CN113754179A - 一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统和技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统和技术，它涉及水环境治理技术领域。它通过前置塘沉淀可沉降悬浮物，通过纳米气浮滤池去除难沉降的悬浮物，通过仿生水草‑植物湿地去除水体中悬浮物，并结合投加微生物去除水体中的SS、COD、氨氮、总磷和总氮，然后通过潜流湿地去除水体中的COD、氨氮、总磷和总氮，同时控制潜流湿地水位进行高水位‑低水位‑高水位周期性运行，扩大水陆交错区，强化人工湿地厌氧氨氧化脱氮，最后受污染水体经过表流湿再次进行脱氮、除磷，实现整个系统进水悬含量逐渐削减，强化人工湿地脱氮除磷效果的目的，本发明显著提高出水水质，防止人工湿地堵塞，延长人工湿地运行寿命，应用前景广阔。

Description

一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统和技术

技术领域

本发明涉及的是水环境治理技术领域，具体涉及一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统和技术。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市建设不断加快，无水无序化排放导致城市水环境遭到破坏，加之配套污水处理设施不完善，导致我国生态水环境进一步恶化，水体污染日益严重，其中水体富营养化和黑臭等水环境问题严重影响城市形象以及周边居民生活水平，制约着我国建设人与自然和谐共处的生态文明型社会。人工湿地作为一种环境友好型技术，具有运行费用低、维护简单、耐负荷冲击等优点，对我国水环境治理以及生态文明建设具有重要意义，但是由于人工湿的一些缺陷，如人工湿地堵塞、脱氮效果差等制约了人工湿地的推广，基于此，设计一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统和技术尤为必要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统和技术，延长人工湿地运行时间、强化人工湿地脱氮效果，脱氮除磷效果好，降低人工湿地运行负荷以及堵塞风险，有助于人工湿地技术的推广及应用，加快水环境和水生态系统恢复，对我国建设人与自然和谐相处的生态文明型社会具有促进作用，易于推广使用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统，包括进水系统、前处理系统和人工湿地系统，进水系统、前处理系统、人工湿地系统依次相连接；所述进水系统包括有过滤格栅、进水提升泵、进水阀门和第一流量计，所述前处理系统包括有前置塘系统和纳米气浮滤池系统，所述人工湿地系统由微生物菌剂加药系统、仿生水草-植物湿地系统、水平潜流人工湿地系统、潜流湿地PLC水位自动控制系统、垂直潜流人工湿地系统、表流人工湿地系统组成，过滤格栅放置在受污染水体中，进水提升泵的出口与前置塘系统的进水口相连接，将受污染水体泵入前处理系统，进水提升泵与前置塘系统连接的管道上安装有进水阀门和第一流量计，通过进水阀门和第一流量计控制进水流量，前置塘系统与纳米气浮滤池系统相连通，中间设有第一控制阀门，前置塘系统用于沉淀水体中的可沉降悬浮物，纳米气浮滤池系统用于分离水体中的难沉降悬浮物，并对受污染水体进行曝气，提高水体溶解氧，纳米气浮滤池系统与仿生水草-植物湿地系统相连通，两者之间设设置有第二控制阀门，仿生水草-植物湿地系统与微生物菌剂加药系统的加药口相连通，由微生物菌剂加药系统将微生物菌剂泵入仿生水草-植物湿地系统中，仿生水草-植物湿地系统的出水口与水平潜流人工湿地系统的进水口通过管道相连接，管道上设置有第三控制阀门，水平潜流人工湿地系统的出水口与垂直潜流人工湿地系统的进水口相连接，垂直潜流人工湿地系统的出水口与表流人工湿地系统的进水口相连接，水平潜流人工湿地系统、垂直潜流人工湿地系统均设置有不同高度的出水口，与潜流湿地PLC水位自动控制系统控制相连，水体经表流人工湿地系统后进行外排。

作为优选，所述的前置塘系统由前置塘以及设置于前置塘后段的提水曝气装置和推流曝气装置组成，提水曝气装置和推流曝气装置均与曝气装置PLC控制柜连接，所述前置塘用于沉淀水体可沉降悬浮物，提水曝气装置和推流曝气装置用于形成喷泉景观，同时提升水体溶解氧和流动性。所述的提水曝气装置与曝气装置PLC控制柜的PLC自动定时控制系统组成的提水曝气系统可定时自动提水曝气，形成喷泉景观，同时增强水体溶解氧，强化水体好氧微生物的作用，对COD、氨氮具有一定的去除作用；所述的推流曝气装置设置在前置塘的后段，在不干扰可沉降悬浮物沉淀的同时，能够有效增强前置塘水体流动性，增加水体溶解氧含量，避免受污染水体因为前置塘构造的局限性而导致藻类大量生长，甚至发生黑臭现象，有效改善水体微生态环境。

作为优选，所述的纳米气浮滤池系统包括气浮池和纳米曝气装置，受污染水体进入气浮滤池去除水体中难沉降的悬浮物，进一步降低水体中的悬浮物浓度，纳米曝气装置在短时间内提高水体溶解氧，保障人工湿地系统进水的溶解氧水平，强化硝化细菌等好氧菌对氨氮、COD等污染物的去除作用，使仿生水草-植物湿地不需要设置曝气装置，减少投资；所述气浮池由纳米曝气池、固液分离池、清水池和浮渣收集池组成，纳米曝气装置由补水泵、曝气头组件和主机组成，纳米曝气池中安装有补水泵、曝气头组件，补水泵、曝气头组件均连接至主机，受污染水体从前置塘进入纳米气浮系统后首先进入纳米曝气池进行充分的汽水混合，然后进入固液分离池进行固液分离，悬浮物结合纳米气泡后处于上层，进入浮渣收集池，排除系统外，去除悬浮物的清水进入清水池，随后进入人工湿地系统。

