强化脱氮的太阳能曝气垂直流人工湿地系统的制作方法

文档序号:11556227阅读:171来源:国知局
强化脱氮的太阳能曝气垂直流人工湿地系统的制造方法与工艺

本实用新型涉及一种强化脱氮的太阳能曝气垂直流人工湿地系统,属环境保护和水污染控制技术领域。



背景技术:

人工湿地是一种生态工程废水处理技术,近年来在污水处理工程中被大幅度应用推广,但目前人工湿地针对的主要是体现有机物污染总况的化学需要量和生物需氧量,通过微生物等一系列生物、化学和物理作用,将污水的BOD、COD以及SS等指标降下来,当对总氮的去除往往被忽略。

生物净化对氮的去除依次分为氨化、硝化和反硝化三个过程,氨化作用主要是氨化细菌将有机氮转化成NH4+-N的过程,该过程在好氧环境中进行的较快;硝化作用主要是硝化细菌和亚硝化细菌将NH4+-N分步氧化成NO3--N的过程,该过程主要在好氧环境中进行,良好的硝化作用是人工湿地去除TN的前提;反硝化作用主要是兼性厌氧菌利用NO3--N、NO2--N和NOx作为电子受体,最终还原成N2的过程,该过程在缺氧条件下进行,由于现有人工湿地中往往缺乏反硝化菌群的生长和代谢环境,因此反硝化被认为是制约人工湿地脱氮的主要原因。

例如,现有技术下,垂直流人工湿地通过曝气方式向基质间隙充入空气,以增加水中的溶解氧含量,为好氧微生物营造一个良好的生存环境,强化湿地对COD、BOD5、NH4+-N和TP等的处理效果,并避免湿地出现散发异味等负面影响,其曝气方式是将曝气管设置在湿地的底部进行曝气,空气由下向上穿过整个填料层,使整个填料层全部充氧,由此可以保证曝气的充氧效果,改善整个湿地的氧含量,但同时也大大减少了填料层的厌氧区域面积,抑制了反硝化反应的进行,降低了人工湿地对TN的去除。

为实现反硝化反应,并依靠厌氧菌群的作用消除一些难以好氧处理的有机物,同时也是为了节省曝气成本,现有技术下还采用了间歇曝气的方式,在停止曝气后经过一定的好氧生化消耗,溶解氧的浓度逐渐下降,在一些曝气不充分的区域甚至湿地下部难以自然复氧的区域形成一定的缺氧甚至无氧状态,以产生缺氧条件下的反硝化反应,但是,这种间歇式的曝气方式只能依靠间歇性曝气在时间上营造“好氧-厌氧”条件,使得硝化反应和反硝化反应在时间上批次进行,脱氮效率不高,并且还将交替破坏氧化菌群和缺氧菌群的生长环境,特别是对于需要长期培养的反硝化菌群而言,往往在很大程度上制约了其生长和代谢效果。另外,现有人工湿地的曝气系统还存在下列缺陷:(1)采用曝气管进行曝气,气泡直径大,气泡的比面积小,影响氧的溶解量,并且设备本身易于出现故障,使用寿命短,一旦损坏,需要更换整条管件;(2)曝气系统的动力来源于市电,需要具备供电条件或铺设供电线路,同时也存在后期运营中能源损耗的问题。



技术实现要素:

针对现有技术的上述缺陷,本实用新型提供了一种强化脱氮的太阳能曝气垂直流人工湿地系统,该系统能够在填料层内形成长期稳定的好氧区和缺氧区,使相应微生物处于长期稳定的环境,水在顺序流经好氧区和缺氧区的过程中,依次进行包括硝化和反硝化在内的好氧生化反应和缺氧/厌氧生化反应,不仅有助于提高对有机污染物的总体净化效果,而且还强化了人工湿地的脱氮效果。

本实用新型的技术方案为:一种强化脱氮的太阳能曝气垂直流人工湿地系统,包括池体,所述池体内设有填料层,所述填料层的顶部或上方设有布水管,所述填料层的底部或下方设有集水管,所述填料层中的中部设有曝气管,所述曝气管上连接有若干曝气器,所述曝气管的进气口连接曝气风机的输出管道,由此,曝气时空气向上流,使位于曝气管上方的填料层呈有氧状态,好氧生物菌群得以生长,位于曝气管下方的填料层得不到曝气补充的空气,在水中溶解氧逐渐消耗后,由上至下逐渐呈缺氧状态,使兼性菌群甚至厌氧菌群得以生长,可以控制曝气管在填料层的具体高度以及曝气量,控制不同高度下的溶解氧浓度,进而控制不同高度的微生物种类及所进行相应的生化反应。

