一種增強反硝化作用的水平潛流人工濕地系統的制作方法

本發明涉及環境保護，特別是一種增強反硝化作用的水平潛流人工濕地系統。

背景技術：

由于污水處理廠排放標準與地表水環境質量標準之間存在一定差距，直排入河的污水廠即使執行最嚴格的排放標準仍無法滿足地表水ⅴ類水體水質要求，因此人工濕地技術，特別是作為污水處理廠尾水深度處理的人工濕地得到越來越多的關注，在我國北方地區正得到大力推廣應用。目前，污水處理廠對cod和氨氮的去除較為徹底，但由于碳源的缺乏，反硝化作用往往不徹底，污水廠尾水硝態氮和tn濃度普遍較高，c/n比往往低與2.0。大量監測數據表明，在無碳源補充的情況下，人工濕地在對污水廠尾水進行深度凈化時，tn的去除率一般不超過20%，出水tn濃度仍較高，易導致尾水受納水體富營養化，使得人工濕地技術受到質疑。

目前常用補充甲醇、乙酸、蔗糖溶液等液態碳源的方式解決水體c/n比低，tn去除效果不佳的問題，但投加液態碳源成本較高，效果維持時間短，投加量不好掌握，易造成二次污染；此外，還有使用玉米芯、小麥秸稈等農業廢棄物作為天然纖維素緩釋碳源投加到濕地系統中，實現碳源的緩釋、長期釋放；如：專利申請號為cn201410683823.9的發明專利公開了一種強化冬季微污染水體脫氮的水平潛流濕地系統，該系統通過在水平潛流濕地系統的中后端投加玉米芯作為緩釋碳源，出水tn去除率達到40%。但由于現有的濕地系統不具備重復添加碳源的功能，玉米芯在濕地系統中分解完畢后無法重新添加，碳源釋放完后即轉變為普通水平潛流濕地，tn除去率降低，因此，在使用天然纖維素碳源增強水平潛流人工濕地反硝化作用的水平的基礎上，如何實現碳源的緩慢可控釋放和可更換是需要解決的技術問題。

技術實現要素：

針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本發明之目的是提供一種增強反硝化作用的水平潛流人工濕地系統，可有效解決現有技術中人工濕地緩釋碳源更換不方便，反硝化不足，tn的去除率低，出水tn濃度高，易導致尾水受納水體富營養化的問題。

本發明解決的技術方案是，包括平行設置在基質床體左右兩邊的布水渠和收水渠，布水渠與基質床體間裝有開孔的布水板，收水渠與基質床體間有與布水板結構相同開孔的收水板，收水渠右側壁上自上而下依次裝有用于調節水位的第一出水管、第二出水管和第三出水管，布水渠的外側壁（即圖中左側壁）上裝有進水管，基質床體內由上而下鋪設有第一基質層、第二基質層和底部的防滲土工膜層，所述第一基質層為小粒徑的礫石層，所述第二基質層為質量比的礫石：沸石：鐵屑=60:39:1的混合基質；基質床體靠近布水渠的一端1/2段的底部平鋪有微孔曝氣管，基質床體離布水渠的2/3的位置處裝有相對平行豎直向上的開孔的第一擋板和第二擋板，第一擋板、第二擋板之間構成生態基質架安裝槽，生態基質架安裝槽內裝有生態基質架，生態基質架包括固定裝在第一擋板、第二擋板之間的橫向骨架和懸掛于橫向骨架上的向下可拆卸式懸掛架，沿懸掛架向下裝有若干中空填料球，填料球內填充有專利申請號為cn201610929155.2的制備方法制備的生態基質顆粒。

本發明結構簡單，新穎獨特，使用、維護方便，實用性強，運行費用低，大大增強水平潛流濕地的脫氮能力，tn去除率高，效果好，經濟和社會效益顯著。

附圖說明

圖1為本發明的剖面結構主視圖；

圖2為本發明的布水板（或收水板）的結構主視圖；

圖3為本發明第一擋板（或第二擋板）的結構主視圖；

圖4為本發明生態基質架安裝槽剖面結構主視圖；

圖5為本發明懸掛架螺栓卡扣結構主視圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細說明：

如圖1-5所示，本發明包括平行設置在基質床體5左右兩邊的布水渠1和收水渠6，布水渠1與基質床體5間裝有開孔的布水板2，收水渠6與基質床體5間有與布水板2結構相同開孔的收水板7，收水渠6右側壁上自上而下依次裝有用于調節水位的第一出水管11-1、第二出水管11-2和第三出水管11-3，布水渠1的外側壁（即圖中左側壁）上裝有進水管1-1，基質床體5內由上而下鋪設有第一基質層10-1、第二基質層10-2和底部的防滲土工膜層10-3，所述第一基質層10-1為小粒徑的礫石層，所述第二基質層10-2為質量比的礫石：沸石：鐵屑=60:39:1的混合基質；基質床體5靠近布水渠1的一端1/2段的底部平鋪有微孔曝氣管3，基質床體5離布水渠1的2/3的位置處裝有相對平行豎直向上的開孔的第一擋板4-1和第二擋板4-2，第一擋板4-1、第二擋板4-2之間構成生態基質架安裝槽8，生態基質架安裝槽8內裝有生態基質架，生態基質架包括固定裝在第一擋板4-1、第二擋板4-2之間的橫向骨架9-1和懸掛于橫向骨架9-1上的向下可拆卸式懸掛架9-2，沿懸掛架9-2向下裝有若干中空填料球12，填料球12內填充有專利申請號為cn201610929155.2的制備方法制備的生態基質顆粒。