作为优选，所述的微生物菌剂加药系统包括有吨桶、搅拌器、加药阀门、加药泵和第二流量计，吨桶中安装有搅拌器，吨桶的出口通过加药泵连接至仿生水草-植物湿地系统，吨桶的出口处安装有加药阀门，加药泵与仿生水草-植物湿地系统连接的管道上安装有第二流量计，通过加药阀门和第二流量计控制加药量；微生物菌剂加药系统在人工湿地启动期向人工湿地系统投加经过筛选的微生物菌剂，可以加快仿生水草-植物湿地中仿生水草和植物根系的挂膜速度，并加速潜流湿地微生物系统的构建，强化人工湿地水质净化效果。

作为优选，所述的仿生水草-植物湿地系统由仿生水草-植物湿地和仿生水草-植物浮岛组成，所述仿生水草-植物浮岛由水生植物、浮体和仿生水草组成，受污染水体经过仿生水草-植物湿地系统，水生植物、仿生水草吸附水体的残余的悬浮物，并在表面逐渐形成微生物膜，去除水体中COD、氨氮、SS、总氮、总磷污染物，降低人工湿地进水悬浮物浓度。

作为优选，所述的水平潜流人工湿地系统由水平潜流人工湿地水生植物和水平潜流人工湿地基质组成，水平潜流人工湿地水生植物是由多种水生植物按照生长特性及作用组成的水生植物群落，水平潜流人工湿地基质是由多种功能性填料按照人工湿地设计标准组成的水平潜流人工湿地水生植物的生长基质，所述水平潜流人工湿地系统的布水呈水平方向。

作为优选，所述的垂直潜流人工湿地系统由垂直潜流人工湿地水生植物和垂直潜流人工湿地基质组成，垂直潜流人工湿地水生植物是由多种水生植物按照其生长特性及作用组成的水生植物群落，垂直潜流人工湿地基质是由多种功能性填料按照人工湿地设计标准组成的垂直潜流人工湿地水生植物的生长基质，所述的垂直潜流人工湿地系统的布水呈垂直方向。

作为优选，所述的潜流湿地PLC水位自动控制系统由PLC主控制柜和第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀以及第四电磁阀组成，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀均连接至PLC主控制柜；所述潜流湿地包括水平潜流湿地和垂直潜流湿地，均设置不同高度的出水口，出水口上设有通过PLC自动控制系统控制的电磁阀，具体地：水平潜流人工湿地系统设置有不同高度的出水口，出水口上设有通过PLC主控制柜控制的第一电磁阀、第二电磁阀；垂直潜流人工湿地系统设置有不同高度的出水口，其出水口上设有通过PLC主控制柜控制的第三电磁阀、第四电磁阀；通过潜流湿地PLC水位自动控制系统控制，定时开放不同高度的出水口，使水平潜流人工湿地系统、垂直潜流人工湿地系统的水位按照高水位-低水位-高水位的周期性交替运行，使其形成固定周期的水陆交错带，扩大厌氧氨氧化细菌“热区”，强化潜流人工湿地的厌氧氨氧化脱氮过程，强化人工湿地脱氮效果，同时释放填料中吸附的氨氮，延长人工湿地填料使用时间，延长人工湿地运行寿命。

作为优选，所述的潜流湿地不限于潜流湿地种类或组合，所述潜流湿地不限于填料种类、功能及组合，所述潜流湿地种植的水生植物不限于在合适气候条件下可以正常生长的水生植物的种类和合理密度，植物主要功能是吸收主要用于吸收水体中的氮、磷等营养元素，净化水质，疏通湿地孔隙，防止堵塞。

作为优选，所述的表流人工湿地系统包括有表流人工湿地水生植物，表流人工湿地水生植物是由多种水生植物按照其生长特性及作用组成的水生植物群落，受污染水体经过垂直潜流人工湿地系统进入表流人工湿地系统，再次经过表流人工湿地水生植物的截留、吸收，微生物的降解，去除水体中的污染物。

一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地技术，包括以下步骤：

(1)受污染水体经过过滤格栅去除水体中杂物和较大的悬浮物，然后进入由前置塘系统和纳米气浮滤池系统组成的前处理系统，首先通过前置塘沉淀受污染水体中可沉降的悬浮物和COD，然后通过纳米气浮滤池去除水体中难以沉降的悬浮物，进一步降低水体悬浮物浓度，同时对受污染水体进行曝气，提高水体溶解氧水平；

(2)受污染水体经过前处理系统后进入人工湿地系统，首先通过仿生水草-植物湿地系统的植物根系和水体中的仿生水草进一步吸附水体中残留的悬浮，并结合微生物菌剂加药系统投加微生物，形成微生物膜，去除水体中的SS、COD、氨氮、总磷和总氮，同时将氨氮转化为硝酸盐氮或亚硝酸盐氮，为潜流湿地厌氧氨氧化提供底物；然后进入由水平潜流人工湿地系统和垂直潜流人工湿地系统组成的多级潜流湿地，通过沉降、过滤、吸附、微生物降解和植物的吸收等过程，去除水体中的SS、COD、氨氮、总磷和总氮等污染物；最后受污染无水体进入表流人工湿地系统，进一步去除水体中的氮、磷等污染物，进行排放；

(3)在人工湿地系统运行过程中，通过潜流湿地PLC水位自动控制系统对潜流人工湿地生态系统水位进行周期性调节，使人工湿地生态系统水位保持高水位-低水位-高水位的运行模式，形成可控的周期性水陆交错带，周期性水陆交错带可以有效提高厌氧氨氧化细菌的丰度，进而强化厌氧氨氧化细菌的脱氮效率，强化人工湿地脱氮能力，去除水体中的氨氮、硝酸盐氮以及总氮，实现受污染水体彻底脱氮，净化水质。

