CN111908614B - 一种串联回流强化脱氮人工湿地 - Google Patents
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Abstract
一种串联回流强化脱氮人工湿地，包括配水井、配水系统、湿地I、湿地II和串联管道系统，所述湿地I、湿地II分别包括缺氧区、好氧区和出水调节池，所述湿地I、湿地II之间通过配水系统和出水调节池与串联管道系统连接，所述配水井通过进水管与湿地I和湿地II的配水系统连接。本发明运行成本低、缓解湿地堵塞和提高湿地脱氮能力，将串联回流功能与人工湿地结合进行，将两组人工湿地串联，每组人工湿地采用设置缺氧区和好氧区。将反硝化反应器前置，回流部分硝化液，并以原水为碳源促进反硝化反应，从而增强湿地的脱氮能力。将两组湿地周期性的交替，可以减缓生物膜的生长速率，缓解湿地的堵塞问题，延长湿地使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种串联回流强化脱氮人工湿地。
背景技术
根据《2017年城乡建设统计公报》，截至2017年，我国城市地区的污水处理率到达了94.5％，我国县城地区的污水处理率到达了90.2％。随着人们对环境要求的不断提高，人们不仅对污水的处理率提出了更高的要求，对污水的尾水排放标准的要求也日趋严格。此外，为了响应新农村建设，人们对农村污水处理率和排放标准也提出了更高的要求。
人工湿地是20世纪70年代末发展起来的一种新型废水生物处理技术。它所具有能耗低、处理效果好、运行费用低及容易管理等特点被广泛应用于处理生活废水、污染河水、农业废水、污水处理厂尾水和工业废水等领域。随着尾水排放标准的提高，人工湿地常常被用于污水厂的深度处理，进一步去除尾水中的总氮。此外，农村由于可用来建设污水处理设施的土地面积大，使得越来越多的设计者采用人工湿地技术来处理农村生活污水，满足排放标准。由此可见，人工湿地处理技术在污水处理领域占有重要地位。
但从目前已有的工程实践来看，随着湿地的长期运行，湿地会出现堵塞现象。据美国环境保护署对100多个运行中的人工湿地调查发现，有将近50％的人工湿地在投入使用后5年内出现不同程度的堵塞，在我国早期设计并运行的人工湿地中，也有部分出现堵塞现象。解决湿地堵塞常用的方法是清洗填料或者更换填料，这大大增加了湿地的运行成本。此外，人工湿地能够很好的去除COD、BOD等，却不能很好的脱氮。硝化反硝化作用被认为是湿地脱氮的最主要形式，反硝化反应是限制湿地脱氮效率的主要因素，传统的增氧方式只能提高硝化反应的效率，却无法增强反硝化反应的效率。因此，需要一种运行成本低、简单的方法来缓解湿地堵塞和提高湿地脱氮能力的方法。
发明内容
为了克服已有湿地的运行成本较高、容易堵塞和脱氮能力较差的不足,本发明提供了一种运行成本低、缓解湿地堵塞和提高湿地脱氮能力的串联回流强化脱氮人工湿地。将串联回流功能与人工湿地结合进行，将两组人工湿地串联，每组人工湿地采用设置缺氧区和好氧区。将反硝化反应器前置，回流部分硝化液，并以原水为碳源促进反硝化反应，从而增强湿地的脱氮能力。此外，由于原水中含有丰富的营养物质，使得位于前端的湿地中生物膜生长速率远大于后端的湿地，更易形成湿地堵塞问题，因此将两组湿地周期性的交替，可以减缓生物膜的生长速率，缓解湿地的堵塞问题，延长湿地使用寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种串联回流强化脱氮人工湿地，包括配水井、配水系统、湿地I、湿地II和串联管道系统，所述湿地I、湿地II分别包括缺氧区、好氧区和出水调节池，所述湿地I、湿地II之间通过配水系统和出水调节池与串联管道系统连接，所述配水井通过进水管与湿地I和湿地II的配水系统连接。
进一步，所述串联管道系统包含串联管道和串联管阀门，所述串联管阀门包括第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，所述串联管道分别通过第一阀门、第二阀门与湿地I的进水管和湿地II的进水管连通，湿地I的出水管和湿地II的出水管分别通过第三阀门和第四阀门与串联管道连通；工艺运行时，将第二阀门、第三阀门开启，第一阀门、第四阀门关闭，污水由湿地Ⅰ流向湿地Ⅱ；或者将第二阀门、第三阀门关闭，第一阀门、第四阀门开启，污水由湿地II流向湿地I。
所述湿地Ⅰ与湿地Ⅱ的长宽高之比均为3：1：0.5，所述湿地Ⅰ与湿地Ⅱ均含进水系统、配水系统、出水调节池、曝气系统、硝化液内循环系统，所述出水调节池均包含集水管、出水管、出水管阀门、集泥斗和排泥管等。
