CN103449611A - 一种供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置 - Google Patents

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李怀正
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Abstract

本发明提出了一种供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，它由水平潜流人工湿地、进水管、曝气管、出水管、湿地植物以及鼓风机组成。利用水平潜流湿地的合理配置，在湿地内部预留自然复氧通道，并在通道两侧湿地下部布置有曝气管道，通过两种供氧方式的配合，使得经过的水流得以好氧方式处理。该系统结构简单，可以在湿地内部创造硝化、反硝化反应所需的好氧、缺氧交替变化的环境条件，大大提高脱氮效果。同时，曝气管道的布置与运行控制，可以更好地调控好氧条件，使处理条件可控。同时，由于该方法仅是改造湿地内部的结构，不增加处理系统的面积，控制了成本，增加了环境效益。

Description

一种供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置
技术领域
本发明属于环境工程污水处理技术领域，具体涉及一种供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，适用于生活污水、受污染的地表水以及浓度较高氨氮废水的处理。
背景技术
人工湿地技术起源自20世纪初期，于欧洲和美国发展起来。由于其投资抵、构造简单、施工方便、便于管理维护等优点而逐渐被广泛应用。具体形式包括有表面流湿地、水平潜流湿地、垂直潜流湿地和复合垂直流湿地等。其中，潜流湿地因为其受气候、季节等因素影响较小、可有效防止湿地蚊蝇的滋生等优点，在我国得到广泛应用。近年来，随着潜流人工湿地的研究不断深入，易堵塞及除氨氮效果不好等缺点得以改进。而在技术应用中发现，潜流人工湿地内部溶解氧浓度较低，通常小于1mg/L，成为了湿地去除有机物、氨氮及脱氮效果差的限制因素，该现象在水平潜流湿地中表现得更为明显。通常的预曝气是通过曝气机向水体中注入空气，以提高水体溶解氧浓度，但存在能耗较大、需单独设立预处理装置、运行费用较高、不能解决持续的需氧等问题。
人工湿地中对氮的吸收，除植物吸收、氨氮挥发等极少量去除途径以外，主要是依靠微生物的硝化与反硝化作用达到脱氮目的。其中，硝化反应是将氨氮转化为硝态氮，是氧化反应，在好氧条件下进行；而反硝化反应是将硝态氮转化为氮气，是还原反应，需要缺氧环境条件。微生物的硝化与反硝化作用在氮的去除中占有很重要的地位，其相应的基本条件就是硝化和反硝化细菌以及适宜其生长的湿地土壤环境条件。因此在人工湿地中通过增氧技术，以实现好氧与缺氧环境，可以为硝化、反硝化提供合适的环境条件，提升装置脱氮能力，具有很重要的实际应用价值。
目前常用的人工湿地增氧模式主要有：湿地前预曝气；湿地中强化供氧或插入导管通气；湿地后设置好氧组合工艺。通过这些模式上的变更以达到好氧与缺氧环境，但存在着以下不足。
1. 预曝气及组合工艺需另设好氧处理装置，增加了基建投资和运行费用；
2.  湿地中通过插导管通气的氧的传递效率不高，而全程强化供氧则增加了处理及维护成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有人工湿地增氧模式的不足之处，提出一种供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，通过控制水平潜流人工湿地内氧的含量，解决人工湿地内部供氧问题，以更好地提升装置的脱氮处理能力，同时又更大程度节约基建与运行成本。
本发明提出的一种供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，由水平潜流人工湿地1、进水管2、曝气管3、出水管4、湿地植物5以及鼓风机6组成，所述装置主体为水平潜流人工湿地1，水平潜流人工湿地1内按照复氧区和湿地处理区III方式交替布置，湿地处理区III位于复氧区一侧，且湿地处理区III与复氧区不另设隔墙；所述复氧区由填充与水平潜流人工湿地1不同基质的自然复氧通道区                                                
Figure 269096DEST_PATH_IMAGE001
以及人工增氧区
Figure 213918DEST_PATH_IMAGE002
构成，人工增氧区II位于自然复氧通道区
Figure 189571DEST_PATH_IMAGE001
两侧，人工增氧区底部设置曝气管3，所述曝气管3与鼓风机6相连，达到可控的供氧区域；人工增氧区II和湿地处理区III上部均种植湿地植物5，自然复氧通道区
Figure 632371DEST_PATH_IMAGE001
上部不种植湿地植物5。
本发明中，所述水平潜流人工湿地1的总有效高度为600～1500mm，水平潜流人工湿地1内填充砂或砾石，粒径为6～10mm，水平潜流人工湿地1表面填充以土壤、砂土或混合物中一种以上，粒径为3～6mm，
