[发明专利]一种强化低C/N河湖水体硝酸盐氮去除的生态净化系统

说明书

本发明涉及一种强化低C/N河湖水体硝酸盐氮去除的生态净化系统，包括沿水流方向依次连通的水量调节塘，拦污装置、释碳塘、潜流人工湿地和沉水植物塘，释碳塘内设置有可移出的释碳装置。在潜流人工湿地前设置释碳塘，充分利用农林废弃物释放碳源，可补充后续人工湿地系统异养反硝化所需的碳源，提高湿地系统对硝酸盐氮的去除效能。当碳源释放率低或停止释放时，释碳床可随时更换，并可根据来水水质进行优化设计，操作更加灵活。潜流人工湿地后面设置沉水植物塘，可进一步削减残余碳源及营养盐浓度，避免了碳源释放过高带来的二次污染问题，确保出水水质达标。

技术领域

本发明涉及水体环境修复技术领域，尤其涉及一种强化低C/N河湖水体硝酸盐氮去除的生态净化系统。

背景技术

河流湖泊作为重要资源和环境载体，是影响城市形态和环境的重要因素。鉴于我国水资源短缺的现状，利用再生水这一非常规水资源进行河道、湖泊补给得到了广泛的应用。然而再生水排入地表水体，存在一定的蓝藻水华风险。以北京市为例，根据《北京市城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11/890-2012)的规定，2015年12月31日起，现有中心城市污水处理厂执行表1中的B标准。新(改、扩建)污水处理厂中，出水排入北京市II、III类水体的污水厂执行A标准，排入IV、V类水体的污水处理厂执行B标准。从表1中可以看出，再生水水质COD、氨氮浓度低，但总氮、总磷浓度较高，其中的氮素主要以硝酸盐氮为主，若排入的地表水体水动力不佳，存在严重的蓝藻水华风险。且现阶段我国诸多河道采取河道曝气措施，河道溶解氧充足，使得COD进一步降低，氨氮转化为硝态氮，低碳、高硝态氮、高磷的特征愈发明显，亟需开展河湖水体水质的净化，尤其是氮、磷等营养盐类污染物的去除。

表1新(改、扩建)城镇污水处理厂基本控制项目排放限值

注：表1中的COD为Chemical Oxygen Demand，中文为化学需氧量；BOD为Biochemical oxygen demand，中文为生物需氧量；SS为suspended solid，中文为固体悬浮物。

人工湿地作为一种生态手段，被广泛地应用于河道治理、水源地保护、农村面源污染治理等领域，且常与塘系统联用，达到去除污染和景观的目的。人工湿地主要利用基质、植物、微生物的协同作用去除水中污染物，其中硝酸盐氮的去除主要依靠微生物的反硝化作用。反硝化细菌以有机碳源为电子供体，硝酸盐作为电子受体，在缺氧条件下将硝酸盐还原为N₂，达到去除硝酸盐氮的目的。因此，碳源是影响人工湿地反硝化作用的重要影响因素之一。一般认为，反硝化所需的最适C/N比为4.0～5.0，但我国部分河湖水体C/N低，碳源不足，导致反硝化作用受阻，对硝酸盐氮处理效果不佳，这是人工湿地用于地表水体处理时存在的一个技术难题。

针对碳源不足引起的人工湿地脱氮效果不佳的问题，采用的技术主要包括两类：一类为向湿地中补充异氧反硝化所需的有机碳源，补充的碳源主要包括传统有机碳源(如：葡萄糖、甲醇、果糖和乙酸等)、天然纤维素碳源(如：稻草、玉米芯、千屈菜、棉花、花生壳、树皮、芦苇杆、木屑、花卉秸秆等)、植物水解液碳源(如：西红柿水、黄瓜叶、稻草、香蒲、美人蕉、芦竹、红薯等水解液)和可生物降解的有机多聚物碳源(如可聚乳酸、降解的餐盒、聚己内酯、聚羟基丁酸戊酸共聚酯等)四种类型。在上述方法中，传统有机碳源和植物水解液均为液态碳源，投加时间、投加量不好控制，容易造成二次污染，因此若采用此方法，应进行精准的控制，工艺较为复杂。申请公布号为CN108911142A的申请文件公开了一种两段式强化脱氮智能人工湿地系统，对湿地系统进行监测，根据监测结果进行碳源投加，达到强化脱氮的目的。相比之下，向湿地基质中直接添加玉米芯、小麦秸秆、木屑、芦苇秸秆等缓释碳源或利用其制备湿地基质得到了较广泛的应用，但存在无法更换的弊端。