一种过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地

1.本实用新型涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地。


背景技术：

2.近年来，大量的无机氮通过人类活动排放到自然生态系统中，改变了环境中的氮循环，导致诸如水体富营养化、物种多样性降低等严重的环境问题。在现有的脱氮技术中，人工湿地因其去除污染物成本低、对环境影响小、能耗低，被认为是传统物理化学方法的一种替代方法，已被广泛应用于河流、湖泊、生活污水、农业排水/径流、污水处理厂一/二级污水和工业废水等不同水体的处理。
3.在实现本实用新型的过程中，申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：饱和垂直潜流和水平潜流人工湿地均存在溶解氧(do)浓度低的缺点，限制了硝化作用对氨氮的去除。当污水中溶解氧低于3-4mg/l，硝化速率显著降低。尽管在潜流人工湿地中，通过非饱和填料床、脉冲进料和潮汐流可以提高do浓度，但是相对于饱和人工湿地，对于给定体积的人工湿地，污染物和微生物之间的接触时间反而会减少，从而限制了增强硝化反应的效果。虽然人工曝气可以提高人工湿地中溶解氧的浓度，但是扩散空气曝气属于能源密集型，会增加运行成本，并且人工湿地水深较浅，氧传质效率较低，曝气效率较低。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地，以解决现有技术中存在的人工湿地充氧不足的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
6.本实用新型提供的一种过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地，包括圆筒，设置在圆筒内部的填料床，种植在填料床上的湿地植物，与圆筒连接的蠕动泵一及蠕动泵二，与蠕动泵一通过进水管连接的高位水箱，与蠕动泵二通过注药管连接的贮药箱，与圆筒底部连接的出水管。
7.优选地，蠕动泵一与圆筒之间设有进水阀门，蠕动泵二与圆筒之间设有注药阀门，出水管处设有出水阀门。
8.优选地，高位水箱中设有浮球阀。
9.优选地，圆筒为聚氯乙烯材质，且直径为15-20cm，高为75-100cm，填料床高度为60-80cm，且填料床中填充的填料为粒径为2-5mm的页岩，填料床的孔隙率为0.5-0.6。
10.优选地，湿地植物为适于在潜流人工湿地中生长的伞莎草或菖蒲。
11.优选地，高位水箱的高度高于贮药箱的高度，蠕动泵一的高度高于蠕动泵二的高度。
12.进水管与出水管均为聚氯乙烯圆管，聚氯乙烯圆管伸入填料床内部1-2cm，伸出外
部2-3cm。
13.本实用新型提供的一种过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地，与现有技术相比具有以下几点优点：
14.1.本过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地采用硝化作用去除氨氮的机制，在实验剂量浓度下，过氧化氢的添加对硝化作用没有不利影响。
15.2.本过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地采用页岩碎片作为填料，页岩碎片主要由硅酸盐组成，溶解呈碱性，因此可以在人工湿地中补充硝化反应所需的碱度。
16.3.本过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地采用添加过氧化氢进行对人工湿地的充氧曝气，可以提高人工湿地中溶解氧的浓度，实现无限制硝化。过氧化氢(h2o2)在过氧化氢酶存在的条件下通过两个阶段分解为水和氧气。第一阶段，血红素铁被h2o2氧化成
·
+por fe(ⅳ)＝o(血红素铁的共振形式)，在此过程中，h2o2中的o-o键断裂，其中一个氧以水分子的形式脱离，另一个存在于
·
+por fe(ⅳ)中。第二阶段，
·
+por fe(ⅳ)＝o再次被一个h2o2分子还原成血红素铁、水和氧气。
17.por fe(ⅲ)+h2o2→
·
+por fe(ⅳ)＝o+h2o
18.·
+por fe(ⅳ)＝o+h2o2→
por fe(ⅲ)+h2o+o219.4.本过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地中添加了h2o2，可促进湿地植物的根系生长，并通过将养分同化到植物生物量中来去除氨氮。
20.5.本过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地，利用湿地植物和微生物产生过氧化氢酶，不需要额外添加过氧化氢酶来分解过氧化氢。
21.6.本过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地利用h2o2分解产生氧气，运行成本较低。
22.7.本过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地，采用垂直潜流人工湿地，具有较高的水力负荷、污染物去除效率高、占地小等优点，适合山区等平地偏少的地区使用。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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。
24.图1是本实用新型一种过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地一实施例的结构示意图。
25.图中：1、湿地植物；21、蠕动泵一；22、蠕动泵二；3、进水阀门；4、高位水箱；5、贮药箱；6、出水阀门；7、注药阀门；8、圆筒；9、填料床；10、浮球阀；11、进水管；12、注药管；13、出水管。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前
