一種間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，包括通過水泵與進水總管連接的自動增氧系統(tǒng)，其特征在于，所述自動增氧系統(tǒng)包括與水泵連接的帶有霧化噴頭的噴淋布水管，噴淋布水管水平設于垂直流人工濕地上方；垂直流人工濕地內(nèi)設有均勻分布的垂直布置的多孔充氣管及反硝化排氣管；垂直流人工濕地的底部與出水總管連接。本發(fā)明通過一組垂直插入人工濕地的多孔充氣管，為濕地中上部硝化區(qū)域提供富氧環(huán)境；通過噴淋布水管增加進水與大氣接觸時間及面積，形成富氧進水，增強濕地硝化脫氮；通過操控反硝化排氣管上端開關，在進水時可快速排出底部反硝化區(qū)域的反硝化氣體，增強濕地反硝化脫氮，大大提高了垂直流人工濕地脫氮的效果。
【專利說明】一種間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境工程污水處理【技術領域】，具體涉及一種間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，適用于生活污水、面源污水、受污染地表水及高濃度氨氮廢水的處理。
【背景技術】
[0002]在水體富營養(yǎng)化日趨嚴重的背景下，水環(huán)境氮污染治理和污廢水脫氮處理成為目前水處理領域的研究熱點。人工濕地作為一種生態(tài)化、低成本的水處理技術，目前在國內(nèi)外已被廣泛應用于污廢水的脫氮處理。人工濕地中存在多種脫氮機理，其中微生物硝化/反硝化作用被普遍認為是最主要的脫氮機理，濕地中氮的去除分兩步進行:第一步是氨氧化成硝氮，即硝化作用；第二步是硝氮被還原成N20或N2，即反硝化作用。硝化作用是好氧過程，主要由亞硝化細菌和硝 化細菌來完成；而反硝化過程則在缺氧條件下由反硝化細菌來完成。一般人工濕地內(nèi)植物和大氣的復氧作用較弱，系統(tǒng)內(nèi)通常整體是厭氧的，單一的氧環(huán)境導致濕地內(nèi)生物脫氮過程不暢。因此，需要研究如何同時增強濕地硝化及反硝化過程，從而保證濕地硝化和反硝化這一重要脫氮機制的暢通。
[0003]當前主要研究集中在如何利用增氧措施加強濕地硝化作用，從而提高濕地脫氮效果。人工濕地的增氧方式主要有設置通氣管和動力增氧兩種方式，這兩種增氧方式均有以下不足:1.通氣管是空氣自流換氣，空氣傳遞效率不高。2.利用空氣壓縮機連續(xù)或間歇向濕地系統(tǒng)中的開孔管進行強化通氣，成本過高，也增加了濕地系統(tǒng)的配套基建投資。另外，這兩種增氧方式都是直接將開孔通氣管埋在濕地系統(tǒng)的基質(zhì)中，細小的沙礫極易堵塞通氣管的開孔，且兩種增氧方式只是考慮了增強濕地硝化作用，但并未真正意義上將污水中的氮從水體中脫除，而反硝化作用才是最終將氮元素轉化成N2O或N2排出水體的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有增氧脫氮系統(tǒng)空氣傳遞效率不高且無法徹底將污水中的氮從水體中脫除的技術問題。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，包括通過水泵與進水總管連接的自動增氧系統(tǒng)，其特征在于，所述自動增氧系統(tǒng)包括與水泵連接的帶有霧化噴頭的噴淋布水管，噴淋布水管設有霧化噴頭的部分水平設于垂直流人工濕地上方；垂直流人工濕地內(nèi)設有均勻分布的垂直布置的多孔充氣管及反硝化排氣管；垂直流人工濕地的底部與出水總管連接。
[0006]優(yōu)選地，所述噴淋布水管由主管及從主管延伸出的平行的支管組成，霧化噴頭設于支管上且向上布置，從霧化噴頭噴出的水與大氣接觸形成富氧進水；相鄰支管之間的距離為20~25cm ;霧化噴頭的直徑為15~20mm，霧化狀態(tài)下覆蓋面積為0.5~4.0m，水流量為30~215L/H，相鄰霧化噴頭之間的距離為10~15cm。
[0007]優(yōu)選地，所述的垂直流人工濕地由從上至下的覆蓋層、濾料層、排水層及防滲層覆合而成，出水總管與排水層連通；多孔充氣管的底端設于濾料層內(nèi)，多孔充氣管在垂直流人工濕地的排水中通過大氣壓力而自動充入氧氣，氧氣順著多孔充氣管向上進入由覆蓋層和濾料層覆合而成的硝化區(qū)域內(nèi)，為硝化區(qū)域供氧；反硝化排氣管上的氣孔設于底段，設有氣孔的管段設于排水層內(nèi)，排水層產(chǎn)生的反硝化氣體揮發(fā)進入反硝化排氣管內(nèi)，從反硝化排氣管頂部排出。
[0008]優(yōu)選地，所述垂直流人工濕地中種植有濕地植物，濕地植物的種植密度為2~3株