进一步，所述的曝气系统包含微孔曝气管和空气泵，通过空气泵来曝气量。
所述硝化液内循环系统均包含硝化液回流管和硝化液循环泵，通过循环泵来控制内回流比R。
所述的配水系统采用干管、支干管和支管组合而成，干管管径为DN 100～DN 400，支干管管径为DN 75～DN 150，支管为DN 75以下，其中支管开孔，孔径5～10mm，间距50～150mm，侧向45度开孔。
所述湿地Ⅰ与湿地Ⅱ为人工湿地，所述人工湿地主体为潜流人工湿地，其中缺氧区与好氧区长度之比为1:2，并用隔水墙分隔，污水经配水系统流入前端湿地，在人工湿地的缺氧区和好氧区内得到处理，随后流入后端湿地，同时通过硝化液硝化泵回流部分硝化液。
所述的人工湿地主体底部人工铺设防渗层，人工湿地填料从下至上依次为：底部排水层采用粒径10～20mm砾石，排水层厚度为200～300mm；过渡层采用粒径5～10mm砾石，规律层厚度为100～300mm；滤料层采用3～6mm石英砂，滤料层厚度为500～800mm，；顶层采用粒径5～10mm砾石，顶层厚度为50～200mm。
所述的人工湿地主体中的植株建议因地制宜，选种适合当地环境的本土植物，兼顾净化水质和美化景观。常规植物主要为：芦苇、蒲草、水芹、黄花莺尾、香蒲、灯心草等。
所述的污水进水COD为50～200mg/L，氨氮为5～30mg/L，总氮为10～30mg/L，总磷为0.1～3mg/L。
所述的周期型交替原水进水的湿地，具体为工艺运行时，原水通过进水管流到湿地Ⅰ内进行处理，随后流到湿地Ⅱ内进行处理后排出；运行6个月后交替，原水通过进水管流到湿地Ⅱ内进行处理，随后流到湿地Ⅰ内进行处理后排出，其中交替周期为6个月。
本发明的技术构思为：人工湿地对COD有较好的去除效果，但对氮元素的去除效果却不理想，人工湿地对氮元素的去除通过物理、化学、生物等作用实现的，其中微生物的硝化-反硝化作用是脱氮最主要的方式。但人工湿地会因为溶解氧过低抑制了硝化反应，从而影响湿地的脱氮能力，传统的增氧方式在增加溶解氧浓度来提高硝化反应的同时，因为溶解氧过高而抑制反硝化反应，无法明显增强湿地的脱氮能力。
人工湿地在运行过程中会出行堵塞问题，进水端相对于出水端，含有更多的营养物质，这使得湿地的进水端对比出水端更易堵塞。此外，湿地的堵塞会影响湿地的运行效率，减短湿地的使用寿命，导致湿地水体恶臭滋生蚊虫。应当湿地堵塞问题，人们常采用投加氧化剂或者增溶剂，清洗或者更换填料等方法，但这些方法会大大加大湿地的运行成本。
本发明提供了一种串联回流强化脱氮人工湿地工艺，其将串联回流功能与人工湿地结合进行，将两组人工湿地串联，每组人工湿地采用设置缺氧区和好氧区，形成A/O串联。同时提高湿地中的硝化反应与反硝化反应的效率，加强了人工湿地的脱氮能力。此外，周期性的交替两组湿地，让湿地形成富营养-寡营养周期，从而减缓生物膜的生长速率，缓解湿地的堵塞问题，延长湿地使用寿命。
本发明的有益效果主要表现在：本发明结合串联回流的优势，将硝化反应与反硝化反应分别在两个反应区内进行，通过串联两组湿地，让污水能够得到充分的处理，提高湿地的脱氮能力。此外，通过周期性交替两组湿地，让两组湿地内的营养物含量呈富营养-寡营养周期变化，减缓湿地中填料表面生物膜的生长速率，缓解湿地的堵塞问题。本工艺充分发挥了人工湿地对污染物截留、吸附和降解作用，具有操作简单，运行稳定，湿地使用寿命厂，对污染物去除率高的特点。
附图说明
图1是串联回流强化脱氮人工湿地的工艺流程图。
图2是湿地I的剖面图。
图3是湿地II的剖面图。
图4是配水系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图4，一种串联回流强化脱氮人工湿地，包括配水井14，进水阀门1、2，湿地Ⅰ15，湿地Ⅱ16等组成，通过将湿地分隔成缺氧区和好氧区，使得硝化反应和反硝化反应均能在有利的条件下进行，提高湿地的脱氮能力。
所述的出水调节池17、22包含集水管18、24，出水管19、25，出水管阀门7、8，硝化液回流管20、26，硝化液循环泵9、10，排泥管21、28，经湿地处理后的污水经过集水管18、24进入出水调节池，控制出水管阀门7、8将出水调节池内的污水通过出水管19、25排出，同时通过硝化液循环泵9、10回流硝化液。
所述的曝气系统包含微孔曝气管22、27和曝气泵11、12，通过调节曝气泵11、12来控制曝气量。微孔曝气管长度为好氧区长度的3/4，设置在基质滤料层底部高度，曝气量应根据进入湿地的污水流量决定，控制气水比为3～6。
