好氧-厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统技术方案

本发明专利技术提供一种好氧‑厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统，所述湿地系统顶部与侧部设置布水结构与梯级进水管，湿地系统底部设置出水口与虹吸排水管相连接，虹吸排水管顶部低于湿地系统顶部高度以形成压差进行周期性虹吸排水，使得所述湿地系统位于虹吸排水管上L型通气管上方的区域为上部好氧区，位于其下方的区域为下部厌氧区，L型通气管的位置可调控二者比例。本发明专利技术提供的系统解决了人工湿地中碳源不足、复氧效果差、能耗高等问题。通过梯级进水管以实现进水碳源再分配，提高碳源利用率；通过虹吸排水管与L型通气管以调整周期性虹吸排水高度，使得上部好氧区周期性处于气‑液‑固三相混合状态且高度可控，以均衡系统氧化还原环境。

【技术实现步骤摘要】
好氧-厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统
本专利技术涉及污水处理
，特别是好氧-厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统。
技术介绍
虽然我国淡水资源总量较大，占全球水资源的6％，但人均水资源匮乏，仅为世界平均水平的30％左右。随着社会经济的飞速发展，水资源短缺、水环境较差等问题日益凸显。因此，污水的高效处理和水资源回用是保证社会经济良好发展的关键。目前，我国水处理工艺种类繁多，但仍以生物处理法为主。当前主流的生物处理法可以分为活性污泥法与生物膜法。其中，人工湿地作为生物膜法的一种，以其独特的生态效应在众多水处理工艺中独具特色。人工湿地与传统水处理方式相比具有投资低、运行费用少、耗能低，且管理水平要求不高等优点，几年来被广泛用于处理生活污水、工业废水、暴雨径流、富营养化水体等。人工湿地是由石、砂、土壤、煤渣等介质按一定比例构成的、且底部封闭，并选择性植入水生植被人工构造的水处理生态系统，其净化能力是对自然净化过程的人工强化，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chemicaloxgendemand，COD计)去除的重要途径,而污水中的氮素主要通过人工湿地内部好氧\厌氧的交替环境下微生物的硝化反硝化过程去除。目前人工湿地在实际工程运用中同样存在若干限制因素。众多的研究表明：在传统人工湿地中，低溶解氧水平、碳源不足是限制人工湿地脱氮效率不高的主要因素。目前人工湿地增氧技术按照复氧途径可以分为人工曝气技术与人工强化大气复氧技术。人工曝气虽然被认为是增氧最有效的方法，但是持续曝气导致操作成本大大增加；人工强化大气复氧技术主要有跌水増氧进水、潮汐进水、设置通气管、设置湿地不饱和层等，虽然人工强化大气复氧技术复氧方式相对于人工曝气缩减了运行成本,但是依旧无法避免过量复氧带来的有机物损失与失衡的氧化还原条件，导致氮素无法得到有效的去除。针对碳源不足的问题，研究者主要通过添加外加碳源的方式，如可溶性碳源、固体碳源、植物碳源等。但是可溶性碳源投加量不易控制，且在人工湿地中很容易通过好氧降解，不能长时间发挥作用；固体性碳源需提前预埋在人工湿地基质中，效果稳定，但不易补充，且成本昂贵；植物性碳源廉价易得，可是效果不稳定，容易受到干扰，同时会导致出水色度增加。可见，目前的技术尚不能满足湿地大规模经济应用中持续高效的复氧需求以及高效稳定的脱氮需求。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、碳源不足、COD及氮素去除率低及有机污堵等问题,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-厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统，其通过布水管和梯级进水管实现进水碳源再分配，提高碳源利用率；通过虹吸排水管周期性虹吸排水以使上部好氧区周期性处于气-液-固三相混合的状态，可以提高气体传质速率实现高效复氧；通过L型通气管以使得上部好氧区和下部厌氧区比例适宜，营造均衡的氧化还原环境，强化对水中COD及氮素等污染物的去除。