一种碳中和人工湿地污水净化系统

1.本发明涉及污水处理系统技术领域，特别是涉及一种碳中和人工湿地污水净化系统。


背景技术：

2.点面源污染治理是我国环境整治工作的重要内容，厂网河一体化逐渐推进，灰绿结合治理理念深入人心，如何低碳治水是水处理行业发展新方向和新路径。以人工湿地为核心的生态修复方法得到越来越广泛的应用。
3.人工湿地作为污水净化工艺，有机污染物在代谢的过程会产生ch4、n2o 和co2等温室气体，常规上，人工湿地释放的co2被认为是生物源性，也就是有机物的自然归宿，因此不计入温室气体排放目录，因此，人工湿地释放的 ch4、n2o排放量决定了其温室气体最终排放效应。
4.因此针对人工湿地水体生态修复工艺，在有效治污的同时实现温室气体 ch4、n2o的减排，是水处理行业的难题，急需开发能够实现降污增汇功能的人工湿地修复系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种碳中和人工湿地污水净化系统，以解决上述现有技术存在的问题，污水自流通过系统，能够实现污水生态治理过程中的温室气体减排。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种碳中和人工湿地污水净化系统，包括通过配水渠连接的非饱和段人工湿地及饱和段人工湿地，
7.所述非饱和段人工湿地的床体中从上至下依次设置n2o拦截转化层、硝化层、ch4气体拦截转化过滤层和有机物降解层；所述非饱和段人工湿地的床体表面设置进水槽，底部设置集水管；所述非饱和段人工湿地的水位高于饱和段人工湿地的水位；所述饱和段人工湿地的床体上层为n2o拦截转化层，中间设置ch4气体拦截转化过滤层；所述饱和段人工湿地段进出水分别位于床体两侧；
8.污水首先从进水管进入所述非饱和段人工湿地床体表面的进水槽，沿着进水槽两侧三角堰向下均匀配置到非饱和段人工湿地床体表层，随后沿着非饱和段人工湿地床体填料孔隙垂直向下流动到床体底部，进入集水管，并输送至所述配水渠中；所述配水渠与饱和段人工湿地连接的一侧设置过水孔，所述配水渠中水体经所述过水孔进入饱和段人工湿地，随后水平流过饱和段人工湿地，并最终由饱和段人工湿地床体末端底部铺设的总出水管排出系统。
9.优选地，所述非饱和段人工湿地及饱和段人工湿地的建设面积比例为 1:2-1:4，所述非饱和段人工湿地及饱和段人工湿地的床体中均填充颗粒状填料，通过水位的调节控制床体中的饱和态和非饱和态。
10.优选地，所述非饱和段人工湿地的床体填料深度为0.9-1.5m，其中：n2o 拦截转化层的填充厚度为10-30cm，硝化层的填充厚度为40-60cm，ch4气体拦截转化过滤层的填充厚
度为10-20cm，有机物降解层的填充厚度为30-40cm；非饱和段水位线在填料表面以下0.6-1.1m。
11.优选地，所述饱和段人工湿地的床体填料深度为0.6-1.0m，其中：床体由上到下依次填充厚度为10-20cm的n2o拦截转化层、厚度为20-30cm的填料层、厚度为10-20cm的ch4气体拦截转化过滤层和厚度为20-30cm的填料层；饱和段水位线在填料表面以下10-20cm。
12.优选地，所述进水槽为双面三角堰结构，三角堰宽度为20-30cm，总高度为10-15cm；所述进水槽上部覆盖筛网。
13.优选地，所述硝化层主要为好氧状态；非饱和段水位线以下为有机物降解层，该层为饱和态，主要发生反硝化脱氮及有机物的代谢，反应过程产生并释放ch4气体；所述ch4气体拦截转化过滤层位于非饱和段水位线以上，为颗粒炭质填料，其上附着甲烷氧化菌，能够将ch4气体氧化为co2。
14.优选地，所述n2o拦截转化层位于床体表层，由负载反硝化菌的生物炭构成，反硝化菌能够将n2o气体转化为n2。
15.优选地，所述饱和段人工湿地为淹水状态，所述非饱和段人工湿地为非淹水状态。
16.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
17.本发明中的碳中和人工湿地污水净化系统，非饱和段水位高于饱和段水位，保证污水自流通过系统；本发明公开的碳中和人工湿地污水净化系统实现了污水生态治理过程中的温室气体减排。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为碳中和人工湿地污水净化系统的整体结构示意图；
