垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统，所述系统由垂直流人工湿地和水平流人工湿地构成，其中：所述垂直流人工湿地从上到下依次为：粗砂层、沸石基质层、第一砾石基质层、第二砾石基质层，垂直流人工湿地种植植物选用芦苇；第二砾石基质层底部设有穿孔管；水平流人工湿地从左向右依次为：第二砾石基质层、第一砾石基质层、香蒲生物质区、第一砾石基质层和第二砾石基质层，水平流人工湿地一侧顶部设有进水口，另一侧底部设有出水口；水平流人工湿地种植植物选用芦苇行；本实用新型专利技术不仅提高了复合人工湿地的脱氮效能，实现了系统全年高效脱氮稳定运行的目标，而且促进了水生植物生物质的资源化利用，具有很强的环境效益。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统
本技术涉及一种垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统，应用于生活污水高效脱氮处理。属于环境保护
。
技术介绍
人工湿地(constructed wetland)是一种由人工建造和调控的湿地系统,通过其生态系统中物理、化学和生物作用的优化组合来进行污水处理。人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植物(如芦苇、香蒲等)组成，形成基质-植物-微生物生态系统。当污水通过该系统时，污染物质和营养物质被系统吸收、转化或分解，从而使水体得到净化。按照水流方式的差异，人工湿地可分为表面流人工湿地、水平流人工湿地、垂直流人工湿地。相比于水平流和垂直流人工湿地，表面流人工湿地虽有投资省、建设简单、运行费用低、操作简便等优点，但也存在占地面积大、水力负荷低、去污能力不足等缺点，且表面流人工湿地的运行受自然气候条件影响较大，冬季运行效果差，夏季易滋生蚊蝇，产生臭味而影响湿地周围的环境。而垂直流和水平流人工湿地由于占地面积少、处理效果好、卫生条件好等优点受到越来越多的关注。通过基质和植物的合适选择和搭配，人工湿地对总悬浮固体、有机物、细菌和磷的去除效率较高且稳定，而脱氮效率却较低，目前人工湿地脱氮效率普遍在50%飞5%之间。人工湿地脱氮过程包括了氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用，其中微生物的硝化/反硝化作用，被认为是人工湿地脱氮的最主要的形式。因此湿地硝化/反硝化状况基本决定着湿地脱氮能力。一般而言，人工湿地中以缺氧、厌氧环境为主，尤其在水平潜流湿地中，这不利于有机物的降解、硝化作用以及基质对磷的吸收，硝化是脱氮的限制步骤。与水平潜流湿地相比，垂直流湿地具有较高的氧传递能力，系统的硝化能力有了很大的提高，而反硝化能力不足，从而影响了系统的脱氮的效能，为此，垂直流-水平流复合人工湿地系统被提出，系统综合了水平流与垂直流人工湿地的优点，弥补了两者的缺点，在垂直流人工湿地完成氨氮的硝化，水平流人工湿地完成反硝化，明显提高了系统的脱氮效果。复合人工湿地成为国内外研究的热点，并已在一些国家和地区付诸应用。但是，在现有垂直流-水平流复合人工湿地系统的设计和运行中，发现仍存在如下缺陷:(I)在垂直流人工湿地，由于承担硝化作用的硝化细菌对温度变化敏感，当温度降低时，其硝化速率受到很大抑制，从而影响了整个湿地系统的脱氮能力，普遍存在温暖季节硝化效果理想，而寒冷季节出水NH/-N和TN经常不达标等问题；(2)污水中大部分易降解有机物在垂直流人工湿地被降解，导致水平流人工湿地进水有机物含量低，且多为长链、大分子、难生物降解的有机碳源，这不仅延长了水平流人工湿地的发育成熟期，还因碳源不足且碳源品质低削弱了水平流人工湿地的反硝化能力，导致系统出水NO3 — -N和TN偏高。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题而提供一种垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统。本技术为解决这一问题所采取的技术方案是:一种垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统，通过在垂直流人工湿地填充一定量沸石基质，在水平流人工湿地投加一定量水生植物生物质，构建氨氮离子交换-生物再生强化硝化/反硝化复合人工湿地系统，暖季和寒季，实现微生物与沸石基质协同高效脱氮。本技术提出的垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统，所述系统由垂直流人工湿地和水平流人工湿地构成，其中:所述垂直流人工湿地从上到下依次为:粗砂层、沸石基质层、第一砾石基质层、第二砾石基质层，垂直流人工湿地种植植物选用芦苇；第二砾石基质层底部设有穿孔管；[0011 ] 水平流人工湿地从左向右依次为:第二砾石基质层、第一砾石基质层、香蒲生物质区、第一砾石基质层和第二砾石基质层，水平流人工湿地一侧顶部设有进水口，另一侧底部设有出水口 ；水平流人工湿地种植植物选用芦苇；垂直流人工湿地通过穿孔管连接水平流人工湿地顶部的进水口。