用于河涌或水塘的硝化反硝化脱氮人工折流式生态系统及工法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生态工程水处理领域，更具体地，涉及一种用于河涌或水塘的硝化反硝化脱氮人工折流式生态系统及工法。
【背景技术】
[0002]表面流人工湿地通常是利用天然沼泽、废弃河道等洼地改造而成，与传统的污水处理设施相比较，具有施工简便，投资费用较低，且易于管理等优势。目前已经广泛地应用于处理生活、养殖污水，蓄积和净化暴雨径流，控制面源污染，恢复和重建河流、湖泊湿地等。在相对长的有效停留时间下，表面流湿地对各类污染物均有一定程度的去除效果，其中硝化作用强烈是表面流的特征之一，而反硝化作用在表面流湿地中反应相对较差，这也影响了表面流湿地对于氮素去除的整体效果。
[0003]氮素在表面流人工湿地中的去除主要有挥发、土壤吸附和离子交换、植物吸收、硝化反硝化等多种途径。前两种途径的去除作用并不显著，而植物吸收的去除只占总质量的10%左右，且必须通过收获才能离开表面流人工湿地系统。大部分的氮素是通过硝化和反硝化作用的连续反应而去除的，一旦这两个连续过程不能有效进行，总氮去除效果就不理想；常规的表面流人工湿地设计上较为简易，通过设置开阔水面与周边种植水生植物，硝化反应进行比较彻底，较少考虑水力运行方式及分区段设计给系统反硝化作用带来的影响，为了更充分的发挥表面流湿地反硝化能力强的优势，增强系统的硝化作用能力，将氮素两反应阶段有机的融合于系统中，实现总氮去除效果的最优化，是生态工程中要着重考量的技术手段之一。
[0004]而在常规废水处理中，A/Ο工艺已被认为是生物脱氮的典型技术，它根据氮素去除特点将处理过程分成若干模块，提高了去除效率。但由于常规设计运行中存在诸多因素制约，相当一部分A/Ο工艺存在着运行高能耗问题，对每区段脱氮所需要的环境条件缺少针对性的研宄，对氮的处理效率较低。
[0005]据此，参考传统表面流人工湿地与A/Ο处理工艺的方式与优点，结合沉水植物的布置及水流折流运行方式，营造一种可广泛适用于具有一定流速的城镇河涌、水塘及景观工程氮浓度超标水体中的硝化反硝化脱氮生态处理系统及工法。
【发明内容】
[0006]本发明的要解决的技术问题在于克服现有常规表面流人工湿地氮去除效率低，以及基于传统A/Ο工艺设计存在能耗高等问题，提供一种用于河涌或水塘的硝化反硝化脱氮生态工法系统，科学设置不同处理条件的A/Ο处理模块进行串联，水流以水平、重力自流或表面溢流方式流过整个系统，无动力消耗，利于氮充分进行硝化和反硝化过程，降低能耗的同时提高氮的处理效率。
[0007]本发明要解决的另一技术问题是提供一种用于河涌或水塘系统的硝化反硝化脱氮人工折流式生态工法。
[0008]本发明目的通过以下技术方案予以实现:
提供一种用于河涌或水塘的硝化反硝化脱氮人工折流式生态系统，包括总进水口和平流式无植物表面流单元，还包括1+2 Xη个单元，η为正整数；所述单元分别为平流式无植物表面流单元、下行流式无植物表面流单元和上行流式有植物表面流单元；所述单元通过串联构成所述用于河涌或水塘的硝化反硝化脱氮生态系统；所述串联的方式为I个平流式无植物表面流单元串联η个由下行流式无植物表面流单元和上行流式有植物表面流单元串联组成的单元组合；所述总进水口连接平流式无植物表面流单元，所述总出水口连接最后一个组合单元中的上行流式有植物表面流单元；所述植物为沉水植物。