20.图2为进水槽的结构示意图；
21.图3为碳中和人工湿地污水净化系统内部结构的仰视图；
22.图4为碳中和人工湿地污水净化系统内部结构的俯视图
23.其中，1非饱和段人工湿地；2配水渠；3饱和段人工湿地；4n2o拦截转化层；5硝化层；6ch4气体拦截转化过滤层；7有机物降解层；8饱和段人工湿地填料层；9进水槽；10进水管；11集水管；12非饱和段水位线；13过水孔；14总出水管；15饱和段水位线；16非饱和段植物；17饱和段植物；18 筛网；19三角堰。
具体实施方式
24.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。
25.本发明的目的是提供一种碳中和人工湿地污水净化系统，以解决上述现有技术存
在的问题，污水自流通过系统，能够实现污水生态治理过程中的温室气体减排。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.如图1-图4所示，本发明提供一种碳中和人工湿地污水净化系统，包括非饱和段人工湿地1及饱和段人工湿地3，中间由配水渠2连接。非饱和段人工湿地1床体中从上至下依次设置n2o拦截转化层4，硝化层5，ch4气体拦截转化过滤层6，有机物降解层7，床体表面设置进水槽9，底部设置集水管11；饱和段人工湿地3床体上层为n2o拦截转化层4，中间设置ch4气体拦截转化过滤层6，饱和段人工湿地3的进出水分别位于床体两侧。
28.污水首先从进水管10进入非饱和段人工湿地1床体表面的进水槽9，沿着进水槽9两侧三角堰19向下均匀配置到床体表层，随后沿着床体填料孔隙垂直向下流动到床体底部，进入集水管11，并输送至配水渠2中。配水渠2 与饱和段人工湿地3连接的一侧设置过水孔13，配水渠2中水体经过水孔13 进入饱和段人工湿地3，随后水平流过饱和段人工湿地3，并最终由床体末端底部铺设总出水管14排出系统。
29.两段人工湿地二者建设面积比例为1:2-1:4，床体中均填充颗粒状填料，通过水位的调节控制床体中的饱和态和非饱和态。
30.具体地，非饱和段人工湿地1床体填料深度为0.9-1.5m，床体由上到下依次填充n2o拦截转化层4(厚度为10-30cm)，硝化层5(厚度为40-60cm)， ch4气体拦截转化过滤层6(厚度为10-20cm)，有机物降解层7(厚度为 30-40cm)，非饱和段水位线12在填料表面以下0.6-1.1m。
31.饱和段人工湿地3床体填料深度为0.6-1.0m，床体由上到下依次填充n2o 拦截转化层4(厚度为10-20cm)，饱和段人工湿地填料层8(厚度为20-30cm)， ch4气体拦截转化过滤层6(厚度为10-20cm)，饱和段人工湿地填料层8(厚度为20-30cm)，饱和段水位线15在填料表面以下10-20cm。
32.进一步地，进水槽9为双面三角堰结构，三角堰19宽度为20-30cm，总高度为10-15cm；进水槽9上部覆盖筛网18，防止湿地植物叶片等凋谢物落入进水槽中造成堵塞，引起配水不均匀。
33.硝化层5主要为好氧状态，主要发生有机氮及氨氮的硝化反应，转化为硝酸盐，反应过程释放n2o，同时部分有机物在好氧状态下代谢产生co2，随着排水过程产生的负压，氧气的持续进入硝化层，保证好氧条件；
34.非饱和段水位线12以下为有机物降解层7，该层为饱和态，主要发生反硝化脱氮及有机物的代谢，反应过程产生并释放ch4气体；
35.ch4气体拦截转化过滤层6位于非饱和段水位线12以上，为颗粒炭质填料，其上附着甲烷氧化菌，能够将ch4气体氧化为co2，减少温室气体强度；
36.n2o拦截转化层4位于床体表层，由负载反硝化菌的生物炭构成，硝化层 5及以下产生的n2o气体进入n2o拦截转化层4后，首先被生物碳吸附，并由其上附着的反硝化菌反硝化转化成n2，实现温室气体n2o的减量。
37.饱和段人工湿地3为淹水状态，该段主要完成硝化液的进一步反硝化脱氮、磷的拦截及参与有机物的代谢。甲烷的产生主要发生在床体底部，深度 40cm以下，在该位置设置ch4气体拦截转化过滤层6，为颗粒炭质填料，其上附着甲烷氧化菌，能够将ch4气体氧化为