作为优选，所述的步骤(1)中前处理系统中采用在前置塘前段对水体中的可沉降悬浮物进行沉淀，并在前置塘后段采用提水曝气和推流曝气方式增强水体溶解氧和流动性，避免前置塘水体水质恶化，造成二次污染；采用纳米气浮滤池去除水体中难沉降的悬浮物，进一步降低水体悬浮物浓度，并且受污染水体经过纳米气浮滤池可以有效提高仿生水草-植物湿地的进水溶解氧水平，无需再对仿生水草-植物湿地系统设置曝气系统，节约建设和运行成本，并提高处理效果。

作为优选，所述的步骤(2)中采用仿生水草-植物湿地进一步吸附水体中的悬浮物，降低潜流湿地进水悬浮物浓度，通过植物根系和仿生水草形成的微生物膜去除水体中的氨氮、COD、总磷和总氮；采用仿生水草-植物湿地→水平潜流湿地→垂直潜流湿地→表流湿地的多级人工湿地串联的方式，去除水体中的污染物净化水质。

作为优选，所述的步骤(3)中通过PLC水位自动控制系统使人工湿地生态系统形成可控的周期性水陆交错带，水陆交错带是厌氧氨氧化脱氮的“热区”，可控的周期性水陆交错带可以有效提高厌氧氨氧化细菌的丰度，强化厌氧氨氧化脱氮过程，实现高效脱氮。

本发明的有益效果：本系统和技术采用前置塘、纳米气浮滤池和仿生水草以及植物根系，通过沉淀、气浮分离和吸附等措施，逐步去除水体中的悬浮物，降低潜流湿地进水悬浮物浓度，降低人工湿地堵塞风险，延长人工湿地运行寿命；能够通过形成可控的水陆交错带扩大人工湿地水陆交错带，强化厌氧氨氧化“热区”，实现受污染水体的彻底脱氮，提高污水处理中的氮磷除去除效果，去除水体中的COD、氨氮、总氮和总磷等污染物，净化水质，改善水生态环境，而且厌氧氨氧化细菌可以有效释放人工湿地填料吸附氨氮，延长人工湿地填料更换时间，提高人工湿地运行寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的系统平面图；

图2为本发明的工艺流程图；

图3为本发明仿生水草-植物湿地系统中仿生水草-植物浮岛的结构示意图；

图4为本发明纳米气浮滤池系统中气浮池的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-4，本具体实施方式采用以下技术方案：包括进水系统1、前处理系统和人工湿地系统，进水系统1、前处理系统、人工湿地系统依次相连接；所述进水系统1包括有过滤格栅1-1、进水提升泵1-2、进水阀门1-3和第一流量计1-4，所述前处理系统包括有前置塘系统2和纳米气浮滤池系统4，所述人工湿地系统由微生物菌剂加药系统6、仿生水草-植物湿地系统7、水平潜流人工湿地系统9、潜流湿地PLC水位自动控制系统10、垂直潜流人工湿地系统11、表流人工湿地系统12组成。

过滤格栅1-1放置在受污染水体中，进水提升泵1-2的出口与前置塘系统2的进水口相连接，将受污染水体泵入前处理系统，进水提升泵1-2与前置塘系统2连接的管道上安装有进水阀门1-3和第一流量计1-4，前置塘系统2的出水口与纳米气浮滤池系统4的进水口通过管道相连通，管道上设有第一控制阀门3，前置塘系统2用于沉淀水体中的可沉降悬浮物，纳米气浮滤池系统4用于分离水体中的难沉降悬浮物，并对受污染水体进行曝气，提高水体溶解氧，纳米气浮滤池系统4的出水口与仿生水草-植物湿地系统7相连通，两者之间设设置有第二控制阀门5。受污染水体经过前处理系统后，首先经过仿生水草-植物湿地系统7，仿生水草-植物湿地系统7与微生物菌剂加药系统6的加药口相连通，系统启动初期或出水效果下降时，微生物菌剂加药系统6向仿生水草-植物湿地系统7中投加微生物菌剂，由微生物菌剂加药系统6将微生物菌剂泵入仿生水草-植物湿地系统7中，受污染水体经过仿生水草-植物湿地后，进入水平潜流人工湿地系统9，水平潜流人工湿地系统9的进水口与仿生水草-植物湿地系统7的出水口通过管道相连接，管道上设置有第三控制阀门8，水平潜流人工湿地系统9设有不同高度的出水口，通过潜流湿地PLC水位自动控制系统10进行控制，使水平潜流人工湿地系统9形成周期性的水位变化；水平潜流人工湿地系统9的出水口与垂直潜流人工湿地系统11的进水口相连接，受污染水体经过水平潜流人工湿地系统9后进入垂直潜流人工湿地系统11，垂直潜流人工湿地系统11设有不同高度的出水口，通过潜流湿地PLC水位自动控制系统10进行控制，使垂直潜流人工湿地系统11形成周期性的水位变化；垂直潜流人工湿地系统11的出水口与表流人工湿地系统12的进水口相连接受污染水体经过表流人工湿地系统12后进行外排。

值得注意的是，所述的过滤格栅1-1设置在进水系统1的进水口处，用于去除水体中的杂物和较大的悬浮物，受污染水体经过过滤格栅1-1过滤后，通过进水提升泵1-2进入前处理系统，进水提升泵1-2与前处理系统之间设进水有阀门1-3和第一流量计1-4，通过进水阀门1-3和第一流量计1-4控制进水流量。

