[发明专利]潮汐流-水平潜流组合人工湿地强化脱氮的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种潮汐流-水平潜流组合人工湿地强化脱氮的方法及其系统。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，污水排放量也随之不断增加，使得我国水体富营养化及水质恶化日趋严重。目前，我国的污水处理主要依赖于传统的集中式水处理工艺，虽然技术和工艺已日渐成熟和完善，但却面临建设运行成本费用过高的问题，不少经济欠发达地区根本建不起大型污水处理厂或不少已建的污水处理厂因运行资金短缺而闲置不用，使得我国仅有24%的工业废水和4%的生活污水经过处理排入水体。尤其对于我国经济落后的广大农村地区来讲，其污水处理现状更为严峻，96%的村庄没有污水处理系统，3.2亿农民不能饮用清洁水，只有约为1%的污水经过处理后流入水体，其远低于世界卫生组织报道的发展中国家平均农村地区污水处理率18%。因此，为进一步推动我国社会主义新农村的建设进程和保障农村生态环境的可持续发展，根据农村地区经济落后和污水源分散等特点，开发简便易行、高效经济、美化环境、分散式就地处理的农村污水净化技术成为推动我国农村建设和发展过程中所必须面对和迫切解决的重要课题。

人工湿地污水处理是20世纪70年代发展起来的一种通过模拟自然湿地而人为设计和建造的具有可控性和工程化特点的生态污水净化技术，以其投资少、建设运营成本低、净化效果好等特点近年来受到了广泛关注。其应用已逐渐由常规生活污水的处理，逐渐扩展到处理农田暴雨径流、食品加工废水、矿山酸性废水、畜禽养殖废水以及垃圾渗滤液等多种废水的处理。污水在人工湿地系统中的净化主要以基质、植物和微生物通过物理、化学及生物作用协同完成，但对不同种类的污染物，其主要的净化途径不同。

氮在人工湿地系统中的脱除包括基质的吸附、过滤、沉淀以及氨的挥发、植物吸收、微生物硝化、反硝化作用。其中湿地床体中微生物的硝化-反硝化作用是湿地脱氮的主导因素，其基本条件是存在大量的硝化和反硝化细菌和适宜的湿地环境条件。硝化过程需要硝化菌群和必要的好氧条件，反硝化过程需要反硝化菌群、碳源和稳定的缺氧条件，其中硝化过程是除氮的限速步骤，硝化反应能否顺利进行直接影响湿地脱氮性能的高低。传统湿地的进水多采用自流方式，床体中溶解氧水平多依靠水面与空气的接触以及植物根区泌氧作用。由于微弱的气液面氧扩散和根系泌氧能力，经常造成湿地床体内部，特别是非根际区的床体，溶解氧浓度偏低，甚至处于缺氧状态，从而限制了硝化菌群的生长繁殖和硝化反应的发生，氨氮的去除效果较差，进而影响湿地的脱氮能力。同时由于传统床体复氧能力较差，使得截留在床体基质空隙中的固型有机物和悬浮物不能充分的氧化分解而不断地累积叠加，其是造成床体堵塞现象的主要原因。因此，增强湿地床的复氧能力，提高床体的溶解氧浓度对提高人工湿地氮的去除和防止堵塞发生都是十分必要的。

潮汐流人工湿地是近年来发展起来的一种新型人工湿地类型，其运行过程中依靠床体饱和浸润面周期性变化产生的基质孔隙吸力将大气氧强迫吸入床体，可以显著提高湿地床的氧传输量。Wu Shubiao等（Wu S B,Zhang D X,Austin D,et al.Evaluation of a lab-sale tidal flow constructed wetland performance:oxygen transfer capacity,organic matter and ammonia removal[J].Ecological Engineering,2011,37:1789-1795）通过研究室内潮汐流人工湿地处理模拟生活污水的研究发现，潮汐流湿地床的复氧能力高达350g/m²·d，其远高于传统的水平潜流人工湿地复氧能力（1-8g/m²·d）和垂直流人工湿地复氧能力（50-90g/m²·d）。在潮汐流人工湿地床中，较好的复氧能力可以强化硝化过程的发生，使得氨氮最大程度的被氧化为硝态氮，然而这种好氧环境却直接限制了反硝化过程的发生，使得湿地床系统出水中富集大量的硝态氮，对总氮的脱除能力仍然受到限制。