CN102689989B - 一种补充垂直流人工湿地固体碳源的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种补充垂直流人工湿地固体碳源的方法及装置，其步骤是：A、将碳源输送管道安装于垂直流人工湿地底部，湿地内安装填料生物陶粒，种入植物美人蕉；B、将待添加的固体碳源材料经过碱处理的千屈菜装入碳源输送管道；C、将碳源输送管道与湿地系统墙壁的密封口的PVC螺纹堵头旋紧，避免湿地出现漏水。该装置包括碳源输送管道及密封口。其连接关系是：碳源输送管道垂直于湿地墙壁进行安装，管道直径750～850mm，长度与湿地等长，管壁开孔，孔径5～7mm，孔间距为150～200mm。管道与湿地墙壁两端的接触面采用PVC螺纹堵头进行密封连接。该方法简单易行，操作方便，能有效地提高了垂直流湿地的脱氮效率，节省碳源，经济效益明显。

Description

一种补充垂直流人工湿地固体碳源的方法及装置

技术领域

本发明属于环境工程污水处理技术领域，更具体涉及一种补充垂直流人工湿地固体碳源的方法，同时还涉及一种补充垂直流人工湿地固体碳源方法的装置，适用于低碳氮比污水的处理。

技术背景

人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种新型的污水处理工艺，因其具有投资运行费用低、处理效果稳定、管理简便、能够因地制宜的构建等优点，近年来得到了较快的发展，被运用到越来越多的领域，其中包括生活污水、受污染地表水、面源污染、采矿废水、农业和畜牧业污水以及水产养殖废水的处理等方面。

人工湿地系统通过多种机理去除进水中的氮，这些机理主要包括生物、物理和化学等几方面的协同作用，主要有挥发、氨化、硝化反硝化、植物摄取和基质吸附等。研究表明，湿地中主要的除氮机理是微生物的硝化反硝化作用。硝化作用是在好氧条件下，微生物将NH4+-N氧化成NO2—-N和NO3—-N的过程。硝化作用分两步进行：第一步是NH4+-N氧化成NO2—-N的过程，这一过程由严格的好氧菌完成；第二步是NO2—-N进一步氧化成NO3—-N的过程，这一步由兼性化能自养细菌完成。硝化作用只是氮存在形态的变化，真正的脱氮作用并没有发生。反硝化作用是在厌氧条件下，微生物将NO3—-N转化成N2O或N2并释放到大气中的过程。反硝化作用过程中，微生物在缺氧条件下利用水体中的有机碳作为电子供体，以硝化作用的产物NO3—-N作为电子受体，将NO3—-N还原为氮气从系统中去除。

系统中氮的去除关键环节是反硝化作用。它是一个还原反应，需要有机碳源提供电子供体。因而，能否提供充足的反硝化反应所需的碳源就直接决定着湿地系统脱氮能力的高低。低碳氮比的污水在进行生物处理时脱氮效率低，造成出水TN无法达标排放。如何解决此类低碳氮比污水的脱氮效率已成为近年来研究的热点。

当前补充人工湿地碳源的方式主要是在进水水源中直接添加，从本质上讲只是改变进水性质的一种方式，而且这些做法会造成部分碳源在湿地上层发生好氧分解，造成碳源的浪费，增加不必要的污水处理成本，因此如何通过增加人工湿地系统内部碳源，增强系统功能，从而提高脱氮效率非常值得探索。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种补充垂直流人工湿地固体碳源的方法，补充外碳源到湿地内部，为反硝化反应提供足够的电子供体，改善湿地进行反硝化的环境，提高脱氮效果。该方法简单易行，操作方便，能有效地提高垂直流人工湿地的脱氮效率，且该方法采用预埋设的方式，碳源材料缓效释放，可节省碳源投加成本，运行管理方便，经济效益明显。

本发明的另一个目的是在于提供了一种补充垂直流人工湿地固体碳源的装置，结构简单，使用方便，该装置能够将外加碳源补充到湿地内部，为湿地底部反硝化反应提供足够的电子供体，改善湿地进行反硝化的环境，提高脱氮效率，优于在进水中补充碳源的装置。而且该装置采用了价廉易得的PVC管作为碳源输送管道，装置成本低廉。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种补充垂直流人工湿地固体碳源的方法，其步骤是：

A、将碳源输送管道安装于垂直流人工湿地底部，湿地内安装填料生物陶粒，种入植物美人蕉；

B、将待添加的固体碳源材料经过碱处理（置于1%质量比NaOH溶液中浸泡24h）的千屈菜植物材料（植物材料也可为其他固体碳源材料如各种树叶、麦秆等）装入碳源输送管道；

