去除水体氮污染的植物固相生物碳多级根孔湿地系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种去除水体氮污染的植物固相生物碳多级根孔湿地系统，包括套设的内环和外环过滤系统，内外环过滤系统为防护网围护的环形土柱，内填充有基质和植物固相生物碳，并种植有植物，基质内设置有纳米曝气管，内环高于外环，植物固相生物碳为经过改良剂活化的生物碳材料，改良剂包括黏土矿物和保温剂。首先污水进入内环核心区，利用该生物碳为环形土柱基质材料人工湿地系统进行填充，在不降低有效碳源供给的同时，提升反硝化速率。利用水位落差解决水力流路联通问题，通过梯级水位落差实现水量生态过滤。利用本实用新型专利技术可达到水体水生植物废弃物资源化高效利用和水体过剩大量氮形态污染物同步进行治理的目的。大量氮形态污染物同步进行治理的目的。大量氮形态污染物同步进行治理的目的。

【技术实现步骤摘要】
去除水体氮污染的植物固相生物碳多级根孔湿地系统


[0001]本技术属于环保
，涉及一种利用持续高效供给的有效生物碳的增强型植物固相生物碳的多级根孔湿地系统。特别是涉及湖滨及河岸带湿地或人工垂直流湿地强化水体反硝化脱氮技术中利用碳源材料构建的湿地系统。

