污水設(shè)備:強(qiáng)化脫氮無動力復(fù)氧的潛流人工濕地技

　　污水設(shè)備:本發(fā)明提供一種強(qiáng)化脫氮無動力復(fù)氧的潛流人工濕地系統(tǒng)及其應(yīng)用，所述潛流人工濕地系統(tǒng)包括：濕地床體，與濕地床體連通的注水部件和排水部件;所述濕地床體還設(shè)置有曝氣部件;其中，所述排水部件包括集水直管和出水渠，所述集水直管呈倒U型設(shè)置;所述曝氣部件包括導(dǎo)氣管，所述導(dǎo)氣管埋設(shè)于濕地床體內(nèi)部;且導(dǎo)氣管管壁上設(shè)置有通孔;所述曝氣部件還包括一對通氣管，所述通氣管豎直設(shè)置，所述通氣管一端與導(dǎo)氣管一端連接，另一端延伸至濕地床體外部。其有效克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的脫氮效果差、能耗高、運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)無動力運(yùn)行，同時脫氮效率大幅度提高，具有良好的實(shí)際應(yīng)用之價值。

　　污水設(shè)備:權(quán)利要求書

　　1.一種強(qiáng)化脫氮無動力復(fù)氧的潛流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述潛流人工濕地系統(tǒng)包括：

　　濕地床體，與濕地床體連通的注水部件和排水部件;

　　所述濕地床體還設(shè)置有曝氣部件;

　　其中，所述排水部件包括集水直管和出水渠，所述集水直管呈倒U型設(shè)置;

　　所述曝氣部件包括導(dǎo)氣管，所述導(dǎo)氣管埋設(shè)于濕地床體內(nèi)部;且導(dǎo)氣管管壁上設(shè)置有通孔;

　　所述曝氣部件還包括一對通氣管，所述通氣管豎直設(shè)置，所述通氣管一端與導(dǎo)氣管一端連接，另一端延伸至濕地床體外部。

　　2.如權(quán)利要求1所述的潛流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，兩個通氣管長度不同;優(yōu)選的，所述通氣管之間高差為0.5-1.2m;

　　優(yōu)選的，所述通氣管延伸至濕地床體外部的一端端部設(shè)置有通氣帽。

　　3.如權(quán)利要求1所述的潛流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述注水部件至少包括進(jìn)水渠和穿孔進(jìn)水管，所述穿孔進(jìn)水管埋設(shè)于濕地床體內(nèi)部;

　　優(yōu)選的，所述穿孔進(jìn)水管管壁設(shè)置小孔孔徑為2-5mm，進(jìn)一步的，所述穿孔進(jìn)水管小孔采用薄膜進(jìn)行包裹。

　　4.如權(quán)利要求3所述的潛流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述穿孔進(jìn)水管埋設(shè)位置的水平高度與集水直管頂部水平高度持平。

　　5.如權(quán)利要求1所述的潛流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述濕地床體底部設(shè)置放空部件;優(yōu)選的，所述放空部件包括放空管和設(shè)置在放空管上的閥門。

　　6.如權(quán)利要求1所述的潛流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述濕地床體由上至下依次設(shè)置為細(xì)卵石層、粗卵石層和卵石底層;

　　優(yōu)選的，所述細(xì)卵石層厚度控制為20-40cm;所述細(xì)卵石粒徑為1-3cm

　　優(yōu)選的，所述粗卵石層厚度控制為50-80cm;所述細(xì)卵石粒徑為3-5cm;

　　優(yōu)選的，所述卵石底層厚度控制為20-50cm;所述粗卵石粒徑為5-8cm。

　　7.如權(quán)利要求6所述的潛流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，穿孔進(jìn)水管埋設(shè)于細(xì)卵石層，穿孔進(jìn)水管管間距設(shè)置為濕地寬度的8-10%;或，

　　所述導(dǎo)氣管設(shè)置于濕地床體高度1/3-2/3處;所述導(dǎo)氣管沿濕地床體長度方向每隔30-100cm均勻設(shè)置，導(dǎo)氣管管壁均勻設(shè)置有2-5mm直徑的通孔，導(dǎo)氣管兩端連接有高差為0.5-1.2m的通氣管。

　　8.如權(quán)利要求1所述的潛流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述濕地床體栽培有水生植物;優(yōu)選的，所述水生植物包括蘆葦、菖蒲、鳶尾和美人蕉。

　　9.權(quán)利要求1-8任一項所述潛流人工濕地系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用。