所述曝气器优选采用微孔曝气盘,以减小曝气气泡体积,增大气泡的与水的接触面积,增大氧的溶解能力。

所述微孔曝气盘的曝气微孔可以设置在微孔曝气盘的正面,所述微孔曝气盘的正面朝上,由此使曝气气泡直接向上流动。

所述微孔曝气盘优选采用金刚砂微孔曝气盘,所述金刚砂微孔曝气盘的正面采用金刚砂制成,由此不仅获得所需的微孔气泡,而且阻力小,使用寿命长。

所述池体可以为现场构筑物,池体的底部和侧壁上可以设有防渗层。

所述填料层上优选种植有挺水植物。

所述填料层的上面可以覆盖有砾石层,下面可以设有细沙保护层。

所述布水管可以位于所述砾石层的上方,所述集水管可以位于所述细沙保护层的上面。

所述布水管可以设有或连接有用于接入待处理水的系统进水口,所述集水管的出口可以连接系统排水通道或接入排水集水池。

池体内的所述集水管管壁上通常可以分布有若干集水通孔。

所述池体内还可以设有若干集放气管,所述集放气管的上端位于所述布气管的上方,下端延伸至所述池体的底部,所述集放气管的管壁上可以设有若干通孔,生化反应产生的二氧化碳、氮气等气体通过集放气管管壁上的通孔进入管内,进而从上端管口排出。

所述池体内的空间优选呈倒四棱台形,其任何水平截面均呈矩形。

在上述池体形状下,所述曝气管可以包括横向延伸的曝气主管和若干纵向延伸的曝气支管,所述曝气主管位于池体内空间的纵向中央位置(即曝气主管的中心轴线位于池体内空间的前后对称面上),所述曝气支管的中部连接在所述曝气主管上,各曝气支管等间距分布在同一平面上,所述曝气器分别安装在各所述曝气支管上,各所述曝气支管上安装的曝气器数量和曝气器分布相同,同一曝气支管上的各曝气器间距相等,这种曝气管构造结构简单,且曝气均匀。

所述曝气风机优选为采用直流电动机驱动的直流风机。

所述直流电动机优选以安装在现场的太阳能发电系统为电源,所述太阳能发电系统的电力输出线缆接入所述直流风机的电源接入端。

所述太阳能发电系统通常应设有用于发电的太阳能电池板、用于储能的蓄电池和用于控制其内部工作状态和对外输出状态的太阳能控制器(或称太阳能充放电控制器),所述太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器的相互连接方式以及控制方式可以依据现有技术。

本系统还可以设有控制柜,所述太阳能控制器安装在所述控制柜内,所述控制柜上设有能够显示所述太阳能发电系统工作状态的显示器以及控制太阳能发电系统电力输出通断的微电脑时控开关,所述蓄电池的接线端子通过线缆连接所述太阳能控制器的蓄电池连接端。

本实用新型的有益效果为:(1)曝气器铺设在填料层中部,由此将填料层分隔为好氧、兼氧和厌氧区域,使得湿地系统中氨化、硝化、反硝化反应都能充分进行,提高了曝气人工湿地系统的脱氮效率以及对有机物等多种污染的净化效率;(2)采用经高温烧结而成的超硬金刚砂微孔曝气盘作为曝气器,具有抗压、耐腐蚀,使用年限长,更适合应用于人工湿地曝气工程中;(3)曝气器仅正面、单面出气,气泡微小,且气泡上升方向与水体流动方向正相反,这样增加了空气与水体的接触面积,提高了水体的氧气利用效率;(4)利用太阳能光伏发电为动力来源,节省了市电的能源消耗,不受是否存在市电的限制。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图;

图2是本实用新型曝气管的平面构造示意图;

图3是本实用新型的一种具体实施例下的净化数据。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。

如图1所示,太阳能电池板1由支架2支撑,通过光伏发电为曝气系统提供能源,多余的电量储存到蓄电池6中,并由控制柜3中的微电脑时控开关5控制其电力输出电路的断开,间接控制曝气系统的启停,显示器4显示太阳能电池板1的发电状态、蓄电池6的充放电状态和直流风机7的耗电状态。

采用垂直潜流人工湿地,池体8的规格为长×宽=50m×25m,剖面上下边缘高程差为1.2m,水流方向自上而下。

池体8的内部构造由上及下依次为挺水植物9、砾石层10、填料层12和细沙保护层16,其中填料层12为人工湿地净化核心处理区;池体8内部管道由上及下依次为布水管11、曝气主管13、集水管15和放气管17,其中布水采用上进下出,由填料层顶部的布水管11均匀布水,填料层底部的集水管集水,由集水管的出水口18排出;曝气主管13布设在填料层中部,通过金刚砂曝气盘14均匀地向湿地系统中曝气,曝气盘单面(可称出气面为正面)出气,出气面向上,气泡上升方向与水流方向平行且相反,湿地中生物分解产生的N2、CO2等气体通过集放气管17排出。

