[发明专利]一种生态调控型人工湿地强化碳氮同步去除系统

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种以农业生物质废弃物为缓释碳源的水平潜流折流人工湿地系统。

背景技术

目前，传统的污水处理工艺成为我国绝大部分的城市污水治理的主要技术，对于控制城市水环境污染起到了一定作用，但由于受限于我国农村地区经济发展水平，以及能源短缺、污染源分散，以及操作管理技术人员水平低的现状，污水处理工程在农村以及小城镇推广遇到了巨大的阻力；同时传统污水处理工艺具有投资过大、水处理成本过高，管理技术的掌握对于人员素质和文化水平要求严格，因而也并不适合我国农村地区的实际情况，直接排放必将导致水环境污染。人工湿地生态处理技术具有投资少、能耗和运行费用低、适用范围广等优点，是一种简便有效的生态工程污水处理技术，与我国国情非常适合，尤其在广大农村、中小城镇对于分散型生活污水进行治理，具有广阔的应用和发展前景。

人工湿地生态治理技术主要是通过受污染水体与湿地植物、基质和微生物之间一系列复杂的物理、化学和生化作用，包括物理化学作用如沉淀、过滤、吸附、离子交换等，以及生物作用如植物和微生物的吸收、分解、转化等多种途径实现对受污染水体中各种污染物如悬浮物、有机物、金属离子、营养元素、难降解有机物以及病原体等污染物质的净化。然而，氮的去除主要是通过微生物的自养硝化和异养反硝化作用共同来完成，硝化反硝化过程一般是通过垂直流湿地硝化过程和水平流湿地反硝化过程的组合来完成，如何在同一反应器中实现脱氮过程的研究仍比较欠缺；此外，关于低C/N比的分散型污水碳源不足已成为脱氮的限制因素，目前虽已有通过液体碳源(如：甲醇等)和固体碳源(热塑性可生物降解聚酯)来强化反硝化过程，效果起到一定作用但成本过高。因此，根据以废治废、生态调控的原则，以农村生物质废物的再利用为目标，将废木头、水稻秸秆、玉米秸秆、玉米棒或枯落物等废弃物作为填料，通过有氧/无氧、有碳/无碳、有碱/无碱的湿地生态调控原则来实现同一体系内碳/氮的高效去除有较强的科学意义和实际价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统人工湿地系统难以在同一体系内实现碳/氮的同步高效去除，COD、氨氮和硝氮的去除率较低的问题，而提供一种生态调控型人工湿地强化碳氮同步去除系统。

本发明生态调控型人工湿地强化碳氮同步去除系统包括蓄水池、布水区、湿地一级填料区、湿地二级填料区、湿地三级填料区、上层覆盖区和集水区，沿水流经方向依次设置湿地一级填料区、湿地二级填料区和湿地三级填料区，湿地一级填料区中填充的基质为缓释碳源或炉渣，湿地二级填料区中填充的基质为缓释碳源或炉渣，湿地三级填料区中填充的基质为砾石或炉渣，湿地一级填料区、湿地二级填料区、湿地三级填料区之间通过隔壁隔开，在隔壁上开有过水孔，相邻隔壁上的过水孔存在高度差，在湿地一级填料区、湿地二级填料区和湿地三级填料区的上方为上层覆盖区，上层覆盖区填充的基质为砾石，在上层覆盖区上种植有植物，上层覆盖区的两侧分别为布水区和集水区，蓄水池通过进水管与布水区相通，在进水管中设置有蠕动泵，集水区中的出水口与排放管相通。

本发明的生态调控型人工湿地强化碳氮同步去除系统，除蓄水池外，其余区域均在湿地系统内部，所述进水管和出水管位于系统两侧，蓄水池中的废水通过蠕动泵从系统的进水管泵入，废水依次通过水平和垂直方向运行最终到达排放口，此过程中，先后经过有氧/无氧、有碳/无碳、有碱/无碱区域，通过强化硝化/反硝化过程来实现碳和氮的同步去除。

本发明中所述人工湿地强化碳氮同步去除系统中的废水通过水平流和垂直流的混合运行模式，有效延长了底物与基质的接触时间，强化碳和氮的去除。其中缓释碳源为反硝化提供充足的碳源，炉渣/砾石为硝化提供充沛的碱度，砾石则作为整个装置的终处理部分；同时，通过一级填料区和二级填料区填料的对调，可实现硝化/反硝化的功能变换，有效强化氮的去除。

本发明人工湿地强化碳氮同步去除系统包括以下优点：

1、本发明所采用的生物质废弃物缓释碳源能够克服传统人工湿地系统脱氮效能不稳定、外加碳源难以对不同类型人工湿地反硝化C/N比进行合理调控问题。

2、本发明所采用的农业生物质缓释碳源与炉渣/砾石等碱度物质进行空间调换，可有效实现硝化/反硝化功能的对调，强化人工湿地的脱氮性能。同时，反应器的折流设计有效延长了废水与基质的接触时间，有利于碳/氮的同步去除。