[发明专利]一种供氧量可控的垂直潜流人工湿地脱氮处理装置

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种供氧量可控的垂直潜流人工湿地脱氮处理装置，适用于生活污水、受污染的地表水以及浓度较高氨氮废水的处理。

背景技术

人工湿地技术起源自20世纪初期，于欧洲和美国发展起来。由于其投资及运行费用低、构造简单、施工方便、便于管理维护等优点而逐渐被广泛应用。具体形式包括有表面流湿地、水平潜流湿地、垂直潜流湿地和复合垂直流湿地等。其中，潜流湿地因为其受气候、季节等因素影响较小、可有效防止湿地蚊蝇的滋生等优点，在我国得到广泛应用。而垂直潜流人工湿地又以运行负荷高、处理效果好而被大力推广。近年来，科研人员一直致力于解决困扰垂直潜流人工湿地处理效果进一步提高的易堵塞、除氨氮效果不好以及在 一级垂直潜流人工湿地实现脱氮三大问题，并得到一定的改进。而在技术应用中发现，垂直潜流人工湿地内部氧含量较低，特别是垂直潜流湿地下部氧的浓度更低，通常小于1mg/L，成为了湿地提高去除有机物、氨氮效果的制约因素，限制了垂直潜流人工湿地负荷的增加。同时由于其内部氧含量较低，限制了湿地深度的增加，使湿地的占地面积更大。

人工湿地中对氮的吸收，除植物吸收、氨氮挥发等极少量去除途径以外，主要是依靠微生物的硝化与反硝化作用达到脱氮目的。其中，硝化反应是将氨氮转化为硝态氮，是氧化反应，在好氧条件下进行；而反硝化反应是将硝态氮转化为氮气，是还原反应，需要缺氧环境条件。微生物的硝化与反硝化作用在氮的去除中占有很重要的地位，其相应的基本条件就是硝化和反硝化细菌以及适宜其生长的湿地土壤环境条件。因此，在人工湿地中通过增氧技术，以实现好氧环境，在不供氧且淹没的条件下营造缺氧环境，可以为硝化、反硝化提供合适的环境条件，提升装置脱氮能力，具有很重要的实际应用价值。

目前采用的增氧方式有预曝气、设置人造树根（插入空气导管）、设置大气复氧廊道、在水平潜流人工湿地底部进行人工曝气等。预曝气是通过曝气机向水体中注入空气，以提高水体溶解氧浓度，但存在能耗较大、需单独设立预处理装置、运行费用较高、不能解决持续的需氧等问题，同时也增加了基建投资。在垂直潜流人工湿地设置人造树根（空气导管）及大气复氧廊道，其氧的传递效率提高不大，需配合运行工况，即变浸润线运行方式，才能大幅度提高垂直潜流人工湿地下部的供氧，同时也能实现反硝化进行脱氮。而变浸润线运行方式又与进水水质有关，使运行管理比较复杂，同时也不能解决大幅度提高垂直潜流人工湿地处理负荷，减少占地面积的问题。在水平潜流人工湿地底部进行人工曝气增氧可以显著提高湿地的氧含量，使氨氮的去除率大幅度提高。但是单一提高湿地氧含量对反硝化反应产生抑制作用，使总氮的去除率下降，同时也不能解决反硝化所需的碳源问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有人工湿地增氧模式的不足及一级垂直潜流人工湿地反硝化碳源不足之处，提出一种供氧量可控的垂直潜流人工湿地脱氮处理装置，通过控制垂直潜流人工湿地内氧的含量，解决人工湿地内部供氧问题，通过在湿地下部设置淹没水深，创造缺氧环境，通过间歇曝气控制进入反硝化段的碳源量，以更好地提升装置的脱氮处理能力，同时又更大程度节约基建与运行成本。

本发明提出的一种供氧量可控的垂直潜流人工湿地脱氮处理装置，包括进水泵1、集水管7、供氧设备10和时控开关11，所述装置主体为垂直潜流人工湿地，其上部为复氧区，下部为缺氧区，一侧设有进水管2，另一侧设有出水管8；所述复氧区由布水管3、表层基质4、基本基质5和通风管6构成，所述进水泵1通过管道和时控开关11连接进水管2，所述进水管2连接布水管3，所述表层基质4位于基本基质5上方，所述布水管3位于表层基质4内部，所述通风管6位于基本基质5处，且设置于距垂直潜流人工湿地底部1/6-2/3的湿地高度处，通风管的平面布置位置与布水管3一致，所述通风管6与设置在地面的供氧设备10相连，以达到可控的供氧目的；所述供氧设备10连接时控开关11，所述两个时控开关11分别用于控制进水泵1的进水时间和供氧设备10的曝气时间；所述缺氧区由基本基质5和集水管7组成，所述集水管7位于基本基质5底部，通过水位的控制，实现反硝化脱氮的目的。

本发明中，所述表层基质4顶部种植湿地植物9。

本发明中，所述垂直潜流人工湿地四周布置防渗膜12。

本发明中，所述垂直潜流人工湿地的总有效高度为600-2400mm，其中表层基质4高度为100-400mm，基本基质5高度为2000-2300mm。