本发明中，所述砾石是碎石、碎瓦或瓦砾中的一种或几种。
本发明中，所述自然复氧通道区I填充空隙率与水平潜流人工湿地1主体不同，可采用具有吸附氨氮、磷的介质，如沸石、高炉渣或红泥等中一种或一种以上，粒径为5～15mm，并以单独或组合形式填充，自然复氧通道区I数目可为1～10。
本发明中，所述自然复氧通道区I长度可与水平潜流人工湿地1相同，深度为水平潜流人工湿地1高度的1/5至1/1之间，宽度为20cm～150cm，与相邻两自然复氧通道区I所分隔出的湿地处理区III的宽度比为1：1.5～1：10。
本发明中，所述曝气管到与相近自然复氧通道区I边缘水平距离为0～50cm，垂直高度为距离水平潜流人工湿地1底部0～40cm，曝气管开孔直径为1～10mm，间距为1～500mm，穿孔的孔口与垂线夹角0～360度，曝气管可选用PVC管、钢管或铸铁管等材质的一种或多种进行组配。
本发明与现有技术相比所产生的优势效果是：
本发明提出的一种供氧量可控的水平潜流人工湿地，具有结构简单、实用方便、构思巧妙、操作条件可变且易控制等特点，鼓风机的曝气可以加强复氧区的氧气供给。整个装置形成内部缺氧与好氧交替环境，对污水进行净化处理，可实现高效脱氮。
本发明装置利用在水平潜流湿地中合理布置，预留供氧通道，在通道旁布设曝气管道，通过人工增氧区、自然复氧通道的作用，使通过的水流实现短区域好氧。该装置可以创造硝化、反硝化反应所需的好氧、缺氧交替变化的环境条件，大大提高脱氮效果。同时，通过曝气管道的布置与运行条件的控制，可以更好地调控好氧条件，且配合自然复氧，降低装置运行成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为自然复氧通道区（
Figure 177622DEST_PATH_IMAGE003
）剖面图。
图3为人工增氧区（
Figure 650191DEST_PATH_IMAGE004
）剖面图。
图中标号：1为水平潜流人工湿地，2为进水管，3为曝气管，4为出水管，5为湿地植物，6为鼓风机，
Figure 327422DEST_PATH_IMAGE003
为自然复氧通道区，
Figure 314970DEST_PATH_IMAGE004
为人工增氧区，III为湿地处理区。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
实施例1：如图1所示，本实施例中一种供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，它由曝气管3、水平潜流人工湿地1等组成，其特征是：在湿地内部，通过铺设不同基质，形成自然复氧通道区
Figure 601595DEST_PATH_IMAGE003
，深度为湿地总高度的1/2，并在该区域附近底部铺设曝气管3，共同构成复氧区。曝气管3一端与地表的鼓风机6相连，曝气管3的另一端封闭。湿地表面填充以土壤，土壤下为填充粗砂作为基质，在湿地中种植芦苇。
如图2所示，本实施例中自然复氧通道区
Figure 725409DEST_PATH_IMAGE003
，填充与湿地基质不同的孔隙率较大的基质－沸石，粒径为10mm，以增大自然复氧通道区
Figure 570612DEST_PATH_IMAGE003
的空隙，提高复氧效果；同时具有吸附氨氮的作用。
如图3所示，本实施例中人工增氧区
Figure 45455DEST_PATH_IMAGE004
距底部20cm、距自然复氧通道区
Figure 135771DEST_PATH_IMAGE003
两边边界各10cm处铺设曝气管3，通过鼓风机6控制曝气量，使DO在2.0mg/L以上。曝气管开孔直径为3mm，间距为50mm，穿孔的孔口与垂线夹角45度，曝气管选用PVC管.。
工作过程：该新型水平潜流湿地1采用连续进水，连续出水的工作方式，当污水由进水管2进入人工湿地中，流经种植以植物的湿地部分，通过吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解等作用，对水质进行净化。污水在流经过程中，不断消耗湿地内部的氧气，使部分处于缺氧状态。随后，初步净化后的污水流入自然复氧通道区，通过自然复氧与人工增氧合理调控下的好氧区域，进一步对水质进行了净化。之后又进入下一个缺氧-好氧处理循环单元中。以氮的去除为例说明，原污水中的氮先通过好氧条件硝化、缺氧条件反硝化，原水中的氮在形式上得到了转化，从污水中脱离出来，得以去除，达标排放。
本实施例中，供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置处理城市生活污水，原水经过初沉池沉淀后进入湿地装置中。其化学需氧量（CODcr）为150~250mg/L，氨氮为13.0~37.2mg/L，总氮为21.9～42.0mg/L。自然复氧通道区宽度300mm，共设置3道，自然复氧通道区与湿地主体的宽度比为1：10，自然复氧通道区填充以深度为80cm的沸石与高炉渣混合填料，并通过调整人工曝气量控制湿地内含氧量。其出水达到GB18918-2002中一级B排放标准，同时相对于普通水平潜流人工湿地而言，提高了脱氮除磷的效率。

