專利名稱：一種水平潛流人工濕地固體碳源強(qiáng)化脫氮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以熱塑性可生物降解聚酯為碳源的強(qiáng)化脫氮水平潛流人工濕地系統(tǒng)，適用于去除低C/N比污水中的硝酸鹽。
背景技術(shù)：
氮素污染是我國(guó)水環(huán)境存在的主要問(wèn)題之一。低有機(jī)污染水的氮素污染問(wèn)題是我國(guó)完成點(diǎn)源控污之后未來(lái)環(huán)境污染的突出問(wèn)題。這類低C/N的水如果不經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理，直接匯流入湖泊、水庫(kù)等敏感水體，將導(dǎo)致嚴(yán)重的水環(huán)境污染問(wèn)題。水環(huán)境中的硝酸鹽主要來(lái)源于工農(nóng)業(yè)的直接排放或其它含氮化合物通過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)化而成。人工濕地是具有效率高、投資低、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低、維持費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)的可靠的污水處理技術(shù)。在處理水量不大、水質(zhì)變化不很大、管理水平不很高的城鎮(zhèn)污水，如我國(guó)農(nóng)村、中小城鎮(zhèn)的污水處理中得到了較多的應(yīng)用。人工濕地系統(tǒng)對(duì)氮的去除包括基質(zhì)吸附、過(guò)濾、沉淀、氨的揮發(fā)、植物吸收和微生物的氨化、硝化和反硝化作用。其中微生物的硝化、反硝化作用是最主要的途徑。針對(duì)低碳氮比的污水，碳源不足已成為限制人工濕地脫氮性能的關(guān)鍵因素。解決的方法多見(jiàn)于在進(jìn)水中補(bǔ)充液體碳源，如甲醇、葡萄糖和果糖。這些做法會(huì)造成部分碳源在濕地上層發(fā)生好氧分解，造成碳源的浪費(fèi)，增加不必要的污水處理成本。另外，投加液體碳源需要精確的計(jì)量與投加設(shè)備，增加成本的同時(shí)也給運(yùn)行與管理帶來(lái)了不便。向人工濕地系統(tǒng)中添加富含纖維素的植物材料作為反硝化所需的有機(jī)碳源可以避免添加液體碳源的弊端，但是植物材料本身含有一定的氮和磷，在其作為碳源的同時(shí)這些污染物也會(huì)釋放至濕地中，另外植物材料還存在持續(xù)供碳能力弱、投加不方便等問(wèn)題。已報(bào)道的研究表明，熱塑性可生物降解聚酯，包括聚己內(nèi)酯(PCL)、聚羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHV)、PHB-PHV共聚物、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚羥基丁酸戊酸酯/聚乳酸共混·物(PHBV/PLA)等均可在填充床中作為固體碳源及反硝化微生物的載體，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化反硝化。但是，人工濕地系統(tǒng)與填充床體系有顯著性差異，如人工濕地系統(tǒng)的停留時(shí)間要遠(yuǎn)長(zhǎng)于填充床。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)人工濕地脫氮性能的不足，提供一種水平潛流人工濕地固體碳源強(qiáng)化脫氮系統(tǒng)。本發(fā)明根據(jù)水平潛流人工濕地的特征，通過(guò)結(jié)合熱塑性可生物降解聚酯作為反硝化固體碳源的特點(diǎn)，構(gòu)建了持續(xù)穩(wěn)定的強(qiáng)化脫氮體系。其具體技術(shù)方案是:一種以熱塑性可生物降解聚酯為固體碳源的強(qiáng)化脫氮水平潛流人工濕地系統(tǒng)，包括進(jìn)水管、布水區(qū)、濕地粗填料區(qū)、濕地細(xì)填料區(qū)、固體碳源投加管、固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)、濕地植物、集水區(qū)、放水孔、排水區(qū)和排放管。所述固體碳源投加管設(shè)置在濕地靠近進(jìn)水管一端的1/3處，所述固體碳源投加管直插入所述固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)中，且并排設(shè)置有若干個(gè)，每個(gè)之間的間隔至少為20cm ;通過(guò)濕地中不同區(qū)域填料粒徑的控制，使所述固體碳源投加管投加的熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源能分布至所述固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)中，隨后熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源在微生物的作用下逐步分解，緩釋出能被反硝化微生物直接用于反硝化的低分子量有機(jī)物，使所述系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的去除低碳氮比污水中的硝酸鹽。本發(fā)明的系統(tǒng)，所述各個(gè)區(qū)域均設(shè)置在人工濕地中，所述進(jìn)水管和所述排放管各位于濕地的兩端；所述濕地粗填料區(qū)滿布于濕地的底部，在濕地的后段設(shè)置有深度自上到下的集水區(qū)，在集水區(qū)的底部是放水孔，通至排水區(qū)，排水區(qū)連接排放管。在所述濕地粗填料區(qū)上部滿布所述濕地細(xì)填料區(qū)，所述布水區(qū)設(shè)置在所述濕地細(xì)填料區(qū)的前端(靠近進(jìn)水管的那端);在所述濕地細(xì)填料區(qū)中種植有濕地植物。所述固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)和所述固體碳源投加管設(shè)置在濕地靠近進(jìn)水管一端的1/3處，所述固體碳源投加管直插入所述固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)中，且并排設(shè)置有若干個(gè)，每個(gè)之間的間隔至少為20cm。本發(fā)明中所述濕地粗填料區(qū)所采用的基質(zhì)為礫石,粒徑為8 15mm。本發(fā)明中所述濕地細(xì)填料區(qū)所采用的基質(zhì)為土壤或細(xì)沙，填充厚度不超過(guò)15cm，其上種有濕地植物。本發(fā)明中所述固體碳源投加管采用直徑10 15cm的PVC管，管口下端深入濕地細(xì)填料區(qū)以下5cm。本發(fā)明中所述固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)位于固體碳源投加管的正下方，長(zhǎng)為25cm，寬與濕地等同，采用的基質(zhì)為礫石，粒徑為3 5cm。熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源投加至礫石空隙。本發(fā)明中所述通過(guò)固體碳源投加管投加的熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源為聚己內(nèi)酯(PCL)、聚羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHV)、PHB-PHV共聚物、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚羥基丁酸戊酸酯/聚乳酸共混物(PHBV/PLA)中的一種或任意組合，粒徑為3 5mm 。本發(fā)明中所述熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源投加至固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)的方式為:熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源先補(bǔ)加至固體碳源投加管中，未能落入固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)基質(zhì)空隙的熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源則用水沖入即可。本發(fā)明中所述熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源投加至固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)的投加量為:熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源初次投加體積不超過(guò)固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)基質(zhì)空隙的體積；運(yùn)行I 3年后，熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源按每去除Ikg硝態(tài)氮需I 3kg固體碳源的比例投加，每年投加I 2次。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明所采用的熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源同時(shí)充當(dāng)微生物反硝化所需還原力的來(lái)源和生物膜的載體，克服使用傳統(tǒng)液體碳源生物脫氮工藝中碳源投加量不易控制的缺點(diǎn)，碳源微生物利用率高。2、本發(fā)明所采用的熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源的密度比水大，形狀及粒度便于投加，與富含纖維素的材料(如秸桿)相比，持續(xù)供碳能力強(qiáng)，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便，并且其本身不會(huì)帶入氮、磷等污染物。3、本發(fā)明提供的一種水平潛流人工濕地固體碳源強(qiáng)化脫氮系統(tǒng)可用于低碳氮比地表水、地下水和城市污水處理廠出水的脫氮處理。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)主視(示意)圖；圖2為本發(fā)明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)俯視(示意)圖；其中，1:進(jìn)水管、2:布水區(qū)、3:濕地粗填料區(qū)、4:濕地細(xì)填料區(qū)、5:固體碳源投加管、6:固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)、7:濕地植物、8:集水區(qū)、9:放水孔、10:排水區(qū)、11:排放管。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，結(jié)合以下實(shí)施例具體說(shuō)明:參見(jiàn)圖1、2，本發(fā)明的系統(tǒng)，所述各個(gè)區(qū)域均設(shè)置在人工濕地中，進(jìn)水管I和排放管11各位于濕地的兩端；濕地粗填料區(qū)3滿布于濕地的底部，在濕地的后段設(shè)置有深度自上到下的集水區(qū)8，在集水區(qū)8的底部是放水孔9，通至排水區(qū)10，排水區(qū)10連接排放管11。在濕地粗填料區(qū)3上部滿布濕地細(xì)填料區(qū)4，布水區(qū)2設(shè)置在濕地細(xì)填料區(qū)4的前端(靠近進(jìn)水管I的那端);在濕地細(xì)填料區(qū)4中種植有濕地植物7。固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)6和固體碳源投加管5設(shè)置在濕地靠近進(jìn)水管I 一端的1/3處，固體碳源投加管5直插入固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)6中，且并排設(shè)置有若干個(gè)，每個(gè)之間的間隔至少為20cm。本發(fā)明的系統(tǒng)使用時(shí)，水經(jīng)過(guò)布水區(qū)2進(jìn)入濕地粗填料區(qū)3和濕地細(xì)填料區(qū)4，在濕地細(xì)填料區(qū)4上種植有濕地植物7，在濕地靠進(jìn)水管I端前1/3處直插裝有并排布置的彼此間隔至少為20cm的固體碳源投加管5，用以投加固體碳源進(jìn)入固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)6，經(jīng)濕地處理后的水經(jīng)集水區(qū)8收集后由放水孔9進(jìn)入排水區(qū)10，最終由排放管11排出。本實(shí)施例中所述濕地細(xì)填料區(qū)4所采用的基質(zhì)為土壤，填充厚度為15cm，其上種有濕地植物7 (可以是蘆葦、美人蕉等)；濕地粗填料區(qū)3所采用的基質(zhì)為礫石，粒徑為8 15mm ;固體碳源投加管5采用直徑15cm的PVC管,管口下端深入濕地細(xì)填料區(qū)4以下5cm ；固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)6位于固體碳源投加管5的正下方，長(zhǎng)為25cm，寬與濕地等同，采用的基質(zhì)為礫石，粒徑為3 5cm ;所投加熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源為聚己內(nèi)酯(PCL)，粒徑為3 5mm ;PCL先補(bǔ)加至固體碳源投加管5中，未能落入固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)6基質(zhì)空隙的PCL則用水沖入；PCL初次投加體積取決于固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)6基質(zhì)空隙的體積，在此不予限定。