專利名稱：潮汐流-水平潛流組合人工濕地強化脫氮的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領域，具體涉及一種潮汐流-水平潛流組合人工濕地強化脫氮的方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，污水排放量也隨之不斷增加，使得我國水體富營養(yǎng)化及水質(zhì)惡化日趨嚴重。目前，我國的污水處理主要依賴于傳統(tǒng)的集中式水處理工藝，雖然技術(shù)和工藝已日漸成熟和完善，但卻面臨建設運行成本費用過高的問題，不少經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)根本建不起大型污水處理廠或不少已建的污水處理廠因運行資金短缺而閑置不用，使得我國僅有24%的工業(yè)廢水和4%的生活污水經(jīng)過處理排入水體。尤其對于我國經(jīng)濟落后的廣大農(nóng)村地區(qū)來講，其污水處理現(xiàn)狀更為嚴峻，96%的村莊沒有污水處理系統(tǒng)，3. 2億農(nóng)民不能飲用清潔水，只有約為1%的污水經(jīng)過處理后流入水體，其遠低于世界衛(wèi)生組織報道的發(fā)展中國家平均農(nóng)村地區(qū)污水處理率18%。因此，為進一步推動我國社會主義新農(nóng)村的建設進程和保障農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，根據(jù)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟落后和污水源分散等特點，開發(fā)簡便易行、高效經(jīng)濟、美化環(huán)境、分散式就地處理的農(nóng)村污水凈化技術(shù)成為推動我國農(nóng)村建設和發(fā)展過程中所必須面對和迫切解決的重要課題。人工濕地污水處理是20世紀70年代發(fā)展起來的一種通過模擬自然濕地而人為設計和建造的具有可控性和工程化特點的生態(tài)污水凈化技術(shù)，以其投資少、建設運營成本低、凈化效果好等特點近年來受到了廣泛關注。其應用已逐漸由常規(guī)生活污水的處理，逐漸擴展到處理農(nóng)田暴雨徑流、食品加工廢水、礦山酸性廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水以及垃圾滲濾液等多種廢水的處理。污水在人工濕地系統(tǒng)中的凈化主要以基質(zhì)、植物和微生物通過物理、化學及生物作用協(xié)同完成，但對不同種類的污染物，其主要的凈化途徑不同。氮在人工濕地系統(tǒng)中的脫除包括基質(zhì)的吸附、過濾、沉淀以及氨的揮發(fā)、植物吸收、微生物硝化、反硝化作用。其中濕地床體中微生物的硝化-反硝化作用是濕地脫氮的主導因素，其基本條件是存在大量的硝化和反硝化細菌和適宜的濕地環(huán)境條件。硝化過程需要硝化菌群和必要的好氧條件，反硝化過程需要反硝化菌群、碳源和穩(wěn)定的缺氧條件，其中硝化過程是除氮的限速步驟，硝化反應能否順利進行直接影響濕地脫氮性能的高低。傳統(tǒng)濕地的進水多采用自流方式，床體中溶解氧水平多依靠水面與空氣的接觸以及植物根區(qū)泌氧作用。由于微弱的氣液面氧擴散和根系泌氧能力，經(jīng)常造成濕地床體內(nèi)部，特別是非根際區(qū)的床體，溶解氧濃度偏低，甚至處于缺氧狀態(tài)，從而限制了硝化菌群的生長繁殖和硝化反應的發(fā)生，氨氮的去除效果較差，進而影響濕地的脫氮能力。同時由于傳統(tǒng)床體復氧能力較差，使得截留在床體基質(zhì)空隙中的固型有機物和懸浮物不能充分的氧化分解而不斷地累積疊加，其是造成床體堵塞現(xiàn)象的主要原因。因此，增強濕地床的復氧能力，提高床體的溶解氧濃度對提高人工濕地氮的去除和防止堵塞發(fā)生都是十分必要的。潮汐流人工濕地是近年來發(fā)展起來的一種新型人工濕地類型，其運行過程中依靠床體飽和浸潤面周期性變化產(chǎn)生的基質(zhì)孔隙吸力將大氣氧強迫吸入床體，可以顯著提高濕地床的氧傳輸量。