CN213171676U - 一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种带有弱电场辅助的人工湿地构型，以刺激基质中的微生物活性，并促进基质中有机质的释放，强化污染物的去除效率，从而提高人工湿地的污水处理效率和处理负荷，可应对多变气候和冲击负荷的耐受能力的一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，包括人工湿地池体、进水区和排水区，所述人工湿地池体包括填料层，所述填料层上设有基质层，所述基质层上设有碳源层，所述基质层上交替设有用于去除污水中COD和氮污染物的电动力学装置，所述电动力学装置包括一个阳极板和两个阴极板组成的对电极，所述对电极置于所述基质层内，所述阳极板位于所述阴极板之间，所述阳极板和阴极板与外部的供电电源电连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及污水处理技术领域，特别涉及一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地。
背景技术
随着经济的快速发展，大量氮磷等营养元素进入水环境中破坏水体的生态平衡。经调查，2016-2018年41个国家级水产种质资源保护区（内陆）水体中总氮为主要超标指标。在城市区域，常规污水处理厂可通过投加甲醇、乙酸及葡萄糖等碳源的方式，在厌氧反硝化细菌的作用下进行反硝化脱氮。但对于一些偏远地区，尤其是农村区域，无法承担投加碳源等方式而带来的大量成本和缺少专业运营维护的技术人员。偏远地区大部分的点污染源采用的是化粪池简单处理然后直接排放，部分较少的区域采用厌氧预处理+人工湿地技术。一般情况下，这些技术可较好地去除污水中的COD，但对总氮去除效率低，出水的总氮难以达到排放标准。
为解决此问题，部分研究者提出复合人工湿地的方案，多个类型的人工湿地，包括表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地，采用不同的组合方式可形成复合人工湿地。复合人工湿地虽然可以提高污染物的去除率，但进一步突出人工湿地占地面积大的缺点，且没有从根本上改善低C/N污水中总氮难以去除的难题。另外，由于人工湿地的污染负荷和水力负荷有限，难以适应污水的水质波动。复合人工湿地也不能解决冬天低温的条件下微生物活性低的问题，难以确保处理后的污水达标排放。
农村地区地势开阔、太阳能资源丰富且便于利用，利用太阳能发电为污水处理设备提供所需的电力，具有清洁性、经济性以及可操作性等优点。基于单一的人工湿地处理存在难以应对水质波动和总氮问题，将电动力学技术引入到人工湿地中，在低强度直流电的作用下，在刺激微生物活性的同时，促进基质中有机质的释放，便于污染物的去除。设计基于太阳能供电的电动力学耦合人工湿地系统，解决湿地运行中的电能供给，降低运行成本，提高人工湿地去除污染物的效率，同时强化总氮的去除。
实用新型内容
为克服现有人工湿地难以去除总氮，不能适应水质波动，在冬季处理效果欠佳等问题，本实用新型专利提出一种带有弱电场辅助的人工湿地结构，以刺激基质中的微生物活性，并促进基质中的有机物溶出，强化污染物的去除效率，从而提高人工湿地结构的污水处理效率和处理负荷，应对多变气候、冲击负荷的耐受能力的一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，包括人工湿地池体、进水区和排水区，所述人工湿地池体包括填料层，所述填料层上设有基质层，所述基质层上设有碳源层，所述基质层上设有用于去除污水中COD和氮污染物的动力学装置，所述电动力学装置包括一个阳极板和两个阴极板组成的对电极，所述阳极板和阴极板置于于所述基质层内，所述阳极板位于所述阴极板之间，所述阳极板和阴极板与外部的供电电源电连接。
进一步改进的是：所述电动力学装置中的阴阳极之间的电压梯度为0.3-0.5 V/cm。
进一步改进的是：所述阳极板和阴极板上固定设有钛板，所述钛板穿出所述人工湿地池体，所述阳极板上的钛板与供电电源正极电连接，所述阴极板上的钛板与供电电源负极电连接。
进一步改进的是：所述阳极材料为石墨，所述阴极材料为不锈钢。
进一步改进的是：所述阳极板与阴极板之间的间距为4-8cm。
进一步改进的是：所述填料层为粒径为10 mm-15 mm的砾石和粒径为0.25 mm-0.5mm的黄沙，所述基质层为粒径为0.25 mm-1 mm的黄沙和含水率为30%左右的池塘底部的沉积物，所述黄沙和沉积物的重量比例为1：2。
进一步改进的是：所述填料层、基质层和碳源层之间的高度比为2-4：8-10：1-2。
进一步改进的是：所述供电电源为太阳能蓄电池。
进一步改进的是：所述基质层上设有湿地植物，所述基质层上还设有用于固定湿地植物的防风网。
本实用新型的优点和有益效果在于：
1、人工湿地中设有电动力学装置，使湿地中的污水在低强度直流电的作用下，在刺激微生物活性的同时，由于电场的存在，会产生电势差，促使带电污染物在基质中的进行有效迁移，还能够加快有机质的溶出使其能够被人工湿地高效地去除，进而更有利于污水中COD和氮污染物的去除。
2、解决人工湿地在冬季处理效果欠佳的问题，使其在低温和水质变化的情况下同样能够保证处理效果。
3、采用太阳能供电，不仅解决了湿地运行中的电能供给，而且降低运行成本，提高人工湿地去除污染物的效率，强化总氮去除，更加有利于可持续化发展和绿色生态理念。
4、电动力学装置中的阴阳极之间的电压梯度为0.3-0.5 V/cm，使微电场作用于湿地中的污水时，确保带电污染物在基质中的迁移的速率达到最好的效果，有机质的溶出效率最高。
