好氧-厌氧-好氧三相高效补氧湿地系统技术方案

本发明专利技术公开了一种好氧‑厌氧‑好氧三相高效补氧湿地系统，它解决了人工湿地中的复氧效果差、能耗高等问题，通过虹吸排水管可进行周期性虹吸排水以使上部好氧区周期性处于气‑液‑固三相混合状态，可以实现高效补氧，增强了人工湿地系统的气体传质效率，其技术方案为：包括湿地床，所述湿地床侧部设置出水口与虹吸排水管连接，使得所述湿地床位于出水口上方的区域为上部好氧区，位于出水口下方的区域为下部厌氧区；所述虹吸排水管顶部低于湿地床顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水以使上部好氧区周期性处于气‑液‑固三相混合状态。

Aerobic, anaerobic and aerobic three phase high efficient oxygen filling wetland system

The invention discloses an aerobic anaerobic aerobic three-phase high efficient oxygen supplement wetland system, which solves the problem of poor reoxygenation effect and high energy consumption in the artificial wetland. Through the siphon drainage tube, the periodic siphon drainage can be used to make the upper aerobic zone be in the three phase of the gas liquid, and the high efficient oxygen supplement can be achieved. To enhance the gas mass transfer efficiency of the artificial wetland system, the technical scheme is as follows: including the wetland bed, the side of the wetland bed is connected with the siphon drainage pipe, making the wetland bed located at the top of the outlet as the upper aerobic area, and the region below the outlet is the lower anaerobic area; the siphon drainage is used. The top of the pipe is lower than the top of the wetland bed to form a pressure difference to carry out the periodic siphon drainage so as to make the upper aerobic zone periodically in the solid state of the gas liquid solid three phase mixing state.