C、将碳源输送管道与湿地系统墙壁的密封口的PVC螺纹堵头旋紧，避免湿地出现漏水的现象,碳源材料中有机碳进行水解溶出，并通过碳源输送管道上的开孔释放到湿地系统中，进入湿地底部，为湿地底部反硝化反应提供足够的电子供体，改善了湿地进行反硝化的环境，显著提高了湿地对低碳高氮废水的脱氮效果。

所述的千屈菜又称对叶莲，对牙草，铁菱角，因其叶呈柳树叶状，又称水柳、水枝柳和水枝锦。千屈菜为千屈菜科千屈菜属。多年生挺水草本植物。株高1米左右，茎四棱形，直立多分枝，叶对生或轮生，披针形。长穗状花序顶生，小花多而密，紫红色，夏秋开花。自然种生长于沼泽地、沟渠边或滩涂上。喜光、湿润、通风良好的环境，耐盐碱，在肥沃、疏松的土壤中生长效果更好。可入药，可治痢疾、肠炎等症;另具外伤止血功效。千屈菜全株高30～100厘米，全体具柔毛，有时无毛。茎直立，多分枝，叶对生或3片轮生，狭披针形，长4～6厘米，宽8～15毫米，先端稍钝或短尖，基部圆或心形，有时稍抱茎。总状花序顶生;花两性，数朵簇生于叶状苞片腋内;花萼筒状，长6～8毫米，外具12条纵棱，裂片6，三角形，附属体线形，长于花萼裂片，约1.5～2毫米;花瓣6，紫红色，长椭圆形，基部楔形;雄蕊12，6长6短;子房无柄，2室，花柱圆柱状，柱头头状。蒴果椭圆形，全包于萼内，成热时2瓣裂;种子多数，细小。花期7～8月。千屈菜原产欧洲和亚洲暖温带，因此喜温暖及光照充足，通风好的环境，喜水湿，我国南北各地均有野生，多生长在沼泽地、水旁湿地和河边、沟边。现各地广泛栽培。比较耐寒，在我国南北各地均可露地越冬。在浅水中栽培长势最好，也可旱地栽培。对土壤要求不严，在土质肥沃的塘泥基质中花艳，长势强壮。千屈菜姿态娟秀整齐，花色鲜丽醒目，可成片布置于湖岸河旁的浅水处。如在规则式石岸边种植，可遮挡单调枯燥的岸线。其花期长，色彩艳丽，片植具有很强的绚染力，盆植效果亦佳，与荷花、睡莲等水生花卉配植极具哄托效果，是极好的水景园林造景植物。也可盆栽摆放庭院中观赏，亦可作切花用。栽培叶还可以食用。

所述的PVC是一种乙烯基的聚合物质，其材料是一种非结晶性材料。PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。

一种实现上述的补充垂直流人工湿地固体碳源的装置，它包括碳源输送管道及密封口。各装置的功能与连接关系是：碳源输送管道垂直于湿地墙壁进行安装，管道直径750～850mm，长度与湿地等长，管壁开孔，孔径5～7mm，孔间距为150～200mm。管道与湿地墙壁两端的接触面采用PVC螺纹堵头进行密封连接。

A、碳源输送管道：碳源输送管道安装于湿地底部，管道直径750～850mm，长度与湿地等长，管壁开孔，孔径5～7mm，孔间距为150～200mm。碳源输送管道开孔便于碳源材料中有机碳释放到湿地系统中；

B、密封口：密封口位于碳源输送管道与湿地墙壁的两端连接处，两端均以PVC螺纹堵头进行密封连接，以便于后续碳源材料的清理及多次重复添加碳源材料。

与在湿地进水中补充碳源的传统方法相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明提供的碳源补充方法采用预埋设的方式，碳源材料缓效释放，可节省碳源投加成本，运行管理方便，经济效益明显。

2、本发明采用投加碳源到湿地底部，以经过碱处理的千屈菜植物材料作为湿地外加碳源，C/N只需要3就可以大大提高湿地脱氮效果，低于在进水中投加需要的碳源（碳氮比6～7），节省了碳源成本。在实施例中，进水总氮浓度均值为36.51mg·L-1，CODCr均值为109mg·L-1，水力负荷为0.30m3·（m2·d）-1，水力停留时间为48h，对照组与添加5g经过碱处理的千屈菜植物材料后的系统总氮出水浓度分别为35.01mg·L-1、25.25mg·L-1，总氮平均去除率分别为4.11％、30.84％，添加碳源后系统的总氮平均去除率提高了26.73%。实验结果表明通过补充碳源到垂直流人工湿地底部，为反硝化反应提供足够的电子供体，改善了湿地进行反硝化的环境，湿地对低碳高氮废水的脱氮效果有显著性提高。进水中含有的CODCr加上添加的5g经过碱处理的千屈菜植物材料，实际碳氮比仅为3∶1，远低于在进水中投加碳源所完成反硝化所需的碳氮比（6∶1～7∶1）。因此该补充碳源方法的突出优点是显著性提高湿地脱氮效率，并节约外加碳源成本。

