本發(fā)明涉及一種用于含氮廢水脫氮的廢水處理裝置及該裝置的建造技術(shù)，屬于環(huán)境工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮是水體富營養(yǎng)化的重要因素之一。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含氮肥料的大量使用及食品加工、水產(chǎn)品養(yǎng)殖等過程都會產(chǎn)生大量的含氮廢水，這些廢水進(jìn)入公共水體后造成水體富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化造成藻類大量滋生，大氣中的氧氣不能向水里擴(kuò)散，從而使水體中的其它生物因缺氧死亡，生態(tài)系統(tǒng)受到破壞。人工濕地是一種利用基質(zhì)、微生物及植物的相互作用去除水體中污染物的生態(tài)系統(tǒng)，具有投資少，耗能低，維護(hù)方便，環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益好等特點。近年來，利用人工濕地去除廢水中氮的處理技術(shù)在我國得到了廣泛的應(yīng)用。人工濕地分為表面流濕地和垂直流濕地，垂直流濕地負(fù)荷大，不易受溫度、降水、太陽輻射等的影響，處理效果顯著。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種高效脫氮型垂直流人工濕地及其建造方法，本發(fā)明是在垂直潛流濕地的脫氮機理的基礎(chǔ)上，通過使廢水在處理池的飽和層和不飽和層之間的循環(huán)，使氧氣可以源源不斷供應(yīng)到濕地的深處，滿足了硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌對氧氣的需求，同時，在不飽和層中，厭氧菌也能夠發(fā)揮最大功效，并通過調(diào)節(jié)池中的鐵礦渣調(diào)節(jié)廢水的pH值，使廢水的pH值處于硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和厭氧氨細(xì)菌發(fā)揮作用的最佳范圍，從而使厭氧氨氧化過程更顯著，大大提高了濕地的脫氮效果。
本發(fā)明的一種高效脫氮型垂直流人工濕地的建造方法，包括如下步驟：
(1)、修筑處理池及處理池基質(zhì)填充：在靠近污水源的位置挖掘處理池，優(yōu)選挖掘一個半徑3-50m的圓形水池作為處理池，并且處理池的水池深度按照公式H＝V/3.14×R2×(1.2～2倍)計算，其中，H為待挖水池深度，V為一次處理廢水的體積，R為水池的半徑；其中，處理池的池壁及池底可以按照常規(guī)方法用鋼筋骨架及混凝土澆筑，確保堅固不滲水；在上述完成的處理池中，先填入粒徑0.5-3cm的普通石子，厚度為處理池池深的80-90％，攤平，作為處理池的飽和層；然后在飽和層的石子上方填入粒徑3-5cm的石子，厚度為處理池池深的5-10％，攤平，作為處理池的不飽和層；
修筑調(diào)節(jié)池及調(diào)節(jié)池基質(zhì)填充：在靠近處理池的一側(cè)，挖掘調(diào)節(jié)池，優(yōu)選挖掘一個半徑1-5m的圓形水池作為調(diào)節(jié)池，水池深度與處理池相同；其中，調(diào)節(jié)池的池壁及池底按照常規(guī)方法用鋼筋骨架及混凝土澆筑，確保堅固不滲水；調(diào)節(jié)池基質(zhì)填充：在調(diào)節(jié)池中填入粒徑1-3cm的鐵礦渣，厚度為調(diào)節(jié)池池深的10-30％，攤平；
在本步驟中，修筑處理池及處理池基質(zhì)填充和修筑調(diào)節(jié)池及調(diào)節(jié)池基質(zhì)填充之間沒有先后順序；如果先修筑調(diào)節(jié)池，則可以先劃定調(diào)節(jié)池的修筑范圍，再根據(jù)調(diào)節(jié)池的位置修筑處理池；或者同時劃定好調(diào)節(jié)池和處理池的位置，然后再同時進(jìn)行修筑；此外，處理池和調(diào)節(jié)池的形狀還可以為除圓形之外的其它任一種現(xiàn)有形狀，本發(fā)明不對此進(jìn)行限定；