[0009]所述平流式无植物表面流单元设置有高位出水口，所述下行流式无植物表面流单元设有低位出水口，所述上行流式有植物表面流单元设置有高位出水口。
[0010]优选地，所述系统还包括配水管、管道控制阀、流量计、多孔布水管、挡水板等常规设计部件，并在各水流连通处设置隔栅和闸阀。
[0011]优选地，所述单元以相同水深和长宽比设计，深度不超过I m，长宽比为1:1。
[0012]优选地，所述沉水植物的栽种密度为40g fw/m2。
[0013]优选地，所述沉水植物的株高为15?20 cm。
[0014]优选地，所述沉水植物为苦草或黑藻的一种或几种。
[0015]更为优选地，所述上行流式有植物表面流单元在植物生长良好后引入鱼类，形成闭合生态链。
[0016]进一步优选地，所述鱼类为草鱼或罗非鱼的一种或几种。
[0017]优选地，所述η为1、2或3。
[0018]本发明同时提供一种用于河涌或水塘系统的硝化反硝化脱氮生态工法，包括以下步骤:
51.构建本发明所述的用于河涌或水塘系统的硝化反硝化脱氮生态系统；
52.将含氮废水从总进水口引入，水流以水平、重力自流或表面溢流方式依次流经1+2 Xη个串联单元，形成连续的好氧/厌氧过程，完成硝化/反硝化脱氮生态处理过程，从总出水口流出。
[0019]进一步地，所述用于河涌或水塘系统的硝化反硝化脱氮生态工法，包括以下工作流程:净化处理的水经配水管道控制阀、流量计进入多孔布水管均匀布水后，首先进入平流式无植物表面流单元，去除水中悬浮物；然后进入后续下行流式无植物表面流单元，平流式无植物表面流单元中高位出水口设置于该单元上部以形成下行流式无植物表面流单元中的下行流式，使进水得到充分的复氧，利于营造出好氧区进行硝化反应；随后进入下一个有沉水植物单元，下行流式无植物表面流单元中低位出水口设置于该单元底部，底部进水以形成上行流式有植物表面流单元中的上行流式，进水在底部与沉水植物根茎组织、土壤表面的厌氧/缺氧区进行反硝化过程。以此方式将1+2Χη (η = 1、2、3……)个表面流装置以人工折流式串联，并在各水流连通处设置隔栅和闸阀，以便于控制和运行管理。通常由于表面流系统面积大，η—般为I?3之间，或以循环运行，减少占地面积；上述工艺主要适用于不宜挖深施工且无行洪要求的河涌、水塘景观工程。
[0020]本发明的有益效果: 本发明提供了一种用于河涌、水塘系统的硝化反硝化脱氮生态系统及工法，基于水生植物的有无设计，结合导流实现人工折流式运行，分别进行相应的氮降解过程:无水生植物单元，下流式运行使整个单元尽可能充满氧气，主要以硝化作用为主；有水生植物单元，上流式运行使进水与植物根茎组织、湿地土壤充分接触，水生植物发挥拦截作用，将颗粒有机物留存于此，植物密植及微生物联合作用，形成厌氧/缺氧区域并进行反硝化过程。水流通过导流，以平行、重力自流或表面溢流方式流过系统，减少了动力消耗。依据处理目标水体的水质状况，于上行流单元确定种植苦草、黑藻等沉水植物，通过植物光合放氧及水流运行方式，进一步加强下一级好氧区的水体氧气含量。在植物生长良好后引入鱼类(如草鱼、罗非鱼等)，控制植物生物量，形成闭合生态链，维持系统内部的生态平衡，强化硝化反硝化的脱氮效果。本发明进一步对表面流人工湿地的设计参数进行优化，针对性创造脱氮所需要的分段式环境条件，结合导流实现水流人工折流式或自然平流式运行，使进水充分与水生植物和底质土壤接触，完成氮的一系列硝化反硝化过程。
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