CN113666503A - 一种用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地 - Google Patents

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梁健臻
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Abstract

本发明涉及用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其包括进水管、出水管和位于进水管和出水管之间的复合型人工湿地床，所述复合型人工湿地床的床体内部从下至上依次铺设卵石层、主体填料层、土壤层，所述主体填料层的填料采用玉米芯生物炭、硫铁矿、以及砾石、石灰石、沸石混合物中的一种或几种混合而成；所述土壤层上种植有沉水植物，所述土壤层的上部与所述进水管相连通，所述卵石层的底部与所述出水管相连通，引入污水处理厂尾水至所述复合型人工湿地床中并使其沿床体表面形成表面流，作为复合人工湿地中的好氧单元，促进硝化反应，床体内形成潜流以作为复合人工湿地中的厌氧单元，提高反硝化反应，两者协同强化复合人工湿地的脱氮效果。

Description

一种用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地。
背景技术
城市污水处理系统中，大多数污水处理厂只能做到二级处理，这导致了排放出来的尾水中虽然去除了大量的有机污染物，但是水体中NH4 +-N和NO3 --N的含量依然很高，存在很高的致水体富营养化的风险。针对这一问题，可以采用人工湿地受纳污水处理厂尾水的方式，对尾水进行三级深度脱氮处理。然而，尾水中由于有机物含量低，氮含量较高，即C/N较低，而足够的碳源是影响反硝化脱氮的关键因素，因此低C/N不利于脱氮的进行，未能充分发挥人工湿地的自我净化功能，使得污水处理厂尾水中的氮源无法有效去除。
通常可以将人工湿地分为表面流人工湿地和潜流人工湿地两大类。表面流人工湿地的大气复氧效果优于潜流人工湿地，然而表面流人工湿地占地面积大，卫生条件较差，常作为污水预处理系统；潜流人工湿地占地面积小，水体都在基质内部流动，氧含量少，卫生条件好，保温性能好，当水体在潜流人工湿地内流动时，其可与基质、植物根系及内部微生物充分接触，更有利于氮素被吸附降解，但由于微生物脱氮的过程(即硝化-反硝化过程)需要复杂的有氧和无氧条件，潜流人工湿地也无法达到最优的脱氮效果。
发明内容
基于此，针对现有人工湿地对低C/N尾水脱氮处理的不足与空缺，本发明的目的在于，提供一种强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其具有脱氮效果好且脱氮效率高的优点。
本发明实施例是通过下述技术方案达到上述目的的：
一种强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其包括进水管、出水管和位于进水管和出水管之间的复合型人工湿地床，所述复合型人工湿地床的床体内部从下至上依次铺设卵石层、主体填料层、土壤层，所述主体填料层的填料采用玉米芯生物炭、硫铁矿、以及砾石、石灰石、沸石混合物中的一种或几种混合而成；所述土壤层上种植有沉水植物，所述土壤层的上部与所述进水管相连通，所述卵石层的底部与所述出水管相连通。
本发明实施例通过所述复合型人工湿地的构建，利用水泵等装置沿所述进水管将污水处理厂尾水引入至所述复合型人工湿地床中，尾水沿床体表面流动，形成表面流，所述土壤层的土壤及种植的沉水植物会对尾水中的污染物进行净化，同时表面流中的好氧环境使其能够作为复合型人工湿地中的好氧单元，有利于硝化反应的进行，使NH4 +氧化为NO3 -；之后尾水透过所述土壤层下行，此时，部分污染物会因为土壤胶体的吸附作用以及植物根部的吸收作用被截留下来；当尾水到达所述主体填料层时，形成潜流，并作为复合型人工湿地中的厌氧单元，使尾水在所述主体填料层中进行关键的反硝化脱氮处理，以协同强化人工湿地的脱氮效果，其中玉米芯生物炭会为异养反硝化微生物提供充足的碳源，而硫铁矿中的FeS2会为自养反硝化微生物提供电子供体来将NO3 -还原进行自养反硝化脱氮，同时，生物炭的高孔隙度，高比表面积特征使其也会对N进行吸附，以达到除氮的效果；最后下行至所述卵石层因为粒径较大，孔隙度较大，其与所述出水管相连通可以防止尾水在出口处堵塞，使得处理完成的尾水可从下部的出水管中顺利流出，控制水力停留时间≥4小时。
