤表面布置。 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在
1.本發(fā)明利用在土壌水平潛流人工濕地前端曝氣增強硝化作用，后端碳源調(diào)控促進(jìn)反硝化作用，從而大大提高了濕地脫氮效果；
2.本發(fā)明采用的微孔曝氣管為支撐管加硅橡膠膜制成，不易銹蝕，使用壽命長；激光打孔，微孔均勻細(xì)小，產(chǎn)生氣泡小，充氧效率高，與目前其它曝氣裝置相比，可以大大節(jié)省電耗；而且停止曝氣時微孔收縮閉合，不易產(chǎn)生孔眼堵塞；
3.本發(fā)明使用中控制空氣壓縮機的比曝氣速率為O.I O. 5 m3パh*m2)，停曝時間比為15min: 15min 60min: 15min,可使碳源投加管中碳源投加量為I. O 2. 5 g/m3時,系統(tǒng)脫氣效率最聞。㈣.


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)主視(示意) 圖2的本發(fā)明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)俯視(示意) 圖3的本發(fā)明中微孔曝氣管結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明中碳源投加管結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I一空氣壓縮機，2—進(jìn)水管，3—導(dǎo)氣管，4ー處理池，5—微孔曝氣管，6—土壤，7—水生植物，8—碳源投加管，9一隔板,10一排水腔,11一排放管，12一放水孔,13一聚丙烯支撐管，14 ー硅橡膠曝氣膜，15—微孔，16—進(jìn)氣孔，17—通氣槽，18—通孔。㈤·
具體實施例方式 參見圖1、2，本發(fā)明具有處理池4，處理池4的前端頂部裝有進(jìn)水管2，處理池4的尾端頂部裝有排放管11，且在處理池4尾部裝有隔板9，形成排水腔10，隔板9的下部設(shè)有放水孔12將排水腔10與處理池4內(nèi)腔連通，在處理池4內(nèi)腔中填裝有土壤6，土壤6上種植有若干株水生植物7 (可以是蘆葦、美人蕉、香蒲、莎草、燈心草、水蔥等等)，其特征是在土壌6中靠處理池4后半部垂直插裝有3行3列(還可以是更多行更多列設(shè)置)碳源投加管8，在土壌6中靠處理池4前半部分上、中、下三層，每層分別水平布置有3根(可以是更多根)間隔并排布置的微孔曝氣管5，所有微孔曝氣管5的前端通過導(dǎo)氣管3匯集連接地表上的空氣壓縮機1，所有微孔曝氣管5的尾端密封。本實施例中所述微孔曝氣管5是由聚丙烯支撐管13和包裹其外的硅橡膠曝氣膜14組成，所述支撐管13外壁上開有八條(至少有四條即可)軸向布置的通氣槽17，每條通氣槽中位于支撐管的上端開有進(jìn)氣孔16,孔徑為O. 5-1. Omm,具體可選O. 8mm ;娃橡膠曝氣膜14上密布有微孔15 (采用激光打孔)，孔徑為O. 03-0. 08mm,具體可選O. 05mm。本實施例中所述碳源投加管8上開有沿軸向排列的四排均布的通孔18，相鄰兩排通孔18上下錯位布置，且每排中通孔與通孔之間的上下距離為100-150mm，具體可選120mm,所有通孔18的孔徑設(shè)計為3_6mm，具體可選5_。本實施例中所述碳源投加管8中投加有葡萄糖、淀粉、蔗糖、甲醇、こ醇其中的一種或任意組合。本實施例中所述進(jìn)水管2高于土壤6表面布置；所述排放管11低于土壤6表面布置。
本發(fā)明具體實施時，為了同時促進(jìn)硝化作用和反硝化作用，提高濕地脫氮效果，空氣壓縮機I的比曝氣速率為O. I O. 5 m3/ (h · m2),停曝時間比為15min: 15min 60min: 15min,碳源投加管5中碳源投加量為I. O 2. 5 g/m3。本發(fā)明工作過程