附图说明

图1为一种补充垂直流人工湿地固体碳源的管道装置示意图。

其中，1-碳源输送管道、2-密封口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

一种补充垂直流人工湿地固体碳源的方法，其步骤是：

A、将碳源输送管道安装于垂直流人工湿地底部，湿地内安装填料生物陶粒，种入植物美人蕉；

B、根据处理污水量和湿地进水C/N，计算湿地处理污水所需要投加的碳源量，称取后将待添加的固体碳源材料装入碳源输送管道，实施例中每套垂直流人工湿地处理水量为15L，补充碳源材料经过碱处理的千屈菜植物材料量为5g，相当于100g/m2。

C、将碳源输送管道与湿地系统墙壁的密封口的PVC螺纹堵头旋紧，避免湿地出现漏水的现象；

D、开始湿地进水、运行阶段。

一种实现上述的补充垂直流人工湿地固体碳源的装置，它包括碳源输送管道及密封口。各装置的功能与连接关系是：碳源输送管道垂直于湿地墙壁进行安装，管道直径750或770或790或800或820或840或850mm，长度与湿地等长，管壁开孔，孔径5或6或7mm，孔间距为150或160或170或180或190或200mm。管道与湿地墙壁两端的接触面采用PVC螺纹堵头进行密封连接。

A、碳源输送管道：碳源输送管道安装于湿地底部，管道直径750或770或790或800或820或840或850mm，长度与湿地等长，管壁开孔，孔径5或6或7mm，孔间距为150或160或170或180或190或200mm。碳源输送管道开孔便于碳源材料中有机碳释放到湿地系统中；

B、密封口：密封口位于碳源输送管道与湿地墙壁的两端连接处，两端均以PVC螺纹堵头进行密封连接，以便于后续碳源材料的清理及多次重复添加碳源材料。

在实施例中其工作过程是：

（1）按照上述补充垂直流人工湿地固体碳源的方法A，构建处理水量为15L/d的垂直流人工湿地小试系统两套，湿地填料为生物陶粒，湿地系统中种植美人蕉；

（2）将5g经过碱处理的千屈菜植物材料作为外加碳源添加到其中一套系统中的碳源输送管道；另一套系统作为对照，不添加任何外加碳源材料；

（3）开始湿地进水，进水总氮浓度均值为36.51mg·L-1，CODCr均值为109mg·L-1，水力负荷为0.30m3·（m2·d）-1，水力停留时间为48h；

（4）取两套湿地出水进行水质分析，对照组与添加5g经过碱处理的千屈菜植物材料作为外加碳源的系统总氮出水浓度分别为35.01mg·L-1、25.25mg·L-1，总氮平均去除率分别为4.11％、30.84％。

实验结果表明通过补充碳源到垂直流人工湿地底部，为反硝化反应提供足够的电子供体，改善了湿地进行反硝化的环境，湿地对低碳高氮废水的脱氮效果有显著性提高。在实施例中，进水中含有的CODCr加上投加的5g经过碱处理的千屈菜植物材料，实际碳氮比仅为3∶1，远低于在进水中投加碳源所完成反硝化所需的碳氮比（6∶1～7∶1）。因此该补充碳源方法的突出优点是显著性提高湿地脱氮效率，并节约外加碳源成本。

Claims (1)

1.一种补充垂直流人工湿地固体碳源的方法，其步骤是：

A、将碳源输送管道安装于垂直流人工湿地底部，湿地内安装填料生物陶粒，种入植物美人蕉；

B、将待添加的固体碳源材料经过碱处理的千屈菜装入碳源输送管道；

C、将碳源输送管道与湿地系统墙壁的密封口的PVC螺纹堵头旋紧，避免湿地出现漏水；

所述的补充垂直流人工湿地固体碳源的方法，由以下装置实现：包括碳源输送管道及密封口，各装置的功能与连接关系是：碳源输送管道垂直于湿地墙壁进行安装，管道直径750～850mm，长度与湿地等长，管壁开孔，孔径5～7mm，孔间距为150～200mm，管道与湿地墙壁两端的接触面采用PVC螺纹堵头进行密封连接；

A、碳源输送管道：碳源输送管道安装于湿地底部，管道直径750～850mm，长度与湿地等长，管壁开孔，孔径5～7mm，孔间距为150～200mm，碳源输送管道开孔便于碳源材料中有机碳释放到湿地系统中；

B、密封口：密封口位于碳源输送管道与湿地墙壁的两端连接处，两端均以PVC螺纹堵头进行密封连接，以便于后续碳源材料的清理及多次重复添加碳源材料。

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