本實(shí)施例中其工作過(guò)程是:(I)按照上述水平潛流人工濕地固體碳源強(qiáng)化脫氮系統(tǒng)的要求，構(gòu)建處理水量為100L/d的系統(tǒng)。(2)開(kāi)始濕地進(jìn)水，進(jìn)水硝態(tài)氮濃度均值為50mg/L，水力停留時(shí)間為Id。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硝態(tài)氮的去除率超過(guò)90%，I年后需補(bǔ)加2.4kg的PCL。以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變 形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水平潛流人工濕地固體碳源強(qiáng)化脫氮系統(tǒng)，其特征在于包括進(jìn)水管(I)、布水區(qū)(2)、濕地粗填料區(qū)(3)、濕地細(xì)填料區(qū)(4)、固體碳源投加管(5)、固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)、濕地植物(7)、集水區(qū)(8)、放水孔(9)、排水區(qū)(10)和排放管(11);所述固體碳源投加管(5)設(shè)置在濕地靠近進(jìn)水管(I)一端的1/3處，所述固體碳源投加管(5)直插入所述固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)中且并排設(shè)置有若干個(gè)，每個(gè)之間的間隔至少為20cm ;通過(guò)濕地中不同區(qū)域填料粒徑的控制，使所述固體碳源投加管(5)投加的熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源能分布至所述固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)中，隨后熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源在微生物的作用下逐步分解，緩釋出能被反硝化微生物直接用于反硝化的低分子量有機(jī)物，使所述系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的去除低碳氮比污水中的硝酸鹽。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述濕地粗填料區(qū)(3)所采用的基質(zhì)為礫石，粒徑為8 15_。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述濕地細(xì)填料區(qū)(4)所采用的基質(zhì)為土壤或細(xì)沙，填充厚度不超過(guò)15cm，其上種有濕地植物(7)。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述固體碳源投加管(5)采用直徑10 15cm的PVC管，管口下端深入濕地細(xì)填料區(qū)(4)以下5cm。
5.如權(quán)利要求I或4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)位于固體碳源投加管(5)的正下方，長(zhǎng)為25cm，寬與濕地等同，采用的基質(zhì)為礫石，粒徑為3 5cm;熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源投加至礫石空隙。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)填充的熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源為聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基戊酸酯、PHB-PHV共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚羥基丁酸戊酸酯/聚乳酸共混物中的一種或任意組合，粒徑為3 Smnin
7.如權(quán)利要求I或6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源投加至固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)的方式為熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源先補(bǔ)加至固體碳源投加管(5)中，未能落入固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)基質(zhì)空隙的熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源用水沖入即可。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源初次投加至固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)的投加體積不超過(guò)固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)基質(zhì)空隙的體積；運(yùn)行I 3年后，熱塑性可生物降解聚酯類固體碳源按每去除Ikg硝態(tài)氮需I 3kg固體碳源的比例投加，每年投加I 2次。
9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)用于低碳氮比地表水、地下水和城市污水處理廠出水的脫氮處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以熱塑性可生物降解聚酯為固體碳源的強(qiáng)化脫氮水平潛流人工濕地系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括進(jìn)水管(1)、布水區(qū)(2)、濕地粗填料區(qū)(3)、濕地細(xì)填料區(qū)(4)、固體碳源投加管(5)、固體碳源強(qiáng)化反硝化區(qū)(6)、濕地植物(7)、集水區(qū)(8)、放水孔(9)、排水區(qū)(10)和排放管(11)。本濕地系統(tǒng)可提高污水的碳氮比，實(shí)現(xiàn)低碳氮比污水中硝酸鹽的去除。本系統(tǒng)具有持續(xù)脫氮能力強(qiáng)、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/32GK103253772SQ201310195378
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月23日
發(fā)明者沈志強(qiáng), 周岳溪 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院