一种用于处理低C/N污水的自养脱氮型人工湿地的制作方法

一种用于处理低c/n污水的自养脱氮型人工湿地
技术领域
1.本发明涉及水污染处理技术领域，具体是一种用于处理低c/n污水的自养脱氮型人工湿地。


背景技术：

2.人工湿地处理污水主要是通过植物吸收、填料吸附、微生物分解方式等去除污染物，其中去除氮素主要是填料内的依靠硝化细菌及反硝化细菌，在系统内发生硝化及反硝化作用，将氨氮转化为硝态氮进而转化为氮气。当污水中碳源不足时，tn的去除效果较差，常规人工湿地运行发生反硝化作用需外加碳源，提高了运行成本。
3.现有的人工湿地运行过程中，通常是系统上部进水、下部出水，即下行流方式，进水经过do浓度高的植物根系覆盖层和好氧区，将好氧区的do带入到厌氧区，从而影响反硝化反应的进行。此外，现有技术处理低c/n污水需投加碳源，保证反硝化作用的效率。碳源投加量难控制，费用高，下行流方式会使植物根部的生物膜沉淀和悬浮物截留，时间长了填料易被堵塞，影响净化效果。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种用于处理低c/n污水的自养脱氮型人工湿地，采用上行流及硝化液回流的进水方式，有利于系统内do浓度的控制，并且在同一湿地系统内循环多次进行硝化及反硝化反应，提高tn的去除效果。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种用于处理低c/n污水的自养脱氮型人工湿地，包括自上而下设置的好氧区和厌氧区，于所述厌氧区底侧连接有进水管，于所述好氧区顶侧连接有出水管，所述出水管的出水端连接有回流管，所述回流管的出水端与厌氧区相连通；所述厌氧区中自上而下设有第一填料层、第二填料层和第三填料层，所述第一填料层为硫磺。
7.进一步的：所述第二填料层为沸石，其粒径为4
‑
10mm。
8.进一步的：所述第三填料层为鹅卵石，其粒径为10
‑
16mm。
9.进一步的：所述好氧区中设有第四填料层，所述第四填料层为陶粒，其粒径为0.5
‑
15mm。
10.进一步的：所述好氧区和厌氧区的连接处设有分隔网，所述分隔网上方设有曝气装置。
11.进一步的：所述进水管包括第一主管、连通在所述第一主管上的多个第一支管，所述第一支管上开设有多个第一过流孔；所述回流管包括第二主管、连通在所述第二主管上的多个第二支管，所述第二支管上开设有多个第二过流孔；其中，所述第二支管设于厌氧区底侧，且与第一支管交错排布设置。
12.进一步的：所述曝气装置包括多个曝气头、连接多个曝气头的曝气管道、用于固定曝气管道的支架、与所述曝气头电连接的曝气风机和流量计；其中，曝气头安装密度为0.4
‑
0.5m2/个。
13.进一步的：还包括设于好氧区上端的芦苇，其种植密度为20棵/m2。
14.进一步的：所述好氧区和厌氧区的外侧和底部包裹有用于保温的水泥层。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.本发明通过上行流的进水方式，使进水直接到达厌氧区，避免从好氧区将do带入厌氧区的情况，有利于对厌氧区内do浓度的控制，保证反硝化作用的高效进行。在好氧区内插入曝气头，提高好氧区do浓度，保证硝化作用效果。此外，上端出水，上行流可减轻人工湿地填料堵塞问题，有效控制do浓度，出水200％回流，可提高no3‑
浓度的去除效果，去除率可达90％。营造厌、好氧系统，完成硝化及反硝化过程，去除tn。
17.陶粒结合硫磺层，填料清洗频率有所降低。人工湿地的堵塞微生物主要为兼性厌氧化学异养微生物。仅有陶粒填料时，异养微生物为优势菌种，更易堵塞。由于硫磺层发生的自养反硝化作用更强，自养微生物为优势菌种，结合上行流的进水方式，硫磺填料有效成分会随着反应逐渐溶解，减轻填料堵塞的问题。
18.本发明采用硫自养反硝化原理，使用硫磺填料，无需外加碳源，节省投加成本；硫磺填料为消耗品，需定期投加，每年湿地植物收割时更换或添加一次即可，节约运营成本。硫磺填料配合上行流的进水方式、以及曝气装置的布置，使系统中的厌氧区和好氧区do浓度均能处于适宜环境，处理低c/n的农村污水时无需外加碳源即可进行反硝化作用。组合填料能够适应不同的c/n农村污水的处理，特别是加入硫磺填料后，低c/n(c/n≈2)污水中tn的处理效果明显。
19.本发明中进水管的第一支管和回流管的第二支管相互交错排布，有利于回流的硝化液均匀地扩散在厌氧区底部，经历多次上行流净化过程；进水管中的水经过各个第一过流孔均匀扩散到厌氧区的底部，从而实行上行流净化过程。
20.本发明通过增加水泥层实现保持系统恒温，改善现有人工湿地受季节影响严重、低温状态微生物活性较差的问题，减少季节变化对处理效果的影响。
附图说明
21.图1为本发明结构示意图；
