一种增强反硝化作用的水平潜流人工湿地系统的制作方法

本发明涉及环境保护，特别是一种增强反硝化作用的水平潜流人工湿地系统。

背景技术：

由于污水处理厂排放标准与地表水环境质量标准之间存在一定差距，直排入河的污水厂即使执行最严格的排放标准仍无法满足地表水ⅴ类水体水质要求，因此人工湿地技术，特别是作为污水处理厂尾水深度处理的人工湿地得到越来越多的关注，在我国北方地区正得到大力推广应用。目前，污水处理厂对cod和氨氮的去除较为彻底，但由于碳源的缺乏，反硝化作用往往不彻底，污水厂尾水硝态氮和tn浓度普遍较高，c/n比往往低与2.0。大量监测数据表明，在无碳源补充的情况下，人工湿地在对污水厂尾水进行深度净化时，tn的去除率一般不超过20%，出水tn浓度仍较高，易导致尾水受纳水体富营养化，使得人工湿地技术受到质疑。

目前常用补充甲醇、乙酸、蔗糖溶液等液态碳源的方式解决水体c/n比低，tn去除效果不佳的问题，但投加液态碳源成本较高，效果维持时间短，投加量不好掌握，易造成二次污染；此外，还有使用玉米芯、小麦秸秆等农业废弃物作为天然纤维素缓释碳源投加到湿地系统中，实现碳源的缓释、长期释放；如：专利申请号为cn201410683823.9的发明专利公开了一种强化冬季微污染水体脱氮的水平潜流湿地系统，该系统通过在水平潜流湿地系统的中后端投加玉米芯作为缓释碳源，出水tn去除率达到40%。但由于现有的湿地系统不具备重复添加碳源的功能，玉米芯在湿地系统中分解完毕后无法重新添加，碳源释放完后即转变为普通水平潜流湿地，tn除去率降低，因此，在使用天然纤维素碳源增强水平潜流人工湿地反硝化作用的水平的基础上，如何实现碳源的缓慢可控释放和可更换是需要解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的是提供一种增强反硝化作用的水平潜流人工湿地系统，可有效解决现有技术中人工湿地缓释碳源更换不方便，反硝化不足，tn的去除率低，出水tn浓度高，易导致尾水受纳水体富营养化的问题。

本发明解决的技术方案是，包括平行设置在基质床体左右两边的布水渠和收水渠，布水渠与基质床体间装有开孔的布水板，收水渠与基质床体间有与布水板结构相同开孔的收水板，收水渠右侧壁上自上而下依次装有用于调节水位的第一出水管、第二出水管和第三出水管，布水渠的外侧壁（即图中左侧壁）上装有进水管，基质床体内由上而下铺设有第一基质层、第二基质层和底部的防渗土工膜层，所述第一基质层为小粒径的砾石层，所述第二基质层为质量比的砾石：沸石：铁屑=60:39:1的混合基质；基质床体靠近布水渠的一端1/2段的底部平铺有微孔曝气管，基质床体离布水渠的2/3的位置处装有相对平行竖直向上的开孔的第一挡板和第二挡板，第一挡板、第二挡板之间构成生态基质架安装槽，生态基质架安装槽内装有生态基质架，生态基质架包括固定装在第一挡板、第二挡板之间的横向骨架和悬挂于横向骨架上的向下可拆卸式悬挂架，沿悬挂架向下装有若干中空填料球，填料球内填充有专利申请号为cn201610929155.2的制备方法制备的生态基质颗粒。

本发明结构简单，新颖独特，使用、维护方便，实用性强，运行费用低，大大增强水平潜流湿地的脱氮能力，tn去除率高，效果好，经济和社会效益显著。

附图说明

图1为本发明的剖面结构主视图；

图2为本发明的布水板（或收水板）的结构主视图；

图3为本发明第一挡板（或第二挡板）的结构主视图；

图4为本发明生态基质架安装槽剖面结构主视图；

图5为本发明悬挂架螺栓卡扣结构主视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：

如图1-5所示，本发明包括平行设置在基质床体5左右两边的布水渠1和收水渠6，布水渠1与基质床体5间装有开孔的布水板2，收水渠6与基质床体5间有与布水板2结构相同开孔的收水板7，收水渠6右侧壁上自上而下依次装有用于调节水位的第一出水管11-1、第二出水管11-2和第三出水管11-3，布水渠1的外侧壁（即图中左侧壁）上装有进水管1-1，基质床体5内由上而下铺设有第一基质层10-1、第二基质层10-2和底部的防渗土工膜层10-3，所述第一基质层10-1为小粒径的砾石层，所述第二基质层10-2为质量比的砾石：沸石：铁屑=60:39:1的混合基质；基质床体5靠近布水渠1的一端1/2段的底部平铺有微孔曝气管3，基质床体5离布水渠1的2/3的位置处装有相对平行竖直向上的开孔的第一挡板4-1和第二挡板4-2，第一挡板4-1、第二挡板4-2之间构成生态基质架安装槽8，生态基质架安装槽8内装有生态基质架，生态基质架包括固定装在第一挡板4-1、第二挡板4-2之间的横向骨架9-1和悬挂于横向骨架9-1上的向下可拆卸式悬挂架9-2，沿悬挂架9-2向下装有若干中空填料球12，填料球12内填充有专利申请号为cn201610929155.2的制备方法制备的生态基质颗粒。