所述的前置塘系统2包括前置塘2-1以及设置于前置塘2-1后段、通过曝气装置PLC控制柜2-2连接控制的连提水曝气装置2-3和推流曝气装置2-4，提水曝气装置2-3和推流曝气装置2-4均与，所述前置塘2-1用于沉淀水体可沉降悬浮物，提水曝气装置2-3和推流曝气装置2-4用于形成喷泉景观，同时增强前置塘2-1水体水动力和溶解氧，防止前置塘2-1因水体流动性差造成水华。所述的提水曝气装置2-3与曝气装置PLC控制柜2-2的PLC自动定时控制系统组成的提水曝气系统可定时自动提水曝气，形成喷泉景观，同时增强水体溶解氧，强化水体好氧微生物的作用，对COD、氨氮具有一定的去除作用；所述的推流曝气装置2-4设置在前置塘2-1的后段，在不干扰可沉降悬浮物沉淀的同时，能够有效增强前置塘水体流动性，增加水体溶解氧含量，避免受污染水体因为前置塘构造的局限性而导致藻类大量生长，甚至发生黑臭现象，有效改善水体微生态环境。

所述的纳米气浮滤池系统4包括气浮池和纳米曝气装置，受污染水体进入气浮滤池去除水体中难沉降的悬浮物，进一步降低水体中的悬浮物浓度，纳米曝气装置在短时间内提高水体溶解氧，保障人工湿地系统进水的溶解氧水平，强化硝化细菌等好氧菌对氨氮、COD等污染物的去除作用，使仿生水草-植物湿地不需要设置曝气装置，减少投资；所述气浮池由纳米曝气池4-1、固液分离池4-2、清水池4-3和浮渣收集池4-7组成，纳米曝气装置用于气浮池曝气，进行充分的汽水混合，实现固液分离，其由补水泵4-4、曝气头组件4-5和主机4-6组成，纳米曝气池4-1中安装有补水泵4-4、曝气头组件4-5，补水泵4-4、曝气头组件4-5均连接至主机4-6，受污染水体从前置塘进入纳米气浮系统后首先进入纳米曝气池4-1进行充分的汽水混合，然后进入固液分离池4-2进行固液分离，悬浮物结合纳米气泡后处于上层，进入浮渣收集池4-7，排除系统外，去除悬浮物的清水进入清水池4-3，随后进入人工湿地系统。

所述的微生物菌剂加药系统6包括有吨桶6-1、搅拌器6-2、加药阀门6-3、加药泵6-4和第二流量计6-5，吨桶6-1中安装有搅拌器6-2，吨桶6-1的出口通过加药泵6-4连接至仿生水草-植物湿地系统7，吨桶6-1的出口处安装有加药阀门6-3，加药泵6-4与仿生水草-植物湿地系统7连接的管道上安装有第二流量计6-5，通过加药阀门6-3和第二流量计6-5控制加药量；微生物菌剂加药系统6在人工湿地启动期向人工湿地系统投加经过筛选的微生物菌剂，可以加快仿生水草-植物湿地中仿生水草和植物根系的挂膜速度，并加速潜流湿地微生物系统的构建，同时改善人工湿地系统中潜流湿地和表流湿地启动期间微生物含量相对较少造成的水质净化效果较差的情况，强化人工湿地水质净化效果。

所述的仿生水草-植物湿地系统7由仿生水草-植物湿地7-1和仿生水草-植物浮岛组成，所述仿生水草-植物浮岛由水生植物7-2、浮体7-3和仿生水草7-4组成，受污染水体前处理系统进入人工湿地系统后，首先经过仿生水草-植物湿地系统7，水生植物7-2、仿生水草7-4具有一定的吸附作用，可以吸附水体的残余的悬浮物，并在表面逐渐形成微生物膜，去除水体中COD、氨氮、SS、总氮、总磷污染物，进一步降低人工湿地进水悬浮物浓度。

此外，水平潜流人工湿地系统9、潜流湿地PLC水位自动控制系统10、垂直潜流人工湿地系统11组成了潜流人工湿地系统，其中，水平潜流人工湿地系统9由水平潜流人工湿地水生植物9-1和水平潜流人工湿地基质9-2组成，水平潜流人工湿地水生植物9-1是由多种水生植物按照生长特性及作用组成的水生植物群落，水平潜流人工湿地基质9-2是由多种功能性填料按照人工湿地设计标准组成的水平潜流人工湿地水生植物9-1的生长基质，所述水平潜流人工湿地系统9的布水呈水平方向。垂直潜流人工湿地系统11由垂直潜流人工湿地水生植物11-1和垂直潜流人工湿地基质11-2组成，垂直潜流人工湿地水生植物11-1是由多种水生植物按照其生长特性及作用组成的水生植物群落，垂直潜流人工湿地基质11-2是由多种功能性填料按照人工湿地设计标准组成的垂直潜流人工湿地水生植物11-1的生长基质，所述的垂直潜流人工湿地系统11的布水呈垂直方向。潜流湿地PLC水位自动控制系统10由PLC主控制柜10-1和第一电磁阀10-2、第二电磁阀10-3、第三电磁阀10-4以及第四电磁阀10-5组成，第一电磁阀10-2、第二电磁阀10-3、第三电磁阀10-4、第四电磁阀10-5均连接至PLC主控制柜10-1；所述潜流湿地均设置不同高度的出水口，出水口上设有通过PLC自动控制系统控制的电磁阀，具体地：水平潜流人工湿地系统9设置有不同高度的出水口，出水口上设有通过PLC主控制柜10-1控制的第一电磁阀10-2、第二电磁阀10-3；垂直潜流人工湿地系统11设置有不同高度的出水口，其出水口上设有通过PLC主控制柜10-1控制的第三电磁阀10-4、第四电磁阀10-5；通过潜流湿地PLC水位自动控制系统10控制，定时开放不同高度的出水口，使水平潜流人工湿地系统9、垂直潜流人工湿地系统11的水位按照高水位-低水位-高水位的周期性交替运行。