Wu Shubiao等(Wu S B, Zhang D X, Austin D, etal.Evaluation of a lab—sale tidal flow constructed wetland performance: oxygentransfer capacity,organic matter and ammonia removal[J]. EcologicalEngineering, 2011, 37:1789-1795)通過研究室內(nèi)潮汐流人工濕地處理模擬生活污水的研究發(fā)現(xiàn)，潮汐流濕地床的復氧能力高達350g/m2 ·(!，其遠高于傳統(tǒng)的水平潛流人工濕地復氧能力(l_8g/m2 · d)和垂直流人工濕地復氧能力(50-90g/m2 · d)。在潮汐流人工濕地床中，較好的復氧能力可以強化硝化過程的發(fā)生，使得氨氮最大程度的被氧化為硝態(tài)氮，然而這種好氧環(huán)境卻直接限制了反硝化過程的發(fā)生，使得濕地床系統(tǒng)出水中富集大量的硝態(tài)氮，對總氮的脫除能力仍然受到限制。水平潛流人工濕地由于基質(zhì)長時間處于飽和淹沒狀態(tài)，濕地床體環(huán)境表現(xiàn)為缺氧狀態(tài)，比較利于反硝化作用的進行。然而，潮汐流人工濕地床較好的氧環(huán)境不僅能提高氨氮氧化去除效果，同時也可以大大地提高有機物的去除率。通過已有實驗證明(以生活污水為例)，有機物和氨氮的去除率可達到95%以上，在潮汐流人工濕地床的出水中通常僅含有大量硝酸鹽(約為進水銨態(tài)氮濃度的80%)。將潮汐流人工濕地的出水簡單地通往水平潛流人工濕地，水平潛流人工濕地床體雖然具有硝酸鹽還原過程所需的缺氧環(huán)境，但缺少有機碳源作為電子供體將成為影響水平潛流人工濕地反硝化過程的制約因素。

發(fā)明內(nèi)容
針對傳統(tǒng)人工濕地中經(jīng)常出現(xiàn)的復氧能力差、溶解氧水平低、脫氮效果不徹底等問題，本發(fā)明提供了一種潮汐流-水平潛流組合人工濕地強化脫氮的方法及其系統(tǒng)，根據(jù)優(yōu)勢互補原則，充分利用潮汐流人工濕地復氧效果好和水平潛流人工濕地床體缺氧的特點，為硝化/反硝化作用的充分進行創(chuàng)造條件，實現(xiàn)廢水中氮的強化脫除。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案一種潮汐流-水平潛流組合人工濕地強化脫氮系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)依次包括非動力自動進水裝置8、潮汐流人工濕地床、非動力自動排水裝置2以及水平潛流人工濕地床，其中，所述非動力自動進水裝置8鄰近且高于潮汐流人工濕地床，通過虹吸進水管9與潮汐流人工濕地床連通，其可實現(xiàn)潮汐流人工濕地床在非動力運行條件下周期性自動進水；所述潮汐流人工濕地床從上到下依次為潮汐流濕地布水礫石層7、潮汐流濕地好氧砂層5以及潮汐流濕地排水礫石層4，潮汐流人工濕地床上種植有濕地植物I且所述濕地植物I布置為植物帶，在所述潮汐流濕地布水礫石層7中布置有與虹吸進水管9連通的潮汐流濕地進水布水管6，位于植物帶中間的潮汐流濕地進水布水管6下方設置有強化復氧溝20 ；所述非動力自動排水裝置2鄰近且高于水平潛流人工濕地床，所述非動力自動排水裝置2與所述潮汐流人工濕地床通過潮汐流濕地排水礫石層4連通，非動力自動排水裝置2通過虹吸排水管3與水平潛流人工濕地床連通，其可實現(xiàn)潮汐流人工濕地床在非動力運行條件下周期性自動排水；所述水平潛流人工濕地床從鄰近非動力自動排水裝置2的一端至遠離非動力自動排水裝置2的一端依次為水平潛流濕地進水布水礫石區(qū)14、水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)15、水平潛流濕地砂層區(qū)和水平潛流濕地排水礫石區(qū)16，且水平潛流人工濕地床上種植有濕地植物1，所述水平潛流濕地砂層區(qū)中設置有回流井19，回流井19通過回流管與非動力自動進水裝置8連通；系統(tǒng)排水渠17通過水平潛流濕地排水管18與水平潛流濕地排水礫石區(qū)16連通。
