[发明专利]一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用

说明书

本发明涉及一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用，包括基质区和出水区，出水区位于基质区的一侧，基质区的底部出水口连接倒U型的虹吸管，虹吸管位于出水区内，虹吸管与基质区的高度相同；基质区内包括砂石层，砂石层的内部填充铁矿石和微生物基质。在基质区处于厌氧或缺氧状态时，铁矿石协同有机碳源、微生物进行反硝化作用。排空阶段，进入的氧气氧化铁矿石。实现铁矿石的重复利用。具有能耗低，可反复使用的优点。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

人工湿地是近年来新兴的一种生态处理技术。相比于传统的活性污泥法，它具有建设、运行费用低廉，运行管理方便、生态效益显著等优点，十分适合于处理分散式村镇生活污水。

人工湿地脱氮机理复杂，通常包括硝化反硝化、植物吸收、基质吸附和挥发等。硝化-反硝化被认为是人工湿地脱氮的主要方式，占脱氮的50％以上。然而，由于人工湿地特殊的淹水结构，大气复氧(5.77-18.45gO₂ m^-2d^-1)和根系泌氧(0.005-12g O₂ m^-2d^-1)提供的氧气远远少于消耗的氧气(450g O₂ m^-2d^-1)。氧的供应和消耗之间的巨大差距导致人工湿地中经常为厌氧或缺氧条件。此外，由于污水中有机碳源较少，缺乏电子受体，人工湿地的反硝化作用也被抑制。因此，由于人工湿地中溶解氧(DO)、电子受体的缺乏，硝化、反硝化作用总是被抑制，这导致传统人工湿地的脱氮效果不理想(40-55％)，需要相应的技术、工艺来解决。

为实现高效复氧、提高湿地硝化作用，研究人员相继提出了人工曝气、潮汐流人工湿地等多种技术改良。人工曝气是补充溶解氧最直接有效的方法，其脱氮效果明显优于不曝气的常规湿地。但不论是连续曝气还是间歇曝气，都需要气泵等动力设备的运行，操作复杂、运行费用昂贵，能耗高。潮汐流人工湿地分为淹没和排水阶段。随着废水的淹没和排放，基质将间歇性饱和，空气将进入土壤孔隙，废水中的氨氮将被氧化，硝化作用产生的硝酸盐将被生物膜和基质吸附。排空期，人工湿地处于缺氧环境，吸附的硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原成N₂。虽然潮汐流人工湿地去除效率高，但其运行过程中仍需要水泵等耗能设备来创造潮汐，运行费用高。此外，也有研究者指出，潮汐流人工湿地排空阶段的充氧并不充足。在潮汐流人工湿地淹没阶段，可以在很短时间内把排空复氧所吸入的氧气消耗殆尽，造成基质在进水淹没阶段的大部分时间仍为厌氧或缺氧环境。因此，潮汐流人工湿地仍存在有运行费用昂贵、复氧能力差的缺陷。

为了提供电子受体，促进湿地反硝化作用。添加有机碳源、农业废弃物等方法被广泛采用。添加有机碳源是指向湿地内添加甲醇、蔗糖等，为反硝化作用提供电子受体。但由于污水处理量大且一般为连续运行，其需要的有机碳源量多，这导致使用这一方法的经济成本高，而且运输管理不方便。为了解决这一问题，有研究人员采用添加麦秸、杏核、核桃壳等便宜且容易获得的农业废弃物，但其仍存在有容易堵塞的问题，而且其释放的溶解性有机碳有限，存在有效寿命短的缺点。

发明人发现，现有的改良技术存在有能耗高、建设、运行费用昂贵、复氧能力弱、有效寿命短、易堵塞等缺陷。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，包括基质区和出水区，出水区位于基质区的一侧，基质区的底部出水口连接倒U型的虹吸管，虹吸管位于出水区内，虹吸管与基质区的高度相同；