/m2。
[0009]優(yōu)選地，所述濕地植物為菖蒲、水生美人蕉和香蒲中的任意一種或幾種。
[0010]優(yōu)選地，所述排水層采用礫石碎石床；所述防滲層采用防滲混凝土。
[0011]優(yōu)選地，所述多孔充氣管的分布密度為I~2個/m2，多孔充氣管上充氣孔的孔徑為5~7mm，孔間距為5~10mm，管外壁包覆有紗網(wǎng)。
[0012]優(yōu)選地，所述反硝化排氣管的分布密度為I~2個/m2，反硝化排氣管上氣孔的孔徑為5~7mm，孔間距為5~10mm，氣孔段管外壁包裹有紗網(wǎng)。
[0013]優(yōu)選地，所述反硝化排氣管從垂直流人工濕地露出的部分設有開關。
[0014]優(yōu)選地，所述垂直流人工濕地采用間歇式運行；進水時，出水總管關閉，反硝化排氣管上端開關打開，排水層產(chǎn)生的反硝化氣體從反硝化排氣管上部管口排出，同時水流進入反硝化排氣管內(nèi)；排水時，進水總管關閉，反硝化排氣管上端開關關閉，當垂直流人工濕地系統(tǒng)水位低于排氣管底部的開孔位置時，其內(nèi)部水流下泄并再次進入排水層內(nèi)，排氣管上部由從管底開孔處進入的 空氣補充。
[0015]本發(fā)明彌補了現(xiàn)有技術所存在的不足，提供的一種間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)結構簡單，利用一組垂直插入人工濕地的多孔充氣管，在垂直流人工濕地排水過程中通過大氣壓力而自動充入氧氣，為濕地中上部硝化區(qū)域提供富氧環(huán)境。通過一組向上開孔的噴淋布水管增加進水與大氣接觸時間及面積，形成富氧進水，增強濕地硝化脫氮；此外，通過操控反硝化排氣管上端開關，在進水時可快速排出底部反硝化區(qū)域的反硝化氣體，增強濕地反硝化脫氮，且通過同時增強濕地硝化及反硝化脫氮過程，大大提高了垂直流人工濕地脫氮的效果。
[0016]與先有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]1.本發(fā)明利用一組垂直插入人工濕地的多孔充氣管，在垂直流人工濕地的排水中通過大氣壓力而實現(xiàn)自動充氧的效果，為濕地中上部硝化區(qū)域提供富氧環(huán)境；同時，利用水平架設在垂直流人工濕地基質(zhì)層上方的噴淋布水管，通過向上噴淋布水的方式增加進水與大氣接觸時間及面積，形成富氧進水，增強濕地硝化脫氮；該自動增氧系統(tǒng)結構簡單、制造安裝方便，且不易造成布水管上開孔堵塞。
[0018]2.本發(fā)明使用的反硝化排氣管，結構簡單、制造安裝方便，通過操控反硝化排氣管上端開關，在進水時可快速排出底部反硝化區(qū)域的反硝化氣體，增強濕地反硝化脫氮。
[0019]3.本發(fā)明通過應用多孔充氣管、向上噴淋布水管及反硝化排氣管，實現(xiàn)了同時增強濕地硝化及反硝化脫氮過程，從而保證濕地硝化和反硝化這一重要脫氮機制的暢通。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明提供的一種間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)的結構示意圖；[0021]圖2為圖1的俯視圖；
[0022]圖3為反硝化導氣管的結構示意圖；
[0023]圖4為多孔充氣管的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0025]如圖1-4所示，為本發(fā)明提供的一種間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)的結構示意圖，包括通過水泵2與進水總管I連接的自動增氧系統(tǒng)，其特征在于，所述自動增氧系統(tǒng)包括與水泵2連接的帶有霧化噴頭6的噴淋布水管3，噴淋布水管3設有霧化噴頭6的部分水平設于垂直流人工濕地12上方；噴淋布水管3由主管及從主管延伸出的平行的支管組成，霧化噴頭6設于支管上且向上布置，從霧化噴頭6噴出的水與大氣接觸形成富氧進水，向上噴淋布水的方式增加進水與大氣接觸時間及面積，增強濕地硝化脫氮；相鄰支管之間的距離為20~25cm ;霧化噴頭6的直徑為15~20mm,霧化狀態(tài)下覆蓋面積為0.5~
4.0m，水流量為30~215L/H，相鄰霧化噴頭6之間的距離為10~15cm。
