间歇曝气式生态沟系统技术方案

本发明专利技术公开一种间歇曝气式生态沟系统，涉及一种新型生态沟系统。这种生态沟系统至少包括：反应区；在反应区内交替设置有两组或两组以上的好氧区和厌氧区，在好氧区中设置有曝气装置，在反应区设置有导流板，污染水体在通过反应区中的好氧区时，水体中的污染物发生短程硝化反应；在通过厌氧区时发生短程反硝化反应。此外，在反应区的始端还设置有在线监测装置，并与曝气风机一同连接至可编程逻辑控制器(PLC)，可以通过监测水体水质计算选取最适的曝气量或运行时间，提高河道水体净化率，实现污染的水体在通过间歇曝气式生态沟系统后能够得到净化。

Intermittent aeration ecological ditch system

【技术实现步骤摘要】
间歇曝气式生态沟系统
本专利技术涉及一种间歇曝气式生态沟系统。
技术介绍
近年来，我国河道水体污染严重，目前河道污染治理措施中，传统的生态沟技术仅具有面源污染拦截功能，且依靠自然复氧、植物吸收、过滤沉淀等作用，对污染物的去除效率较低。在现有技术中，存在一种具有旁路循环净化功能的生态沟系统，兼具河道水体活水循环，旁路净化和雨水原位净化的功能，但是该系统供氧能耗较大，可能存在脱氮效果一般，除磷效果较差且释放较多温室气体一氧化二氮的情况。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术的目的在于提供一种间歇曝气式生态沟系统。本专利技术采用间歇曝气模式的生态沟系统，兼具面源污染拦截与旁路净化的间歇曝气式生态沟系统的特点。为达到上述目的，本专利技术的生态沟系统至少包括：反应区；在所述的反应区内交替设置有两组或两组以上的好氧区和厌氧区，在所述的好氧区中设置有曝气装置。进一步的，在所述的生态沟系统的反应区设置有多个导流板，所述的相邻的两块导流板设置在对侧的所述的生态沟的边坡上。进一步的，所述的曝气装置至少包括：曝气风机和与所述曝气风机连接的曝气管；所述的曝气管设置在所述的反应区的底部，所述的曝气管在长度方向上对应该生态沟系统的好氧区设置有打孔部分，所述的好氧区和厌氧区在长度方向上的比例设置为1:1～4:1。进一步的，所述的曝气风机为通过连接可编程逻辑控制器(PLC)调节曝气量或曝气时间，在所述的反应区的始端设置有在线监测装置，所述的在线监测装置与所述的可编程逻辑控制器(PLC)连接。进一步的，在所述的反应区上游设置有过滤区，在所述的反应区下游设置有出水区。进一步的，所述的生态沟反应区的曝气风机参数的计算步骤为：步骤(1)，污染水体需氧量计算：式中：M为河道水体需氧量，单位：g；V为河道水体体积，单位：m3；C0COD、CeCOD分别为监测到的河道水体COD污染浓度和治理目标，单位：mg/L；C0NH3-N、CeNH3-N分别为监测到的河道水体NH3-N污染浓度和治理目标，单位：mg/L；C0DO、CeDO分别为监测到的河道水体DO浓度和治理目标，单位：mg/L；步骤(2)，水生植物光合作用释氧量计算：式中：P为水生植物测定当日的净化同化总量，单位：mmol/(m2·d)；pi为初测点瞬时光合作用速率，单位：μmol/(m2·s)；pi+1为下一测点瞬时光合作用速率，单位：μmol/(m2·s)；ti为初测点瞬时时间，单位：h；ti+1为下一测点瞬时时间，单位：h；j为测试次数；光合作用反应方程：CO2+4H20→CH2O+3H2O+O2植物呼吸消耗的O2量一般是光合作用同化量的20％；式中：WO2为单位面积叶片的日净释放O2质量，单位：g/(m2·d)；32为O2的摩尔质量，单位：g/mol；式中：LAI为水生植物叶面积指数；AL为一定土地面积上水生植物叶面面积总和，单位：m2；A为土地面积，单位：m2；式中：Mh为水生植物释氧量，单位：g；T为水质恢复期，单位：d；步骤(3)，短程硝化反应需氧量计算：传统硝化(全程硝化)作用反应式：NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+，短程硝化作用反应式：NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+，短程硝化作用耗氧量仅为全程硝化的75％；Mp＝(M-Mh)×75％式中：Mp为短程硝化反应需氧量，单位：g；步骤(4)，曝气风机参数计算：式中：Q为曝气风机风量，单位：m3/h；22.4为气体摩尔体积，单位：L/mol；Td为水质恢复期曝气风机每日运行时间，单位：h/d；ζ为曝气风机氧利用率，一般取0.1～0.2；0.21为空气中氧气的体积比例。进一步的，所述的可编程逻辑控制器(PLC)运行步骤包括：步骤(1)，生态沟反应区始端第(i+1)组水样在线监测，水质数据传输至所述的可编程逻辑控制器(PLC)中；i为水体通过生态沟反应区的水质取样次数，i＝1,2,3,……；步骤(2)，水质数据自动代入短程硝化反应需氧量计算程序，得到第(i+1)组需氧量Mp(i+1)；步骤(3)，生成Mp(i+1)与第(i)组需氧量Mp(i)的差值Mdv(i+1)；步骤(4)，Mdv(i+1)＝0时曝气风量和曝气风机运行时间不改变，Mdv(i+1)≠0时进入选项1调节曝气风量Q(i+1)和选项2调节曝气风机运行时间Td(i+1)，得到2种选项对应的功率变化值，对选项1和选项2的功率变化值进行比较，选取输出更为节省能源的选项至曝气风机；步骤(5)，进入下一组，循环步骤(1)～步骤(4)。本专利技术的有益效果是，将生态沟系统的反应区划分为两种反应环境：好氧区反应环境和厌氧区反应环境，在生态沟系统的反应区设置穿孔曝气管。穿孔曝气管在长度方向上对应该生态沟系统的好氧区设置有打孔部分，并在反应区内设置有导流板。由于水体在好氧区反应环境中主要发生短程硝化反应和有机物分解，在厌氧区反应环境中主要发生短程反硝化反应；水体在交替通过分布设置的两种反应环境时，即能够提高水体中含氮污染物旁路净化效率，又能够降低水体在硝化反应过程中氧气的消耗和反硝化反应过程中碳源的消耗。此外，在反应区的始端还设置有在线监测装置，并与曝气风机一同连接至可编程逻辑控制器(PLC)，可以通过监测水体水质计算选取最适的曝气量或运行时间，提高河道水体净化率。附图说明图1是本专利技术在实施例中的横断面示意图。图2是本专利技术在实施例中的平面示意图。图3是本专利技术在实施例中的纵断面示意图。图4是本专利技术的曝气系统自动控制流程图。图中，1.水生植物，2.生物填料，3.生态基质，4.卵石，5.土工布，6.砾石，7.素土，8.曝气管，9.钢筋，10.输气管道，11.盲板，12.导流板，13.沸石，14.陶粒，15.石英砂，16.透水无纺布，17.穿孔板，18.出水堰，19.景观卵石，20.在线监测装置。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1实施例1是本专利技术的其中一种结构体现，包括：反应区。所述的反应区包括：生态沟系统的沟底和坡面均铺设生态基质3，生态基质3上镶嵌有卵石4，生态基质3以下依次为土工布5，砾石6，土工布5，素土7夯实，其中生态基质3厚度为200～400mm，卵石4层厚度为20～40mm，卵石4粒径为30～50mm，砾石6层厚度为200mm，压实系数大于0.97，素土7层压实系数大于0.95，土工布5规格为300g/m2。水生植物1种植于生态沟的坡面上，生物填料2悬浮于生态沟水体中。在反应区内交替设置有两组或两组以上的好氧区和厌氧区，沿生态沟系统的反应区底部设置有钢筋9，沿生态沟系统布置的穿孔曝气管8和生物填料2均与钢筋9固定连接。曝气管8端头通过输气管道10与曝气风机连接，末端采用盲板11封堵。其中，曝气管8对应生态沟系统反应区内的好氧区，在管壁的径向方向设置有打孔部分，这能够实现水体在反应区产生间歇曝气的效果。其中，水体在好氧区发生短程硝化反应和有机物分解；在厌氧区发生短程反硝化反应。在实施例1中，所述的生态沟系统采用水泵供水，将反应区内的水体的流速控制在0.1～0.9m/s范围内。间歇曝气式生态沟系统的河道截面呈上宽下窄的倒梯形，边坡坡比设置在1:2～1:4范围内。在实际操作中，旱季时，河道水体通过水泵引入所述的生态沟系统中，引流后的水体通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间歇曝气式生态沟系统，其特征在于：所述的生态沟系统至少包括：反应区；在所述的反应区内交替设置有两组或两组以上的好氧区和厌氧区，在所述的好氧区中设置有曝气装置。

