[发明专利]一种强化脱氮功能分区型垂直流人工湿地系统

说明书

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种适用于去除低碳氮比污水中氨氮的强化脱氮功能分区型垂直流人工湿地系统。

背景技术

氨氮是我国水系的主要污染物之一，如不进行有效的处理，将导致严重的水环境污染问题。垂直流人工湿地是一种高效、低成本的污水处理技术，在城市暴雨径流、村镇生活污水、工业废水及农业排水处理等领域中得到了较多的应用。但是，垂直流人工湿地存在脱氮能力较弱的显著性缺陷。垂直流人工湿地中，氮的去除主要是靠基质吸附、过滤、沉淀、氨的挥发、植物吸收和微生物的氨化、硝化和反硝化作用，其中微生物的硝化、反硝化作用是最主要的途径。常规的垂直流人工湿地中以厌氧过程为主，体系主要靠植物根系复氧及水流非饱和流动来强化氧扩散，但是复氧量不能满足大量有机物降解和氨氮硝化的需求。因此常规垂直流人工湿地的硝化能力弱。另外，反硝化所需碳源的不足已成为限制人工湿地脱氮性能的关键因素。

潮汐流和间歇流等改进型垂直流人工湿地可以通过强化体系复氧来提高微生物氧化氨氮性能。除了提高湿地复氧效率以外，改进垂直流人工湿地填料也可以强化人工湿地去除氨氮的性能。沸石作为对氨氮具有高度选择性的天然矿物，已成为了人工湿地中改善氨氮去除性能的热点。但是沸石有一定的吸附容量，吸附逐渐饱和时沸石人工湿地的除铵性能大为降低。为此，如何保障稳定持续的除铵能力，是沸石人工湿地污水处理技术的关键问题。

在人工湿地中补充天然的富含纤维素类的固体物质可以解决有机碳不足限制反硝化反应而造成的脱氮效率低下的问题，同时避免添加液体碳源的弊端。这些富含纤维素类物质包括木屑、稻壳、香蒲、芦苇竿等，但是这些物质本身含有一定量的氮磷，使用的过程会给人工湿地系统带来污染。

因此，根据现有垂直流人工湿地脱氮能力较弱的问题，亟需有针对性的开发强化硝化和反硝化过程的技术，以构建适用于去除低碳氮比污水中氨氮的新型垂直流人工湿地系统。

发明内容

本发明所解决的技术问题是克服传统垂直流人工湿地脱氮性能的不足，提供一种适用于去除低碳氮比污水中氨氮的强化脱氮功能分区型垂直流人工湿地系统。

本发明采用的技术方案是：

一种强化脱氮功能分区型垂直流人工湿地系统，包括上下两层，上层为强化硝化区，下层为强化反硝化区；所述上层包括布水管、湿地细填料区、强化复氧和固体碳源补充管、氨氮吸附-再生区、湿地植物；下层包括砾石过渡层、固体碳源填充区、湿地填料区、集水区、集水管、虹吸排水管；所述集水管位于集水区中，一起位于湿地系统的最底层，其上依次是湿地填料区、固体碳源填充区、砾石过渡层、氨氮吸附-再生区和湿地细填料区，布水管横向排列于所述湿地细填料区中；湿地植物种植于湿地的表层；所述强化复氧和固体碳源补充管竖向均匀分布于湿地系统中，其管口上端凸出于湿地表层，管口下端深入至所述固体碳源填充区的上表面；所述强化复氧和固体碳源补充管的管下部有通气孔，虹吸排水管位于湿地系统的一侧，与集水管连通。

本发明的系统，所述湿地细填料区分为两层，底层填充粒径为5mm的砾石5cm，上层填充的基质为土壤或细沙，填充厚度为5cm，其上种有湿地植物。

本发明的系统，所述强化复氧和固体碳源补充管采用直径为5～15cm的PVC管；强化复氧和固体碳源补充管从上往下依次穿过湿地细填料区、氨氮吸附-再生区和砾石过渡层，其管口上端在湿地细填料区上表面以上10～20cm，管口下端深入至固体碳源填充区的上表面；强化复氧和固体碳源补充管位于氨氮吸附-再生区的部分中，其下部不超过30cm的部分交错开有直径为2～3mm向上倾斜45度的圆形通气孔（位于外壁的孔口在下），相邻两排小孔圆心间的间距为8～20mm，同排相邻小孔圆心间的间距为8～15mm；强化复氧和固体碳源补充管均匀分布于人工湿地，彼此间及其与湿地四周的间距不小于30cm。

本发明的系统，所述氨氮吸附-再生区所采用的基质为沸石和石灰石，填充厚度为15～40cm；沸石和石灰石的粒径分别为5～20mm和3～5mm；沸石和石灰石按质量比为2～10：1的比例混合均匀后填充。

本发明的系统，所述砾石过渡层所采用的基质为砾石，粒径为10～15mm，填充厚度为3～8cm。

本发明的系统，所述固体碳源填充区位于强化复氧和固体碳源补充管的下方，长和宽与湿地等同，厚度为10～30cm，采用的基质为砾石，粒径为2～4cm，固体碳源被投加至砾石空隙。