　　10.一種污水處理的方法，其特征在于，所述方法包括將污水置于權(quán)利要求1-8任一項所述潛流人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行處理，所述潛流人工濕地系統(tǒng)按照潮汐周期性運(yùn)行，水力停留時間控制為4～8h(優(yōu)選為6h)。

　　污水設(shè)備:說明書

　　一種強(qiáng)化脫氮無動力復(fù)氧的潛流人工濕地系統(tǒng)及其應(yīng)用

　　污水設(shè)備:技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于生態(tài)水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化脫氮無動力復(fù)氧的潛流人工濕地系統(tǒng)及其應(yīng)用。

　　污水設(shè)備:背景技術(shù)

　　本發(fā)明背景技術(shù)中公開的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

　　由于集中式污水處理在農(nóng)村和中小城鎮(zhèn)地區(qū)的局限性，這些地區(qū)的污水通常采用分散式處理系統(tǒng)進(jìn)行凈化，其中人工濕地具有結(jié)構(gòu)簡單、投資小、運(yùn)行維護(hù)方便且費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性強(qiáng)。

　　人工濕地運(yùn)行過程中，硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌分別在好氧、缺氧環(huán)境發(fā)生硝化、反硝化作用，完成生物脫氮過程，但其淹水構(gòu)造以及植物和微生物的呼吸作用，造成系統(tǒng)內(nèi)部的溶解氧不足，處于缺氧或厭氧狀態(tài)，大大限制了硝化作用，降低了脫氮效果。此外，人工濕地的厭氧環(huán)境也會造成懸浮物、微生物胞外聚合物不能得到降解而積累，造成堵塞。

　　為實(shí)現(xiàn)高效復(fù)氧、提高濕地脫氮效率，研究人員做了大量的研究，提出了跌水曝氣、人工間歇曝氣、潮汐流人工濕地等多種技術(shù)改良，其中，人工間歇曝氣、潮汐流人工濕地技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。人工間歇曝氣是人工利用氣泵使人工濕地基質(zhì)形成交替的好氧、缺氧環(huán)境，可大幅提高濕地的脫氮效果，也可緩解堵塞現(xiàn)象，延長濕地壽命。但間歇曝氣需要?dú)獗玫葎恿υO(shè)備的運(yùn)行，操作復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用昂貴，能耗高。潮汐流人工濕地是近年來由伯明翰大學(xué)提出的，它在運(yùn)行過程中周期性被充滿水和排干，床體充水過程中空氣被擠出，排水過程中新鮮的空氣被帶入床內(nèi)，污水就像一個定時的氣泵，提供交替的缺氧、好氧環(huán)境，提高了脫氮效果，潮汐流人工濕地因?yàn)椴僮鞴芾砗唵?、去除效率高的?yōu)點(diǎn)而被大量應(yīng)用推廣，但其運(yùn)行過程中仍需要水泵等耗能設(shè)備來創(chuàng)造潮汐，運(yùn)行費(fèi)用高的問題仍未解決;與此同時，也有研究者指出，潮汐流人工濕地排空復(fù)氧階段的充氧并不充足。在潮汐流人工濕地進(jìn)水淹沒階段，可以在很短時間內(nèi)把排空復(fù)氧所吸入的氧氣消耗殆盡，造成其基質(zhì)在進(jìn)水淹沒階段的大部分時間仍為厭氧或缺氧環(huán)境。因此，潮汐流人工濕地存在有運(yùn)行費(fèi)用昂貴、復(fù)氧能力差的缺陷。

　　綜上，現(xiàn)有的技術(shù)存在有脫氮效果差、能耗高、運(yùn)行費(fèi)用昂貴、復(fù)氧能力弱、濕地易堵塞等缺陷，尚不能滿足高效復(fù)氧脫氮的需求，缺乏有效解決措施、技術(shù)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種強(qiáng)化脫氮無動力復(fù)氧的潛流人工濕地系統(tǒng)及其應(yīng)用，其有效克服了現(xiàn)有人工濕地存在的脫氮效果差、能耗高、運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)無動力運(yùn)行，且不易堵塞，同時復(fù)氧能力強(qiáng)、脫氮效率得到大幅度提高，因此具有良好的實(shí)際應(yīng)用之價值。

　　為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

　　本發(fā)明的第一個方面，提供一種強(qiáng)化脫氮無動力復(fù)氧的潛流人工濕地系統(tǒng)，所述潛流人工濕地系統(tǒng)包括：

　　濕地床體，與濕地床體連通的注水部件和排水部件;

　　所述濕地床體還設(shè)置有曝氣部件;