[0026]垂直流人工濕地12由從上至下的覆蓋層8、濾料層9、排水層10及防滲層11覆合而成，出水總管13與排水層10連通。垂直流人工濕地12內(nèi)設有均勻分布的垂直布置的多孔充氣管4及反硝化排氣管5。多孔充氣管4的底端插入濾料層9內(nèi)，多孔充氣管4在垂直流人工濕地12的排水中通過大氣壓力而自動充入氧氣，氧氣順著多孔充氣管4進入由覆蓋層8和濾料層9覆合而成的硝化區(qū)域內(nèi)，為硝化區(qū)域供氧；反硝化排氣管5上的氣孔設于底段，設有氣孔的管段設于排水層10內(nèi)，排水層10產(chǎn)生的反硝化氣體揮發(fā)進入反硝化排氣管5內(nèi)，從反硝化排氣管5頂部排出。垂直流人工濕地12中種植有濕地植物7。濕地植物7可采用菖蒲、水生美人蕉和香蒲中的任意一種或幾種。排水層10采用礫石碎石床；防滲層11采用防滲混凝土。
`[0027]如圖4所示，多孔充氣管4的分布密度為I~2個/m2，多孔充氣管4上充氣孔的孔徑為5~7mm，孔間距為5~10mm，管外壁包覆有紗網(wǎng)。
[0028]如圖3所示，反硝化排氣管5的分布密度為I~2個/m2，反硝化排氣管5上氣孔的孔徑為5~7mm，孔間距為5~10mm，氣孔段管外壁包裹有紗網(wǎng)。反硝化排氣管5從垂直流人工濕地12露出的管段上安裝一個開關。
[0029]污水由進水總管I通過水泵2導入垂直流人工濕地12，通過架設在垂直流人工濕地12覆蓋層8上方的噴淋布水管3進行布水；垂直流人工濕地12采用間歇式運行；進水時，出水總管13關閉，反硝化排氣管5上端開關打開，排水層10產(chǎn)生的反硝化氣體從反硝化排氣管5上部管口排出，同時水流進入反硝化排氣管5內(nèi)；排水時，進水總管I關閉，反硝化排氣管5上端開關關閉，當垂直流人工濕地12系統(tǒng)水位低于排氣管5底部的開孔位置時，其內(nèi)部水流下泄并再次進入排水層10內(nèi)，排氣管5上部由從管底開孔處進入的空氣補充。
[0030]本發(fā)明通過調(diào)控系統(tǒng)水位及水壓使底部排水層10產(chǎn)生的反硝化氣體揮發(fā)進入反硝化排氣管5內(nèi)，利用反硝化排氣管5上部的開關在下一個運行周期內(nèi)快速排出反硝化氣體，增強濕地反硝化脫氮。
[0031]實施例1[0032]垂直流人工濕地12的尺寸為:長X寬X高=2mX ImX lm。垂直流人工濕地12中種植有6株濕地植物7水生美人蕉。垂直流人工濕地12上方的噴淋布水管3設有6根支管，相鄰支管之間的距離為20cm，每根支管上設有5個直徑為15mm的霧化噴頭6，相鄰霧化噴頭6之間的距離為15cm，霧化噴頭6為銅4分可調(diào)霧化噴頭，購自諸暨綠茵園林機械廠。垂直流人工濕地12中共設置4根反硝化排氣管5和4根多孔充氧管4，反硝化排氣管5上氣孔的孔徑為5mm，孔間距為7mm，氣孔段管外壁包裹有紗網(wǎng)。反硝化排氣管5從垂直流人工濕地12露出的管段上安裝一個開關。多孔充氣管4上充氣孔的孔徑為5mm，孔間距為7mm,管外壁包覆有紗網(wǎng)。進水NH4+-N濃度為10~20mg/L，NO3^-N濃度為10~20mg/L，TN濃度為25~40mg/L，測定結果NH4+_N、NOf-N、TN的平均去除率為85.0%,98.0%,86.0%。出水氨氮和總氮質(zhì)量濃度達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002) —級A排放標準，系統(tǒng)脫氮能力比傳統(tǒng)垂直流人工濕地提高近一倍。
[0033]實施例2
[0034]垂直流人工濕地12的尺寸為:長X寬X高=6mX3mX2m。垂直流人工濕地12中種植有36株濕地植物7水生美人蕉。垂直流人工濕地12上方的噴淋布水管3設有20根支管，相鄰支管之間的距離為20cm，每根支管上設有15個直徑為20mm的霧化噴頭6，相鄰霧化噴頭6之間的距離為15cm，霧化噴頭6為銅4分可調(diào)霧化噴頭，購自諸暨綠茵園林機械廠。垂直流人工濕地12中共設置18根反硝化排氣管5和18根多孔充氧管4，反硝化排氣管5上氣孔的孔徑為7mm，孔間距為9mm，氣孔段管外壁包裹有紗網(wǎng)。反硝化排氣管5從垂直流人工濕地12露出的管段上安裝一個開關。多孔充氣管4上充氣孔的孔徑為7mm，孔間距為9mm，管外壁包覆有紗網(wǎng)。進水NH4+-N濃度為30~38mg/L，NO3^-N濃度為10~20mg/L, TN濃度為45~60mg/L，測定結果NH4+-N、NOf-N、TN的平均去除率為87.0%、96.0%,90.0%。出水氨氮和總氮`質(zhì)量濃度達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)一級A排放標準，系統(tǒng)脫氮能力比傳統(tǒng)垂直流人工濕地提高近一倍。
【權利要求】
