[实用新型]垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统，应用于生活污水高效脱氮处理。属于环境保护技术领域。

背景技术

人工湿地（constructed wetland）是一种由人工建造和调控的湿地系统，通过其生态系统中物理、化学和生物作用的优化组合来进行污水处理。人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植物（如芦苇、香蒲等）组成，形成基质-植物-微生物生态系统。当污水通过该系统时，污染物质和营养物质被系统吸收、转化或分解，从而使水体得到净化。

按照水流方式的差异，人工湿地可分为表面流人工湿地、水平流人工湿地、垂直流人工湿地。相比于水平流和垂直流人工湿地，表面流人工湿地虽有投资省、建设简单、运行费用低、操作简便等优点，但也存在占地面积大、水力负荷低、去污能力不足等缺点，且表面流人工湿地的运行受自然气候条件影响较大，冬季运行效果差，夏季易滋生蚊蝇，产生臭味而影响湿地周围的环境。而垂直流和水平流人工湿地由于占地面积少、处理效果好、卫生条件好等优点受到越来越多的关注。

通过基质和植物的合适选择和搭配，人工湿地对总悬浮固体、有机物、细菌和磷的去除效率较高且稳定，而脱氮效率却较低，目前人工湿地脱氮效率普遍在 50%~65%之间。人工湿地脱氮过程包括了氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用，其中微生物的硝化/反硝化作用，被认为是人工湿地脱氮的最主要的形式。因此湿地硝化/反硝化状况基本决定着湿地脱氮能力。一般而言，人工湿地中以缺氧、厌氧环境为主，尤其在水平潜流湿地中，这不利于有机物的降解、硝化作用以及基质对磷的吸收，硝化是脱氮的限制步骤。与水平潜流湿地相比，垂直流湿地具有较高的氧传递能力，系统的硝化能力有了很大的提高，而反硝化能力不足，从而影响了系统的脱氮的效能，为此，垂直流-水平流复合人工湿地系统被提出，系统综合了水平流与垂直流人工湿地的优点，弥补了两者的缺点，在垂直流人工湿地完成氨氮的硝化，水平流人工湿地完成反硝化，明显提高了系统的脱氮效果。复合人工湿地成为国内外研究的热点，并已在一些国家和地区付诸应用。

但是，在现有垂直流-水平流复合人工湿地系统的设计和运行中，发现仍存在如下缺陷：（1）在垂直流人工湿地，由于承担硝化作用的硝化细菌对温度变化敏感，当温度降低时，其硝化速率受到很大抑制，从而影响了整个湿地系统的脱氮能力，普遍存在温暖季节硝化效果理想，而寒冷季节出水NH₄⁺-N和TN经常不达标等问题；（2）污水中大部分易降解有机物在垂直流人工湿地被降解，导致水平流人工湿地进水有机物含量低，且多为长链、大分子、难生物降解的有机碳源，这不仅延长了水平流人工湿地的发育成熟期，还因碳源不足且碳源品质低削弱了水平流人工湿地的反硝化能力，导致系统出水NO₃^－-N和TN偏高。

发明内容

本实用新型为了解决上述问题而提供一种垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统。

本实用新型为解决这一问题所采取的技术方案是：

一种垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统，通过在垂直流人工湿地填充一定量沸石基质，在水平流人工湿地投加一定量水生植物生物质，构建氨氮离子交换-生物再生强化硝化/反硝化复合人工湿地系统，暖季和寒季，实现微生物与沸石基质协同高效脱氮。

本实用新型提出的垂直流-水平流复合人工湿地高效脱氮系统，所述系统由垂直流人工湿地和水平流人工湿地构成，其中：

所述垂直流人工湿地从上到下依次为：粗砂层、沸石基质层、第一砾石基质层、第二砾石基质层，垂直流人工湿地种植植物选用芦苇；第二砾石基质层底部设有穿孔管；

水平流人工湿地从左向右依次为：第二砾石基质层、第一砾石基质层、香蒲生物质区、第一砾石基质层和第二砾石基质层，水平流人工湿地一侧顶部设有进水口，另一侧底部设有出水口；水平流人工湿地种植植物选用芦苇；

垂直流人工湿地通过穿孔管连接水平流人工湿地顶部的进水口。

本实用新型中，所述垂直流人工湿地中，所述粗砂层的粗砂粒径为3~5 mm，厚度为10 cm；沸石基质层的沸石粒径为10~15 mm，厚度为40 cm；第一砾石层的砾石粒径为15~20 mm，厚度为20 cm；第二砾石层的砾石粒径为30~50 mm，厚度为10 cm；芦苇的栽种密度为16 株/m²。