三相高效补氧人工湿地系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三相高效补氧人工湿地系统，其在构型上分为上下两部分子湿地，上下层子湿地之间通过连通管连通，并在下层子湿地侧部设置虹吸排水管，上层子湿地形成永久性固‑液‑气三相区，下层子湿地低于出水口处形成淹没缺氧区，下层子湿地高于出水口处处于周期性三相区，在污水经由整个系统流通过程中，可实现良好的COD、氨氮和总氮的去除，其技术方案为：包括上层子湿地和下层子湿地，所述上层子湿地设置于下层子湿地上方，且上层子湿地底部通过连通管与下层子湿地连通；所述下层子湿地侧部设置出水口与虹吸排水管连接，所述虹吸排水管顶部低于下层子湿地顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水。

Three-phase High-efficiency Oxygen Replenishment Constructed Wetland System

The invention discloses a three-phase high-efficiency oxygenation constructed wetland system, which is structurally divided into two sub-wetlands, the upper and lower sub-wetlands are connected by connecting pipes, and siphon drainage pipes are arranged on the side of the lower sub-wetlands. The upper layer wetlands form permanent solid-liquid-gas three-phase zones, the lower layer wetlands form submerged anoxic zones below the outlet, and the lower layer wetlands are higher than the outlet. The nozzle is in a periodic three-phase zone, and good removal of COD, ammonia nitrogen and total nitrogen can be achieved in the process of sewage circulation through the whole system. The technical scheme includes the upper layer wetland and the lower layer wetland. The upper layer wetland is located above the lower layer wetland, and the bottom of the upper layer wetland is connected with the lower layer wetland through a connecting pipe; the side of the lower layer wetland is arranged. The outlet is connected with the siphon drainage pipe, and the top of the siphon drainage pipe is lower than the top height of the lower layer wetland to form a pressure difference for periodic siphon drainage.