1.一種間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，包括通過水泵(2)與進水總管(I)連接的自動增氧系統(tǒng)，其特征在于，所述自動增氧系統(tǒng)包括與水泵(2)連接的帶有霧化噴頭(6)的噴淋布水管(3)，噴淋布水管(3)設有霧化噴頭(6)的部分水平設于垂直流人工濕地(12)上方；垂直流人工濕地(12)內(nèi)設有均勻分布的垂直布置的多孔充氣管(4)及反硝化排氣管(5);垂直流人工濕地(12)的底部與出水總管(13)連接。
2.如權利要求1所述的間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述噴淋布水管(3)由主管及從主管延伸出的平行的支管組成，霧化噴頭(6)設于支管上且向上布置，從霧化噴頭(6)噴出的水與大氣接觸形成富氧水；相鄰支管之間的距離為20~25cm ;霧化噴頭(6)的直徑為15~20mm，霧化狀態(tài)下覆蓋面積為0.5~4.0m,水流量為30~215L/H,相鄰霧化噴頭(6)之間的距離為10~15cm。
3.如權利要求2所述的間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述的垂直流人工濕地(12)由從上至下的覆蓋層(8)、濾料層(9)、排水層(10)及防滲層(II)覆合而成，出水總管(13)與排水層(10)連通；多孔充氣管(4)的底端設于濾料層(9)內(nèi)，多孔充氣管(4)在垂直流人工濕地(12)的排水中通過大氣壓力而自動充入氧氣，氧氣順著多孔充氣管(4)向上進入覆蓋層(8)和濾料層(9)覆合而成的硝化區(qū)域內(nèi)，為硝化區(qū)域供氧；反硝化排氣管(5)上的氣孔設于底段，設有氣孔的管段設于排水層(10)內(nèi)，排水層(10)產(chǎn)生的反硝化氣體揮發(fā)進入反硝化排氣管(5)內(nèi)，從反硝化排氣管(5)頂部排出。
4.如權利要求3所述的間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直流人工濕地(12 )中種植有濕地植物(7)。
5.如權利要求5所述的間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述濕地植物(7)為菖蒲、水生美人蕉和香蒲中的任意一種或幾種。
6.如權利要求3所述的間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述排水層(10)采用礫石碎石床；所述防滲層(11)采用防滲混凝土。
7.如權利要求3所述的間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔充氣管(4)的分布密度為I~2個/m2，多孔充氣管(4)上充氣孔的孔徑為5~7_，孔間距為5~IOmm,管外壁包覆有紗網(wǎng)。
8.如權利要求3所述的間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述反硝化排氣管(5)的分布密度為I~2個/m2，反硝化排氣管(5)上氣孔的孔徑為5~7mm，孔間距為5~10mm，氣孔段管外壁包裹有紗網(wǎng)。
9.如權利要求1-8中任意一項所述的間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述反硝化排氣管(5)從垂直流人工濕地(12)露出的部分設有開關。
10.如權利要求9中任意一項所述的間歇式運行的垂直流人工濕地增氧脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直流人工濕地(12)采用間歇式運行；進水時，出水總管(13)關閉，反硝化排氣管(5)上端開關打開，排水層(10)產(chǎn)生的反硝化氣體從反硝化排氣管(5)上部管口排出，同時水流進入反硝化排氣管(5)內(nèi)；排水時，進水總管(I)關閉，反硝化排氣管(5)上端開關關閉，當垂直流人工濕地(12)系統(tǒng)水位低于排氣管(5)底部的開孔位置時，其內(nèi)部水流下泄并再次進入排水層(10)內(nèi)，排氣管(5)上部由從管底開孔處進入的空氣補充。
【文檔編號】C02F3/30GK103708623SQ201410002615
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權日:2014年1月3日
【發(fā)明者】丁怡, 宋新山, 王瑋, 王宇暉, 王俊鋒, 嚴登明, 王蘇艷, 何媛 申請人:東華大學