提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
27.在描述本实用新型具体实施例时，将图1的视角定义为本实用新型实施例的一种过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地结构示意图。在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”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，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，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实用新型实施例的限制。在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的单元或具有相同或类似功能的单元。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型的实施例，而不能理解为对本实用新型实施例的限制。
28.下面参照附图详细地说明本实用新型的具体实施方式。在各附图中，相同的附图标记表示相同或相应的技术特征。各附图仅作为示意图，并非一定按实际比例绘制的。
29.参见图1，本实用新型提供了一种过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地，包括圆筒(8)，设置在所述圆筒(8)内部的填料床(9)，种植在所述填料床(9)上的湿地植物(1)，与所述圆筒(8)连接的蠕动泵一(21)及蠕动泵二(22)，与所述蠕动泵一(21)通过进水管(11)连接的高位水箱(4)，与所述蠕动泵二(22)通过注药管(12)连接的贮药箱(5)，与所述圆筒(8)底部连接的出水管(13)。
30.具体的，填料床固定设置在圆筒内部，湿地植物固定生长在填料床上，蠕动泵一一端与圆筒固定连接，蠕动泵一另一端与进水管一端固定连接，进水管另一端与高位水箱固定连接，蠕动泵二一端与圆筒固定连接，蠕动泵二另一端与注药管一端固定连接，注药管另一端与贮药箱固定连接，贮药箱内部盛有过氧化氢溶液，出水管固定安装在圆筒底部，污水盛装在高位水箱中，经过进水管进入到蠕动泵一中，再经过蠕动泵一进入到圆筒的填料床中，过氧化氢溶液盛装在贮药箱中，经过注药管进入到蠕动泵二中，再经过蠕动泵二进入到圆筒的填料床中，以增氧提高其脱氮能力，具有水力负荷高、污染物去除效果好、占地面积小等优点，解决了人工湿地充氧不足的问题，适合山区等平地较少的地区使用。
31.作为可选地实施方式，所述蠕动泵一(21)与所述圆筒(8)之间设有进水阀门(3)，所述蠕动泵二(22)与所述圆筒(8)之间设有注药阀门(7)，所述出水管(13)处设有出水阀门(6)。
32.具体的，蠕动泵一与圆筒之间设有进水阀门，蠕动泵二与圆筒之间设有注药阀门，出水管处设有出水阀门，目的是为了更加便捷地控制污水的处理情况。
33.作为可选地实施方式，所述高位水箱(4)中设有浮球阀(10)。
34.具体的，高位水箱中设有浮球阀，目的是为了能够实时监控高位水箱中污水的水位。
35.作为可选地实施方式，所述圆筒(8)为聚氯乙烯材质。
36.具体的，圆筒为聚氯乙烯材质，目的是为了使圆筒具有较好的抗拉、抗弯、抗压和
抗冲击能力。
37.作为可选地实施方式，所述湿地植物(1)为适于在潜流人工湿地中生长的伞莎草或菖蒲。
38.具体的，湿地植物为适于在潜流人工湿地中生长的伞莎草或菖蒲，同时利用其根系以及附着在填料上的微生物，吸附其中的水分以及水中的污染物如氮磷等物质。
39.作为可选地实施方式，所述高位水箱(4)的高度高于所述贮药箱(5)的高度，所述蠕动泵一(21)的高度高于所述蠕动泵二(22)的高度。
40.具体的，高位水箱的高度高于贮药箱的高度，蠕动泵一的高度高于蠕动泵二的高度，目的是为了允许过氧化氢提供的氧气向上向下同时扩散，也避免了从填料表面释放氧气，对人工湿地进行充氧曝气，有利于提高其脱氮能力。
41.本实用新型所述一种过氧化氢增氧提高脱氮能力的人工湿地，包括两组平行运行的垂直潜流人工湿地系统，由聚氯乙烯制成，填充页岩碎片作为填料层，起一定的吸附沉降作用，所述填料上方种植伞莎草作为湿地植物，同时利用其根系以及附着在填料上的微生物，吸附其中的水分以及水中的污染物如氮磷等物质。
42.本实用新型进水为溶解nh4cl、k2hpo4、cacl2、mgso4、na2co3和cacl2人工合成类似于污水处理厂二级出水的水质，用智能蠕动泵一以1.75ml/min的流速连续进水，水力停留时间为150h。用另一台智能蠕动泵二分别以每30min以0.6、0.3和0.15ml/min的速度加入0.6％、1％和2％的h2o2溶液。
43.本实用新型将页岩用于人工湿地，页岩属于沉积岩，具有页状或薄片状层理，页岩致密，硬度低，表面光泽暗淡，页岩抗风化力弱，页岩不透水，往往成为不透水层或隔水层。
44.本实用新型通过在填料上种植湿地植物伞莎草，以及由附着在填料上的微生物、植物根系来吸附其中的水分以及水中的污染物如氮磷等物质。
45.本实用新型通过过氧化氢增氧，提高了脱氮能力的同时还可以补充硝化反应所需要的碱度，有效提高了人工湿地的处理效果，过氧化氢在过氧化氢酶存在的条件下通过两个阶段分解为水和氧气。第一阶段，血红素铁被h2o2氧化为
·
+por fe(ⅳ)＝o(血红素铁的共振形式)，在此过程中，h2o2中的o-o键断裂，其中一个o以水分子的形式脱离，另一个存在于
·
+por fe(ⅳ)＝o中。第二阶段，
·
+por fe(ⅳ)＝o再次被一个h2o2分子还原成血红素铁、水和氧气。
46.本实用新型人工湿地脱氮率达90％以上，由此产生的do饱和比达到40-50％，最佳的过氧化氢浓度为1％-2％，此时的氨氮去除效率为90％。
47.本实用新型将传统意义的人工湿地与物化吸附相结合，有效提高人工湿地的脱氮能力。
48.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。