进一步地，所述卵石层的填料采用粒径为5～8cm的卵石，以确保有较大的孔隙度，以防止发生堵塞。
进一步地，所述玉米芯生物炭是由玉米芯在经过粉碎后经无氧煅烧制得，其碳含量相对较高，且具有来源广泛、生产成本低及效果良好等优点。
进一步地，所述玉米芯粉碎后为在500℃下无氧煅烧3小时。
进一步地，所述硫铁矿的粒径范围为3～5mm，其主要成分为FeS2，其能够提供Fe和S元素，有利于天然存在的自养微生物生长，其中还原态的S能够为部分自养微生物提供电子使其能够将NO3 -还原成N2脱离体系以达到脱氮目的，Fe2+也可以作为部分自养微生物的电子供体，以便进一步除去水体中的NO3 -。所述硫铁矿与所述玉米芯生物炭复配使用，在充分提供碳源的同时，充分激发了其他自养微生物的脱氮潜能。
进一步地，所述砾石、石灰石、沸石混合物的粒径范围为9～13mm，其中砾石、石灰石、沸石为按照1：1：(1～2)的体积比均匀混合填充。
进一步，所述沉水植物为苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻的一种或几种，均种植在土壤层的表层上，密度为8～10株/m2，沉水植物其能够对污染物进行净化，同时其根部能够通过吸收作用吸附一定的污染物，达到对水体进行净化的目的。
进一步地，所述土壤层容积与所述复合型人工湿地床床体的容积之比为(8～12)：100；所述主体填料层与所述复合型人工湿地床床体的容积之比为(65～75)：100；所述卵石层容积与所述复合型人工湿地床床体的容积之比为(18～22)：100。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明实施例所述用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地结构示意图；
附图标记说明：
1-进水管，2-沉水植物，3-土壤层，4-主体填料层，5-卵石层，6-出水管。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于本发明在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不为违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受以下公开的实施例的限制。
请参照图1，图1为本发明实施例所述用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地结构示意图，如图所示，本发明实施例针对现有人工湿地对低C/N尾水脱氮处理的不足与空缺，其中需要说明的是，低C/N水体指的是尾水中碳氮比值小于4的尾水。
本发明实施例所述用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其包括进水管1、出水管6和位于进水管1和出水管6之间的复合型人工湿地床，所述复合型人工湿地床的床体内部从下至上依次铺设卵石层5、主体填料层4、土壤层3。
其中，所述卵石层的填料采用粒径为5～8cm的卵石。
主体填料层4的填料采用玉米芯生物炭、硫铁矿、以及砾石、石灰石、沸石混合物中的一种或几种混合而成；所述玉米芯生物炭是由玉米芯在经过粉碎后在500℃下无氧煅烧3小时制得，其碳含量相对较高，且具有来源广泛、生产成本低及效果良好等优点；所述硫铁矿的粒径范围为3～5mm，其主要成分为FeS2。所述砾石、石灰石、沸石混合物的粒径范围为9～13mm，其中砾石、石灰石、沸石为按照1：1：(1～2)的体积比均匀混合填充。
土壤层3上种植有沉水植物2，土壤层3的上部与进水管1相连通，卵石层5的底部与出水管6相连通。沉水植物2为苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻的一种或几种，均种植在土壤层的表层上，密度为8～10株/m2。
作为一种可选实施方式，在本实施例中，土壤层3容积与所述复合型人工湿地床床体的容积之比为(8～12)：100；主体填料层4与所述复合型人工湿地床床体的容积之比为(65～75)：100；卵石层5容积与所述复合型人工湿地床床体的容积之比为(18～22)：100。