22.图2为俯视视角下本发明中进水管和回流管排布方式示意图；
23.图3为俯视视角下本发明中分隔网、曝气头、支架的连接关系示意图；
24.图中：1
‑
好氧区、2
‑
厌氧区、3
‑
进水管、31
‑
第一主管、32
‑
第一支管、33
‑
第一过流孔、4
‑
出水管、5
‑
回流管、51
‑
第二主管、52
‑
第二支管、53
‑
第二过流孔、53
‑
回流泵、6
‑
分隔网、7
‑
曝气装置、71
‑
曝气头、72
‑
曝气管道、73
‑
曝气风机、74
‑
流量计、75
‑
支架、8
‑
湿地植物、9
‑
水泥层。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.实施例
29.请参阅图1
‑
3，本发明实施例中，一种用于处理低c/n污水的自养脱氮型人工湿地，整体高度为90
‑
100cm，包括自上而下设置的湿地植物8、好氧区1和厌氧区2，于所述厌氧区2底侧连接有进水管3，进水管3一端位于厌氧区2外侧、另一端位于厌氧区2内部，外侧的进水管3端连接加压装置，使水流从人工湿地的底部进入。于所述好氧区1顶侧连接有出水管4，控制水流只能从人工湿地的顶端流出，从而实现上行流的水流方式。此外，所述出水管4的出水端连接有回流管5，所述回流管5的出水端连通到厌氧区2的底侧。该回流管5供经过人工湿地净化过的水回流到厌氧区2底部，实现循环多次硝化及反硝化反应，提高tn的去除效果。
30.请继续参阅图2，进水管3一端呈梳齿状，其包括第一主管31、连通在所述第一主管31上的多个相互平行的第一支管32，所述第一支管32上开设有多个第一过流孔33。同样呈梳齿状的回流管5包括第二主管51、连通在所述第二主管51上的多个相互平行的第二支管52，所述第二支管52上开设有多个第二过流孔53，第一支管32与第二支管32相互交错排布设置。该排布方式有利于回流的硝化液均匀地扩散在厌氧区2底部，经历多次循环净化过程；进水管3中的水经过各个第一过流孔33均匀扩散到厌氧区2的底部，从而实行上行流净化过程。回流管5上连接有回流泵53，进水管3上连接有进水泵，回流泵53的流量设为进水泵流量的2倍，以达到出水200％回流，可提高no3‑
浓度的去除效果。
31.好氧区1和厌氧区2的外壁是水泥层9浇筑而成，提供相对恒温的环境，保证低温时微生物的生长活性。在其他实施例中，水泥层9也可替换成其他保温材料。人工湿地整体可设计成为矩形或者圆柱形。
32.好氧区1、厌氧区2中填埋有各种填料，厌氧区2从上往下依次设有第一填料层、第二填料层、第三填料层，分别是硫磺、沸石层和鹅卵石。所有填料层的初始孔隙率控制在35％
‑
40％。其中，鹅卵石作为底部支撑层，层高10cm，主要起到过滤废水中杂质的作用，鹅卵石粒径为10
‑
16mm；沸石作为填充过渡层，层高20cm，沸石粒径为4
‑
10mm，沸石主要对废水中的氨氮起吸附作用；硫磺作为微生物反应层，层高30cm，其粒径为3
‑
7mm，在该层发生反硝化反应。使用硫磺无需额外添加碳源，硫磺填料为消耗品，每年湿地植物收割时更换或补充一次即可，可节约运营成本。
33.本发明中的反硝化过程如下：
34.硫自养反硝化过程利用硫磺(s)作为电子供体，硝态氮(no3‑
n)及亚硝态氮(no2‑
n)作为电子受体对尾水进行深度脱氮。沸石表面的阳离子极易与水中的阳离子发生离子交换有助于维持体系的酸碱度平衡。因此，以硫磺(s)作为反应器填料有利于弥补异养反硝化脱氮过程中电子供体的不足和稳定系统ph值。
35.好氧区1中设有第四填料层，为粒径在0.5
‑
15mm的陶粒，该层作为植物生长层，需要高浓度的do环境来支持硝化反应发生以及植物根系的生长。因此，在好氧区1和厌氧区2的连接处设有分隔网6，在分隔网6上设置有曝气装置7。该分隔网6与水泥层9内壁可拆卸的连接，分隔网6将厌氧区2和好氧区1分隔开来，并且通过支架75起到固定曝气装置7的作用。曝气装置7包括多个曝气头71、连接多个曝气头71的曝气管道72、用于固定曝气管道72的支架75、与所述曝气头71电连接的曝气风机73、用于监测曝气量的流量计74。曝气风机73鼓送空气通过曝气管道72输送至曝气头71，再经由曝气头71向好氧区1中输送气泡，从而提高好氧区1的溶解氧。支架75从曝气管道72下方将其与支架75进行固定，避免曝气管道72随着水流波动发生松动。曝气头71设置为微孔曝气头，均匀分布在分隔网6上，安装密度0.4m2/个，曝气速率为1.5l/min，可保证好氧区1的溶解氧浓度不小于2mg/l；曝气装置7保证了好氧区1以及植物根系的高do环境，有利于硝化作用的良好进行。
36.硫磺填料层的反应机理：系统内的硫氧化细菌可在厌氧或者缺氧的环境内通过还原性硫获取能量，将硝酸盐还原为氮气。污泥产生量低，会产生h

