复合垂直流人工湿地增氧系统

摘要

本发明公开了一种复合垂直流人工湿地增氧系统，它由空气压缩机、复合垂直流人工湿地、下行流池和上行流池组成，在底部连通的下行流池和上行流池组成复合垂直流人工湿地，在复合垂直流人工湿地的底部设置至少三个并联连接的排空管，排空管的管壁上开有通孔；在下行流池底部排空管内分别布置并联连接的穿孔曝气管，穿孔曝气管的一端封闭，另一端连接导气管，导气管与地表的空气压缩机相连。本发明结构简单，利用在复合垂直流人工湿地底部设置排空管，在下行流池底部的排空管内以最优化增氧条件进行间歇曝气，创造了硝化、反硝化反应所需的好氧、厌氧交替变化的环境条件，大大提高了脱氮效果。

权利要求

1.一种复合垂直流人工湿地增氧系统，它由空气压缩机(1)和复合垂直流人工湿地(2)组成，其特征在于：在底部连通的下行流池(3)和上行流池(4)组成复合垂直流人工湿地(2)，在复合垂直流人工湿地(2)的底部设置至少三个并联连接的排空管(7)，排空管(7)的管壁上开有通孔(8)；在下行流池(3)底部的排空管(7)内分别布置并联连接的穿孔曝气管(6)，穿孔曝气管(6)的一端封闭，另一端连接导气管(5)，导气管(5)与地表的空气压缩机(1)相连。

2.根据权利要求1所述的一种复合垂直流人工湿地增氧系统，其特征在于：下行流池(3)和上行流池(4)中间设有隔墙，下行流池(3)和上行流池(4)中均填有砂和砾石，下行流池(3)基质层比上行流池(4)的基质层高10～20cm。

3.根据权利要求1所述的一种复合垂直流人工湿地增氧系统，其特征在于：穿孔曝气管(6)由至少三个水平穿孔曝气管(6a、6b、6c)并联连接组成，分别安装在三个并联连接的排空管(7a、7b、7c)内；穿孔曝气管(6)为PVC塑料管，开孔率为30％～50％。

4.根据权利要求1所述的一种复合垂直流人工湿地增氧系统，其特征在于：排空管(7)上的通孔(8)的孔径为5～7mm，孔间距为150～200mm。

5.根据权利要求1所述的一种复合垂直流人工湿地增氧系统，其特征在于：在下行流池(3)和上行流池(4)中植入芦苇、香蒲、莎草、黑三棱、灯心草、美人蕉、水杉、菖蒲、水葱、慈菇、莲子草、水芹、苔草其中的一种或任意组合。

说明书

技术领域

本发明属于环境工程污水处理技术领域，更具体涉及一种复合垂直流人工湿地的简单高效增氧系统，适用于生活污水，受污染地表水，面源污水，浓度较高氨氮废水的处理，同时适用于寒冷地区的污水处理。

技术背景

人工湿地是20世纪七十年代发展起来的一种新型污水处理工艺，具有效率高、成本低、运行管理简单等特点，已广泛应用于生活污水、农村面源污染、垃圾渗滤液的处理及湖泊污染防治。

人工湿地脱氮的主要途径是依靠微生物的硝化与反硝化作用，而其它的去除途径如植物吸收、氨氮挥发等的去除量是非常少的。硝化反应是将NH4+-N转化为NO3--N的过程，它是一个氧化反应，需要好氧的湿地土壤环境条件；而反硝化反应是将NO3--N转化为N2的过程，它是一个还原反应，需要厌氧的湿地土壤环境条件。因而，能否创造硝化与反硝化反应所需的环境条件就直接决定着湿地系统脱氮能力的高低。在运行的大部分人工湿地中，对TSS和BOD的去除率非常高，而对氮的去除率却很低，尤其是在冬季，主要原因是湿地中供氧不足，整个湿地内部处于单一的厌缺氧环境条件所引起的。

当前人工湿地的增氧方式有：一是在湿地系统内安装开孔通气管，进行自然通气；二是用空气压缩机连续或间歇向湿地系统中的开孔管进行强化通气；三是利用风能向湿地系统中的开孔管通入空气。这三种增氧方式有以下不足：