【技术实现步骤摘要】
三相高效补氧人工湿地系统
本专利技术涉及污水处理
，涉及一种高效补氧高效水质净化人工湿地系统，特别是涉及一种三相高效补氧人工湿地系统。
技术介绍
我国是一个严重缺水的国家，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。污水再生利用是缓解水资源供需矛盾和促进城市经济社会可持续发展的有效途径。人工湿地是一种安全有效的生物生态法污水再生处理技术，兼具水质净化、水体生态储存、美化景观、维持生态平衡等功能。人工湿地是对环境自净过程的模拟和强化，其对水中污染物的去除机理复杂，包含了微生物降解、植物吸收、物理性吸附和化学沉淀等多种作用，其中微生物的好氧呼吸是湿地对污水中有机污染物(以化学需氧量chemicaloxygendemand，COD计)去除的重要途径，而总氮(totalnitrogen，TN)主要通过硝化细菌等特殊功能细菌的好氧硝化与缺氧反硝化作用和厌氧氨氧化作用等被去除。目前，人工湿地技术在全球，尤其是发展中地区流域污染治理中具有突出的应用优势，已被广泛应用于污染河水、城市污水厂尾水、分散生活污水等多种类型污水的处理。然而，人工湿地在应用中仍然存在一些问题。1)人工湿地对污染物的去除率低。其中，COD和TN的去除率基本在40％-80％之间。人工湿地中填料基质表面的生物膜需要在好氧环境中实现对COD的高效去除，然而人工湿地中自然补氧和植物根系泌氧作用不足以提供足够的溶解氧用于污水中有机物的去除。此外，对于总氮的去除需要好氧、厌氧环境交替。然而，水中溶解氧不足极大地限制氨氮的硝化作用，进而影响后续反硝化的进行，使得人工湿地对总氮的去除效果不佳。湿地中溶解氧浓度不足2mg/L，而生活污水中BOD及NH4+-N的理论氧气需求量远高于此值。2)人工湿地存在堵塞的现象，影响其对污水的净化效果和运行年限。我国存在大量设计年限在100年左右的湿地实际运行10年就产生了湿地大面积堵塞的现象，使其失去对污水的净化作用。人工湿地的堵塞包括颗粒物堵塞和有机堵塞。在水平潜流湿地中，大气中的氧气向湿地中扩散传递需要突破气液交界膜、大量液相主体、生物膜表面的液膜达到微生物表面，氧气传质困难。长期缺氧环境下，有机物不能充分降解，形成的腐殖质等物质沉积在填料基质表面，与微生物膜表面多聚物共同形成高粘度厌氧污泥，极易造成堵塞，影响湿地的运行效果。可见，通过强化对人工湿地中氧气的调控可改善人工湿地运行中存在的COD、TN去除率低及有机堵塞问题，显著提高人工湿地对污水的去除效果，维持其高效、稳定运行，保障我国污水的再生与安全利用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种三相高效补氧人工湿地系统，其在构型上分为上下两部分子湿地，上下层子湿地之间通过连通管连通，并在下层子湿地侧部设置虹吸排水管，使得上层子湿地形成永久性固-液-气三相区，下层子湿地低于出水口处形成淹没缺氧区，下层子湿地高于出水口处处于周期性三相区，在污水经由整个系统流通过程中，可实现良好的COD、氨氮和总氮的去除；为了实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：三相高效补氧人工湿地系统，包括上层子湿地和下层子湿地，所述上层子湿地设置于下层子湿地上方，且上层子湿地底部通过连通管与下层子湿地连通；所述下层子湿地侧部设置出水口与虹吸排水管连接，所述虹吸排水管顶部低于下层子湿地顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水。进一步的，所述上层子湿地底部和下层子湿地顶部之间具有设定间隙。进一步的，所述连通管延伸至下层子湿地内部，连通管距下层子湿地底部具有设定间距。进一步的，所述连通管底部低于下层子湿地出水口的高度。进一步的，所述连通管底部距下层子湿地底部的距离为10～20cm。进一步的，所述上层子湿地混合填充有硬质填料和软性填料。进一步的，所述下层子湿地填充硬质填料。进一步的，所述出水口距下层子湿地顶部的距离为20～30cm。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。进一步的，所述虹吸排水管顶部与下层子湿地顶部之间的间距为8～12cm。进一步的，所述连通管的横截面积小于上层子湿地、下层子湿地的横截面积二者之最小者的十分之一。优选的，所述上层子湿地设置于下层子湿地正上方，连通管连接于上层子湿地底部中心处。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的湿地系统实现了高效的氧气补给。与传统人工湿地相比，该系统的上层子湿地为水体中的污染物降解提供了固-液-气三相共存的氧气传质条件，增强了人工湿地系统的气体传质效率，有利于微生物膜的生长，从而实现更好的COD和氨氮等污染物去除效果。本专利技术的湿地系统设置上下层子湿地，通过连通管连通，可以使水流依次流经上层子湿地三相区、下层子湿地淹没缺氧区和下层子湿地周期性三相区，可实现良好的COD、氨氮和总氮的去除。本专利技术湿地系统的上层子湿地中软性填料提供了更多表面，有利于生物膜的生长及污染物的去除，同时软性填料亲水性好，可增加污水的水力停留时间，强化污染物转化与去除效果。本专利技术湿地系统中设置的虹吸排水管进行阶段性排水，对湿地基质表面的生物膜起到一定冲刷效果，对于厌氧条件下基质污堵有很好的缓冲作用，降低湿地的有机堵塞风险。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术湿地系统的结构示意图；图中，1上层子湿地，2下层子湿地，3连通管，4出水口，5虹吸排水管，6填料，7填料。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在COD、TN去除率低及有机堵塞问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种三相高效补氧人工湿地系统，将湿地床分隔成上下层两个子湿地，使得上层子湿地可以为待处理水体提供固-液-气三相共存的环境，实现高效的氧气补给，增强了氨氮氧化效率；之后流经下层浸没状态下的湿地，实现缺氧条件下的反硝化，进一步促进硝态氮的去除。通过虹吸周期性排水设计，减缓厌氧状态下污染物对基质的堵塞作用。本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种三相高效补氧人工湿地系统，包括上层子湿地1和下层子湿地2，上层子湿地1设置于下层子湿地2上方，且上层子湿地1底部通过连通管3与下层子湿地2连通；上层子湿地1底部和下层子湿地2顶部之间具有设定间隙，保证下层子湿地2顶部与大气相通，处于富氧状态。下层子湿地2侧部设置出水口4与虹吸排水管5连接，虹吸排水管5顶部低于下层子湿地2顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水。本专利技术的湿地系统，上层子湿地形成永久性固-液-气三相区，下层子湿地低于出水口处形成淹没缺氧区，而在虹吸排水管的周期性排水下，下层子湿地高于出水口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三相高效补氧人工湿地系统，其特征是，包括上层子湿地和下层子湿地，所述上层子湿地设置于下层子湿地上方，且上层子湿地底部通过连通管与下层子湿地连通；所述下层子湿地侧部设置出水口与虹吸排水管连接，所述虹吸排水管顶部低于下层子湿地顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水。

【技术特征摘要】
1.三相高效补氧人工湿地系统，其特征是，包括上层子湿地和下层子湿地，所述上层子湿地设置于下层子湿地上方，且上层子湿地底部通过连通管与下层子湿地连通；所述下层子湿地侧部设置出水口与虹吸排水管连接，所述虹吸排水管顶部低于下层子湿地顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水。2.如权利要求1所述的三相高效补氧人工湿地系统，其特征是，所述上层子湿地底部和下层子湿地顶部之间具有设定间隙。3.如权利要求1所述的三相高效补氧人工湿地系统，其特征是，所述连通管延伸至下层子湿地内部，连通管距下层子湿地底部具有设定间距。4.如权利要求3所述的三相高效补氧人工湿地系统，其特征是，所述连通管底部距下层子湿地底部的距离为10～20cm。5.如权利要求1所述的三相高效补氧人工湿地系统，其特征是，所述连通管底部低于下层子湿地出水...

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