潮汐流-水平潜流组合人工湿地强化脱氮的方法及其系统技术方案

本发明专利技术属于污水处理技术领域，具体涉及一种潮汐流-水平潜流组合人工湿地强化脱氮的方法及其系统。该系统依次包括非动力自动进水装置（8）、潮汐流人工湿地床、非动力自动排水装置（2）以及水平潜流人工湿地床。本发明专利技术根据潮汐流人工湿地具有较高的氨氮氧化效果和水平潜流人工湿地较强的硝酸盐还原能力，充分利用潮汐流人工湿地好氧环境和水平潜流人工湿地缺氧环境的特点，将两者合理的组合为一个系统，为硝化/反硝化作用的充分进行创造条件，同时在水平潜流湿地床中设置了水平潜流湿地缓释碳源强化区（15）和回流井（19），不仅可以实现废水中总氮的强化脱除，同时避免的碳源的二次污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于污水处理
，具体涉及一种潮汐流-水平潜流组合人工湿地强化脱氮的方法及其系统。
技术介绍
近年来，随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，污水排放量也随之不断增加，使得我国水体富营养化及水质恶化日趋严重。目前，我国的污水处理主要依赖于传统的集中式水处理工艺，虽然技术和工艺已日渐成熟和完善，但却面临建设运行成本费用过高的问题，不少经济欠发达地区根本建不起大型污水处理厂或不少已建的污水处理厂因运行资金短缺而闲置不用，使得我国仅有24%的工业废水和4%的生活污水经过处理排入水体。尤其对于我国经济落后的广大农村地区来讲，其污水处理现状更为严峻，96%的村庄没有污水处理系统，3. 2亿农民不能饮用清洁水，只有约为1%的污水经过处理后流入水体，其远低于世界卫生组织报道的发展中国家平均农村地区污水处理率18%。因此，为进一步推动我国社会主义新农村的建设进程和保障农村生态环境的可持续发展，根据农村地区经济落后和污水源分散等特点，开发简便易行、高效经济、美化环境、分散式就地处理的农村污水净化技术成为推动我国农村建设和发展过程中所必须面对和迫切解决的重要课题。人工湿地污水处理是20世纪70年代发展起来的一种通过模拟自然湿地而人为设计和建造的具有可控性和工程化特点的生态污水净化技术，以其投资少、建设运营成本低、净化效果好等特点近年来受到了广泛关注。其应用已逐渐由常规生活污水的处理，逐渐扩展到处理农田暴雨径流、食品加工废水、矿山酸性废水、畜禽养殖废水以及垃圾渗滤液等多种废水的处理。污水在人工湿地系统中的净化主要以基质、植物和微生物通过物理、化学及生物作用协同完成，但对不同种类的污染物，其主要的净化途径不同。氮在人工湿地系统中的脱除包括基质的吸附、过滤、沉淀以及氨的挥发、植物吸收、微生物硝化、反硝化作用。其中湿地床体中微生物的硝化-反硝化作用是湿地脱氮的主导因素，其基本条件是存在大量的硝化和反硝化细菌和适宜的湿地环境条件。硝化过程需要硝化菌群和必要的好氧条件，反硝化过程需要反硝化菌群、碳源和稳定的缺氧条件，其中硝化过程是除氮的限速步骤，硝化反应能否顺利进行直接影响湿地脱氮性能的高低。传统湿地的进水多采用自流方式，床体中溶解氧水平多依靠水面与空气的接触以及植物根区泌氧作用。由于微弱的气液面氧扩散和根系泌氧能力，经常造成湿地床体内部，特别是非根际区的床体，溶解氧浓度偏低，甚至处于缺氧状态，从而限制了硝化菌群的生长繁殖和硝化反应的发生，氨氮的去除效果较差，进而影响湿地的脱氮能力。同时由于传统床体复氧能力较差，使得截留在床体基质空隙中的固型有机物和悬浮物不能充分的氧化分解而不断地累积叠加，其是造成床体堵塞现象的主要原因。因此，增强湿地床的复氧能力，提高床体的溶解氧浓度对提高人工湿地氮的去除和防止堵塞发生都是十分必要的。潮汐流人工湿地是近年来发展起来的一种新型人工湿地类型，其运行过程中依靠床体饱和浸润面周期性变化产生的基质孔隙吸力将大气氧强迫吸入床体，可以显著提高湿地床的氧传输量。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. EcologicalEngineering, 2011, 37:1789-1795)通过研究室内潮汐流人工湿地处理模拟生活污水的研究发现，潮汐流湿地床的复氧能力高达350g/m2 ·(!，其远高于传统的水平潜流人工湿地复氧能力(l_8g/m2 · d)和垂直流人工湿地复氧能力(50-90g/m2 · d)。在潮汐流人工湿地床中，较好的复氧能力可以强化硝化过程的发生，使得氨氮最大程度的被氧化为硝态氮，然而这种好氧环境却直接限制了反硝化过程的发生，使得湿地床系统出水中富集大量的硝态氮，对总氮的脱除能力仍然受到限制。水平潜流人工湿地由于基质长时间处于饱和淹没状态，湿地床体环境表现为缺氧状态，比较利于反硝化作用的进行。然而，潮汐流人工湿地床较好的氧环境不仅能提高氨氮氧化去除效果，同时也可以大大地提高有机物的去除率。通过已有实验证明(以生活污水为例)，有机物和氨氮的去除率可达到95%以上，在潮汐流人工湿地床的出水中通常仅含有大量硝酸盐(约为进水铵态氮浓度的80%)。将潮汐流人工湿地的出水简单地通往水平潜流人工湿地，水平潜流人工湿地床体虽然具有硝酸盐还原过程所需的缺氧环境，但缺少有机碳源作为电子供体将成为影响水平潜流人工湿地反硝化过程的制约因素。
