一种人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统及方法技术方案

本发明专利技术属于生活污水处理技术领域，具体涉及一种人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统及方法，尤其适用于微污染的地表水体或生活污水的处理。本发明专利技术提供的系统主体借鉴了生物脱氮净水原理，采用多级潜流湿地系统循环回流形式设计，不仅具有植物吸收、介质沉淀吸附、微生物降解等多种功能，同时通过前段曝气、水量/水位调控等措施，构建湿地单元内部缺氧/厌氧—好氧环境，实现同一湿地单元内部短程硝化/反硝化脱氮作用，显著提高生物脱氮效率。同时，该系统不需要外加碳源，更加经济，也避免了给湿地系统自身平衡带来的影响。

A Short-cut Nitrification/Denitrification Biological Denitrification System and Method in Constructed Wetlands

【技术实现步骤摘要】
一种人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统及方法
本专利技术属于生活污水处理
，具体涉及一种人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统及方法，所述系统及方法尤其适用于微污染的地表水体或生活污水的处理。
技术介绍
人工湿地是通过模拟自然湿地，经人为设计和建造，并可监督控制的一种污水生态处理工程，它是由基质、植物、微生物和水体组成的一种复合生态系统，其去污机理是利用基质、植物和微生物三者间物理、化学和生物三重协调作用，通过过滤、吸附、沉降、离子交换、植物吸收和微生物分解，实现对污水的高效净化。因具有投资少、效率高、处理效果稳定、运行费用低、抗负荷冲击能力强和维护方便等优点，现已被广泛应用于多类废水处理，相关的研究同时也在广泛地开展。人工湿地中氮的去除主要依赖微生物的生理生化反应，其中硝化/反硝化被认为是最主要的脱氮途径。现阶段为了提高人工湿地的脱氮效率，许多学者研究了通过增加有机碳源等措施来加强人工湿地硝化与反硝化作用，虽然取得了一定的效果但是添加有机碳源增加了人工湿地的运行成本，不利于人工湿地技术的发展。短程硝化反硝化作为新兴的生物脱氮技术,关键是利用需氧氨氧化菌(AOB)将氨氮转化成亚硝态氮，抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长活性，阻碍NOB将亚硝态氮氧化为硝态氮，在反硝化菌的作用下将亚硝态氮直接转化为氮气的反应。相比于以往的硝化/反硝化过程，短程硝化/反硝化过程可节约25％的曝气量和40％的有机碳源,而且亚硝酸盐氮作为反硝化底物的反应速率是硝酸盐氮为底物的1.5～2倍，从而实现经济高效的脱氮。然而，目前人工湿地短程硝化/反硝化技术补充碳源是必须的，这会带来运行成本增加、维护难度增大、系统堵塞等问题；同时，其还存在系统进水水质波动，而外碳源定量投加的运行过程中，所导致系统污染负荷增加等缺陷。另外，短程硝化/反硝化技术主要应用在污泥脱水上清液、垃圾渗滤液等含高浓度氨氮废水处理的SBR工艺中，而在人工湿地短程硝化/反硝化技术净化微污染的地表水体和生活污水中的应用报道较少，原因在于针对碳氮比更低的进水，水体可生化性低成为影响脱氮效率的不利因素，同时受传统人工湿地系统内部以缺氧/厌氧为主的溶氧环境，硝化过程成为系统脱氮效率低的限制性因素。另外，硝化过程分为氨氧化和亚硝酸盐氧化两个阶段，若能优化人工湿地的运行条件、稳定的将硝化反应控制在生成亚硝酸盐氮阶段，进一步再完成反硝化反应，则有望突破人工湿地实现短程硝化反硝化的瓶颈。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的人工湿地短程硝化/反硝化系统需要外加碳源，硝化效率低等缺陷，从而提供一种人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统及方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，包括：曝气单元，包括曝气池和设置于所述曝气池底部的曝气装置；两级串联湿地系统，包括一级湿地单元和二级湿地单元，其中，所述一级湿地单元与曝气单元连通设置，设置形式为下行流，其中填充有填料，上表种植挺水植物，所述二级湿地单元的设置形式为上行流，其中填充有填料，上表种植挺水植物；水流调配单元，包括集水池，设置于一级湿地单元与二级湿地单元之间，分别与一级湿地单元和二级湿地单元连通设置，所述集水池内设置有回流泵，通过回流管与所述曝气单元连通；生物塘，与二级湿地单元连通设置。进一步地，还包括进水泵，与所述一级湿地单元连通设置；所述生物塘下部还设置有出水管。进一步地，所述一级湿地单元顶部设置有一级湿地布水管，通过一级湿地入水口与曝气单元连通，底部设置有一级湿地集水管，通过一级湿地出水口与所述集水池连通；所述二级湿地单元底部设置有二级湿地布水管，通过二级湿地入水口与集水池连通，顶部设置有二级湿地集水管，通过二级湿地出水口与所述生物塘连通。进一步地，所述集水池内还设置有水位调节管，与所述一级湿地集水管连通，所述水位调节管的出水端位于所述集水池上部。所述一级湿地单元和二级湿地单元内部均填充两种粒径规格分别为2～5mm和5～10mm的颗粒状石灰质碎石基质材料，2～5mm和5～10mm两种粒径基质材料填充体积比为4:1～5:1。一种人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮方法，包括如下步骤：将受污染水体进行曝气处理，提升水体溶解氧浓度；将曝气处理后的水体进行下行流一级湿地处理，经处理后的水体进入集水池，其中一部分间歇回流至曝气处理步骤，另一部分进行上行流二级湿地处理，经过上行流二级湿地处理的水体进入生物塘进行处理后排出。进一步地，所述曝气处理采用间歇曝气，停留总时间为0.625-0.78d，单次曝气时间为2-3h。进一步地，所述一级湿地单元表面水力负荷0.64～0.8m3/(m2·d)，停留时间1.0～1.3d；所述二级湿地单元表面水力负荷0.15～0.2m3/(m2·d)，停留时间2.6～3.25d。进一步地，所述经处理后的水体一部分回流至曝气处理步骤的回流比为2.5-3.5：1。进一步地，人工湿地系统表面水力负荷0.08～0.1m3/(m2·d)，该方法采取循环回流形式设计，采用间歇流方式运行，进水周期间隔6～8h，单次运行周期4～6h。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，包括：曝气单元，包括曝气池和设置于所述曝气池底部的曝气装置；两级串联湿地系统，包括一级湿地单元和二级湿地单元，其中，所述一级湿地单元与曝气单元连通设置，设置形式为下行流，其中填充有填料，上表种植挺水植物，所述二级湿地单元的设置形式为上行流，其中填充有填料，上表种植挺水植物；水流调配单元，包括集水池，设置于一级湿地单元与二级湿地单元之间，分别与一级湿地单元和二级湿地单元连通设置，所述集水池内设置有回流泵，通过回流管与所述曝气单元连通；生物塘，与二级湿地单元连通设置。本专利技术提供的系统主体借鉴了生物脱氮净水原理，采用多级潜流湿地系统循环回流形式设计，不仅具有植物吸收、介质沉淀吸附、微生物降解等多种功能，同时通过前段曝气、水量/水位调控等措施，构建湿地单元内部缺氧/厌氧—好氧环境，实现其中短程硝化/反硝化脱氮作用，显著提高生物脱氮效率。同时，该系统不需要外加碳源，通过系统回流设施的设置和运行调控，部分出水回流至前段曝气池，与进水充分混合后进入后续湿地单元，从而提高进入湿地单元内部水体亚硝态氮及硝态氮浓度，进一步为湿地系统内部反硝化脱氮过程创造有利条件，同时实现进水中有机物在脱氮反应过程被充分利用，从而强化系统对氮和有机物的去除。该系统在前段曝气池对受污染水体进行强化曝气，有效提高源水中溶解氧浓度，为湿地内部溶氧环境的改善提供了初步条件，同时有效降解部分好氧有机物，降低湿地系统内部好氧有机物降解与氨氮氧化过程中对溶氧的竞争关系，提高硝化反应速率。2.本专利技术提供的人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，采用间歇流运行方式，进水周期间隔6～8h，单次运行周期4～6h，通过进水、反应、落干、静置等不同周期交替运行状态，使上部基质层处于“干/湿”交替状态，促进内部复氧效率，提升硝化反应速率。3.本专利技术提供的人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，采用间歇回流方式运行，通过液体回流，调节两级湿地内水位和流量变化，实现一级湿地水位变幅30～50cm，二级湿地水位变幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，其特征在于，包括：曝气单元，包括曝气池和设置于所述曝气池底部的曝气装置；两级串联湿地系统，包括一级湿地单元和二级湿地单元，其中，所述一级湿地单元与曝气单元连通设置，设置形式为下行流，其中填充有填料，上表种植挺水植物，所述二级湿地单元的设置形式为上行流，其中填充有填料，上表种植挺水植物；水流调配单元，包括集水池，设置于一级湿地单元与二级湿地单元之间，分别与所述一级湿地单元和二级湿地单元连通设置，所述集水池内设置有回流泵，通过回流管与所述曝气单元连通；生物塘，与二级湿地单元连通设置。

