CN102701453A - 一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置，为筒状结构，底部设有气室(5)，气室(5)的出口处设有隔板，气室的进气口(4)经空气输送管连接空气压缩机，造流装置(1)的顶部连接浮筒(2)，底部连接沉子(3)，垂直竖立于水中并保持位置固定。与现有技术相比，本发明通过底部通入的压缩空气形成的“气弹”，造成筒内水体自下而上循环流动，将生态塘中富含硝酸盐的水体带至底部泥水界面处。在泥水界面处，附着生长的反硝化菌能够利用底泥中富含的有机物，将水相中的硝酸盐还原成氮气从水体中脱除，从而提高生态塘系统的脱氮效率。

Description

一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置

技术领域

本发明涉及农业面源生态塘处理系统，尤其涉及一种在生态塘系统中设置的造流装置，能够有效利用生态塘底部泥-水界面处的反硝化菌和有机碳源，提高系统反硝化脱氮效果，属于农业面源污染处理技术领域。

背景技术

近年来，在农业人口密集，种植业发达的湖泊流域，由于施用氮肥产生、并通过地表径流输送进入湖泊的总氮，往往占入湖氮污染的主要部分，已成为引发我国重要湖泊如太湖、巢湖、滇池、洱海等水体富营养化的重要原因。最近20年来国内外工程治理经验显示，针对氮污染的产生和输移过程，以“源头控制-污染源治理-地表径流溪(河)流原位净化-生态塘净化-湖滨带修复”等技术环节为核心的综合治理技术链，是较为适合我国国情的农业面源氮污染控制方法。而其中生态塘是农业面源输移过程中净化污染物的重要的技术环节，也是地表径流进入湖泊生态系统之前的最后一道净化屏障，如何有效发挥或进一步提升其脱氮效能，是决定农业面源氮污染控制工程成败的关键之一。

农业面源污染水在生态塘系统中的停留时间一般为2～5d，其总氮去除率约为10％～35％。生态塘系统的氮去除机制主要包括含氮颗粒物的沉淀、底泥-水界面的生物反硝化、以及水生植物吸收三方面。现有工程研究发现，生态塘系统净化以硝酸盐为主的农业面源污染水时，在其底泥-水界面发生的生物反硝化过程是系统主要脱氮途径，占总氮去除率的50％～90％。然而，在工程实践中，却发现生态塘的脱氮效能不稳定，波动较大，在有风浪扰动情况下，生态塘会表现出更好的脱氮效果，这种差异在夏季表现得尤为突出。造成这种现象的原因是因为风浪扰动能够消除水体竖向的分层现象，加大了水体垂向流动，增加了水体与底泥界面处的接触机率，使得水相中的硝酸盐能够迁移到泥水界面处，在界面处反硝化菌的作用下完成反硝化脱氮过程。由此可见，通过研究开发一种能够持续造成水体垂向流动的造流装置，适度增加水体与底泥界面的接触，能够有效地提高生态塘系统的脱氮效果，从而降低处理后出水氮含量，提升出水水质。

发明内容

本发明的目的在于针对现有生态塘系统脱氮效能的不足，提供一种水体造流装置，造成水体的垂向流动，使得水体与底泥界面充分接触，提高生态塘系统的反硝化效能。

为实现这一目的，本发明在生态塘系统中安装一造流装置。在造流装置中，底部的气弹自下而上推动下层水体在筒内上升，并到达表面水体后分散开来，拉动下部水体继续在筒内上向流动，从而形成持续性的自下而上的循环流动，加大水体与底泥界面的接触机率。

本发明的造流装置具体结构为：

一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置，该造流装置为筒状结构，底部设有气室，气室的出口处设有隔板，气室的进气口经空气输送管连接空气压缩机，造流装置的顶部连接浮筒，底部连接沉子，垂直竖立于水中并保持位置固定。

所述的造流装置的直径为30cm，高度为60cm。

所述的气室的宽度为0.1m，高度为0.15m。

所述的浮筒高30～40cm，直径为10～15cm，浮筒内填充塑料泡沫。

所述的沉子为6个单重为3kg的水泥砌块。

所述的造流装置顶部距水面0.2m。

造流装置设置的个数和规格可以根据生态塘的水面面积和平均水深确定。造流装置采用有机塑料材质，通过空气压缩机供气形成间歇性“气弹”，从而带动水体混合流动，同时有效破坏水体分层，加速水体之间的传质交换。