如图2所示,曝气主管13设在其所在平面的纵向中间,距两侧池壁分别为25m,与曝气支管19连接,曝气支管间距1m,曝气支管上均匀安装曝气盘14,曝气盘间距1m,即单个曝气盘的服务面积为1m2

如图3所示,为上述实施例运行三个月后稳定期间对污染物的平均去除率及pH情况。单一池体的进水水力负荷为0.3m3/(m2·d),水力停留时间为1.2天;每天曝气4小时,曝气强度依照进水污染物消解的需氧量计算得出,当出水耗氧污染物浓度高于IV类水质标准时适当提高曝气强度。其中对CODCr、NH4+-N、TN、TP、SS的去除率分别为59%、88%、52%、81%、65%,进水pH稳定在7.3左右,出水pH稳定在7.7左右。

所述池体的底部可以设置防渗层,所述防渗层可以采用任意适宜的现有技术和其他可能的技术。作为一个优选的实施例,所述防渗层可以自基面起由里到外依次为膨润土垫层、HDPE土工膜、膨润土保护层、细沙保护层和涤纶无纺土工布层,通过将涤纶无纺土工布设置与细沙保护层的上面,有助于提供对土工膜的整体保护效果,利用涤纶无纺土工布的整体性和韧性,支承、匀化和缓冲来自上方的外力/外物,同时隔离杂质,减少细沙保护层的污染以及生化反应,这种土工布的上面可以直接铺设砾石层、填料层和集水管道,膨润土保护层的设置有利于防止实际实施中细沙中较大颗粒或尖锐异物对土工膜的损坏。土工膜之间的接缝处优选采用堆焊焊接,且位于上层的土工膜焊接边缘为折叠边,将上层土工膜搭接在下层土工膜上时,留出一定的折叠富余量,将富余部分向上翻起并折叠在本土工膜的主体部分上,形成折叠后的边缘,在折叠后的边缘处进行与下层土工膜之间的堆焊,这种焊接方式不仅方便易行,而且在实际中能够有效地保证焊接区域的强度,且不存在边缘破损。

所述池体内可以设置若干集排气立管,所述集排气立管的侧壁上分布有若干集气通孔,外面包裹有一层或多层非金属丝网,例如尼龙丝网,所述集排气立管的下端延伸池体的底部,上端露在外面,池内因生化反应形成的二氧化碳和氮气等气体可以在内部压力作用下自动进入集排气立管并排出,包裹在外面的丝网网孔能够阻挡颗粒物进入立管,由此允许立管上采用相对较大的集气通孔,有助于防止通孔堵塞,延长使用寿命。

所述池体内的底部、中部和上部可以设有在线温度检测仪和/或压力检测仪,所述在线温度检测仪/或压力检测仪的输出接入现场控制柜,通过现场控制柜的显示器进行显示,以便于了解和判断池体内部的生化反应状况,例如,温度是影响菌群活性的一个重要环境因素,而压力则提示池内透水透气性能以及由此可能存在的生化反应问题,现场控制柜内可以依据需要设置相关的数据处理电路或装置,将温度/压力检测仪的输出接入相关数据处理电路或装置,以进行所需的显示处理和其他处理,例如,数据处理电路或装置可以设有报警输出,在检测的温度/压力数据符合报警条件时,通过报警输出连接的报警指示灯和/或报警蜂鸣器进行报警。

所述池体的上面可以设有纵向和/或横向的人行桥,所述人行桥的两端固定安装在池壁或地面上,由此,管理和检修人员可以走到桥上进行近距离查看和检修作业。

这种人工湿地对氮的去除依次分为氨化、硝化和反硝化三个步骤,其中氨化反应是氨化细菌在好氧环境中将有机氮转化成NH4+-N,硝化反应是硝化细菌在好氧环境中将NH4+-N转化成NO3--N,反硝化反应是反硝化细菌在厌氧环境中将NO3--N还原成N2,最终通过湿地排气管道排出,从而完成脱氮。本实用新型在传统人工湿地基础之上加入人工曝气强化措施,在湿地填料层中部曝气,这样在湿地填料层中由上到下依次构建了好氧区域、兼氧区域和厌氧区域,水体由上而下流经填料层,水中溶解氧会随着水流方向逐渐减少。湿地上半部分的曝气强化措施中,采用微孔金刚砂曝气盘作为曝气器,其气泡直径微小,气泡上升方向与水流方向平行且相反,增加了与水体的接触面积,增强了氧气利用率,提升了水体中溶解氧浓度,有利于氨化和硝化作用,将更多的有机氮和NH4+-N转化成NO3--N,为反硝化反应提供更多的NO3--N;湿地中部以下没有曝气措施,在中部的兼氧区域和底部的厌氧区域发生反硝化反应,将NO3--N还原成N2,最终释放出湿地系统。另外,超硬金刚砂微孔曝气盘经高温烧结而成,抗压、寿命长,减少了后期更换频率。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段,除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外,均可以任意组合,形成若干不同的技术方案。

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