受污染水体经过仿生水草-植物湿地系统7后进入水平潜流人工湿地系统9，然后进入垂直潜流人工湿地系统11，受污染水体在经过水平潜流人工湿地系统9和垂直潜流人工湿地系统11时，通过过滤、离子交换、植物吸收、微生物降解等作用去除水体中的污染物，同时潜流湿地PLC水位自动控制系统10能够自动控制水平潜流人工湿地系统9和垂直潜流人工湿地系统11的水位呈高水位-低水位-高水位的周期性交替运行，使其形成固定周期的水陆交错带，扩大厌氧氨氧化细菌“热区”，强化厌氧氨氧化细菌群落，强化潜流人工湿地的厌氧氨氧化脱氮过程，强化人工湿地脱氮效果，实现受污染水体的彻底脱氮，同时可以有效释放填料中吸附的氨氮，延长人工湿地填料使用时间，延长人工湿地运行寿命。

需要注意的是，所述的潜流湿地不限于潜流湿地种类或组合，所述潜流湿地不限于填料种类、功能及组合，所述潜流湿地种植的水生植物不限于在合适气候条件下可以正常生长的水生植物的种类和合理密度，植物主要功能是吸收主要用于吸收水体中的氮、磷等营养元素，净化水质，疏通湿地孔隙，防止堵塞。

此外，所述的表流人工湿地系统12包括有表流人工湿地水生植物12-1，表流人工湿地水生植物12-1是由多种水生植物按照其生长特性及作用组成的水生植物群落，受污染水体经过垂直潜流人工湿地系统11进入表流人工湿地系统12，再次经过表流人工湿地水生植物12-1的截留、吸收，微生物的降解，去除水体中如COD、总氮、总磷等污染物，最终排放。

一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地技术，包括以下步骤：

(1)受污染水体经过过滤格栅1-1拦截去除水体中杂物和较大的悬浮物，然后进入由前置塘系统2和纳米气浮滤池系统4组成的前处理系统，首先通过前置塘2-1沉淀去除受污染水体中可沉降的悬浮物和COD，并且前置塘中后端设有提水曝气系统和推流曝气系统，用于增氧和提高水体流动性，避免前置塘水体因溶解氧含量低或流动性差导致水质恶化，然后受污染水体经过前置塘后进入纳米曝气滤池，通过纳米气浮滤池去除水体中难以通过沉降去除的悬浮物，进一步降低水体悬浮物浓度，同时对受污染水体进行曝气，提高人工湿地系统进水溶解氧水平；

(2)受污染水体经过前处理系统后进入人工湿地系统，首先进入仿生水草-植物湿地7-1，通过植物根系和水体中的仿生水草进一步吸附水体中残留的悬浮，去除水体中的可溶性有机物，并结合微生物菌剂加药系统6投加微生物，在植物根系和仿生水草表面形成微生物膜，去除水体中的SS、COD、氨氮、总磷和总氮等污染物，同时将氨氮转化为硝酸盐氮或亚硝酸盐氮，为潜流湿地厌氧氨氧化提供底物；然后进入由水平潜流人工湿地系统9和垂直潜流人工湿地系统11组成的多级潜流湿地，通过沉降、过滤、吸附、微生物降解和植物的吸收等过程，去除水体中的SS、COD、氨氮、总磷和总氮等污染物；最后受污染无水体进入表流人工湿地系统12，进一步去除水体中的氮、磷等污染物，进行排放；

(3)在人工湿地系统运行过程中，通过潜流湿地PLC水位自动控制系统10对潜流人工湿地生态系统水位进行周期性调节，控制人工湿地保持高水位-低水位-高水位的交替运行模式，使人工湿地生态系统形成可控的周期性水陆交错带，周期性水陆交错带可以有效提高厌氧氨氧化细菌的丰度，进而强化厌氧氨氧化细菌的脱氮效率，强化人工湿地厌氧氨氧化细菌群落，强化人工湿地脱氮能力，去除水体中的氨氮、硝酸盐氮以及总氮含量，实现受污染水体彻底脱氮，净化水质，并且可以有效缓解人工湿地填料中对氨氮具有吸附效果的填料的饱和时间，延长人工湿地的运行寿命。

值得注意的是，所述的步骤(1)中前处理系统中采用在前置塘前段对水体中的可沉降悬浮物进行沉淀，并在前置塘后段采用提水曝气和推流曝气方式增强水体溶解氧和流动性，避免前置塘水体水质恶化，造成二次污染；采用纳米气浮滤池去除水体中难沉降的悬浮物，进一步降低水体悬浮物浓度，并且受污染水体经过纳米气浮滤池可以有效提高仿生水草-植物湿地的进水溶解氧水平，无需再对仿生水草-植物湿地系统设置曝气系统，节约建设和运行成本，并提高处理效果。

所述的步骤(2)中采用仿生水草-植物湿地进一步吸附水体中的悬浮物，降低潜流湿地进水悬浮物浓度，通过植物根系和仿生水草形成的微生物膜去除水体中的氨氮、COD、总磷和总氮；采用仿生水草-植物湿地→水平潜流湿地→垂直潜流湿地→表流湿地的多级人工湿地串联的方式，去除水体中的污染物净化水质。

所述的步骤(3)中通过PLC水位自动控制系统使人工湿地生态系统形成可控的周期性水陆交错带，水陆交错带是厌氧氨氧化脱氮的“热区”，可控的周期性水陆交错带可以有效提高厌氧氨氧化细菌的丰度，强化厌氧氨氧化脱氮过程，实现高效脱氮。