所述強化復氧溝20的形狀為倒梯形，填有l(wèi)_3cm的礫石。所述潮汐流濕地好氧砂層5所采用的基質(zhì)選自沸石、石英砂或粉煤灰。所述非動力自動進水裝置8為設有虹吸進水管9的儲水裝置，所述虹吸進水管9為一倒“U”形管，具有設置在儲水裝置內(nèi)部的進水口、設置在儲水裝置外部的排水口以及頂部，虹吸進水管9的進水口與進水停止液面11齊平，虹吸進水管9的頂部與虹吸進水管的工作液面10齊平。所述非動力自動進水裝置8內(nèi)的進水停止液面11至進水工作液面10之間的水體積等于所述潮汐流濕地床的有效孔隙體積。所述非動力自動排水裝置2為設有虹吸排水管3的儲水裝置，所述虹吸排水管3為一倒“U”形管，具有設置在儲水裝置內(nèi)部的進水口、設置在儲水裝置外部的排水口以及頂部，虹吸排水管3的進水口與排水停止液面13齊平，虹吸進水管9的頂部與排水工作液面12齊平。所述水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)15設置在所述水平潛流濕地床的前1/3部分，填充的基質(zhì)為樹根碎片。所述回流井19按照一定回流比將水平潛流人工濕地床體中的水回流至非動力自動進水裝置8。一種潮汐流-水平潛流組合人工濕地強化脫氮的方法，其特征在于該方法具體包括潮汐流人工濕地階段和水平潛流人工濕地階段，其中，潮汐流人工濕地階段利用潮汐運行方式，每個運行周期包括淹水反應階段和排空復氧階段，其中，淹水反應階段在虹吸作用下，污水從非動力自動進水裝置8通過虹吸進水管9進入潮汐流濕地進水布水管6中，在重力作用下自上而下非飽和滲流，潮汐流人工濕地床體浸潤面逐漸上升，此過程中，污水充分與基質(zhì)、基質(zhì)表面附著的微生物膜及濕地植物I的根系接觸，強化基質(zhì)、微生物及濕地植物I對污染物的吸收去除；排空復氧階段當非動力自動排水裝置2從排水停止液面13上升至排水工作液面12，即污水浸潤面上升至潮汐流濕地好氧砂層5的頂部時，在虹吸作用下，污水通過與潮汐流濕地排水礫石層4相連通的非動力自動排水裝置2的虹吸排水管3排出潮汐流人工濕地床并排入水平潛流人工濕地床，使浸潤面重新回到潮汐流人工濕地床體的底部，排水過程中，由于基質(zhì)空隙水吸力作用，將大氣中的氣態(tài)氧迅速吸入床體中，增大床體的氧傳輸量和氧的有效利用率，進而促進有機物分解和硝化作用對氨氮的氧化去除；潮汐流人工濕地階段利用水平潛流人工濕地床的缺氧條件，為潮汐流人工濕地床出水中含有的大量硝酸鹽提供還原環(huán)境，由虹吸排水管3排出的污水排入水平潛流濕地進水布水礫石區(qū)14，流經(jīng)水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)15，為反硝化過程提供碳源，然后經(jīng)水平潛流濕地砂層區(qū)至水平潛流濕地排水礫石區(qū)16，最后經(jīng)水平潛流濕地排水管18排入
6系統(tǒng)排水渠17，其中，水平潛流濕地砂層區(qū)中設置了回流井19，部分水平潛流濕地床中的水回流至非動力自動進水裝置8中，以避免和降低碳源的二次污染。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于( I)根據(jù)潮汐流人工濕地具有較高的氨氮氧化效果和水平潛流人工濕地較強的硝酸鹽還原能力，充分利用潮汐流人工濕地好氧環(huán)境和水平潛流人工濕地缺氧環(huán)境的特點，將兩者合理地組合為一個系統(tǒng)，為硝化/反硝化作用的充分進行創(chuàng)造條件，同時在水平潛流濕地床中設置了緩釋碳源強化反硝化區(qū)和回流井，不僅可以實現(xiàn)廢水中總氮的強化脫除，同時避免的碳源的二次污染。(2)潮汐流人工濕地床體中，在兩條植物帶中間設置強化復氧溝，其可加深復氧深度和增強復氧效果，提高床體的溶解氧水平，進而大大提高人工濕地處理污染水體時對有機物和氨氮的充分氧化去除，降低基質(zhì)的堵塞幾率，保證濕地系統(tǒng)正常高效運行。(3)潮汐流人工濕地床的運行采用了非動力自動進水和排水裝置，其采用虹吸原理可進行間歇式布水和排水。