Claims (6)

1.一种供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，由水平潜流人工湿地(1)、进水管(2)、曝气管(3)、出水管(4)、湿地植物(5)以及鼓风机(6)组成，其特征在于所述装置主体为水平潜流人工湿地(1)，水平潜流人工湿地(1)内按照复氧区和湿地处理区(III)方式交替布置，湿地处理区(III)位于复氧区一侧，且湿地处理区(III)与复氧区不另设隔墙；所述复氧区由填充与水平潜流人工湿地(1)不同基质的自然复氧通道区(I)以及人工增氧区(II)构成，人工增氧区(II)位于自然复氧通道区(I)两侧，人工增氧区(II)底部设置曝气管(3)，所述曝气管(3)与鼓风机(6)相连，达到可控的供氧区域；人工增氧区(II)和湿地处理区(III)上部均种植湿地植物(5)，自然复氧通道区(I)上部不种植湿地植物(5)。
2.根据权利要求1所述的供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，其特征在于所述水平潜流人工湿地(1)的总有效高度为600～1500mm，水平潜流人工湿地(1)内填充砂或砾石，粒径为6～10mm，水平潜流人工湿地(1)表面填充有土壤、砂土或混合物中一种以上，粒径为3～6mm。
3.根据权利要求2所述的供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，其特征在于所述砾石是碎石、碎瓦或瓦砾中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，其特征在于所述自然复氧通道区(I)填充的基质为沸石、高炉渣或红泥中一种或一种以上，粒径为5～15mm，并以单独或组合形式填充，自然复氧通道区(I)数目为1～10个。
5.根据权利要求1所述的供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，其特征在于所述自然复氧通道区(I)长度与水平潜流人工湿地(1)相同，深度为水平潜流人工湿地(1)高度的1/5至1/1之间，宽度为20cm～150cm，与相邻两自然复氧通道区(I)所分隔出的湿地处理区(III)的宽度比为1：1.5～1：10。
6.根据权利要求1所述的供氧量可控的水平潜流人工湿地处理装置，其特征在于所述曝气管到与相近自然复氧通道区(I)边缘水平距离为0～50cm，垂直高度为距离水平潜流人工湿地(1)底部0～40cm，曝气管(3)开孔直径为1～10mm，间距为1～500mm，穿孔的孔口与垂线夹角0～360度，曝气管选用PVC管、钢管或铸铁中的一种或多种。
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