【技术特征摘要】
1.一种人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，其特征在于，包括：曝气单元，包括曝气池和设置于所述曝气池底部的曝气装置；两级串联湿地系统，包括一级湿地单元和二级湿地单元，其中，所述一级湿地单元与曝气单元连通设置，设置形式为下行流，其中填充有填料，上表种植挺水植物，所述二级湿地单元的设置形式为上行流，其中填充有填料，上表种植挺水植物；水流调配单元，包括集水池，设置于一级湿地单元与二级湿地单元之间，分别与所述一级湿地单元和二级湿地单元连通设置，所述集水池内设置有回流泵，通过回流管与所述曝气单元连通；生物塘，与二级湿地单元连通设置。2.根据权利要求1所述的人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，其特征在于，还包括进水泵，与所述一级湿地单元连通设置；所述生物塘下部还设置有出水管。3.根据权利要求1所述的人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，其特征在于，所述一级湿地单元顶部设置有一级湿地布水管，通过一级湿地入水口与曝气单元连通，底部设置有一级湿地集水管，通过一级湿地出水口与所述集水池连通；所述二级湿地单元底部设置有二级湿地布水管，通过二级湿地入水口与集水池连通，顶部设置有二级湿地集水管，通过二级湿地出水口与所述生物塘连通。4.根据权利要求3所述的人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，其特征在于，所述集水池内还设置有水位调节管，与所述一级湿地集水管连通，所述水位调节管的出水端位于所述集水池上部。5.根据权利要求4所述的人工湿地短程硝化/反硝化生物脱氮系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：战楠，黄炳彬，孟庆义，楼春华，赵立新，
申请(专利权)人：北京市水科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11