【技术特征摘要】
1.一种间歇曝气式生态沟系统，其特征在于：所述的生态沟系统至少包括：反应区；在所述的反应区内交替设置有两组或两组以上的好氧区和厌氧区，在所述的好氧区中设置有曝气装置。2.如权利要求1所述的间歇曝气式生态沟系统，其特征在于：在所述的生态沟系统的反应区设置有多个导流板，所述的相邻的两块导流板设置在对侧的所述的生态沟的边坡上。3.如权利要求1所述的间歇曝气式生态沟系统，其特征在于：所述的曝气装置至少包括：曝气风机和与所述曝气风机连接的曝气管；所述的曝气管设置在所述的反应区的底部，所述的曝气管在长度方向上对应该生态沟系统的好氧区设置有打孔部分，所述的好氧区和厌氧区在长度方向上的比例设置为1:1～4:1。4.如权利要求3所述的间歇曝气式生态沟系统，其特征在于：所述的曝气风机为通过连接可编程逻辑控制器(PLC)调节曝气量或曝气时间，在所述的反应区的始端设置有在线监测装置，所述的在线监测装置与所述的可编程逻辑控制器(PLC)连接。5.如权利要求1所述的间歇曝气式生态沟系统，其特征在于：在所述的反应区上游设置有过滤区，在所述的反应区下游设置有出水区。6.如权利要求4所述的间歇曝气式生态沟系统，其特征在于：所述的生态沟反应区的曝气风机参数的计算步骤为：步骤(1)，污染水体需氧量计算：式中：M为河道水体需氧量，单位：g；V为河道水体体积，单位：m3；C0COD、CeCOD分别为监测到的河道水体COD污染浓度和治理目标，单位：mg/L；C0NH3-N、CeNH3-N分别为监测到的河道水体NH3-N污染浓度和治理目标，单位：mg/L；C0DO、CeDO分别为监测到的河道水体DO浓度和治理目标，单位：mg/L；步骤(2)，水生植物光合作用释氧量计算：式中：P为水生植物测定当日的净化同化总量，单位：mmol/(m2·d)；pi为初测点瞬时光合作用速率，单位：μmol/(m2·s)；pi+1为下一测点瞬时光合作用速率，单位：μmol/(m2·s)；ti为初测点瞬时时间，单位：h；ti+1为下一测点瞬时时间，单位：h...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，陈威，徐鹏飞，
申请(专利权)人：中冶华天南京工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32