5、阳极上的石墨能够增加导电性，提高电场的功效，而不锈钢板能够减缓其在基质层中被氧化，提高使用寿命，减少维修更换的成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地剖开结构示意图。
图2为本实用新型实施例一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
实施例：
如图1-图2所示，一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，包括人工湿地池体1、用于给人工湿地池体1通入污水的进水区(图中未示意出）和用于将过滤后的污水排出的排水区(图中未示意出），所述人工湿地池体1包括填料层4，所述填料层4上设有基质层3，所述基质层3上设有碳源层2，所述基质层3上交替设有用于去除污水中COD和氮污染物的电动力学装置，所述电动力学装置包括阳极板8和两个阴极板7，所述阳极板8和阴极板7置于所述基质层3内，所述阳极板8位于所述阴极板7之间，使其构成阴极+阳极+阴极的结构，所述阳极板8与阴极板7之间的间距为4-8 cm，所述阳极板8和阴极板7与外部的太阳能蓄电池5电连接。工作时，当污水从进水区流入人工湿地池体1的时候，电动力学装置开始通电工作，刺激基质层中微生物的活性，而且由于电场的存在，会产生电势差，促使带电污染物在基质中的进行有效迁移，还能够加快有机质的溶出使其能够被人工湿地1高效地去除。
为了能够提高微电场的效率，所述电动力学装置中的阴阳极之间的电压梯度为0.3-0.5 V/cm。
为了能够方便阳极板8和阴极板7与外部电源的连接，所述阳极板8和阴极板7上固定设有钛板，所述钛板穿出所述人工湿地池体1，所述阳极板8上的钛板9与太阳能蓄电池5的正极连接，所述阴极板7上的钛板6与太阳能蓄电池5的负极连接。
为了能够进一步提高电动力学技术的效率，从而提高污染物的去除率，所述阳极板8为石墨，所述阴极板7为不锈钢板。石墨能够增加导电性，而不锈钢板能够使其不易在基质层3中被氧化，提高使用寿命，减少维修更换成本。
为了能够提高人工湿地池体1的净化效率，所述填料层4为粒径为10 mm-15 mm的砾石和粒径为0.25 mm-0.5 mm的黄沙，所述基质层3为粒径为0.25 mm-1 mm的黄沙和含水率为30%的池塘底部的沉积物，所述黄沙和淤泥的比例为1：2，所述填料层4、基质层3和碳源层2之间的高度比为2-4：8-10：1-2。
为了能够进一步提高人工湿地的处理污水能力和保护人工湿地，所述基质层3上设有湿地植物（图中未示意出），所述基质层3上还设有用于固定湿地植物的防风网（图中未示意出）。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，包括人工湿地池体、进水区和排水区，其特征在于：所述人工湿地池体包括填料层，所述填料层上设有基质层，所述基质层上设有碳源层，所述基质层上交替设有用于去除污水中COD和氮污染物的电动力学装置，所述电动力学装置包括一个阳极板和两个阴极板组成的对电极，所述对电极置于所述基质层内，所述阳极板位于所述阴极板之间，所述阳极板和阴极板与外部的供电电源电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，其特征在于：所述电动力学装置中的阴阳极之间的电压梯度为0.3-0.5 V/cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，其特征在于：所述阳极板和阴极板上固定设有钛板，所述钛板穿出所述人工湿地池体，所述阳极板上的钛板与供电电源正极电连接，所述阴极板上的钛板与供电电源负极电连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，其特征在于：所述阳极材料为石墨，所述阴极材料为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，其特征在于：所述阳极板与阴极板之间的间距为4-8 cm。
6.根据权利要求1所述的一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，其特征在于：所述填料层、基质层和碳源层之间的高度比为2-4：8-10：1-2。
7.根据权利要求1所述的一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，其特征在于：所述供电电源为太阳能蓄电池。
8.根据权利要求1所述的一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地，其特征在于：所述基质层上种有湿地植物，所述基质层上还设有用于固定湿地植物的防风网。
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| CN202021270349.4U CN213171676U (zh) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | 一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114906923A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-16 | 山西瑞成达生环科技有限公司 | 一种电控制固体碳源释放的方法 |
| CN116425315A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-07-14 | 中交第三公路工程局有限公司 | 一种基于电动力学强化脱氮的人工湿地系统 |
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