CN104829065A - 一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，人工湿地由上至下依次由入流布水区、上层填料、三层多孔板、下层填料、出流集水区组成，入流布水区内种植挺水植物，入流布水区、出流集水区分别连接供、排水系统；污水处理时，由三层多孔板控制人工湿地上、下层分别进行硝化、反硝化反应；污水沿斜坡式输水管道向下流入入流布水区，途经交流电机，将水流产生的势能转化成交流电，再经桥式整流器，将交流电转变成直流电，然后通过导线与设于上层填料、下层填料内的阳极电极材料、阴极电极材料连接构成微电场，以加强湿地的硝化反硝化过程。本发明提供的装置可以提高人工湿地的脱氮效率，具有处理效果好，运行维护便捷的优点。

Description

一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置
技术领域
本发明涉及人工湿地水处理技术领域，尤其涉及一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置。
背景技术
目前，人工湿地作为一种低成本、低能耗的水处理技术得到了人们广泛的关注与研究。人工湿地由挺水植物、多介质滤床和微生物群落通过物理、化学和生物的协同作用达到去除水中污染物的目的。与此同时，人工湿地能形成天然的好氧区和厌氧区，可同时进行硝化反硝化反应。但是，在传统的人工湿地中，不能自身产电来提高人工湿地的脱氮效率，需要外部供电，不仅增加能源消耗，而且提高了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硝化反硝化一体化的、以自驱动微电场来强化人工湿地的装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，其特征在于：人工湿地由上至下依次由入流布水区、上层填料、三层多孔板、下层填料、出流集水区组成，入流布水区内种植挺水植物，入流布水区、出流集水区分别连接供、排水系统；污水处理时，由三层多孔板控制人工湿地上、下层分别进行硝化、反硝化反应；
供水系统包括配水井，配水井内的污水沿斜坡式输水管道向下流入入流布水区，途经交流电机，将水流产生的势能转化成交流电，再经桥式整流器，将交流电转变成直流电，然后通过导线与设于上层填料、下层填料内的阳极电极材料、阴极电极材料连接构成微电场，以加强湿地的硝化反硝化过程。
优选地，所述排水系统包括集水池，所述出流集水区通过集水管连接集水池，集水管上设有集水阀门。
优选地，所述三层多孔板中，上、下两层多孔板相互对应开孔，中间层多孔板的孔与其相互错开；通过旋转开关控制中间层多孔板围绕竖式转轴转动，从而控制上、下两层多孔板的连通。
优选地，当所述旋转开关关闭时，污水进入人工湿地上层，此时NH4+作为电子供体，O2作为电子受体，进行硝化反应；当所述旋转开关打开时，污水进入人工湿地下层，O2减少，有机碳因在上层被氧化，所以作为传统反硝化中电子供体的有机碳也减少，但是此时阴极电极材料上由外电路提供电子，阴极周围的NO3 -作为电子受体，进行反硝化反应，产生的反硝化气体经打开的多孔板向上溢出。
优选地，所述微电场作为外电路提供的电子可供阴极周围水体中含有的金属离子的还原而附着在阴极电极材料上，从而增加水体中金属离子的去除。
优选地，所述挺水植物由芦苇10-20株/m2或美人蕉3-4株/m2布置而成。
优选地，所述入流布水区、出流集水区均由粒径9～15mm的砾石填料组成。
优选地，所述上层填料、下层填料均由粒径5～8mm的砾石填料组成。
本发明提供的装置是将污水沿斜坡流下时产生的势能转化成电能，与人工湿地下、上层的阴、阳电极连接，构成微电场。污水处理时由旋转开关控制人工湿地上、下层分别进行硝化、反硝化反应，从而分别形成好氧、厌氧环境。微电场可加强湿地的硝化、反硝化过程，以提高人工湿地的脱氮效率，具有处理效果好，运行维护便捷的优点。
附图说明
图1为一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置主视图；
图2为一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置俯视图；
图3为多介质滤床中上下两层的多孔板示意图；
图4为多介质滤床中中间层的多孔板示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1和图2分别为本发明提供的一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置主视图和俯视图，人工湿地20的多介质滤床上层种植挺水植物10，中间铺设三层多孔板19，即三层多孔板19布置于上层填料8和下层填料6之间，上层填料8、下层填料6内部分别铺设阳极电极材料5-1、阴极电极材料5-2。人工湿地上、下层分别设有入流布水区9、出流集水区4，分别连接供、排水系统；入流布水区9布置于上层填料8上方，出流集水区4布置于下层填料6下方。供水系统包括配水井16，配水井16通过斜坡式输水管道11与入流布水区9连接，输水管道11上从下至上依次布置有交流电机12、污水管阀13、格栅14、蝶阀15，交流电机12连接桥式整流器17，桥式整流器17通过导线18与阳极电极材料5-1、阴极电极材料5-2连接。排水系统包括集水池1，出流集水区4通过集水管2连接集水池1，集水管2上布置有集水阀门3。
结合图3和图4，上、下两层多孔板相互对应开孔，中间层多孔板的孔与其相互错开，且中间层多孔板有一旋转开关7，可使其围绕竖式转轴转动以控制上、下两层多孔板的连通。多孔板19的尺寸应根据人工湿地的大小而变化。
污水处理时，由旋转开关7控制人工湿地上、下层分别形成好氧(主要进行硝化反应)、厌氧环境(主要进行反硝化反应)。配水井16内的污水沿斜坡式输水管道11向下流入人工湿地20的入流布水区9，经交流电机12、桥式整流器17，将水流势能转为直流电并将之正、负极分别与湿地上、下层的阳、阴极电极材料连接构成微电场，其可加强湿地的硝化反硝化过程。
当中间的多孔板通过旋转开关7关闭时，污水进入人工湿地上层，此时由于O2较多，NH4 +作为电子供体，O2作为电子受体，进行硝化反应。当多孔板的旋转开关7打开时，污水进入人工湿地下层，由于O2较少，有机碳因在上层被氧化，所以作为传统反硝化中电子供体的有机碳也减少，但是此时系统下部的阴极电极材料5-2上由外电路提供电子，阴极附近的NO3 -作为电子受体，进行反硝化反应，产生的反硝化气体经打开的多孔板19向上溢出。
人工湿地20加载的直流电的正、负极分别与湿地上、下层的阳、阴极电极材料连接构成微电场，外电路提供的电子可供阴极周围水体中含有的金属离子的还原而附着在下层阴极电极材料5-2上，从而增加水体中金属离子的去除。
挺水植物组10由芦苇10-20株/m2或美人蕉3-4株/m2布置而成。人工湿地布水区9和集水区4由粒径约9～15mm的砾石填料或其它有类似功能的滤料组成。人工湿地的多介质滤床由上、下层约5～8mm的砾石填料组成。
使用时，配水井16中的污水经格栅14处理后沿斜坡式输水管道11向下流入人工湿地，途经交流电机12，将水流产生的势能转化成交流电，再经桥式整流器17，将交流电转变成直流电，然后与湿地上、下层的阳、阴极电极材料及导线18连接构成微电场；人工湿地20当其中间的多孔板旋转开关7关闭时，污水进入人工湿地上层，此时由于O2较多，NH4 +作为电子供体，O2作为电子受体，进行硝化反应。当多孔板旋转开关7打开时，污水进入人工湿地下层，由于O2较少，有机碳因在上层被氧化，所以作为传统反硝化中电子供体的有机碳也减少，但是此时系统下部的阴极电极材料5-2上由外电路提供电子，阴极附近的NO3 -作为电子受体，进行反硝化反应，产生的反硝化气体经打开的多孔板19向上溢出。
本发明提供的一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置是将污水沿斜坡流下时产生的势能转化成电能，与人工湿地下、上层的阴、阳电极连接，构成微电场。污水处理时由旋转开关控制人工湿地上、下层分别进行硝化、反硝化反应，从而分别形成好氧、厌氧环境。微电场可加强湿地的硝化、反硝化过程，以提高人工湿地的脱氮效率，具有处理效果好，运行维护便捷的优点。