本技术中，所述垂直流人工湿地中，所述粗砂层的粗砂粒径为3?5 mm，厚度为10 Cm ;沸石基质层的沸石粒径为10?15 mm,厚度为40 cm ;第一碌石层的碌石粒径为15?20mm，厚度为20 cm;第二砾石层的砾石粒径为30?50 mm，厚度为10 cm ;芦苇的栽种密度为16株 /m2。本技术中，所述水平流人工湿地中，第一砾石层的砾石粒径为15?20 _，厚度为50 cm ;第二碌石层的碌石粒径为3(T50 mm,厚度为50 cm ;香蒲生物质区的基质粒径为10?15 mm，厚度为50 cm ;芦苇的栽种密度为16株/m2。本技术的工艺流程如下:将经过初沉池预处理过的生活污水通过泵提升后，布入垂直流人工湿地，经垂直流人工湿地净化后，自流进入水平流人工湿地，经水平流人工湿地净化后流出系统。本技术的有益效果在于:(I)由于本技术在垂直流人工湿地填充一定量沸石基质，寒冷季节时，强化了基质吸附脱氮的作用，而在温暖季节时，利用系统生物脱氮的潜力，使寒冷季节基质吸附的NH；-N在复合人工湿地系统通过生物作用被重新去除，实现基质的生物再生循环。(2)由于本技术在水平流人工湿地投加一定量水生植物生物质，利用其发酵释放的易利用小分子有机物为反硝化提供所需碳源，解决了水平流人工湿地反硝化碳源不足问题，强化了系统的反硝化效能。(3)本技术实现了水生植物生物质的资源化，可广泛适用于生活污水高效脱氮处理工艺，减轻了环境污染，具有很强的环境效益。【附图说明】图1为本技术的结构图示；图中标号:A为垂直流人工湿地，B为水平流人工湿地；1为粗砂层，2为沸石基质层，3为第一砾石基质层，4为第二砾石基质层，5为香蒲生物质区。【具体实施方式】下面通过实施例结合附图进一步说明本技术。实施例1:未填充沸石基质和未投加水生植物生物质的对比例如图1所示，实施时将经过初沉池预处理过的生活污水通过泵提升后，通过3?5_粗砂层I均匀地布入垂直流人工湿地A，在垂直流人工湿地经过沸石基质层2和第一砾石基质层3净化后，出水经粒径3(T50 mm第二砾石收水区4流出垂直流人工湿地，自流进入水平流人工湿地B，在水平流人工湿地又分别经过3(T50 mm第二砾石层布水区4、第一砾石层基质区3、香蒲生物质区5和第一砾石基质区3，出水经粒径3(T50 mm第二砾石收水区4流出水平流人工湿地。本系统处理的污水中主要污染物为COD、BOD5, NH4+_N、NO3 — -N、TN和TP，各污染物浓度分别为 120?300 mg/L、80?100 mg/L、12?33 mg/L、0.1?4.0 mg/L、24?42 mg/L 和2.8?9.4 mg/L ο本系统共运行I年时间,分为冬季、春季、夏季和秋季4个时段，每个时段考察4个不同水力停留时间工况(4.4 d、6.6 d、8.8 d和17.6 d)下系统的运行性能。经过垂直流-水平流复合人工湿地系统后，出水NH/-N浓度存在一定的波动。寒季(冬季和春季)系统对NH4+-N的去除能力有限，出水NH4+-N浓度为18±2 mg/L,去除率21%。暖季(夏季和秋季)系统对NH/-N的去除能力较高，出水NH4+-N浓度为11 ±2 mg/L，去除率49%，可稳定达到GB18918-2002规定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
垂直流‑水平流复合人工湿地高效脱氮系统，其特征在于：所述系统由垂直流人工湿地和水平流人工湿地构成，其中：所述垂直流人工湿地从上到下依次为：粗砂层、沸石基质层、第一砾石基质层、第二砾石基质层，垂直流人工湿地种植植物选用芦苇；第二砾石基质层底部设有穿孔管；水平流人工湿地从左向右依次为：第二砾石基质层、第一砾石基质层、香蒲生物质区、第一砾石基质层和第二砾石基质层，水平流人工湿地一侧顶部设有进水口，另一侧底部设有出水口；水平流人工湿地种植植物选用芦苇；垂直流人工湿地通过穿孔管连接水平流人工湿地顶部的进水口。

【技术特征摘要】
1.垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统，其特征在于:所述系统由垂直流人工湿地和水平流人工湿地构成，其中: 所述垂直流人工湿地从上到下依次为:粗砂层、沸石基质层、第一砾石基质层、第二砾石基质层，垂直流人工湿地种植植物选用芦苇；第二砾石基质层底部设有穿孔管； 水平流人工湿地从左向右依次为:第二砾石基质层、第一砾石基质层、香蒲生物质区、第一砾石基质层和第二砾石基质层，水平流人工湿地一侧顶部设有进水口，另一侧底部设有出水口 ；水平流人工湿地种植植物选用芦苇； 垂直流人工湿地通过穿孔管连接水平流人工湿地顶部的进水口。2.根据权利要求1所述的垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻岳，余雪岑，张明晓，殷琪，郭文瑞，李玲，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海;31