CN215479981U - 一种好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及废物资源化技术领域，公开了一种好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，包括好氧堆肥单元和水平潜流人工湿地单元；所述好氧堆肥单元包括智能供气设备、堆肥反应器和智能曝气设备；所述智能供气设备连接堆肥反应器进气口，堆肥反应器出气口连接至少一个水平潜流人工湿地单元的曝气管；所述智能曝气设备包括设于水平潜流人工湿地的氮素浓度检测部件和溶解氧浓度检测部件，以及设于堆肥反应器的氧浓度检测部件和温度检测部件。本实用新型能够实现好氧堆肥产生废NH3的资源化，拓宽好氧堆肥工艺的实际应用；实现水平潜流人工湿地硝化区域含氧量智能化控制，增强硝化能力，提高水平潜流人工湿地的转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及废物资源化技术领域，尤其涉及一种好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置。
背景技术
好氧堆肥是一种被广泛运用的污泥深度处理方式，通过好氧微生物发酵降解污泥中的有害物质，使污泥转化为有价值的资源。污泥好氧堆肥后的产物经过风险评估合格后可用作土壤调理剂和有机肥等。然而，污泥好氧堆肥过程中会排放大量恶臭气体，这限制了该工艺的发展。研究发现，NH3是污泥好氧堆肥过程中排放量最大的恶臭气体。堆肥车间内的高浓度NH3除了会对人体产生强烈的感官影响，还会对眼、呼吸道等造成严重的健康危害。因此，NH3是污泥好氧堆肥过程中恶臭污染的关键因子，治理NH3是消除恶臭污染的关键。但与此同时，NH3可作为无机氮肥等资源的原料。如果能在污泥好氧堆肥过程中将其产生的废NH3作为氮肥利用，不仅可以消除恶臭污染、保护环境空气质量，而且可以实现资源回收利用。
人工湿地是一种“用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，使污水得到净化”的生态工程系统。人工湿地净水功能（如脱氮）已成为湿地重要生态服务功能。在人工湿地脱氮的过程中，主要分为物理作用、化学作用和生物作用。生物作用可占总氮去除的60%以上，生物作用方式主要为植物吸收及微生物的氨化、硝化/反硝化过程等。人工湿地依据水流的方式不同，通常可分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。水平潜流人工湿地具有水力负荷和污染负荷大，占地面积小，很少有恶臭和孳生蚊蝇现象等优点。但是水平潜流人工湿地中氧气不足，以缺氧、厌氧环境为主，硝化能力受到限制，制约了其去除污水中NH4 +的效果。
若将好氧堆肥产生的废气通入人工湿地中，废气中的氧气会增加水中溶解氧的含量从而起到强化人工湿地的硝化作用，提升脱氮效能。此外，废气中的NH3溶于水后形成NH4 +，可作为氮肥被湿地植物吸收利用，实现废NH4 +资源化。
授权号CN105198085B，公开了一种并联水平潜流人工湿地强化脱氮除磷系统及方法。主要由进水水量调节器、多单元并联水平潜流人工湿地主体和出水水位控制器组成。通过进水水量调节器和出水水位控制器调节水平潜流人工湿地中水位，增强水平潜流人工湿地系统内大气复氧的性能，提高系统内溶解氧水平与微生物活性，促进硝化反应的进行。通过多单元水平潜流人工湿地并联的配置，使处理水量稳定且可持续。污水按前后顺序经过强化除氮基质层和强化除磷基质层，增强脱氮除磷效果，避免因基质不合理填充造成的污染物去除效果下降。该实用新型弥补了水平潜流人工湿地中溶解氧水平低，脱氮除磷效果差的缺失，但仅用于水处理领域，对于有机废弃物的资源化则不能适用，并且对于一定水位以下的含氧量低的情况也不能适用。