为了保证使用效果和使用方便，

所述的生态基质颗粒为专利申请号cn201610929155.2的制备方法制成的颗粒，包括以下步骤：（1）配料：生态基质颗粒是由以下重量计的原料制成：高渗透性多孔无机材料50%～75%、无机结合料20%～25%和缓释碳源3%～5%；所述的高渗透性多孔无机材料为：硅藻土、钙基膨润土或沸石粉中的2种或3种的混合物；所述的无机结合料为普通硅酸盐水泥、粉煤灰或矿渣硅酸盐水泥的一种，或两种的混合物；所述的缓释碳源为玉米芯；（2）玉米芯改性：将玉米芯粉碎成过40-60目筛的颗粒，加入质量浓度2%的氢氧化钠溶液，浸泡2-4h，用清水冲洗至ph为中性，60℃烘箱中烘干，紫外光照射10h，得改性玉米芯；（3）造粒：将高渗透性多孔无机材料、无机结合料和改性玉米芯使用搅拌机搅拌混合均匀，置入造粒机造粒，在20～25r/min，向造粒机内喷水，使原料逐渐滚动成直径9-12mm的球形颗粒；（4）养护：将制好的球形颗粒平铺在平板上，置于阴凉处，养护3-5天，每天早晚各洒水一次，洒水至颗粒表面湿润，晾干，即成生态基质颗粒。

所述布水渠1宽度为基质床体5长度的1/20-25，收水渠6与布水渠1宽度相同。

所述基质床体5是由钢筋混凝土砌筑成的长方形，其长宽比为2：1，高2m，底面是由自下而上的20cm厚的素土层、1.5mm厚的hdpe防渗布层和10cm厚的粘土层构成的复合体。

所述第一挡板4-1、第二挡板4-2开孔的孔径为布水板2开孔孔径的1/2，开孔数量为布水板2开孔数量的2倍。

所述生态基质架安装槽8与布水渠1宽度相同。

所述横向骨架9-1为直径为20mm的不锈钢管，所述悬挂架9-2为直径为10mm的中空不锈钢管，所述中空填料球12直径为10cm。

所述悬挂架9-2经螺栓卡扣13固定在横向骨架9-1上，实现了生态基质的快速安装及更换。

所述第一基质层10-1的砾石粒径为0.5cm。

所述第二基质层10-2的砾石粒径为1.0-2.0cm，沸石粒径为1.0-2.0cm，铁屑粒径为0.5-1.0cm。

所述第一基质层10-1上种植有芦苇、香蒲、或黄花鸢尾。

所述微孔曝气管3是由pvc制成的直径为3cm的圆形空心管，空心管上每间隔0.2m开有直径为0.3cm的通气孔。

本发明的使用情况是，曝气管长度为基质床体的一半，通过在基质床体前半段曝气，湿地床内水体溶解氧可达到4～6mg/l，促进硝化细菌的生长繁殖，使水体中的nh3-n基本完全转化为no3-n，水流流过曝气段，经过一段基质后进入生态基质悬挂槽中，由于生态基质颗粒持续释放碳源，水体中c/n比迅速升高，溶解氧则降低至0.5～1mg/l，水体处于缺氧状态，促进异养反硝化微生物大量生长繁殖，将水体中的no3-n转化为n2，彻底从水中去除；填料球内装填专利申请号为cn201610929155.2的强化脱氮生态基质颗粒，生态基质颗粒内的碳源可持续释放6～8个月，碳源释放完后，将竖向悬挂架拆卸后取出，更换内部的生态基质颗粒后放回安装槽中即可；本发明通过微孔曝气管曝气、生态基质和基质床体内混合基质的优化布局，形成前段曝气强化硝化、中后段生态基质补充碳源强化反硝化的硝化—反硝化的氮循环湿地系统，使氮污染转化为n2逸出水体，试验表明，该湿地系统对tn的去除率可达到60%以上，是传统水平潜流人工湿地对tn去除率的2～3倍。

综上所述，本发明避免了传统湿地需要经常投加甲醇、乙酸等液态碳源，降低了湿地维护难度和运行成本，可以大大增强水平潜流湿地的脱氮能力，tn去除率大于60%，并且维护简单，与投加液态碳源的人工湿地相比，运行费用可降低40%，即费用降低1.5倍，节能环保，具有很强的实用性，是人工湿地技术的一大创新，有效解决污水厂尾水直排造成的水体富营养化问题，经济和社会效益巨大。