co2；ch4气体拦截转化过滤层6 以上区域脱氮过程产生的n2o气体进入n2o拦截转化层4。该层由负载反硝化菌的生物炭构成，硝化层5及以下产生的n2o气体进入n2o拦截转化层4后，首先被生物碳吸附，并由其上附着的反硝化菌反硝化转化成n2，实现温室气体n2o的减量。
38.非饱和段人工湿地1，其非淹水状态，能够种植湿生或陆生，功能性或观赏性植物；饱和段人工湿地3，为淹水状态，其上种植湿生植物。
39.实施例一
40.以下仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。
41.1、针对农村生活污水设计碳中和人工湿地处理系统，处理设计水量为100 吨/t，
42.2、设置一种碳中和人工湿地污水净化系统，如图1所示。
43.3、非饱和段人工湿地1建设面积为300m2，床体由上到下依次填充n2o 拦截转化层4(厚度为10cm)，硝化层5(厚度为50cm，石英砂颗粒填料)， ch4气体拦截转化过滤层6(厚度为20cm)，有机物降解层7(厚度为30cm，石英砂颗粒填料)，总深度为1.1m，水位在填料表面以下0.8m；
44.4、饱和段人工湿地3建设面积为600m2，人工湿地床体填料深度为0.9m，床体由上到下依次填充n2o拦截转化层4(厚度为20cm)，饱和段人工湿地填料层8(厚度为30cm，石英砂颗粒填料)，ch4气体拦截转化过滤层6(厚度为10cm)，饱和段人工湿地填料层8(厚度为30cm，石英砂颗粒填料)，非饱和段水位线12在填料表面以下20cm；
45.5、进水槽9为双面三角堰结构，三角堰19宽度为20cm，总高度为10cm；进水槽9上部覆盖筛网18，防止湿地植物叶片等凋谢物落入进水槽中造成堵塞，引起配水不均匀；
46.6、非饱和段人工湿地1床体表面设置进水槽9，底部设置集水管11；非饱和段人工湿地1与饱和段人工湿地3经配水渠2串联运行，承接非饱和段人工湿地1出水，两段湿地水位高差为10cm，保证水流自流；
47.7、污水首先从进水管10进入非饱和段人工湿地1床体表面的进水槽9，沿着进水槽9两侧的三角堰19向下均匀配置到床体表层，随后沿着床体填料孔隙垂直向下流动到床体底部，进入集水管11，并输送至配水渠2中。配水渠2与饱和段人工湿地3连接的一侧设置过水孔13，配水渠2中水体经过水孔13进入饱和段人工湿地3，随后水平流过饱和段人工湿地3，并最终由床体末端底部铺设总出水管14排出系统。
48.8、硝化层5主要为好氧状态，主要发生有机氮及氨氮的硝化反应，转化为硝酸盐，反应过程释放n2o，同时部分有机物在好氧状态下代谢产生co2，随着排水过程产生的负压，氧气的持续进入硝化层，保证好氧条件；
49.9、非饱和段水位线12以下为有机物降解层7，该层为饱和态，主要发生反硝化脱氮及有机物的代谢，反应过程产生并释放ch4气体；
50.10、ch4气体拦截转化过滤层6填充颗粒炭质填料，其上附着甲烷氧化菌，能够将ch4气体氧化为co2，减少温室气体强度；
51.11、n2o拦截转化层4填料由负载反硝化菌的生物炭构成，硝化层及以下产生的n2o气体进入n2o拦截转化层4后，首先被生物碳吸附，并由其上附着的反硝化菌反硝化转化成n2，实现温室气体n2o的减量；
52.12、饱和段人工湿地3为淹水状态，该段主要完成硝化液的进一步反硝化脱氮、磷的吸附拦截及参与有机物的代谢。甲烷的产生主要发生在床体底部， ch4气体拦截转化过
滤层6为颗粒炭质填料，其上附着甲烷氧化菌，能够将ch4气体氧化为co2；ch4气体拦截转化过滤层6以上区域脱氮及好氧氧化过程产生的n2o气体进入n2o拦截转化层4。该层由负载反硝化菌的生物炭构成，硝化层5及以下产生的n2o气体进入n2o拦截转化层4后，首先被生物碳吸附，并由其上附着的反硝化菌反硝化转化成n2，实现温室气体n2o的减量；
53.13、非饱和段人工湿地1，其非淹水状态，能够种植月季、山茶、木槿等观赏性植物；
54.14、饱和段人工湿地3，为淹水状态，其上种植芦苇、香蒲、美人蕉等湿生植物。
55.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
56.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。