(4)在潮汐流人工濕地出水處設置了水平潛流人工濕地床，其處于穩(wěn)定的永久性淹水狀態(tài)下，大氣擴散復氧能力差，為反硝化菌群的生存和繁殖提供了良好的環(huán)境條件。(5)在水平潛流濕地床的前1/3部分設置水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)15，在淹水環(huán)境下可以緩慢腐蝕并釋放有機碳源，其釋放的有機碳可作為電子供體，為潮汐流濕地床出水中含有的大量硝酸鹽的反硝化過程提供必要的碳源基礎，在厭氧環(huán)境下促進反硝化過程的進行。(6)在水平潛流人工濕地床體中設置了回流井19，其可將部分床體中的水回流至組合系統(tǒng)的進水處8，避免和降低床體因緩釋碳源強化區(qū)的設置而造成排水的碳源的二次污染問題。


圖I為潮汐流-水平潛流組合人工濕地系統(tǒng)剖面圖；圖2為潮汐流-水平潛流組合人工濕地系統(tǒng)平面圖。附圖標記I濕地植物2非動力自動排水裝置
4潮汐流濕地排水礫石層6潮汐流濕地進水布水管8非動力自動進水裝置10進水工作液面12排水工作液面14水平潛流濕地進水布水礫石區(qū)16水平潛流濕地排水礫石區(qū)18潛流濕地排水管20強化復氧溝
具體實施例方式3虹吸排水管
5潮汐流濕地好氧砂層
7潮汐流濕地布水礫石層
9虹吸進水管
11進水停止液面
13排水停止液面
15水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)
17系統(tǒng)排水渠
19回流井
下面結(jié)合附圖以及實施例，進一步詳細說明本發(fā)明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的潮汐流-水平潛流組合人工濕地強化脫氮的系統(tǒng)，依次包括非動力自動進水裝置8、潮汐流人工濕地床、非動力自動排水裝置2以及水平潛流人工濕地床。非動力自動進水裝置8為設有虹吸進水管9的儲水裝置。所述虹吸進水管9為一倒“U”形管，具有設置在儲水裝置內(nèi)部的進水口、設置在儲水裝置外部的排水口以及頂部。虹吸進水管9的進水口與進水停止液面11齊平，虹吸進水管9的頂部與虹吸進水管的工作液面10齊平。非動力自動進水裝置8內(nèi)與虹吸進水管9的進水口齊平的進水停止液面11至與虹吸進水管9的頂部齊平的進水工作液面10之間的水體積等于所述潮汐流濕地床的有效孔隙體積。非動力自動進水裝置8鄰近且高于潮汐流人工濕地床，通過虹吸進水管9與潮汐流人工濕地床連通，其可實現(xiàn)潮汐流人工濕地床在非動力運行條件下周期性自動進水。潮汐流人工濕地床從上到下依次為潮汐流濕地布水礫石層7、潮汐流濕地好氧砂層5以及潮汐流濕地排水礫石層4，潮汐流人工濕地床上種植有濕地植物I且濕地植物I布置為植物帶，在潮汐流濕地布水礫石層7中布置有潮汐流濕地進水布水管6，潮汐流濕地進水布水管6與虹吸進水管9連通，位于植物帶中間的潮汐流濕地進水布水管6下方設置有強化復氧溝20。非動力自動排水裝置2為設有虹吸排水管3的儲水裝置。所述虹吸排水管3為一倒“U”形管，具有設置在儲水裝置內(nèi)部的進水口、設置在儲水裝置外部的排水口以及頂部。虹吸排水管3的進水口與排水停止液面13齊平，虹吸進水管9的頂部與排水工作液面12齊平，并與所述潮汐流濕地好氧砂層5的頂部齊平。非動力自動排水裝置2鄰近且高于水平潛流人工濕地床。非動力自動排水裝置2與所述潮汐流人工濕地床通過潮汐流濕地排水礫石層4連通，非動力自動排水裝置2通過虹吸排水管3與水平潛流人工濕地床連通，其可實現(xiàn)潮汐流人工濕地床在非動力運行條件下周期性自動排水。水平潛流人工濕地床從鄰近非動力自動排水裝置2的一端至遠離非動力自動排水裝置2的一端依次設有水平潛流濕地進水布水礫石區(qū)14、水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)15、水平潛流濕地砂層區(qū)和水平潛流濕地排水礫石區(qū)16，且水平潛流人工濕地床上種植有濕地植物I，水平潛流濕地砂層區(qū)中設置有回流井19，回流井19通過回流管與非動力自動進水裝置8連通；系統(tǒng)排水渠17通過水平潛流濕地排水管18與水平潛流濕地排水石樂石區(qū)16連通。優(yōu)選地，強化復氧溝20的形狀為倒梯形，填有l(wèi)-3cm的礫石，其可加深復氧深度和