本专利技术提供如下技术方案：好氧-厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统，所述湿地系统包括主功能层、位于所述主功能层顶部的进水层、位于所述主功能层底部的排水层、位于所述进水层上部的连接有若干根布水管的进水管、位于所述排水层的出水管、均匀分布于所述主功能层的梯级进水管以及与所述出水管相连通的虹吸排水管，所述虹吸排水管上设置有L型通气管，所述虹吸排水管上均匀分布设置有若干均匀平行分布的二通接头，所述L型通气管通过一个所述二通接头与所述虹吸排水管连通，所述通气口所在水平面将所述主功能层分为上部的好氧区和下部的厌氧区；所述布水管的一端与所述进水管相连，另一端封闭，若干所述布水管互相平行；所述进水管与变频水泵相连，所述梯级进水管与一般水泵连接，使得布水管实现脉冲式进水；所述虹吸排水管的最高顶部低于所述湿地系统的顶部，以进而形成压差进行周期性虹吸排水；所述主功能层内部填充有小粒径填料，所述进水层上种植有湿地植物；所述湿地系统的顶部设置的若干根布水管，以及与所述若干根布水管连接的所述进水管形成脉冲式布水系统。进一步地，所述进水层的高度为5cm，所述排水层的高度为10cm。进一步地，所述湿地系统顶部与侧部分别设置脉冲式布水系统与梯级进水管，所述脉冲式布水系统的布水量大于梯级进水管水量。进一步地，所述进水层和所述排水层内均填充有大粒径填料。进一步地，所述梯级进水管设置于所述湿地系统顶部20cm以下，在同一竖向轴线上间隔10cm均匀分布。进一步地，所述布水管上布置多个水平布水孔，所述梯级进水管布置多个水平布水孔，相邻的两个所述布水管的水平布水孔沿水平方向间隔分布。进一步地，所述虹吸排水管为倒U型结构，所述虹吸排水管第一开口与所述出水管连通，第一开口悬空至低于所述出水管5cm处，虹吸发生时以形成持续压差虹吸排水。进一步地，所述二通接头于所述虹吸排水管的均匀设置的间隔距离为10cm；最高处的所述二通接头距所述湿地系统顶部20cm，最低处的所述二通接头距所述湿地系统底部10cm；所述L型通气管可通过螺套在任意所述二通接头处与所述虹吸排水管连接。进一步地，所述二通接头与所述倒U型的虹吸排水管于竖向轴面不重合，所述L型通气管所述倒U型的虹吸排水管于竖向轴面不重合。进一步地，所述L型通气管与所述湿地系统的高度相等。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提供的湿地系统实现了进水碳源再分配。与传统人工湿地相比，该湿地进水采用的布水结构与梯级进水管可以分步进水，避免碳源在好氧区过度消耗，提高了碳源的利用率，为人工湿地系统后续反硝化脱氮提供必要的能源，从而提高湿地系统的脱氮能力。其解决了人工湿地中碳源不足、复氧效果差、能耗高等问题。通过梯级进水管以实现进水碳源再分配，提高碳源利用率；通过虹吸排水管与L型通气管以调整周期性虹吸排水高度，使得上部好氧区周期性处于气-液-固三相混合状态且高度可控，以均衡系统氧化还原环境。2、本专利技术提供的湿地系统设置的脉冲式布水结构通过变频水泵可以实现脉冲式进水，使待处理水体可以均匀的散布在湿地系统表面，与传统人工湿地进水相比，该种布水方式可以防止进水管堵塞，优化水流路径，增加水体与填料的接触面积，避免短流现象。3、本专利技术提供的湿地系统实现了高效大气复氧，与传统人工湿地相比，该湿地系统出水设置的虹吸排水高度控制器为湿地系统上部创造了气-液-固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，有利于生物生长，从而实现更好的水质净化效果。4、本专利技术提供的湿地系统上部通过虹吸排水管与L型通气管可以达到周期性的淹没与排空状态，与传统人工湿地相比，该湿地系统上部交替的好氧/厌氧有利于截留有机物的矿化与降解，进而有效降低进水层的有机堵塞风险。5、本专利技术提供的湿地系统可以通过L型通气管的安装位置实现上部好氧区和下部厌氧区比例调控，营造更加均衡的氧化还原环境，强化对水中COD及氮素等污染物的去除。...