本具体实施方式工作时，受污染水体经过过滤格栅1-1去除水体中杂物以及较大的悬浮物，通过进水提升泵1-2进入前处理系统，受污染水体进入前处理系统后，首先经过前置塘系统2，水体中可沉降的悬浮物在前置塘系统2前段逐渐沉淀，在前置塘系统2的后段的提水曝气装置2-3和推流曝气装置2-4增强前置塘系统2-1水体的水动力和溶解氧，防止前置塘2-1因水体流动性差、溶解氧下降造成水质恶化，受污染水体经过前置塘处理系统2进入纳米气浮滤池系统4后，首先进入纳米曝气池4-1，由纳米曝气装置进行充分的汽水混合，一部分受污染水体从补水泵4-4进入主机4-6，经过汽水混合→加压溶气→气液分离→气液流体加速→企业流体高速撞击气泡破碎→二次加速→释放，最终形成表面带负电荷的纳米气泡，可以有效吸附凝聚悬浮物颗粒，然后在固液分离池4-2实现固液分离，上层浮渣进入浮渣收集池4-7，下层清水进入清水池4-3，然后进入仿生水草-植物湿地系统7，受污染水体与水生植物7-2根系和仿生水草7-4接触，水体中残留的悬浮物会被水生植物7-2根系和仿生水草7-4吸附在表面，并逐渐形成微生物膜，通过微生物的吸收、降解去除水体中的SS、COD、氨氮、总磷、总氮等污染物；为了加速仿生水草-植物湿地系统7微生物膜生长，通过微生物菌剂加药系统6向仿生水草-植物湿地系统7中投加微生物菌剂，微生物菌剂加入吨桶6-1中进行搅拌稀释，然后通过加药泵6-4投加到仿生水草-植物湿地系统7中，微生物菌剂加药系统通过加药阀门6-3和第二流量计6-5控制投加量，受污染水体从仿生水草-植物湿地系统7排放后，首先进入水平潜流人工湿地系统9，然后进入垂直潜流人工湿地系统11，潜流人工湿地系统运行时通过潜流湿地PLC水位自动控制系统10对水平潜流人工湿地系统9和垂直潜流人工湿地系统11进行水位自动控制，潜流湿地PLC水位自动控制系统10由PLC控制柜10-1控制水平潜流人工湿地系统9的不同高度出水口的第一电磁阀10-2、第二电磁阀10-3进行周期性的开启、闭合，同时控制垂直潜流人工湿地系统11的不同高度出水口的第三电磁阀10-4、第四电磁阀10-5进行周期性的开启、闭合，使其水位呈高水位-低水位-高水位的周期性运行，强化人工湿地水陆交错带，丰富厌氧氨氧化细菌群落，强化人工湿地脱氮能力，受污染水体在潜流人工湿地系统中经过过滤、吸附、植物吸收、微生物降解、氧化还原等一系列作用，去除水体中的SS、氨氮、COD、总磷和总氮等污染物，然后进入表流人工湿地系统12，再次经过植物的截留、吸收，微生物的降解，去除水体中的污染物，如COD、总氮、总磷等，净化水质，改善水生态环境。

本具体实施方式的技术优势在于：①脱氮除磷效果好：系统中的植物滤池中设置生态浮岛，种植高效脱氮、除磷水生植物，可以有效去除水体中的氮、磷等营养元素，另外人工水草、植物根系与微生物形成微生物膜进一步去除水体的氮、磷等营养元素；此外，潜流湿地设置不同高度的出水口，控制人工湿地运行水位，形成可控的水陆交错带，强化厌氧氨氧化细菌群落，实现受污染水体彻底脱氮。

②预防人工湿地堵塞：人工湿地前处理采用纳米曝气，气泡直径小，停留时间长，具有良好的气浮效果，经过人工打捞后可以有效出去水体中的悬浮物；另外生态滤池中设有生态浮岛，种植根系发达的水生植物，生态浮岛下设有人工水草，发达的植物根系和人工水草可以有效吸附水体中的悬浮物，并结合微生物形成微生物膜，进一步降低人工湿地进水悬浮物浓度，预防人工湿地堵塞，提高人工湿地运行寿命。

本具体实施方式有效解决现有的人工湿地技术脱氮效果相对较差、人工湿地填料吸附氨氮达到饱和状态后对手污染水体中氨氮去除效果较差、受污染水体中悬浮物含量较高导致人工湿地堵塞等缺陷，通过该技术能够改善受污染水体现状，有效去除水体中的悬浮物、有机物、氮和磷等污染物，尤其是通过自动控制水位形成周期型的水陆交错带，形成厌氧氨氧化“热区”，强化厌氧氨氧化作用，强化人工湿地厌氧氨氧化脱氮，释放填料吸附的氨氮，延长填料使用寿命；同时能够通过沉淀、气浮和吸附等方式逐步去除潜流湿地进水悬浮物，有效降低人工湿地运行负荷以及堵塞风险，加快人工湿地启动速度，提高人工湿地的运行寿命，该系统和技术主要用于流域水环境综合治理、景观以及河道富营养化以及黑臭水体治理，具有广阔的市场应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统，其特征在于，包括进水系统(1)、前处理系统和人工湿地系统，进水系统(1)、前处理系统、人工湿地系统依次相连接；所述进水系统(1)包括有过滤格栅(1-1)、进水提升泵(1-2)、进水阀门(1-3)和第一流量计(1-4)，所述前处理系统包括有前置塘系统(2)和纳米气浮滤池系统(4)，所述人工湿地系统由微生物菌剂加药系统(6)、仿生水草-植物湿地系统(7)、水平潜流人工湿地系统(9)、潜流湿地PLC水位自动控制系统(10)、垂直潜流人工湿地系统(11)、表流人工湿地系统(12)组成，过滤格栅(1-1)放置在受污染水体中，进水提升泵(1-2)的出口与前置塘系统(2)的进水口相连接，将受污染水体泵入前处理系统，进水提升泵(1-2)与前置塘系统(2)连接的管道上安装有进水阀门(1-3)和第一流量计(1-4)，通过进水阀门(1-3)和第一流量计(1-4)控制进水流量，前置塘系统(2)与纳米气浮滤池系统(4)相连通，中间设有第一控制阀门(3)，前置塘系统(2)用于沉淀水体中的可沉降悬浮物，纳米气浮滤池系统(4)用于分离水体中的难沉降悬浮物，并对受污染水体进行曝气，提高水体溶解氧，纳米气浮滤池系统(4)与仿生水草-植物湿地系统(7)相连通，两者之间设设置有第二控制阀门(5)，仿生水草-植物湿地系统(7)与微生物菌剂加药系统(6)的加药口相连通，由微生物菌剂加药系统(6)将微生物菌剂泵入仿生水草-植物湿地系统(7)中，仿生水草-植物湿地系统(7)的出水口与水平潜流人工湿地系统(9)的进水口通过管道相连接，管道上设置有第三控制阀门(8)，水平潜流人工湿地系统(9)的出水口与垂直潜流人工湿地系统(11)的进水口相连接，垂直潜流人工湿地系统(11)的出水口与表流人工湿地系统(12)的进水口相连接，水平潜流人工湿地系统(9)、垂直潜流人工湿地系统(11)均设置有不同高度的出水口，与潜流湿地PLC水位自动控制系统(10)控制相连，水体经表流人工湿地系统(12)后进行外排。