技术实现思路
针对传统人工湿地中经常出现的复氧能力差、溶解氧水平低、脱氮效果不彻底等问题，本专利技术提供了一种潮汐流-水平潜流组合人工湿地强化脱氮的方法及其系统，根据优势互补原则，充分利用潮汐流人工湿地复氧效果好和水平潜流人工湿地床体缺氧的特点，为硝化/反硝化作用的充分进行创造条件，实现废水中氮的强化脱除。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案一种潮汐流-水平潜流组合人工湿地强化脱氮系统，其特征在于该系统依次包括非动力自动进水装置8、潮汐流人工湿地床、非动力自动排水装置2以及水平潜流人工湿地床，其中，所述非动力自动进水装置8邻近且高于潮汐流人工湿地床，通过虹吸进水管9与潮汐流人工湿地床连通，其可实现潮汐流人工湿地床在非动力运行条件下周期性自动进水；所述潮汐流人工湿地床从上到下依次为潮汐流湿地布水砾石层7、潮汐流湿地好氧砂层5以及潮汐流湿地排水砾石层4，潮汐流人工湿地床上种植有湿地植物I且所述湿地植物I布置为植物带，在所述潮汐流湿地布水砾石层7中布置有与虹吸进水管9连通的潮汐流湿地进水布水管6，位于植物带中间的潮汐流湿地进水布水管6下方设置有强化复氧沟20 ；所述非动力自动排水装置2邻近且高于水平潜流人工湿地床，所述非动力自动排水装置2与所述潮汐流人工湿地床通过潮汐流湿地排水砾石层4连通，非动力自动排水装置2通过虹吸排水管3与水平潜流人工湿地床连通，其可实现潮汐流人工湿地床在非动力运行条件下周期性自动排水；所述水平潜流人工湿地床从邻近非动力自动排水装置2的一端至远离非动力自动排水装置2的一端依次为水平潜流湿地进水布水砾石区14、水平潜流湿地缓释碳源强化区15、水平潜流湿地砂层区和水平潜流湿地排水砾石区16，且水平潜流人工湿地床上种植有湿地植物1，所述水平潜流湿地砂层区中设置有回流井19，回流井19通过回流管与非动力自动进水装置8连通；系统排水渠17通过水平潜流湿地排水管18与水平潜流湿地排水砾石区16连通。 所述强化复氧沟20的形状为倒梯形，填有l_3cm的砾石。所述潮汐流湿地好氧砂层5所采用的基质选自沸石、石英砂或粉煤灰。所述非动力自动进水装置8为设有虹吸进水管9的储水装置，所述虹吸进水管9为一倒“U”形管，具有设置在储水装置内部的进水口、设置在储水装置外部的排水口以及顶部，虹吸进水管9的进水口与进水停止液面11齐平，虹吸进水管9的顶部与虹吸进水管的工作液面10齐平。所述非动力自动进水装置8内的进水停止液面11至进水工作液面10之间的水体积等于所述潮汐流湿地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种潮汐流？水平潜流组合人工湿地强化脱氮系统，其特征在于：该系统依次包括非动力自动进水装置（8）、潮汐流人工湿地床、非动力自动排水装置（2）以及水平潜流人工湿地床，其中，所述非动力自动进水装置（8）邻近且高于潮汐流人工湿地床，通过虹吸进水管（9）与潮汐流人工湿地床连通，其可实现潮汐流人工湿地床在非动力运行条件下周期性自动进水；所述潮汐流人工湿地床从上到下依次为潮汐流湿地布水砾石层（7）、潮汐流湿地好氧砂层（5）以及潮汐流湿地排水砾石层（4），潮汐流人工湿地床上种植有湿地植物（1）且所述湿地植物（1）布置为植物带，在所述潮汐流湿地布水砾石层（7）中布置有与虹吸进水管（9）连通的潮汐流湿地进水布水管（6），位于植物带中间的潮汐流湿地进水布水管（6）下方设置有强化复氧沟（20）；所述非动力自动排水装置（2）邻近且高于水平潜流人工湿地床，所述非动力自动排水装置（2）与所述潮汐流人工湿地床通过潮汐流湿地排水砾石层（4）连通，非动力自动排水装置（2）通过虹吸排水管（3）与水平潜流人工湿地床连通，其可实现潮汐流人工湿地床在非动力运行条件下周期性自动排水；所述水平潜流人工湿地床从邻近非动力自动排水装置（2）的一端至远离非动力自动排水装置（2）的一端依次为水平潜流湿地进水布水砾石区（14）、水平潜流湿地缓释碳源强化区（15）、水平潜流湿地砂层区和 水平潜流湿地排水砾石区（16），且水平潜流人工湿地床上种植有湿地植物（1），所述水平潜流湿地砂层区中设置有回流井（19），回流井（19）通过回流管与非动力自动进水装置（8）连通；系统排水渠（17）通过水平潜流湿地排水管（18）与水平潜流湿地排水砾石区（16）连通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴树彪，董仁杰，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：