【技术保护点】
1.好氧-厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统，其特征在于，所述湿地系统包括主功能层(3)、位于所述主功能层(3)顶部的进水层(2)、位于所述主功能层(3)底部的排水层(4)、位于所述进水层(2)上部的连接有若干根布水管(10)的进水管(1)、位于所述排水层(4)的出水管(7)、均匀分布于所述主功能层(3)的梯级进水管(6)以及与所述出水管(7)相连通的虹吸排水管(13)，所述虹吸排水管(13)上设置有L型通气管(12)，所述虹吸排水管(13)上均匀分布设置有若干均匀平行分布的二通接头(15)，所述L型通气管(12)通过一个所述二通接头(15)与所述虹吸排水管(13)连通，所述通气口(12-1)所在水平面将所述主功能层(3)分为上部的好氧区(9)和下部的厌氧区(8)；所述布水管(10)的一端与所述进水管(1)相连，另一端封闭，若干所述布水管(10)互相平行；所述进水管(1)与变频水泵相连，所述梯级进水管与一般水泵连接；/n所述虹吸排水管(13)的最高顶部低于所述湿地系统的顶部；/n所述主功能层(3)内部填充有小粒径填料(5)，所述进水层(2)上种植有湿地植物(14)；/n所述湿地系统的顶部设置的若干根布水管(10)，以及与所述若干根布水管(10)连接的所述进水管(1)形成脉冲式布水系统。/n...

【技术特征摘要】
1.好氧-厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统，其特征在于，所述湿地系统包括主功能层(3)、位于所述主功能层(3)顶部的进水层(2)、位于所述主功能层(3)底部的排水层(4)、位于所述进水层(2)上部的连接有若干根布水管(10)的进水管(1)、位于所述排水层(4)的出水管(7)、均匀分布于所述主功能层(3)的梯级进水管(6)以及与所述出水管(7)相连通的虹吸排水管(13)，所述虹吸排水管(13)上设置有L型通气管(12)，所述虹吸排水管(13)上均匀分布设置有若干均匀平行分布的二通接头(15)，所述L型通气管(12)通过一个所述二通接头(15)与所述虹吸排水管(13)连通，所述通气口(12-1)所在水平面将所述主功能层(3)分为上部的好氧区(9)和下部的厌氧区(8)；所述布水管(10)的一端与所述进水管(1)相连，另一端封闭，若干所述布水管(10)互相平行；所述进水管(1)与变频水泵相连，所述梯级进水管与一般水泵连接；
所述虹吸排水管(13)的最高顶部低于所述湿地系统的顶部；
所述主功能层(3)内部填充有小粒径填料(5)，所述进水层(2)上种植有湿地植物(14)；
所述湿地系统的顶部设置的若干根布水管(10)，以及与所述若干根布水管(10)连接的所述进水管(1)形成脉冲式布水系统。


2.根据权利要求1所述的好氧-厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统，其特征在于，所述进水层(2)的高度为5cm，所述排水层(4)的高度为10cm。


3.根据权利要求1所述的好氧-厌氧三相脉冲式梯级进水湿地系统，其特征在于，所述湿地系统顶部与侧部分别设置脉冲式布水系统与梯级进水管，所述脉冲式布水系统的布水量大于梯级进水管水量。

【专利技术属性】
技术研发人员：成水平，左尚武，吴娟，向东方，陈月，
申请(专利权)人：同济大学，河北建设集团安装工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31