及so
42
‑
，反应式为：5s0 6no3‑
2h2o
→
5so
42
‑
3n2 4h

。
37.进一步的，进水管3、回流管5的回流端均水平地埋设在鹅卵石层，且处于同一水平面上，有利于水流的扩散交替；鹅卵石对管道进行固定，避免管道随着水流波动发生移动。
38.进一步的，湿地植物8可选用挺水植物，如芦苇，种植密度为20棵/m2。
39.本发明在使用时，打开进水管3的阀门，水流从底部的进水管3进行湿地系统中，通过层层填料的处理净化后，从顶部的出水管4中流出，顺着回流管5向下，回流至厌氧区2底部，再次经过上行流净化，如此循环。
40.对比例
41.将实施例中的第一填料层由硫磺换成石英砂，其余不变。
42.对实施例和对比例中的水质进行检测，具体检测项目和结果如表1、表2所示。
43.表1
44.水质情况codtpnh3‑
nno3‑
ntnss总碱度ph单位mg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/l/进水2018.1587.71.1893.91364907.57出水口(对比例)324.976.9515.318.7101457.31去除率0.8410.3900.921
‑
11.9660.8010.9260.704/出水口(实施例)324.775.150.2477.11577.66.72去除率0.8410.4150.9410.7910.9240.9630.842/
45.表2
[0046][0047]
从表1和表2可以看出，使用硫磺填料代替现有常用的石英砂填料，对好氧区、厌氧区的do控制效果更好，tn处理效果更佳。
[0048]
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0049]
故以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用来限定本技术的实施范围；即凡依本技术的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本技术权利要求的保护范围。