　　其中，所述排水部件包括集水直管和出水渠，所述集水直管呈倒U型設(shè)置，用于收集人工濕地系統(tǒng)內(nèi)處理的污水并排入出水渠，同時可觸發(fā)產(chǎn)生虹吸作用;

　　所述曝氣部件包括導(dǎo)氣管，所述導(dǎo)氣管埋設(shè)于濕地床體內(nèi)部;且導(dǎo)氣管管壁上設(shè)置有通孔;

　　所述曝氣部件還包括一對通氣管，所述通氣管豎直設(shè)置，所述通氣管一端與導(dǎo)氣管一端連接，另一端延伸至濕地床體外部;兩個通氣管長度不同;優(yōu)選的，所述通氣管之間高差為0.5-1.2m，例如0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m、1.1m或1.2m。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述通氣管延伸至濕地床體外部的一端端部設(shè)置有通氣帽，防止雜物落入。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述注水部件至少包括進(jìn)水渠和穿孔進(jìn)水管，所述穿孔進(jìn)水管埋設(shè)于濕地床體內(nèi)部;從而將進(jìn)水渠的污水分配到床體內(nèi)部;其埋設(shè)位置與濕地床體地表之間的距離小于導(dǎo)氣管埋設(shè)位置與濕地床體地表之間的距離。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述穿孔進(jìn)水管管壁設(shè)置小孔孔徑為2-5mm，例如2mm、3mm、4mm或5mm;為防止小孔堵塞，可采用薄膜等進(jìn)行包裹，確保污水從小孔流出同時防止外部雜質(zhì)顆粒堵塞小孔;

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述穿孔進(jìn)水管埋設(shè)位置的水平高度與集水直管頂部水平高度持平。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述濕地床體底部還設(shè)置放空部件，可定期實(shí)現(xiàn)濕地落干，防止?jié)竦囟氯?，延長濕地使用壽命。所述放空部件包括放空管和設(shè)置在放空管上的閥門。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述濕地床體由上至下(由濕地床體地表至濕地床體地底)依次設(shè)置為細(xì)卵石層、粗卵石層和卵石底層;

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述細(xì)卵石層厚度控制為20-40cm，例如20cm、30cm或40cm;所述細(xì)卵石粒徑為1-3cm，例如1cm、2cm或3cm;

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述粗卵石層厚度控制為50-80cm，例如50cm、60cm、70cm或80cm;所述粗卵石粒徑為3-5cm，例如3cm、4cm或5cm;

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述卵石底層厚度控制為20-50cm，例如20cm、30cm、40cm或50cm;底層卵石粒徑為5-8cm，例如5cm、6cm、7cm或8cm。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，上述基質(zhì)層也可用礫石、碎石、沸石、砂礫、等中的一種或幾種。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述穿孔進(jìn)水管埋設(shè)于細(xì)卵石層，穿孔進(jìn)水管管間距設(shè)置為濕地寬度的8-10%，例如8%、9%或10%;更加便于將污水均布于整個潛流人工濕地系統(tǒng)中。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述導(dǎo)氣管設(shè)置于濕地床體高度1/3-2/3處，例如1/3、1/2或2/3;可選在粗卵石層，床體沿長度方向內(nèi)部每隔30-100cm(例如30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm或100cm)均勻設(shè)置，導(dǎo)氣管管壁均勻設(shè)置有2-5mm(例如2cm、3cm、4cm或5cm)直徑的通孔，導(dǎo)氣管兩端連接有高差為0.5-1.2m(例如0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m、1.1m或1.2m)的通氣管，它在水位下落時，可利用管道通風(fēng)，增加床體內(nèi)的溶解氧濃度。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，可在濕地床體上栽培水生植物;所述水生植物包括但不限于蘆葦、菖蒲、鳶尾、美人蕉等;通過栽培水生植物既可形成一定的經(jīng)濟(jì)、景觀價值，同時也有助于加強(qiáng)污水滲濾作用，提高人工濕地系統(tǒng)污水處理效率。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述潛流人工濕地系統(tǒng)長寬比設(shè)計為不大于于3:1，例如1:1、2:1或3:1，水深為0.6-1.5m，例如0.6m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m、1.1m、1.2m、1.3m、1.4m或1.5m。

　　本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例中，所述潛流人工濕地系統(tǒng)為水平潛流式，采用混凝土結(jié)構(gòu)，底部作防滲處理。