2.根据权利要求1所述的一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统，其特征在于，所述的前置塘系统(2)由前置塘(2-1)以及设置于前置塘(2-1)后段的提水曝气装置(2-3)和推流曝气装置(2-4)组成，提水曝气装置(2-3)和推流曝气装置(2-4)均与曝气装置PLC控制柜(2-2)连接，所述前置塘(2-1)用于沉淀水体可沉降悬浮物，提水曝气装置(2-3)和推流曝气装置(2-4)用于形成喷泉景观，同时提升水体溶解氧和流动性；

所述的提水曝气装置(2-3)与曝气装置PLC控制柜(2-2)的PLC自动定时控制系统组成的提水曝气系统可定时自动提水曝气，形成喷泉景观，同时增强水体溶解氧，强化水体好氧微生物的作用，对COD、氨氮具有一定的去除作用；

所述的推流曝气装置(2-4)设置在前置塘(2-1)的后段，在不干扰可沉降悬浮物沉淀的同时，能够有效增强前置塘水体流动性，增加水体溶解氧含量，避免受污染水体因为前置塘构造的局限性而导致藻类大量生长，甚至发生黑臭现象，有效改善水体微生态环境。

3.根据权利要求1所述的一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统，其特征在于，所述的纳米气浮滤池系统(4)包括气浮池和纳米曝气装置，受污染水体进入气浮滤池去除水体中难沉降的悬浮物，进一步降低水体中的悬浮物浓度，纳米曝气装置在短时间内提高水体溶解氧，保障人工湿地系统进水的溶解氧水平，强化硝化细菌对氨氮、COD污染物的去除；所述气浮池由纳米曝气池(4-1)、固液分离池(4-2)、清水池(4-3)和浮渣收集池(4-7)组成，纳米曝气装置由补水泵(4-4)、曝气头组件(4-5)和主机(4-6)组成，纳米曝气池(4-1)中安装有补水泵(4-4)、曝气头组件(4-5)，补水泵(4-4)、曝气头组件(4-5)均连接至主机(4-6)，受污染水体从前置塘进入纳米气浮系统后首先进入纳米曝气池(4-1)进行充分的汽水混合，然后进入固液分离池(4-2)进行固液分离，悬浮物结合纳米气泡后处于上层，进入浮渣收集池(4-7)，排除系统外，去除悬浮物的清水进入清水池(4-3)，随后进入人工湿地系统。

4.根据权利要求1所述的一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统，其特征在于，所述的微生物菌剂加药系统(6)包括有吨桶(6-1)、搅拌器(6-2)、加药阀门(6-3)、加药泵(6-4)和第二流量计(6-5)，吨桶(6-1)中安装有搅拌器(6-2)，吨桶(6-1)的出口通过加药泵(6-4)连接至仿生水草-植物湿地系统(7)，吨桶(6-1)的出口处安装有加药阀门(6-3)，加药泵(6-4)与仿生水草-植物湿地系统(7)连接的管道上安装有第二流量计(6-5)，微生物菌剂加药系统(6)在人工湿地启动期向人工湿地系统投加经过筛选的微生物菌剂，可以加快仿生水草-植物湿地中仿生水草和植物根系的挂膜速度，并加速潜流湿地微生物系统的构建，强化人工湿地水质净化效果。

5.根据权利要求1所述的一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统，其特征在于，所述的仿生水草-植物湿地系统(7)由仿生水草-植物湿地(7-1)和仿生水草-植物浮岛组成，所述仿生水草-植物浮岛由水生植物(7-2)、浮体(7-3)和仿生水草(7-4)组成，受污染水体经过仿生水草-植物湿地系统(7)，水生植物(7-2)、仿生水草(7-4)吸附水体的残余的悬浮物，并在表面逐渐形成微生物膜，去除水体中COD、氨氮、SS、总氮、总磷污染物，降低人工湿地进水悬浮物浓度。

6.根据权利要求1所述的一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统，其特征在于，所述的水平潜流人工湿地系统(9)由水平潜流人工湿地水生植物(9-1)和水平潜流人工湿地基质(9-2)组成，水平潜流人工湿地水生植物(9-1)是由多种水生植物按照生长特性及作用组成的水生植物群落，水平潜流人工湿地基质(9-2)是由多种功能性填料按照人工湿地设计标准组成的水平潜流人工湿地水生植物(9-1)的生长基质，所述水平潜流人工湿地系统(9)的布水呈水平方向；