与现有技术相比，本发明根据农业面源低碳高氮的水质特征，结合生态塘系统中泥水界面处的特性和生物反硝化原理，提供一种造流装置。该装置通过造成水体的垂向流动，加大水体与底泥界面处的接触机率，利用界面处的反硝化菌、有机碳源和厌氧-好氧微环境，提高生态塘系统的反硝化能力，提升出水水质；另一方面在装置运行过程中，造流装置能够为生态塘系统中的微生物提供氧气，加速污染物的降解速率，综合提升处理水水质。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为气流在造流装置中的流态示意图；

图3为水流在造流装置中的流态示意图。

图中，1为造流装置、2为浮筒、3为沉子、4为进气口、5为气室、6为气弹；实线箭头所示为气流方向，虚线箭头所示为水流方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置，结构如图1所示，造流装置1为筒状结构，底部设有气室，气室出口设有隔板，气室进气口连接空气压缩机。造流装置1的顶部连接浮筒2，底部连接沉子3，从而垂直竖立于水中并保持位置固定，造流装置的内径为30cm，高度为60cm。

在造流装置中，气流和水流的流态分别如图2及图3所示。造流装置为筒状结构，底部设有气室5，气室的宽度为0.1m，高度为0.15m，气室出口设有隔板，气室进气口4连接空气压缩机。图中，6为产生的气弹，实线箭头所示为气流方向，虚线箭头所示为水流方向。

以下为本发明的一个具体应用实施例。

实验地点为水面面积8000m²，平均水深1.25m的某生态塘系统，用于处理农业面源污染水体，主要污染物是硝酸盐氮。测定进水中硝酸盐氮含量为6～12mg/L，有机物(COD)含量6～18mg/L。待处理水在生态塘系统中的水力停留时间为4天，出水硝酸盐含量为5.2～11.3mg/L，去除率为6％～13％。

根据生态塘的面积、平均水深等因素，试验确定采用4个扬水量为1000m³/d的造流装置，设备直径D为0.3m，高H为0.6m；气室体积0.04m³，高h为0.15m，宽w为0.1m，平均每8s产生一个“气弹”。为造流装置供气的空气压缩机排气量100m³/h，功率为3kW，放置于岸边的空气压缩机站房中。空气输送管采用PVC塑料管，管径为15mm，用于连接造流装置和岸上的空气压缩机，长度约80m。

在造流装置顶部连接浮筒，浮筒为高30cm，直径10cm的圆柱形筒体，内部为塑料泡沫；造流装置底部连接6个3kg重的水泥沉子，调整浮筒和沉子使造流装置垂直立于水中，使造流装置顶部距水面0.2m。用摇船拖载造流装置安置于目标水域位置，开启空气压缩机，启动造流装置。

造流装置启动运行两周后，监测生态塘系统出水水质，硝酸盐含量下降至4.7～7.2mg/L，去除率上升至22～42％。在此后造流装置连续运行的3个月期间，生态塘出水中的硝酸盐一直能够维持在此范围内，对脱氮效能起到了很好的提升效果。

Claims (6)

1.一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置，其特征在于，该造流装置(1)为筒状结构，底部设有气室(5)，气室(5)的出口处设有隔板，气室的进气口(4)经空气输送管连接空气压缩机，造流装置(1)的顶部连接浮筒(2)，底部连接沉子(3)，垂直竖立于水中并保持位置固定。

2.根据权利要求1所述的一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置，其特征在于，所述的造流装置(1)的直径为30cm，高度为60cm。

3.根据权利要求1所述的一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置，其特征在于，所述的气室(5)的宽度为0.1m，高度为0.15m。

4.根据权利要求1所述的一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置，其特征在于，所述的浮筒(2)高30cm，直径为10cm，浮筒(2)内填充塑料泡沫。

5.根据权利要求1所述的一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置，其特征在于，所述的沉子(3)为6个单重为3kg的水泥砌块。

6.根据权利要求1所述的一种提高农业面源生态塘处理系统脱氮效率的造流装置，其特征在于，所述的造流装置(1)顶部距水面0.2m。

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