　　本發(fā)明的第二個方面，提供上述潛流人工濕地系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用。

　　本發(fā)明的第三個方面，提供一種污水處理的方法，具體來說即上述人工潛流濕地系統(tǒng)的運(yùn)行方法，所述方法包括將污水置于上述潛流人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行處理，所述潛流人工濕地系統(tǒng)按照潮汐周期性運(yùn)行，水力停留時間(HRT)控制為4～8h(優(yōu)選為6h)，分為淹沒、排空兩個階段。

　　其中，淹沒階段：通過均勻分布的穿孔進(jìn)水管，將進(jìn)水渠的污水均勻分配到床體內(nèi)部，污水通過滲透、流動經(jīng)過床體內(nèi)細(xì)卵石、粗卵石等填料。隨著污水的進(jìn)入，導(dǎo)氣管被污水浸沒，濕地內(nèi)部呈現(xiàn)缺氧環(huán)境，提高了濕地的反硝化作用。淹沒階段，污水也充分與床體內(nèi)的基質(zhì)、微生物反應(yīng)，凈化污水。

　　排空階段：隨著污水的不斷進(jìn)入，床體水位不斷升高，當(dāng)污水水位達(dá)到集水直管頂部時，觸發(fā)虹吸作用，集水直管開始排水，水位也隨之下降，水位下降的同時產(chǎn)生了孔隙吸力，大氣中的氧氣被吸入，下降過程中，位于濕地內(nèi)部的導(dǎo)氣管暴露，利用虹吸原理的負(fù)壓抽吸作用與大氣壓差實(shí)現(xiàn)管道通風(fēng)，再次增加了床體內(nèi)部溶解氧濃度。提高了濕地對有機(jī)物、氨氮的處理效果。直到水位降低到集水直管的底部，空氣進(jìn)入，虹吸被破壞，集水直管不再排水，水位再次上升。

　　水位上升時，導(dǎo)氣管又被堵塞，濕地內(nèi)部又呈現(xiàn)出缺氧(或厭氧)環(huán)境。如此這樣，循環(huán)往復(fù)，在無動力的條件下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)水、間歇排水，在濕地基質(zhì)形成交替的缺氧、好氧環(huán)境。此外，該濕地將集水直管、導(dǎo)氣管的耦合，二者在排空復(fù)氧階段相互結(jié)合，充氧效果更佳。

　　本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)本發(fā)明潛流人工濕地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行期間不需要水泵、氣泵，可實(shí)現(xiàn)無動力運(yùn)行，沒有能源消耗，運(yùn)行費(fèi)用低。

　　(2)濕地床體上部設(shè)置有通氣管，底部以導(dǎo)氣管相連通，導(dǎo)氣管管壁均勻的打孔，可利用大氣壓力實(shí)現(xiàn)管道通風(fēng)充氧，增加濕地內(nèi)溶解氧濃度。在克服傳統(tǒng)潛流人工濕地內(nèi)部溶解氧濃度低缺點(diǎn)的同時，也省卻了傳統(tǒng)耗能的鼓風(fēng)曝氣設(shè)備，節(jié)省了建設(shè)、運(yùn)行費(fèi)用。

　　(3)濕地在床體末端設(shè)置有集水直管，利用虹吸原理，實(shí)現(xiàn)集水直管自動排水，實(shí)現(xiàn)水位的自動升降。可在濕地內(nèi)部形成交替的缺氧、好氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)時間上的序批式脫氮A/O工藝，增加了濕地內(nèi)微生物的多樣性，脫氮效率大幅升高。

　　(4)該裝置實(shí)現(xiàn)了水位的自動升降和導(dǎo)氣管曝氣的耦合。水位下降時，在飽和浸潤面下降同時產(chǎn)生的孔隙吸力作用下，氧氣被吸入，與此同時，導(dǎo)氣管被暴露，導(dǎo)氣管利用虹吸作用的負(fù)壓抽吸與大氣壓差實(shí)現(xiàn)管道通風(fēng)，再次增加了床體內(nèi)部溶解氧濃度，促進(jìn)了微生物的硝化作用，克服了傳統(tǒng)人工濕地TN去除率不高的限制因素。水位上升時，導(dǎo)氣管再次浸沒在水中，濕地內(nèi)部又呈現(xiàn)出缺氧(或厭氧)環(huán)境。因此，該濕地充氧效果優(yōu)于僅靠潮汐過程的充氧效果，處理效果也更好。

　　(5)該濕地營造出交替的缺氧、好氧環(huán)境，而不是傳統(tǒng)潛流人工濕地厭氧、缺氧環(huán)境，避免了懸浮物、胞外聚合物的積累，有效防止土壤堵塞，延長了濕地的使用壽命。