為了保證使用效果和使用方便，

所述的生態基質顆粒為專利申請號cn201610929155.2的制備方法制成的顆粒，包括以下步驟：（1）配料：生態基質顆粒是由以下重量計的原料制成：高滲透性多孔無機材料50%～75%、無機結合料20%～25%和緩釋碳源3%～5%；所述的高滲透性多孔無機材料為：硅藻土、鈣基膨潤土或沸石粉中的2種或3種的混合物；所述的無機結合料為普通硅酸鹽水泥、粉煤灰或礦渣硅酸鹽水泥的一種，或兩種的混合物；所述的緩釋碳源為玉米芯；（2）玉米芯改性：將玉米芯粉碎成過40-60目篩的顆粒，加入質量濃度2%的氫氧化鈉溶液，浸泡2-4h，用清水沖洗至ph為中性，60℃烘箱中烘干，紫外光照射10h，得改性玉米芯；（3）造粒：將高滲透性多孔無機材料、無機結合料和改性玉米芯使用攪拌機攪拌混合均勻，置入造粒機造粒，在20～25r/min，向造粒機內噴水，使原料逐漸滾動成直徑9-12mm的球形顆粒；（4）養護：將制好的球形顆粒平鋪在平板上，置于陰涼處，養護3-5天，每天早晚各灑水一次，灑水至顆粒表面濕潤，晾干，即成生態基質顆粒。

所述布水渠1寬度為基質床體5長度的1/20-25，收水渠6與布水渠1寬度相同。

所述基質床體5是由鋼筋混凝土砌筑成的長方形，其長寬比為2：1，高2m，底面是由自下而上的20cm厚的素土層、1.5mm厚的hdpe防滲布層和10cm厚的粘土層構成的復合體。

所述第一擋板4-1、第二擋板4-2開孔的孔徑為布水板2開孔孔徑的1/2，開孔數量為布水板2開孔數量的2倍。

所述生態基質架安裝槽8與布水渠1寬度相同。

所述橫向骨架9-1為直徑為20mm的不銹鋼管，所述懸掛架9-2為直徑為10mm的中空不銹鋼管，所述中空填料球12直徑為10cm。

所述懸掛架9-2經螺栓卡扣13固定在橫向骨架9-1上，實現了生態基質的快速安裝及更換。

所述第一基質層10-1的礫石粒徑為0.5cm。

所述第二基質層10-2的礫石粒徑為1.0-2.0cm，沸石粒徑為1.0-2.0cm，鐵屑粒徑為0.5-1.0cm。

所述第一基質層10-1上種植有蘆葦、香蒲、或黃花鳶尾。

所述微孔曝氣管3是由pvc制成的直徑為3cm的圓形空心管，空心管上每間隔0.2m開有直徑為0.3cm的通氣孔。

本發明的使用情況是，曝氣管長度為基質床體的一半，通過在基質床體前半段曝氣，濕地床內水體溶解氧可達到4～6mg/l，促進硝化細菌的生長繁殖，使水體中的nh3-n基本完全轉化為no3-n，水流流過曝氣段，經過一段基質后進入生態基質懸掛槽中，由于生態基質顆粒持續釋放碳源，水體中c/n比迅速升高，溶解氧則降低至0.5～1mg/l，水體處于缺氧狀態，促進異養反硝化微生物大量生長繁殖，將水體中的no3-n轉化為n2，徹底從水中去除；填料球內裝填專利申請號為cn201610929155.2的強化脫氮生態基質顆粒，生態基質顆粒內的碳源可持續釋放6～8個月，碳源釋放完后，將豎向懸掛架拆卸后取出，更換內部的生態基質顆粒后放回安裝槽中即可；本發明通過微孔曝氣管曝氣、生態基質和基質床體內混合基質的優化布局，形成前段曝氣強化硝化、中后段生態基質補充碳源強化反硝化的硝化—反硝化的氮循環濕地系統，使氮污染轉化為n2逸出水體，試驗表明，該濕地系統對tn的去除率可達到60%以上，是傳統水平潛流人工濕地對tn去除率的2～3倍。

綜上所述，本發明避免了傳統濕地需要經常投加甲醇、乙酸等液態碳源，降低了濕地維護難度和運行成本，可以大大增強水平潛流濕地的脫氮能力，tn去除率大于60%，并且維護簡單，與投加液態碳源的人工濕地相比，運行費用可降低40%，即費用降低1.5倍，節能環保，具有很強的實用性，是人工濕地技術的一大創新，有效解決污水廠尾水直排造成的水體富營養化問題，經濟和社會效益巨大。