【技术实现步骤摘要】
好氧-厌氧-好氧三相高效补氧湿地系统
本专利技术涉及污水处理
，特别是涉及一种好氧-厌氧-好氧三相高效补氧湿地系统。
技术介绍
我国是一个淡水资源十分匮乏的国家，人均水资源仅为世界平均水平的约30％，水资源短缺已经成为制约社会与经济发展的重要因素，污水的高效处理和水资源回用是当今社会必须攻克的一项难题。在经济飞速发展的大环境下，国民经济的各产业部门都得到了迅速发展，这些发展无疑伴随着大量的污水排放等问题。近年来，我国的污水排放量居高不下，并有逐年增长的趋势，随之而来的水环境问题亟待解决。随着科学技术的发展，我国的污水处理工艺日渐成熟，逐渐发展起来多种强化处理工艺。其中，“人工湿地”作为一种独具特色的生态污水处理技术，是实现河湖水质达标，全面提升水环境质量的重要措施。人工湿地具有处理效果稳定、投资低、管理方便和美化环境等优点，还可促进物质和生态环境的良好循环，在发展中地区流域污染治理中具有突出的技术优势和广阔的应用前景，目前，已被广泛应用于城市污水厂尾水、暴雨径流、污染河水等污水处理和水质深度净化领域。人工湿地在实际工程运用过程中同样存在若干限制因素。湿地水质净化的机理分析和大量的实验室数据表明：溶解氧的限制是造成污染物去除率低和湿地有机物堵塞的重要原因。为了实现人工湿地高效复氧的目标，目前研究者提出了多种湿地增氧技术，如跌水式进水、底端曝气和潮汐流进水操作等。其中潮汐流进水操作凭借其低能耗、高效去污和简单易行等优势逐渐被应用到实际工程中。自上世纪七十年代起，潮汐式进水的概念开始被应用在人工湿地中，许多研究者在此方面开展了大量研究。潮汐流式人工湿地采用序批式水处理方式，周期性进水和排水，凭借其交替的淹水阶段和排空复氧阶段，为人工湿地中氨氮的硝化过程和有机物的氧化过程提供氧气，该技术相对于人工曝气，大大缩减了运行成本。然而，相关研究表明，潮汐式进水操作在进水后，湿地基质处于完全淹没状态，很短时间内可将排空复氧阶段补充的氧气消耗殆尽，单纯地将潮汐流人工湿地扩大，会造成明显的局部复氧能力缺失等问题。虽然该复氧方式相对于人工曝气缩减了运行成本，但其在污染物的去除效果上明显逊色于人工曝气。可见，目前的技术尚不能满足湿地大规模经济性应用中持续、高效的复氧需求。综上所述，现有技术中对于人工湿地中的复氧效果差、能耗高、COD及氮磷去除率低、易发生短流现象及有机污堵等问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种好氧-厌氧-好氧三相高效补氧湿地系统，其通过布水结构和导流板的设置，实现中央区域集中布水，水体平推流由中央区域自上而下经由湿地床底部区域，流向外周区域，可有效避免系统短流，强化对水中COD及氨氮等污染物的去除；通过虹吸排水管可进行周期性虹吸排水以使上部好氧区周期性处于气-液-固三相混合状态，可以实现高效补氧，增强了人工湿地系统的气体传质效率；进一步的，本专利技术采用下述技术方案：好氧-厌氧-好氧三相高效补氧湿地系统，包括湿地床，所述湿地床侧部设置出水口与虹吸排水管连接，使得所述湿地床位于出水口上方的区域为上部好氧区，位于出水口下方的区域为下部厌氧区；所述虹吸排水管顶部低于湿地床顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水以使上部好氧区周期性处于气-液-固三相混合状态。进一步的，所述虹吸排水管为倒U型结构，倒U型结构一端与出水口连通，另一端悬空。本专利技术通过虹吸排水管的设置，可以实现湿地床的连续进水和周期性排水，进而使得上部好氧区的基质周期性暴露于气相中，而下部厌氧区长期处于浸没状态，而上部好氧区域内基质在部分时段处于气-液-固三相混合状态，提供交替的好氧-厌氧环境，待处理水依次流经好氧-厌氧-好氧环境并流出湿地床，为填料表面生物膜高效去除总氮提供了必要条件，实现了更好的水质净化效果。进一步，所述湿地床中部设置导流板，导流板将湿地床与导流板处于同一高度范围的上部区域分隔成中部区域和外周区域，所述湿地床上方设置布水结构，布水结构在湿地床中部区域布水量大于外周区域布水量；待处理水体经由布水结构流入湿地床，在湿地床中部由上至下流动，进而在湿地床底部由下至上流向外周区域，从而规避系统运行过程中的短流和流速失稳现象。进一步的，所述导流板为环状筒体结构，环状筒体结构轴线竖直，所述环状筒体结构顶部与湿地床顶部平齐，或者，环状筒体结构顶部高出湿地床。进一步的，所述导流板底端低于出水口高度。进一步的，所述布水结构包括进水管，进水管延伸至湿地床中部区域上方与多个呈放射状的布水管连通。进一步的，所述布水管设置多个布水孔，对应于湿地床中部区域的布水孔孔径大于对应于湿地床外周区域的布水孔孔径。进一步的，由所述导流板隔开的湿地床中部区域面积大于外周区域面积。进一步的，所述导流板底部与湿地床底部具有设定间距。优选的，所述导流板底部与湿地床底部的间距等于湿地床外周区域宽度。本专利技术通过导流板和布水结构的配合，达到对湿地床中央区域集中布水、外围区域保持湿润的效果，而待处理水体在导流板的导流限位下，以平推流尽可能自上而下接触湿地床底壁，而后自下而上流向外围区域，以规避系统运行过程中的短流和流速失稳现象。进一步的，所述上部好氧区由导流板分隔成中央好氧区和外围好氧区，中央好氧区下部的填料粒径为0.3-0.5cm，中央好氧区上部和外围好氧区的填料粒径为1-3cm。进一步的，所述下部厌氧区的填料粒径为1-3cm。通过将湿地床不同区域的填料差异化设置，使得中央好氧区的传质阻力较大，进而能使净化效果较好的外围好氧区水体优先流出，提高了虹吸排水过程的选择性。进一步的，所述中央好氧区下部的填料由水渣和石灰石混合而成，中央好氧区上部、外围好氧区和下部厌氧区的填料为砾石。进一步的，所述湿地床顶部设置湿地植物。在湿地床顶部设置湿地植物，可以起到辅助净化作用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术实现了高效的氧气补给。与传统人工湿地相比，该湿地的排水采用倒置U形虹吸排水的方式，利用虹吸原理实现周期性排水，使出水口液位以上基质可周期性暴露于气相中以实现良好的复氧效果，增强了人工湿地系统的气体传质效率，有利于生物生长，从而实现更好的水质净化效果。本专利技术设置的导流板形成了内外管路，并在中央区域集中布水，使水流尽可能沿导流板引导的路径趋于平推流运动，可有效避免系统发生短流，提高了整体反应器的有效利用体积。在外围区域分散布水以保持填料湿度，有利于外围区域生物的生长，从而提高湿地床净化污水的能力。本专利技术提出的O-A-O三相人工湿地中高效的氧补给，可以促进湿地中微生物对COD、NH4+-N等污染物的去除。此外，溶氧速率的提升可有效降低厌氧环境下COD降解不彻底产生的腐殖质等有机物质含量，进而降低湿地的有机堵塞风险。本专利技术规避了高能耗曝气，实现了低成本、自动化运行。其中提出的虹吸式排水管的设计，无需阀门，自动周期性排水，节约成本，且充氧效果更为稳定、持久和高效。本专利技术设计的O-A-O三相人工湿地可提供交替的好氧-厌氧环境，为填料表面生物膜高效去除总氮提供了必要条件。通过合理设计虹吸排水管连接位置及高度等参数来调节长期淹没区域的体积，从而优化污水在好氧-厌氧区域的停留时间及比例。本专利技术在污水平推流经过好/厌/好氧区域的过程中，通过设计一定的填料阻力梯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.好氧‑厌氧‑好氧三相高效补氧湿地系统，其特征是，包括湿地床，所述湿地床侧部设置出水口与虹吸排水管连接，使得所述湿地床位于出水口上方的区域为上部好氧区，位于出水口下方的区域为下部厌氧区；所述虹吸排水管顶部低于湿地床顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水以使上部好氧区周期性处于气‑液‑固三相混合状态。

【技术特征摘要】
1.好氧-厌氧-好氧三相高效补氧湿地系统，其特征是，包括湿地床，所述湿地床侧部设置出水口与虹吸排水管连接，使得所述湿地床位于出水口上方的区域为上部好氧区，位于出水口下方的区域为下部厌氧区；所述虹吸排水管顶部低于湿地床顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水以使上部好氧区周期性处于气-液-固三相混合状态。2.如权利要求1所述的湿地系统，其特征是，所述虹吸排水管为倒U型结构，倒U型结构一端与出水口连通，另一端悬空。3.如权利要求1所述的湿地系统，其特征是，所述湿地床中部设置导流板，导流板将湿地床与导流板处于同一高度范围的上部区域分隔成中部区域和外周区域，待处理水体流入湿地床，在湿地床中部区域由上至下流动，进而在湿地床底部由下至上流向外周区域。4.如权利要求3所述的湿地系统，其特征是，所述湿地床上方设置布水结构，布水结构在湿地床中部区域布水量大于外周区域布水量。5.如权利要求3所述的湿地系统，其特征是，所述导流板为环状筒体结构，环状筒体结构轴线竖直；所述环状筒体结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建，庄林岚，胡振，郑欣慧，宋希冉，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37