(2)、設(shè)置通水孔：在處理池和調(diào)節(jié)池的兩池之間底部位置的池壁上分別設(shè)置直徑50-150cm的孔，處理池上的為出水孔，調(diào)節(jié)池上的為進(jìn)水孔，孔的形狀優(yōu)選為圓孔；其中，處理池和調(diào)節(jié)池上設(shè)置的圓孔的直徑可相同或不同；之后，將兩個孔連通，例如用與這兩個孔的孔徑和形狀相同的混凝土或抗老化塑料水管進(jìn)行連通，并設(shè)置閥門，便于該通路的開啟與關(guān)閉；
(3)、微生物增殖：采集新鮮牛糞，總量為處理池中飽和層體積的1-1.5倍，分裝在可以密閉的容器中，每個容器內(nèi)同時加入采自污水處理廠的活性污泥，放入量為牛糞體積的1-10％；攪拌均勻，如攪拌3-5遍，然后將容器密封，放置在20-40℃的環(huán)境中厭氧發(fā)酵30-90天；
(4)、過濾：將步驟(3)發(fā)酵完成的牛糞液用20-40目篩過濾，收集濾液；
(5)、接種微生物：將處理池的出水孔封閉，然后將步驟(4)采集的牛糞濾液注入處理池的飽和層中，將飽和層注滿為止；之后用塑料薄膜將處理池上口密閉7-28天后將牛糞液放出，完成微生物接種；
(6)、廢水放入并循環(huán)：步驟(5)完成后，在1-3天內(nèi)將待處理的廢水放入調(diào)節(jié)池，并開啟處理池的出水孔和調(diào)節(jié)池的進(jìn)水孔之間的閥門，并同時用一水泵將調(diào)節(jié)池中的廢水不斷地直接泵入處理池的不飽和層中，使廢水在處理池和調(diào)節(jié)池之間循環(huán)，廢水的每小時循環(huán)量為總廢水量的5-20％，3-7天即可完成廢水的脫氮。
本發(fā)明的一種高效脫氮型垂直流人工濕地，包括在底部可控制的連通的處理池和調(diào)節(jié)池，所述處理池包括厚度為處理池池深的80-90％且填充有粒徑0.5-3cm的普通石子的飽和層和厚度為處理池池深的5-10％并由在飽和層的石子上方填充的粒徑3-5cm的石子構(gòu)成的不飽和層，所述調(diào)節(jié)池內(nèi)填充有厚度為調(diào)節(jié)池池深的10-30％且粒徑為1-3cm的鐵礦渣，所述待處理的廢水的液面位于所述處理池的不飽和層內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明的高效脫氮型垂直流人工濕地及其建造方法是利用垂直潛流濕地的脫氮能力，通過使廢水在飽和層和不飽和層之間的循環(huán)，使氧氣可以源源不斷供應(yīng)到濕地的深處，滿足了硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌對氧氣的需求，同時，在不飽和層中，厭氧菌也能夠發(fā)揮最大功效，并通過調(diào)節(jié)池中填充的鐵礦渣調(diào)節(jié)廢水的pH值，使厭氧氨氧化過程更顯著，大大提高了濕地的脫氮效果；本發(fā)明的高效脫氮型垂直流人工濕地具有投入少、見效快、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點。
當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。
具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述，但下述實施例并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實施例1
本實施例提供的高效脫氮型垂直流人工濕地及其建造方法如下：
(1)、修筑處理池：在靠近污水源的位置挖掘半徑3m的圓形水池一個，水池深度按照公式H＝V/3.14×R2×1.2計算，其中，H為待挖水池深度，V為一次處理廢水的體積，R為水池的半徑；池壁及池底按照常規(guī)方法用鋼筋骨架及混凝土澆筑，確保堅固不滲水，作為處理池；