公开号CN103043865A，公开了一种上向流曝气生物滤池—水平潜流人工湿地组合中水处理系统。它由上向流曝气生物滤池和水平潜流人工湿地组成；上向流曝气生物滤池包括位于池底的进水导流管，在进水导流管之上依次设置有滤板、承托层、A段填料区、B段填料区和出水区，出水区上装有连通水管，该连通水管与水平潜流人工湿地的调节池连通；曝气管从承托层内引出；水平潜流人工湿地的下层包括调节池，与调节池并列的基质区，基质区从左至右依次为碎石区、钢渣区、沸石区和出水口砾石区，在出水口砾石区安装有出水管；水平潜流人工湿地上层有覆土层和水生植物。该实用新型实现了污水就地处理与利用，简化污水处理工艺流程，降低运营管理成本。主要用于水污染治理，但对于具体的污水治理效果却没有提及，也不能实现废物资源化。
实用新型内容
针对目前污泥好氧堆肥产生的大量废NH3难以回收利用、水平潜流人工湿地的脱氮效果因溶解氧含量低而受到限制的问题，本实用新型的目的在于提供一种好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，可以实现好氧堆肥产生废NH3的资源化，且通过调节NH3的浓度，调整水平潜流人工湿地硝化区域的含氧量，增强硝化能力，强化水平潜流人工湿地的脱氮效能。
本实用新型的具体技术方案为：一种好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，包括好氧堆肥单元和水平潜流人工湿地单元；
所述好氧堆肥单元包括智能供气设备、堆肥反应器和智能曝气设备；
所述智能供气设备连接堆肥反应器进气口，堆肥反应器出气口连接至少一个水平潜流人工湿地单元的曝气管；
所述智能曝气设备包括设于水平潜流人工湿地的氮素浓度检测部件和溶解氧浓度检测部件，以及设于堆肥反应器的氧浓度检测部件和温度检测部件。
本实用新型好氧堆肥单元包括智能供气设备、堆肥反应器和智能曝气设备，智能供气设备连接堆肥反应器进气口，堆肥反应器出气口连接通入水平潜流人工湿地单元的曝气管。智能供气设备用于提供送入堆肥反应器中的气体量，进而调整出气口以及曝气管出气的氧气含量，具体方法为：智能供气设备供入反应器气体量越大，出口处气体量含氧浓度越高；智能供气设备供入反应器气体量越小，出口处气体量含氧浓度越低。智能曝气设备能够通过水平潜流人工湿地的溶解氧浓度检测部件和水质氮素检测部件，以及设于堆肥反应器的氧浓度检测部件和温度检测部件调整智能供气设备和反应器参数；为了提高效率，堆肥反应器出气口可以连接通入多个水平潜流人工湿地单元的曝气管。
作为优选，所述水平潜流人工湿地单元包括布水区、硝化区、反硝化区和集水区；所述硝化区为堆肥废气进入水平潜流人工湿地的曝气区域；所述硝化区与反硝化区之间设有隔板；所述布水区进水口位置在竖直方向高于集水区出水口。
水在布水区通过渗透作用进入硝化区，为了更好的利用硝化区的NO3 -以及NO2 -，本实用新型将硝化区与反硝化区通过隔板隔开，防止两边的微生物互窜；为了使得集水区出水口的排放达到预期目标，反硝化区出水位置设于底部。硝化区的反应方程式为：
NH4 ++1.5O2→NO2 -+H2O+2H+
NO2 -+0.5O2→NO3 -
反硝化区的反应方程式为：
2NO3 -+10e-+12H+→N2+6H2O
作为优选，所述硝化区设有溶解氧浓度检测部件和氮素检测部件，其中氮素检测部件设于隔板顶端硝化土层和反硝化土层交界处。
为了使得硝化区有充足的氧气，本实用新型设定的硝化区溶解氧浓度范围为2~3mg/L，并且设定NH4 +浓度<35 mg/L，当检测到NH4 +浓度≥35 mg/L时；集水区出水根据城镇污水排放标准一级A限定，集水区出水口NH4 +浓度 <5 mg/L。
作为优选，所述堆肥反应器包括搅拌器；所述搅拌器连接智能曝气设备；所述智能曝气设备连接智能供气设备。
为了控制进入人工湿地的气体量，使NH3能够充分资源化，本实用新型采用了智能化的控制技术，通过监测硝化区的氮素含量，调控智能供气设备和搅拌器，实现实际通气效率和气体成分比的控制。
作为优选，所述水平潜流人工湿地单元包括由下至上依次为防渗层、基质层和植被层；所述基质层包括粗砂层、填料层、土壤层；所述土壤层包括硝化土层和反硝化土层。