通過進(jìn)水管向土壤采用間歇進(jìn)水、推流出水的工作方式，當(dāng)污水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入濕地前端時，啟動空氣壓縮機1，其產(chǎn)生的高壓空氣經(jīng)導(dǎo)氣管3、微孔曝氣管5進(jìn)入濕地內(nèi)部，從而増加了污水中的溶解氧，使?jié)竦厍岸诵纬闪撕醚醐h(huán)境條件，促進(jìn)了硝化反應(yīng)的發(fā)生(nh4+-n轉(zhuǎn)化為N03_-N);當(dāng)此部分含有大量Ν03_-Ν的污水被水平推流至濕地后端時，通過碳源投加管道進(jìn)行碳源調(diào)控，補充反硝化所需的碳源，且濕地后端仍處于厭缺氧環(huán)境條件，從而促進(jìn)了反硝化反應(yīng)的進(jìn)行(NO3--N轉(zhuǎn)化為N2),最終實現(xiàn)了對氮的高效去除。在本發(fā)明上述實施例中，土壤中(LXBXH=ImXO. 5mXO. 4m)前半部的上層、中層和下層分別設(shè)置3個并聯(lián)連接的微孔曝氣管，在后半部垂直布置3行3列共9個碳源投加管道。進(jìn)水采用人工配水，當(dāng)水力負(fù)荷為O. 4m3/ (m2 · d)，COD、總氮、氨氮均值分別為30mg/L、28.4mg/L、25.2 mg/L，空氣壓縮機的比曝氣速率為O. I O. 5 mV (h · m2)，停曝時間比為15min: 15min 60min: 15min,碳源投加管中葡萄糖投加量為I. O 2. 5 g/m3,測定結(jié)果C0D、總氮、氨氮的去除率分別為50. 6%,86. 3%,99. 2%。實驗結(jié)果表明通過在水平潛流人工濕地前端增氧、后端補充碳源的方法顯著提高了濕地脫氮效率。
權(quán)利要求
1.ー種水平潛流人工濕地碳氧聯(lián)合調(diào)控脫氮系統(tǒng)，具有處理池，處理池的前端頂部裝有進(jìn)水管，處理池的尾端頂部裝有排放管，且在處理池尾部裝有隔板，形成排水腔，隔板的下部設(shè)有放水孔將排水腔與處理池內(nèi)腔連通，在處理池內(nèi)腔中填裝有土壌，土壌上種植有若干株水生植物，其特征是在土壌中靠處理池后半部垂直插裝有至少3行3列碳源投加管，在土壌中靠處理池前半部分上、中、下三層，每層分別水平布置有至少3根間隔并排布置的微孔曝氣管，所有微孔曝氣管的前端通過導(dǎo)氣管匯集連接地表上的空氣壓縮機，所有微孔曝氣管的尾端密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種水平潛流人工濕地碳氧聯(lián)合調(diào)控脫氮系統(tǒng)，其特征是所述微孔曝氣管是由支撐管和包裹其外的硅橡膠曝氣膜組成，所述支撐管外壁上開有至少四條軸向布置的通氣槽，每條通氣槽中位于支撐管的上端開有進(jìn)氣孔，孔徑為O. 5-1. Omm ；硅橡膠曝氣膜上密布有微孔，孔徑為O. 03-0. 08mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種水平潛流人工濕地碳氧聯(lián)合調(diào)控脫氮系統(tǒng)，其特征是所述碳源投加管上開有沿軸向排列的四排均布的通孔，相鄰兩排通孔上下錯位布置，且每排中通孔與通孔之間的距離為100-150mm，所有通孔的孔徑設(shè)計為3_6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種水平潛流人工濕地碳氧聯(lián)合調(diào)控脫氮系統(tǒng)，其特征是所述碳源投加管中投加有葡萄糖、淀粉、蔗糖、甲醇、こ醇其中的ー種或任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種水平潛流人工濕地碳氧聯(lián)合調(diào)控脫氮系統(tǒng)，其特征是所述進(jìn)水管高于土壤表面布置；所述排放管低于土壤表面布置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水平潛流人工濕地碳氧聯(lián)合調(diào)控脫氮系統(tǒng)，它具有處理池，處理池的前端頂部裝有進(jìn)水管，處理池的尾端頂部裝有排放管，在處理池內(nèi)腔中填裝有土壤，土壤上種植有若干株水生植物，其特征是在土壤中的后半部垂直插裝有至少3行3列碳源投加管，在土壤中的前半部分上、中、下三層，每層分別水平布置有至少3根間隔并排布置的微孔曝氣管，所有微孔曝氣管的前端通過導(dǎo)氣管匯集連接地表上的空氣壓縮機，所有微孔曝氣管的尾端密封；本發(fā)明將硝化作用和反硝化作用進(jìn)行了有機組合，使脫氮效果大大提高，同時克服了現(xiàn)有曝氣管曝氣不均勻、能耗高，容易堵塞等問題，本發(fā)明特別適合于處理含氮廢水及污染湖泊水體等“低碳高氮”的污水。
文檔編號C02F101/16GK102689988SQ20121012665
公開日2012年9月26日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者肖文勝, 陶敏 申請人:湖北理工學(xué)院