Claims (8)

1.一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，其特征在于：人工湿地(20)由上至下依次由入流布水区(9)、上层填料(8)、三层多孔板(19)、下层填料(6)、出流集水区(4)组成，入流布水区(9)内种植挺水植物(10)，入流布水区(9)、出流集水区(4)分别连接供、排水系统；污水处理时，由三层多孔板(19)控制人工湿地上、下层分别进行硝化、反硝化反应；
供水系统包括配水井(16)，配水井(16)内的污水沿斜坡式输水管道(11)向下流入入流布水区(9)，途经交流电机(12)，将水流产生的势能转化成交流电，再经桥式整流器(17)，将交流电转变成直流电，然后通过导线(18)与设于上层填料(8)、下层填料(6)内的阳极电极材料(5-1)、阴极电极材料(5-2)连接构成微电场，以加强湿地的硝化反硝化过程。
2.如权利要求1所述的一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，其特征在于：所述排水系统包括集水池(1)，所述出流集水区(4)通过集水管(2)连接集水池(1)，集水管(2)上设有集水阀门(3)。
3.如权利要求1所述的一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，其特征在于：所述三层多孔板(19)中，上、下两层多孔板相互对应开孔，中间层多孔板的孔与其相互错开；通过旋转开关(7)控制中间层多孔板围绕竖式转轴转动，从而控制上、下两层多孔板的连通。
4.如权利要求3所述的一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，其特征在于：当所述旋转开关(7)关闭时，污水进入人工湿地上层，此时NH4 +作为电子供体，O2作为电子受体，进行硝化反应；当所述旋转开关(7)打开时，污水进入人工湿地下层，O2减少，有机碳因在上层被氧化，所以作为传统反硝化中电子供体的有机碳也减少，但是此时阴极电极材料(5-2)上由外电路提供电子，阴极周围的NO3 -作为电子受体，进行反硝化反应，产生的反硝化气体经打开的多孔板(19)向上溢出。
5.如权利要求4所述的一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，其特征在于：所述微电场作为外电路提供的电子可供阴极周围水体中含有的金属离子的还原而附着在阴极电极材料(5-2)上，从而增加水体中金属离子的去除。
6.如权利要求1所述的一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，其特征在于：所述挺水植物(10)由芦苇10-20株/m2或美人蕉3-4株/m2布置而成。
7.如权利要求1所述的一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，其特征在于：所述入流布水区(9)、出流集水区(4)均由粒径9～15mm的砾石填料组成。
8.如权利要求1所述的一种一体化硝化反硝化自驱动微电场强化人工湿地的装置，其特征在于：所述上层填料(8)、下层填料(6)均由粒径5～8mm的砾石填料组成。
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