基质层包括了粗砂层、填料层、土壤层。反应层分布有引起硝化反应和反硝化反应的微生物，因此对硝化土层pH设定为7.0-8.0，反硝化土层pH为6.5-7.5，此层的pH的设定是为了使微生物能够具有较好的活性，pH调节可以用乙酸-乙酸钠缓冲液，或碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液。植被层的存在是为了更好地利用N元素，吸收未被沸石吸附的NH4 +和部分硝化反应产物。此外，所述堆肥反应器中的温度范围可设定为为室温至65℃，因为超过65℃可能会引起微生物失活，影响堆肥效率。所述堆肥反应器中氧。
作为优选，所述填料层为屉式结构。
本实用新型进一步实现N元素资源化的方案是采用了屉式结构的填料层，当硝化区的NH4 +浓度达到设定值时，人工湿地停止进气进水，将布水区水位控制在屉式结构以下，抽出屉式结构，更换填料层。所述的填料可以是沸石，更换下来的沸石可以作为土壤改良剂。
所述粗砂层通有曝气管；所述曝气管呈网状结构或盘式结构，曝气管上分布有均匀的竖直向下的布气口，布气口设有滤网。
为了更加充分地曝气，在曝气管上设有均匀分布的布气口，且为了防止布气口堵塞，本装置采用的布气口方向为竖直向下，并在布气口套有滤网。所述曝气管布气口竖直向下和滤网设置是为了防止粗砂层中颗粒物堵塞曝气管，同时管口设有滤网能够使布气口的气泡细化，增大气体与水的接触面积。
与现有技术对比，本实用新型的有益效果是：
1.实现好氧堆肥产生废NH3的资源化，利用沸石富集NH4 +，吸附饱和后可用作土壤调理剂，拓宽好氧堆肥工艺的实际应用；
2.水平潜流人工湿地硝化区域含氧量智能化控制，增强硝化能力，提高水平潜流人工湿地的转换效率。
附图说明
图1是本实用新型的整体装配示意图；
图2是本实用新型的硝化区示意图；
图3是本实用新型的反硝化区示意图；
图4是本实用新型布气口示意图。
附图标记为：
1.智能供气设备，2.堆肥反应器，3.氧浓度检测部件，4.温度检测部件，5.搅拌器，6.粗砂层，7.曝气管，8.进水口，9.布水区，10.植被层，11.水层，12.氮素浓度检测部件，13.填料层，14.硝化土层，15.布气口，16.出水口，17.防渗层，18.反硝化土层，19.集水区，20.土壤层，21.隔板，22.智能曝气设备。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。在本实用新型中所涉及的装置、材料和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、材料和方法。
总实施例
如图1所示的填料层13后，智能供气设备1将空气泵入堆肥反应器2中，见图2，氧浓度检测部件3和氮素浓度检测部件12将结果反馈到智能曝气设备22，智能曝气设备22调控搅拌器5的搅拌速度以及智能供气设备1泵入的气体量，同时温度检测部件4监控堆肥反应器2中温度，并反馈至智能曝气设备22。堆肥反应器2中的气体通过曝气管7进入到水平潜流人工湿地当中，曝气管7的布气口15置于水平潜流人工湿地的粗砂层，并且开口竖直向下。布水区9设有进水口8，布水区9中的水通过渗透作用进入到粗砂层，进而随着布水区的水位上升，硝化区水位也依次上升至硝化土层14，填料层13，土壤层20，进而越过隔板流入到反硝化土层18，再到集水区19，直至集水区水位达到出水口16的位置，此时人工湿地表面覆有水层11，植被层10中的植物生长于土壤层和水层。布气口15带有滤网，见图4，出气中的氧气和的NH3溶于水中，形成NH4 +。此处设有溶解氧浓度检测部件3，当溶解氧浓度不在2-3 mg/L时就会反馈到智能曝气设备2，部分NH4 +被填料层吸附，未被吸附的上浮进入到硝化土层14，发生硝化反应，转化成NO3 -或NO2 -，硝化土层14设有氮素浓度检测部件12，当NH4 +浓度超过35mg/L时，即提示更换沸石，硝化土层中部分NH4 +、NO3 -和NO2 -会被植被层吸收，剩余部分NO3 -或NO2 -进入到反硝化土层18，经反硝化生成N2，最后集水区出水口16处的水质检测中，NH4 +浓度<5 mg/L。堆肥反应器2中的温度控制<65 ℃，并且氧浓度占气体质量百分比为10-15 %。