本发明实施例通过所述复合型人工湿地的构建，利用水泵等装置沿所述进水管将污水处理厂尾水引入至所述复合型人工湿地床中，尾水沿床体表面流动，形成表面流，所述土壤层的土壤及种植的沉水植物会对尾水中的污染物进行净化，同时表面流中的好氧环境使其能够作为复合型人工湿地中的好氧单元，有利于硝化反应的进行，使得NH4 +氧化为NO3 -；
之后尾水透过所述土壤层下行，此时，部分污染物会因为土壤胶体的吸附作用以及植物根部的吸收作用被截留下来，达到对水体进行净化的目的；
当尾水下行到达所述主体填料层时，形成潜流，并作为复合型人工湿地中的厌氧单元，使尾水在所述主体填料层中进行关键的反硝化脱氮处理，以协同强化人工湿地的脱氮效果，其中玉米芯生物炭其碳含量相对较高，且具有来源广泛、生产成本低及效果良好等优点，能够为异养反硝化微生物提供充足的碳源，而硫铁矿中的FeS2能够提供Fe和S元素，有利于天然存在的自养微生物生长，其中还原态的S能够为部分自养微生物提供电子使其能够将NO3 -还原成N2脱离体系以达到脱氮目的，Fe2+也可以作为部分自养微生物的电子供体，以便除去水体中的NO3 -；同时，生物炭的高孔隙度，高比表面积特征使其也会对N进行吸附，以达到除氮的效果；
最后尾水下行至所述卵石层，通过限定所述卵石的粒径范围，利用其粒径较大，孔隙度较大的特点，其与所述出水管相连通可以防止尾水在出口处堵塞，使得处理完成的尾水可从下部的出水管中顺利流出，控制水力停留时间≥4小时。
综上所述，本发明实施例所述的复合型人工湿地，其有效整合表面流和潜流人工湿地的优点，采用表面流-潜流复合人工湿地，以表面流人工湿地作为复合人工湿地中的好氧单元，促进硝化反应，而潜流人工湿地作为复合人工湿地中的厌氧单元，提高反硝化反应，两者协同强化人工湿地的脱氮效果，能够有效处理污水处理场尾水存在高致水体富营养化风险的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其特征在于：包括进水管、出水管和位于进水管和出水管之间的复合型人工湿地床，所述复合型人工湿地床的床体内部从下至上依次铺设卵石层、主体填料层、土壤层，所述主体填料层的填料采用玉米芯生物炭、硫铁矿、以及砾石、石灰石、沸石混合物中的一种或几种混合而成；所述土壤层上种植有沉水植物，所述土壤层的上部与所述进水管相连通，所述卵石层的底部与所述出水管相连通。
2.根据权利要求1所述的用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其特征在于：所述卵石层的填料采用粒径为5～8cm的卵石。
3.根据权利要求1所述的用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其特征在于：所述玉米芯生物炭是由玉米芯在经过粉碎后经无氧煅烧制得。
4.根据权利要求3所述的用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其特征在于：所述玉米芯粉碎后为在500℃下无氧煅烧3小时。
5.根据权利要求1所述的用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其特征在于：所述硫铁矿的粒径范围为3～5mm，其主要成分为FeS2。
6.根据权利要求1所述的用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其特征在于：所述砾石、石灰石、沸石混合物的粒径范围为9～13mm，其中砾石、石灰石、沸石为按照1：1：(1～2)的体积比均匀混合填充。
7.根据权利要求1所述的用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其特征在于：所述沉水植物为苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻的一种或几种，均种植在土壤层的表层上，密度为8～10株/m2。
8.根据权利要求1所述的用于强化低碳氮比尾水脱氮的复合型人工湿地，其特征在于：所述土壤层容积与所述复合型人工湿地床床体的容积之比为(8～12)：100；所述主体填料层与所述复合型人工湿地床床体的容积之比为(65～75)：100；所述卵石层容积与所述复合型人工湿地床床体的容积之比为(18～22)：100。
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