增強復氧效果。潮汐流濕地好氧砂層5采用沸石、石英砂和粉煤灰等吸附性能強的基質(zhì)，其對廢水中氨氮具有較強的吸附性能，其可在潮汐流濕地床淹水階段強化吸附氨氮，以便在排空階段微生物有效的氧化利用。潮汐流人工濕地床的運行采用了非動力自動進水和排水裝置，其采用虹吸原理可進行間歇式布水和排水。水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)15設置在所述水平潛流濕地床的前1/3部分，其填充的主要基質(zhì)為樹根碎片，在淹水環(huán)境下可以緩慢腐蝕并釋放有機碳源，其釋放的有機碳可作為電子供體，為潮汐流濕地床出水中含有的大量硝酸鹽的反硝化過程提供必要的碳源基礎，在厭氧環(huán)境下促進反硝化過程的進行。在水平潛流人工濕地床體中設置了回流井19，其可可按一定回流比將水平潛流人工濕地床體中的水回流至非動力自動進水裝置8，避免和降低床體因水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)15的設置而造成排水的碳源的二次污染問題。本發(fā)明的方法包括潮汐流人工濕地階段和水平潛流人工濕地階段。潮汐流人工濕地床采用潮汐運行方式，每個運行周期分為淹水反應和排空復氧兩個階段，每個周期初的進水和周期末的排水分別通過非動力進水裝置8和非動力排水裝置2在極短時間內(nèi)完成，周期重復循環(huán)。其中，淹水反應階段在虹吸作用下，污水從非動力自動進水裝置8通過虹吸進水管9進入潮汐流濕地進水布水管6中，在重力作用下自上而下非飽和滲流，潮汐流人工濕地床體浸潤面逐漸上升，此過程中，污水充分與基質(zhì)、基質(zhì)表面附著的微生物膜及濕地植物I的根系接觸，提高了床體基質(zhì)的有效利用空間，強化基質(zhì)、微生物及濕地植物I對污染物的吸收去除。排空復氧階段當非動力自動排水裝置2的液面從排水停止液面13上升至排水工作液面12，即污水浸潤面上升至潮汐流濕地好氧砂層5的頂部時，在虹吸作用下，污水通過與潮汐流濕地排水礫石層4相連通的非動力自動排水裝置2的虹吸排水管3排出潮汐流人工濕地床并排入水平潛流人工濕地床,并在極短的時間內(nèi)將潮汐流人工濕地床體內(nèi)的水排空，使浸潤面重新回到潮汐流人工濕地床體的底部，排水過程中，由于基質(zhì)空隙水吸力作用，將大氣中的氣態(tài)氧迅速吸入潮汐流人工濕地床體中，增大床體的氧傳輸量和氧的有效利用率，進而促進有機物分解和硝化作用對氨氮的氧化去除。水平潛流人工濕地床連接潮汐流人工濕地床出水，在水平潛流階段中，利用水平潛流人工濕地床的缺氧條件，為潮汐流人工濕地床出水中含有的大量硝酸鹽提供還原環(huán)境，由虹吸排水管3排出的污水排入水平潛流濕地進水布水礫石區(qū)14，流經(jīng)水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)15，為反硝化過程提供碳源，然后經(jīng)水平潛流濕地砂層區(qū)至水平潛流濕地排水礫石區(qū)16，最后經(jīng)水平潛流濕地排水管18排入系統(tǒng)排水渠17，其中，水平潛流濕地砂層區(qū)中設置了回流井19，部分水平潛流濕地床中的水回流至非動力自動進水裝置8中，以避免和降低碳源的二次污染。本發(fā)明的工作過程如下污水由污水源非定期、非定量地流入非動力自動進水裝置8中，其進水停止液面11會不斷上升直至進水工作液面10，虹吸進水管9則由于虹吸作用在極短時間內(nèi)將污水通過濕地床體布水管6灌入潮汐流人工濕地的床體，非動力自動進水裝置8的液面恢復至進水停止液面11。污水在潮汐流人工濕地的床體中自上而下非飽和滲流，床體浸潤面逐漸上升，此過程污水充分與基質(zhì)表面附著的微生物膜及植物根系接觸，強化微生物及植物對污染物的吸收去除。當非動力自動排水裝置2的液面從排水停止液面13升至排水工作液面12時，虹吸排水管3進行排水，將液面迅速降低至排水停止液面13，污水則由虹吸排水管3排出潮汐流人工濕地床并排入水平潛流人工濕地床的進水布水礫石區(qū)14。排水過程中，由于空隙間水吸力作用大氣中的氣態(tài)氧則由強化復氧溝被吸入潮汐流人工濕地床體，促進有機物分解和硝化作用對氨氮的氧化去除。由潮汐流人工濕地床排出的水排入水平潛流人工