1、通气管是空气自流换气，空气传递效率不高；且多层通气管的铺设，增加了湿地系统的基建投资。

2、风能增氧方式受地域及气候限制很大，造成湿地系统处理效果不稳定。

3、三种增氧方式都没有没有创造硝化、反硝化反应所需最优的好氧、厌氧交替变化的环境条件，导致湿地出水中NO3--N的浓度增加，氮的去除率下降。

4、三种增氧方式都是直接将开孔通气管埋在湿地系统的基质中，细小的沙砾极易堵塞通气管的开孔。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种复合垂直流人工湿地的增氧系统，该系统结构简单，利用在复合垂直流人工湿地底部设置排空管，在下行流池底部的排空管内以最优化增氧条件进行间歇曝气，创造了硝化、反硝化反应所需的好氧、厌氧交替变化的环境条件，大大提高了脱氮效果。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：一种复合垂直流人工湿地的增氧系统，它由空气压缩机、复合垂直流人工湿地、下行流池和上行流池组成，其特征是：在底部连通的下行流池和上行流池组成的复合垂直流人工湿地，在复合垂直流人工湿地的底部设置至少三个并联连接的排空管，排空管的管壁上开有通孔；在下行流池底部排空管内分别布置并联连接的穿孔曝气管，穿孔曝气管的一端封闭，另一端连接导气管，导气管与地表的空气压缩机相连。
本发明的结构特点也在于，所述穿孔曝气管的开孔率为30％～50％。
本发明的结构特点也在于，所述排空管上的通孔的孔径为5～7mm，孔间距为150～200mm。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明利用在下行流池底部的排空管内曝气，不易造成穿孔曝气管上的开孔堵塞；且结构简单，制造安装方便。
2、本发明采用最优化的增氧条件进行间歇曝气，创造了硝化、反硝化反应所需的好氧、厌氧交替变化的环境条件，大大提高了湿地脱氮效果。
3、所述空气压缩机的比曝气速率为0.1～0.5m3/(h·m2)，开停时间比为4h:20h～12h:12h时，污水中氮的去除率最高。

附图说明

图1(A)为一种复合垂直流人工湿地的增氧系统结构示意图。
图1(B)为图1(A)的俯视结构示意图。
图2(A)为排空管俯视结构示意图。
图2(B)为图2(A)的剖面结构示意图。
图中，空气压缩机1、复合垂直流人工湿地2、下行流池3、上行流池4、导气管5、穿孔曝气管6、排空管7、通孔8。

具体实施方式

实施例1
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1(A)，一种复合垂直流人工湿地的增氧系统，它由空气压缩机、复合垂直流人工湿地、下行流池3和上行流池4组成，其特征是：在底部连通的下行流池3和上行流池4组成的复合垂直流人工湿地2，在复合垂直流人工湿地的底部设置至少三个并联连接的排空管7，排空管7的管壁上开有通孔8；在下行流池3底部排空管7内分别布置并联连接的穿孔曝气管6，穿孔曝气管6的一端封闭，另一端连接导气管5，导气管5与地表的空气压缩机1相连。本发明的复合垂直流人工湿地2是由下行流池3和上行流池4组成，下行流池3和上行流池4中间设有隔墙，底部连通。下行流池3和上行流池4中均填有不同粒径的砂(细碎的石粒)和砾石作为基质(碎石、碎瓦、小石或瓦砾中的一种)，其中下行流池3基质层比上行流池4的基质层要高10～20cm。在下行流池3和上行流池4中植入水生、湿生植物如芦苇、香蒲、莎草、黑三棱、灯心草、美人蕉、水杉、菖蒲、水葱、慈菇、水雍草、莲子草、水芹、苔草其中的一种或任意组合(4-14)。
参见图1(B)，穿孔曝气管6由至少三个水平穿孔管6(a)、6(b)、6(c)并联连接组成，分别安装在三个并联连接的排空管7(a)、7(b)、7(c)内；穿孔曝气管6根据污水处理装置设计要求制作，在合适长度的PVC塑料管上钻孔，开孔率为30％～50％。
参见图2(A)、图2(B)，排空管7选用Φ110mm的PVC塑料管，排空管7上的通孔8的孔径为5～7mm，孔间距为150～200mm。
具体实施时，为了创造硝化、反硝化反应所需的好氧、厌氧交替变化的环境条件，提高湿地脱氮效果，空气压缩机1的比曝气速率为0.1～0.5m3/(h·m2)，开停时间比为4h:20h～12h:12h。
工作过程：
复合垂直流人工湿地2采用间歇进水、推流出水的工作方式，当污水经进水管进入下行流池3向下流动时，启动空气压缩机1，其产生的高压空气经导气管5、穿孔曝气管6、排空管7向上进入下行流池3，与污水形成对流，从而增加了污水中的溶解氧，使下行流池3形成了好氧环境条件，促进了硝化反应的进行(NH4+-N转化为NO3--N)，当此部分含有大量NO3--N的污水被推流至上行流池4时，由于上行流池4的厌缺氧环境条件促进了反硝化反应的发生(NO3--N转化为N2)；同时当空气压缩机1的运行时间达到4h～12h(即开停时间比为4h:20h～12h:12h)时将其关闭，复合垂直流人工湿地2的内部逐渐恢复厌缺氧环境条件，进一步促进了反硝化反应的发生(NO3--N转化为N2)，从而最终实现了对氮的彻底去除。
在本发明的一个实施例中，复合垂直流人工湿地由下行流池(1m×1m×0.7m)和上行流池(1m×1m×0.6m)组成，下行流池底部排空管内布置穿孔曝气管，空气压缩机的比曝气速率为0.1～0.5m3/(h·m2)，开停时间比为4h:20h～12h:12h。水力负荷为0.2m3/(m2·d)，进水氨氮、总氮浓度分别约为11mg/L、49mg/L，测定结果氨氮、总氮的去除率分别约为96％、80％。