(2)、處理池基質(zhì)填充：在步驟(1)完成的處理池中，先填入粒徑0.5cm的普通石子，厚度為處理池池深的80％，攤平，作為處理池的飽和層；然后在飽和層的石子上方填入粒徑3cm的石子，厚度為處理池池深的10％，攤平，作為處理池的不飽和層；
(3)、修筑調(diào)節(jié)池：在靠近步驟(1)的處理池的一側(cè)，挖掘半徑1m的圓形水池一個，水池深度與處理池相同；池壁及池底按照常規(guī)方法用鋼筋骨架及混凝土澆筑，確保堅固不滲水，作為調(diào)節(jié)池；
(4)、調(diào)節(jié)池基質(zhì)填充：在步驟(3)完成的調(diào)節(jié)池中，填入粒徑1cm的鐵礦渣，厚度為調(diào)節(jié)池池深的10％，攤平；
(5)、設(shè)置通水孔：在步驟(1)和步驟(3)完成的兩池之間底部位置的兩個池壁上分別設(shè)置直徑50cm的圓孔(處理池上的為出水孔，調(diào)節(jié)池上的為進(jìn)水孔)，然后用與兩個圓孔的孔徑相同的混凝土或抗老化塑料水管連接，并設(shè)置閥門，便于開啟與關(guān)閉；
(6)、微生物增殖：采集新鮮牛糞，總量為步驟(2)中飽和層體積的1倍，分裝在可以密閉的容器中，每個容器內(nèi)同時加入采自污水處理廠的活性污泥，放入量為牛糞體積的1％；攪拌3遍，然后將容器密封，放置在40℃的環(huán)境中厭氧發(fā)酵30-90天；
(7)、過濾：將步驟(6)發(fā)酵完成的牛糞液用20目篩過濾，收集濾液；
(8)、接種微生物：將步驟(2)完成的處理池的出水孔封閉，然后將步驟(7)采集的牛糞液注入步驟(2)處理池的飽和層中，將飽和層注滿為止；用塑料薄膜將處理池上口密閉28天后將牛糞液放出，完成微生物接種；
(9)、廢水放入并循環(huán)：步驟(8)完成后，在1天內(nèi)將待處理的廢水放入調(diào)節(jié)池，并開啟兩池間的閥門，用水泵將調(diào)節(jié)池中的廢水不斷泵入處理池的不飽和層中，使廢水在兩池間循環(huán)，每小時循環(huán)量為總廢水量的5％，7天即可完成廢水的脫氮。
實施例2
本實施例提供的高效脫氮型垂直流人工濕地及其建造方法如下：
(1)、修筑處理池：在靠近污水源的位置挖掘半徑30m的圓形水池一個，水池深度按照公式H＝V/3.14×R2×1.5計算，其中，H為待挖水池深度，V為一次處理廢水的體積，R為水池的半徑；池壁及池底按照常規(guī)方法用鋼筋骨架及混凝土澆筑，確保堅固不滲水，作為處理池；
(2)、處理池基質(zhì)填充：在步驟(1)完成的處理池中，先填入粒徑1.5cm的普通石子，厚度為處理池池深的85％，攤平，作為處理池的飽和層；然后在飽和層的石子上方填入粒徑4cm的石子，厚度為處理池池深的8％，攤平，作為處理池的不飽和層；
(3)、修筑調(diào)節(jié)池：在靠近步驟(1)的處理池的一側(cè)，挖掘半徑2m的圓形水池一個，水池深度與處理池相同；池壁及池底按照常規(guī)方法用鋼筋骨架及混凝土澆筑，確保堅固不滲水，作為調(diào)節(jié)池；
(4)、調(diào)節(jié)池基質(zhì)填充：在步驟(3)完成的調(diào)節(jié)池中，填入粒徑2cm的鐵礦渣，厚度為調(diào)節(jié)池池深的20％，攤平；
(5)、設(shè)置通水孔：在步驟(1)和步驟(3)完成的兩池之間底部位置的兩個池壁上分別設(shè)置直徑100cm的圓孔，處理池上的為出水孔，調(diào)節(jié)池上的為進(jìn)水孔，然后用與兩個圓孔的孔徑相同的混凝土或抗老化塑料水管連接，并設(shè)置閥門，便于開啟與關(guān)閉；
(6)、微生物增殖：采集新鮮牛糞，總量為步驟(2)中飽和層體積的1.2倍，分裝在可以密閉的容器中，每個容器內(nèi)同時加入采自污水處理廠的活性污泥，放入量為牛糞體積的5％；攪拌4遍，然后將容器密封，放置在30℃的環(huán)境中厭氧發(fā)酵60天；
(7)、過濾：將步驟(6)發(fā)酵完成的牛糞液用30目篩過濾，收集濾液；
(8)、接種微生物：將步驟(2)完成的處理池的出水孔封閉，然后將步驟(7)采集的牛糞液注入步驟(2)處理池的飽和層中，將飽和層注滿為止；用塑料薄膜將處理池上口密閉14天后將牛糞液放出，完成微生物接種；