9濕地床進水布水礫石區(qū)14后，首先流經(jīng)填有樹根的水平潛流緩釋碳源強化區(qū)15，后經(jīng)水平潛流濕地砂層區(qū)至水平潛流濕地排水礫石區(qū)16。在水平潛流濕地砂層區(qū)設置了回流井19，回流井19收集的水部分通過回流管回流至系統(tǒng)的非動力自動進水裝置8，其余部分的水繼續(xù)流經(jīng)水平潛流人工濕地床的后續(xù)床體，直至在水平潛流濕地排水礫石區(qū)16收集后經(jīng)水 平潛流濕地排水管18排出進入系統(tǒng)排水渠17。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術(shù)領域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種潮汐流-水平潛流組合人工濕地強化脫氮系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)依次包括非動力自動進水裝置(8)、潮汐流人工濕地床、非動力自動排水裝置(2)以及水平潛流人工濕地床，其中，所述非動力自動進水裝置(8)鄰近且高于潮汐流人工濕地床，通過虹吸進水管(9)與潮汐流人工濕地床連通，其可實現(xiàn)潮汐流人工濕地床在非動力運行條件下周期性自動進水；所述潮汐流人工濕地床從上到下依次為潮汐流濕地布水礫石層(7)、潮汐流濕地好氧砂層(5)以及潮汐流濕地排水礫石層(4)，潮汐流人工濕地床上種植有濕地植物(I)且所述濕地植物(I)布置為植物帶，在所述潮汐流濕地布水礫石層(7)中布置有與虹吸進水管(9) 連通的潮汐流濕地進水布水管(6)，位于植物帶中間的潮汐流濕地進水布水管(6)下方設置有強化復氧溝(20);所述非動力自動排水裝置(2)鄰近且高于水平潛流人工濕地床，所述非動力自動排水裝置(2)與所述潮汐流人工濕地床通過潮汐流濕地排水礫石層(4)連通，非動力自動排水裝置(2)通過虹吸排水管(3)與水平潛流人工濕地床連通，其可實現(xiàn)潮汐流人工濕地床在非動力運行條件下周期性自動排水；所述水平潛流人工濕地床從鄰近非動力自動排水裝置(2)的一端至遠離非動力自動排水裝置(2)的一端依次為水平潛流濕地進水布水礫石區(qū)(14)、水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)(15)、水平潛流濕地砂層區(qū)和水平潛流濕地排水礫石區(qū)(16)，且水平潛流人工濕地床上種植有濕地植物(I )，所述水平潛流濕地砂層區(qū)中設置有回流井(19)，回流井(19)通過回流管與非動力自動進水裝置(8)連通；系統(tǒng)排水渠(17)通過水平潛流濕地排水管(18)與水平潛流濕地排水礫石區(qū)(16)連通。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述強化復氧溝(20)的形狀為倒梯形，填有 l-3cm的碌石。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述潮汐流濕地好氧砂層(5)所采用的基質(zhì)選自沸石、石英砂或粉煤灰。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述非動力自動進水裝置(8)為設有虹吸進水管(9)的儲水裝置，所述虹吸進水管(9)為一倒“U”形管，具有設置在儲水裝置內(nèi)部的進水口、設置在儲水裝置外部的排水口以及頂部，虹吸進水管(9)的進水口與進水停止液面(11)齊平，虹吸進水管(9)的頂部與虹吸進水管的工作液面(10)齊平。
5.如權(quán)利要求I或4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述非動力自動進水裝置(8)內(nèi)的進水停止液面(11)至進水工作液面(10)之間的水體積等于所述潮汐流濕地床的有效孔隙體積。