所诉的串联管道系统包含串联管道13和串联管阀门3、4、5、6(即第一、第二、第三、第四阀门)，工艺运行时，将阀门4、5(即第二、第三阀门)开启，阀门3、6(即第一、第四阀门)关闭，污水由湿地Ⅰ流向湿地Ⅱ。
污水在人工湿地，由缺氧区流向好氧区，其中缺氧区和好氧区通过隔水墙29、31实现分隔，污水在湿地内经过物理、化学和生物等作用得到处理后排出，同时回流部分硝化液。其中的回流比R通过控制硝化液循环泵9、10来实现，保持回流比R为300％左右。
具体方法示例为：工艺运行时，开启进水阀门1，串联管阀门4、5(即第二、第三阀门)，出水阀门8，关闭进水阀门2，串联管阀门3、6(即第一、第四阀门)，出水阀门7，污水经配水管均匀进入湿地Ⅰ，通过湿地Ⅰ内的A/O区进行处理后，通过串联管道13流向湿地Ⅱ，通过湿地Ⅱ内的A/O区处理后排出。
运行6个月后开始周期性交替，开启进水阀门2，串联管阀门3、6(即第一、第四阀门)，出水阀门7，关闭进水阀门1，串联管阀门4、5(即第二、第三阀门)，出水阀门8，污水经配水管均匀进入湿地Ⅱ，通过湿地Ⅱ内的A/O区进行处理后，通过串联管道13流向湿地Ⅰ，通过湿地Ⅰ内的A/O区处理后排出。
所述的配水管采用干管32，支干管33和支管34组合而成。干管32管径为DN 100～DN 400，支干管33管径为DN 75～DN 150，支管34为DN 75以下。支管34开孔，孔径5～10mm，间距50～150mm，侧向45度开孔。
所述的人工湿地主体中的植株30、32建议因地制宜，选种适合当地环境的本土植物，兼顾净化水质和美化景观。常规植物主要为：芦苇、蒲草、水芹、黄花莺尾、香蒲、灯心草等。
所述的污水进水COD为50～200mg/L，氨氮为5～30mg/L，总氮为10～30mg/L，总磷为0.1～3mg/L。
Claims (6)
1.一种串联回流强化脱氮人工湿地，其特征在于，包括配水井、配水系统、湿地I、湿地II和串联管道系统，所述湿地I、湿地II分别包括缺氧区、好氧区和出水调节池，所述湿地I、湿地II之间通过配水系统和出水调节池与串联管道系统连接，所述配水井通过进水管与湿地I和湿地II的配水系统连接；
所述串联管道系统包含串联管道和串联管阀门，所述串联管阀门包括第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，所述串联管道分别通过第一阀门、第二阀门与湿地I的进水管和湿地II的进水管连通，湿地I的出水管和湿地II的出水管分别通过第三阀门和第四阀门与串联管道连通；工艺运行时，将第二阀门、第三阀门开启，第一阀门、第四阀门关闭，污水由湿地Ⅰ流向湿地Ⅱ；或者将第二阀门、第三阀门关闭，第一阀门、第四阀门开启，污水由湿地II流向湿地I；
所述湿地Ⅰ与湿地Ⅱ的长宽高之比均为3：1：0.5，所述湿地Ⅰ与湿地Ⅱ均含进水系统、配水系统、出水调节池、曝气系统、硝化液内循环系统，所述出水调节池均包含集水管、出水管、出水管阀门、集泥斗和排泥管；
所述湿地Ⅰ与湿地Ⅱ为人工湿地，所述人工湿地主体为潜流人工湿地，其中缺氧区与好氧区长度之比为1:2，并用隔水墙分隔，污水经配水系统流入前端湿地，在人工湿地的缺氧区和好氧区内得到处理，随后流入后端湿地，同时通过硝化液硝化泵回流部分硝化液。
2.如权利要求1所述的串联回流强化脱氮人工湿地，其特征在于，所述的曝气系统包含微孔曝气管和空气泵，通过空气泵来控制曝气量。
3.如权利要求1所述的串联回流强化脱氮人工湿地，其特征在于，所述硝化液内循环系统均包含硝化液回流管和硝化液循环泵，通过循环泵来控制内回流比R。
4.如权利要求1所述的串联回流强化脱氮人工湿地，其特征在于，所述的配水系统采用干管、支干管和支管组合而成，干管管径为DN 100~DN 400，支干管管径为DN 75~DN 150，支管为DN 75以下，其中支管开孔，孔径5~10 mm，间距50~150 mm，侧向45度开孔。
5.如权利要求1所述的串联回流强化脱氮人工湿地，其特征在于，所述的人工湿地主体底部人工铺设防渗层，人工湿地填料从下至上依次为：底部排水层采用粒径10~20 mm砾石，排水层厚度为200~300 mm；过渡层采用粒径5~10 mm砾石，过滤层厚度为100~300 mm；滤料层采用3~6 mm石英砂，滤料层厚度为500~800 mm；顶层采用粒径5~10mm砾石，顶层厚度为50~200 mm。
6.如权利要求1所述的串联回流强化脱氮人工湿地，其特征在于，所述的人工湿地主体中的植株为芦苇、蒲草、水芹、黄花莺尾、香蒲或灯心草。
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