(9)、廢水放入并循環(huán)：步驟(8)完成后，在2天內(nèi)將待處理的廢水放入調(diào)節(jié)池，并開啟兩池間的閥門，用水泵將調(diào)節(jié)池中的廢水不斷泵入處理池的不飽和層中，使廢水在兩池間循環(huán)，每小時循環(huán)量為總廢水量的10％，5天即可完成廢水的脫氮。
實施例3
本實施例提供的高效脫氮型垂直流人工濕地及其建造方法如下：
(1)、修筑處理池：在靠近污水源的位置挖掘半徑50m的圓形水池一個，水池深度按照公式H＝V/3.14×R2×2計算，其中，H為待挖水池深度，V為一次處理廢水的體積，R為水池的半徑；池壁及池底按照常規(guī)方法用鋼筋骨架及混凝土澆筑，確保堅固不滲水，作為處理池；
(2)、處理池基質(zhì)填充：在步驟(1)完成的處理池中，先填入粒徑3cm的普通石子，厚度為處理池池深的90％，攤平，作為處理池的飽和層；然后飽和層的石子上填入粒徑5cm的石子，厚度為處理池池深的10％，攤平，作為處理池的不飽和層；
(3)、修筑調(diào)節(jié)池：在靠近步驟(1)的處理池的一側(cè)，挖掘半徑5m的圓形水池一個，水池深度與處理池相同；池壁及池底按照常規(guī)方法用鋼筋骨架及混凝土澆筑，確保堅固不滲水，作為調(diào)節(jié)池；
(4)、調(diào)節(jié)池基質(zhì)填充：在步驟(3)完成的調(diào)節(jié)池中，填入粒徑3cm的鐵礦渣，厚度為調(diào)節(jié)池池深的30％，攤平；
(5)、設(shè)置通水孔：在步驟(1)和步驟(3)完成的兩池之間底部位置的兩個池壁上分別設(shè)置直徑150cm的圓孔，處理池上的為出水孔，調(diào)節(jié)池上的為進(jìn)水孔，然后用與兩個圓孔的孔徑相同的混凝土或抗老化塑料水管連接，并設(shè)置閥門，便于開啟與關(guān)閉；
(6)、微生物增殖：采集新鮮牛糞，總量為步驟(2)中飽和層體積的1.5倍，分裝在可以密閉的容器中，每個容器內(nèi)同時加入采自污水處理廠的活性污泥，放入量為牛糞體積的10％；攪拌5遍，然后將容器密封，放置在20℃的環(huán)境中厭氧發(fā)酵90天；
(7)、過濾：將步驟(6)發(fā)酵完成的牛糞液用40目篩過濾，收集濾液；
(8)、接種微生物：將步驟(2)完成的處理池的出水孔封閉，然后將步驟(7)采集的牛糞液注入步驟(2)處理池的飽和層中，將飽和層注滿為止；用塑料薄膜將處理池上口密閉28天后將牛糞液放出，完成微生物接種；
(9)、廢水放入并循環(huán)：步驟(8)完成后，在3天內(nèi)將待處理的廢水放入調(diào)節(jié)池，并開啟兩池間的閥門，用水泵將調(diào)節(jié)池中的廢水不斷泵入處理池的不飽和層中，使廢水在兩池間循環(huán)，每小時循環(huán)量為總廢水量的20％，7天即可完成廢水的脫氮。
本發(fā)明在處理池設(shè)置了不飽和層(上部沒有被廢水完全浸沒的部分)和飽和層(下部始終處于廢水浸沒的部分)，不飽和層主要用于空氣流通，增加廢水表面的氧氣含量，為需氧的硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌提供充足的氧氣，從而提高其硝化和亞硝化能力，而下層飽和層由于沒有空氣進(jìn)入，形成了缺氧空間，可以為厭氧氨氧化細(xì)菌提供便利條件。處理池中不飽和層和飽和層的設(shè)置提高了人工濕地對廢水的脫氮效率。
本發(fā)明在調(diào)節(jié)池中加入鐵礦渣，用于調(diào)節(jié)廢水的pH值，使其處于硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和厭氧氨細(xì)菌發(fā)揮作用的最佳范圍，從而提高脫氮效率。
本發(fā)明通過上述特殊設(shè)計建造的垂直潛流濕地，使微生物的脫氮功能大幅度提高，具有投入少、見效快、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點。
以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。