6.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述非動力自動排水裝置(2)為設有虹吸排水管(3)的儲水裝置，所述虹吸排水管(3)為一倒“U”形管，具有設置在儲水裝置內(nèi)部的進水口、設置在儲水裝置外部的排水口以及頂部，虹吸排水管(3)的進水口與排水停止液面 (13 )齊平，虹吸進水管(9 )的頂部與排水工作液面(12 )齊平。
7.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)(15)設置在所述水平潛流濕地床的前1/3部分，填充的基質(zhì)為樹根碎片。
8.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述回流井(19)按照一定回流比將水平潛流人工濕地床體中的水回流至非動力自動進水裝置(8)。
9.一種使用權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)進行潮汐流-水平潛流組合人工濕地強化脫氮的方法，其特征在于該方法具體包括潮汐流人工濕地階段和水平潛流人工濕地階段，其中， 潮汐流人工濕地階段利用潮汐運行方式，每個運行周期包括淹水反應階段和排空復氧階段，其中，淹水反應階段在虹吸作用下，污水從非動力自動進水裝置(8)通過虹吸進水管(9)進入潮汐流濕地進水布水管(6)中，在重力作用下自上而下非飽和滲流，潮汐流人工濕地床體浸潤面逐漸上升，此過程中，污水充分與基質(zhì)、基質(zhì)表面附著的微生物膜及濕地植物(I)的根系接觸，強化基質(zhì)、微生物及濕地植物(I)對污染物的吸收去除；排空復氧階段當非動力自動排水裝置(2)從排水停止液面(13)上升至排水工作液面(12)，即污水浸潤面上升至潮汐流濕地好氧砂層(5)的頂部時，在虹吸作用下，污水通過與潮汐流濕地排水礫石層(4)相連通的非動力自動排水裝置(2)的虹吸排水管(3)排出潮汐流人工濕地床并排入水平潛流人工濕地床，使浸潤面重新回到潮汐流人工濕地床體的底部，排水過程中，由于基質(zhì)空隙水吸力作用，將大氣中的氣態(tài)氧迅速吸入床體中，增大床體的氧傳輸量和氧的有效利用率，進而促進有機物分解和硝化作用對氨氮的氧化去除；潮汐流人工濕地階段利用水平潛流人工濕地床的缺氧條件，為潮汐流人工濕地床出水中含有的大量硝酸鹽提供還原環(huán)境，由虹吸排水管(3)排出的污水排入水平潛流濕地進水布水礫石區(qū)(14)，流經(jīng)水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)(15)，為反硝化過程提供碳源，然后經(jīng)水平潛流濕地砂層區(qū)至水平潛流濕地排水礫石區(qū)(16)，最后經(jīng)水平潛流濕地排水管 (18)排入系統(tǒng)排水渠(17)，其中，水平潛流濕地砂層區(qū)中設置了回流井(19)，部分水平潛流濕地床中的水回流至非動力自動進水裝置(8)中，以避免和降低碳源的二次污染。
全文摘要
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領域，具體涉及一種潮汐流-水平潛流組合人工濕地強化脫氮的方法及其系統(tǒng)。該系統(tǒng)依次包括非動力自動進水裝置(8)、潮汐流人工濕地床、非動力自動排水裝置(2)以及水平潛流人工濕地床。本發(fā)明根據(jù)潮汐流人工濕地具有較高的氨氮氧化效果和水平潛流人工濕地較強的硝酸鹽還原能力，充分利用潮汐流人工濕地好氧環(huán)境和水平潛流人工濕地缺氧環(huán)境的特點，將兩者合理的組合為一個系統(tǒng)，為硝化/反硝化作用的充分進行創(chuàng)造條件，同時在水平潛流濕地床中設置了水平潛流濕地緩釋碳源強化區(qū)(15)和回流井(19)，不僅可以實現(xiàn)廢水中總氮的強化脫除，同時避免的碳源的二次污染。
文檔編號C02F3/32GK102923860SQ20121048725
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者吳樹彪, 董仁杰 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學