实施例1
装置中，溶解氧浓度检测部件3检测到硝化层14氧浓度小于2 mg/L，信号反馈至智能曝气设备22，智能供气设备1泵入气体量增加。
实施例2
装置中，溶解氧浓度检测部件3检测到硝化层14氧浓度大于3 mg/L，信号反馈至智能曝气设备22，智能供气设备1泵入气体量减小。
实施例3
装置中，氮素浓度检测部件12检测到土壤层20NH4 +浓度超过35 mg/L，关闭进水口，降低布水区9水位至沸石填料层13以下，抽出沸石填料层13的屉式结构，更换沸石填料，放回沸石填料层13的屉式结构，打开进水口。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，其特征在于：包括好氧堆肥单元和水平潜流人工湿地单元；
所述好氧堆肥单元包括智能供气设备（1）、堆肥反应器（2）和智能曝气设备（22）；
所述智能供气设备（1）连接堆肥反应器（2）进气口，堆肥反应器（2）出气口连接至少一个水平潜流人工湿地单元的曝气管（7）；
所述智能曝气设备（22）包括设于水平潜流人工湿地的氮素浓度检测部件（12）和溶解氧浓度检测部件（3），以及设于堆肥反应器（2）的氧浓度检测部件（3）和温度检测部件（4）。
2.如权利要求1所述的好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，其特征在于，所述水平潜流人工湿地单元包括硝化区、布水区（9）、反硝化区和集水区（19）。
3.如权利要求2所述的好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，其特征在于，所述硝化区与反硝化区之间设有隔板（21）；所述布水区（9）进水口（8）位置在竖直方向高于集水区（19）出水口（16）。
4.如权利要求2所述的好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，其特征在于，所述硝化区设有溶解氧浓度检测部件（3）和氮素浓度检测部件（12），其中氮素浓度检测部件（12）设于隔板（21）顶端硝化土层（14）和反硝化土层（18）交界处。
5.如权利要求1所述的好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，其特征在于，所述堆肥反应器（2）包括搅拌器（5）；所述搅拌器（5）连接智能曝气设备（22）；所述智能曝气设备（22）连接智能供气设备（1）。
6.如权利要求1所述的好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，其特征在于，所述水平潜流人工湿地单元包括由下至上依次为防渗层（17）、基质层和植被层（10）；所述基质层包括粗砂层（6）、填料层（13）和土壤层（20）；所述土壤层包括硝化土层（14）和反硝化土层（18）。
7.如权利要求6所述的好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，其特征在于，所述填料层（13）为屉式结构。
8.如权利要求6所述的好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置，其特征在于，所述粗砂层（6）通有曝气管（7）；所述曝气管（7）呈网状结构或盘式结构，曝气管（7）上分布有均匀的竖直向下的布气口（15），布气口（15）设有滤网。
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2021
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| CN113402012B (zh) * | 2021-06-02 | 2023-12-12 | 浙江工业大学 | 一种好氧堆肥强化水平潜流人工湿地脱氮装置及应用 |
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