所述的垂直潜流人工湿地系统(11)由垂直潜流人工湿地水生植物(11-1)和垂直潜流人工湿地基质(11-2)组成，垂直潜流人工湿地水生植物(11-1)是由多种水生植物按照其生长特性及作用组成的水生植物群落，垂直潜流人工湿地基质(11-2)是由多种功能性填料按照人工湿地设计标准组成的垂直潜流人工湿地水生植物(11-1)的生长基质，所述的垂直潜流人工湿地系统(11)的布水呈垂直方向。

7.根据权利要求1所述的一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统，其特征在于，所述的潜流湿地PLC水位自动控制系统(10)由PLC主控制柜(10-1)和第一电磁阀(10-2)、第二电磁阀(10-3)、第三电磁阀(10-4)以及第四电磁阀(10-5)组成，第一电磁阀(10-2)、第二电磁阀(10-3)、第三电磁阀(10-4)、第四电磁阀(10-5)均连接至PLC主控制柜(10-1)；所述水平潜流人工湿地系统(9)设置有不同高度的出水口，出水口上设有通过PLC主控制柜(10-1)控制的第一电磁阀(10-2)、第二电磁阀(10-3)；所述垂直潜流人工湿地系统(11)设置有不同高度的出水口，其出水口上设有通过PLC主控制柜(10-1)控制的第三电磁阀(10-4)、第四电磁阀(10-5)，通过潜流湿地PLC水位自动控制系统(10)控制水平潜流人工湿地系统(9)、垂直潜流人工湿地系统(11)的水位按照高水位-低水位-高水位的周期性交替运行，使其形成固定周期的水陆交错带。

8.根据权利要求1所述的一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地系统，其特征在于，所述的表流人工湿地系统(12)包括有表流人工湿地水生植物(12-1)，表流人工湿地水生植物(12-1)是由多种水生植物按照其生长特性及作用组成的水生植物群落，受污染水体经过垂直潜流人工湿地系统(11)进入表流人工湿地系统(12)，再次经过表流人工湿地水生植物(12-1)的截留、吸收，微生物的降解，去除水体中的污染物。

9.一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)受污染水体经过过滤格栅(1-1)去除水体中杂物和较大的悬浮物，然后进入由前置塘系统(2)和纳米气浮滤池系统(4)组成的前处理系统，首先通过前置塘(2-1)沉淀去除受污染水体中可沉降的悬浮物和COD，并且前置塘中后端设有提水曝气系统和推流曝气系统，用于增氧和提高水体流动性，避免前置塘水体因溶解氧含量低或流动性差导致水质恶化，然后受污染水体经过前置塘后进入纳米曝气滤池，通过纳米气浮滤池去除水体中难以通过沉降去除的悬浮物，进一步降低水体悬浮物浓度，同时对受污染水体进行曝气，提高人工湿地系统进水溶解氧水平；

(2)受污染水体经过前处理系统后进入人工湿地系统，首先通过仿生水草-植物湿地系统(7)的植物根系和水体中的仿生水草进一步吸附水体中残留的悬浮，去除水体中的可溶性有机物，并结合微生物菌剂加药系统(6)投加微生物，在植物根系和仿生水草表面形成微生物膜，去除水体中的SS、COD、氨氮、总磷和总氮，同时将氨氮转化为硝酸盐氮或亚硝酸盐氮，为潜流湿地厌氧氨氧化提供底物；然后进入由水平潜流人工湿地系统(9)和垂直潜流人工湿地系统(11)组成的多级潜流湿地，通过沉降、过滤、吸附、微生物降解和植物的吸收过程，去除水体中的SS、COD、氨氮、总磷和总氮污染物；最后受污染无水体进入表流人工湿地系统(12)，进一步去除水体中的氮、磷污染物，进行排放；

(3)在人工湿地系统运行过程中，通过潜流湿地PLC水位自动控制系统(10)对潜流人工湿地生态系统水位进行周期性调节，使人工湿地生态系统水位保持高水位-低水位-高水位的运行模式，形成可控的周期性水陆交错带，周期性水陆交错带可以有效提高厌氧氨氧化细菌的丰度，进而强化厌氧氨氧化细菌的脱氮效率，强化人工湿地脱氮能力，去除水体中的氨氮、硝酸盐氮以及总氮，实现受污染水体彻底脱氮，净化水质。

10.根据权利要求9所述的一种防堵塞和强化厌氧氨氧化脱氮的人工湿地方法，其特征在于，所述的步骤(1)中前处理系统中采用在前置塘前段对水体中的可沉降悬浮物进行沉淀，并在前置塘后段采用提水曝气和推流曝气方式增强水体溶解氧和流动性，避免前置塘水体水质恶化，造成二次污染；采用纳米气浮滤池去除水体中难沉降的悬浮物，进一步降低水体悬浮物浓度，并且受污染水体经过纳米气浮滤池可以有效提高仿生水草-植物湿地的进水溶解氧水平，无需再对仿生水草-植物湿地系统设置曝气系统，节约建设和运行成本，并提高处理效果；

所述的步骤(2)中采用仿生水草-植物湿地进一步吸附水体中的悬浮物，降低潜流湿地进水悬浮物浓度，通过植物根系和仿生水草形成的微生物膜去除水体中的氨氮、COD、总磷和总氮；采用仿生水草-植物湿地→水平潜流湿地→垂直潜流湿地→表流湿地的多级人工湿地串联的方式，去除水体中的污染物净化水质；

所述的步骤(3)中通过PLC水位自动控制系统使人工湿地生态系统形成可控的周期性水陆交错带，水陆交错带是厌氧氨氧化脱氮的“热区”，可控的周期性水陆交错带可以有效提高厌氧氨氧化细菌的丰度，强化厌氧氨氧化脱氮过程，实现高效脱氮。

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