技术介绍

[0002]生物脱氮是指在脱氮细菌存在的条件下通过反硝化作用将硝酸盐氮转化为氮气的过程。水体反硝化过程尤其是垂直流人工湿地反硝化脱氮是其氮素移除的主要过程之一。为保证反硝化的顺利进行必须有充足的电子供体，污水中的有机物可为反硝化菌提供电子供体。实际湿地脱氮过程中为保证反硝化顺利进行一般要求COD/TN在4~15，而一般污水中C/N<3，显然尾水进行深度脱氮时，碳源是不足的，需持续地外加碳源。因此，城市再生水深度脱氮过程中，外加碳源（电子供体）的供应方式研究己成为目前迫切需要解决的关键问题。
[0003]如果直接投加可溶性碳源，随着处理水硝酸盐浓度的波动，容易造成碳源不足脱氮不完全、碳源过量产生浪费和二次污染等问题，其投加量的不易控制成为最大的难点，在经济成本和运行管理上十分不利。足够的有效碳源可持续供给是提高微生物活性的主要手段。另外，结合根孔湿地微孔“多介质”活性界面的特性，在湿地基质环境中构建丰富的好氧厌氧微孔环境，为反硝化持续供给有效碳源进而提升硝化
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反硝化的耦合脱氮过程，能够加速水体氮的去除效率。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本技术采用增强型植物固相生物碳，以根孔湿地微孔“多介质”活性界面为核心，构建了一种去除水体氮污染的植物固相生物碳多级生态过滤的环形根孔湿地系统。
[0005]为达到上述目的，本技术采用以下技术方案：
[0006]一种去除水体氮污染的植物固相生物碳多级根孔湿地系统，包括套设的内环过滤系统和外环过滤系统，所述湿地系统的进水位于所述内环过滤系统内侧，
[0007]所述内环过滤系统为由防护网围护的环形柱，所述防护网内设有内环基质、植物固相生物碳和纳米曝气管并种植有植物，
[0008]所述外环过滤系统为由防护网围护的环形柱，所述防护网内设有外环基质、植物固相生物碳和纳米曝气管并种植有植物，所述外环过滤系统的高度低于所述内环过滤系统。
[0009]优选的，所述纳米曝气管横置于所述内环基质或所述外环基质中，所述植物固相生物碳以植物固相生物碳模块的形式环绕所述纳米曝气管。
[0010]优选的，所述植物固相生物碳模块与所述内环基质或所述外环基质的总体积比为1:3。
[0011]优选的，所述内环过滤系统或所述外环过滤系统中包括上层纳米曝气管和下层纳米曝气管，所述下层纳米曝气管设置于所述内环过滤系统或所述外环过滤系统的中下层。
[0012]优选的，所述下层纳米曝气管距离所述内环过滤系统或所述外环过滤系统的底部15~25cm。
[0013]优选的，所述下层纳米曝气管外环绕下层植物固相生物碳模块，所述下层植物固相生物碳模块包括下层三维植物网和填充于所述下层三维植物网内的植物固相生物碳。
[0014]优选的，所述上层纳米曝气管外环绕上层植物固相生物碳模块，所述上层植物固相生物碳模块包括上层三维植物网、填充于所述上层三维植物网内的植物固相生物碳和定植于所述三维植物网内的植物。
[0015]所述上层植物固相生物碳可以使用本领域一般方法获得，也可采用下述方法制备得到：
[0016]（0
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1）将水生植物秸秆和玉米芯制成碎屑并混合，之后于惰性气体中厌氧熟化；
[0017]（0
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2）可在加入三维植物网中之后，在三维植物网的表面铺洒活化、风干固化。
[0018]优选的，所述上层三维植物网内定植的植物的密度为8~12株/平方米。
[0019]优选的，步骤（0
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1）所述的水生植物秸秆为沉水植物、浮叶植物和挺水植物的秸秆。优选的，所述的沉水植物以菹草为主，浮水植物为荇菜、水花生或绿狐尾藻；所述的挺水植物为芦苇或茭草；优选挺水植物秸秆的地上部分。
[0020]优选的，步骤（0
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1）所述的水生植物秸秆和玉米芯的混合质量比为：沉水植物:浮水植物:挺水植物:玉米芯=25~35:25~35:15~30:5~15。
[0021]优选的，步骤（0
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1）所述的水生植物秸秆经过烘干、磨碎处理。
[0022]优选的，步骤（0
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1）所述的水生植物秸秆的长度为1~2cm；所述的玉米芯为粒径在1~2cm的颗粒。
[0023]优选的，步骤（0
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1）所述的惰性气体为N2。
[0024]优选的，步骤（0
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1）所述的厌氧熟化的温度为25~40℃，优选30~35℃。
[0025]优选的，步骤（0
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2）所述的活化的温度为30~35℃。
[0026]优选的，步骤（0
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2）所述的铺洒活化为喷洒Ca(OH)2或Mg(OH)2悬浊液活化。
[0027]优选的，所述的三维植物网的材制为植物纤维；优选的，所述植物纤维为椰壳纤维或亚麻纤维。
[0028]优选的，所述内环基质为黏土、氧化铁和石灰石的混合物。优选的，所述黏土、氧化铁和石灰石的质量比为80~90:2~5:5~10。
[0029]优选的，所述外环基质为沙砾、石灰石和氧化铁的混合物。优选的，所述砂砾、石灰石和氧化铁的质量比为85~90:2~5:5~15。
[0030]优选的，所述防护网为镀锌铁丝网。
[0031]优选的，所种植的植物为芦苇和香蒲。
[0032]优选的，为有效控制活根孔与死根孔比例，提升根孔湿地反硝化脱氮效率，所述多级根孔湿地系统内的活根孔孔隙率与死根孔孔隙率比值为1:0.5~0.9，具体通过调整基质层中黏土比例及曝气速率来调整孔隙率比例。植物根系穿插在基质中，根系周围形成活根孔，靠根系分泌物形成功能微生物群落，根孔有效范围在根表1~2cm范围内。死根孔是植物根系腐烂死亡后留下的空隙。
[0033]该根孔湿地系统，在基质、植物固相生物碳中布设有纳米曝气管，形成好氧
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厌氧多微孔界面的脱氮强化处理的混合基质系统根系周围根表1
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2cm形成活性生物膜层，利用植物发达根系和基质层表面附着的微生物膜及曝气管道三者共同作为基础植物活性根孔系统。
[0034]内环过滤系统和外环过滤系统形成的二级过滤系统，内环为核心区，污水经管道引入内环，布设的纳米曝气管增强了局部水体复氧能力。内环过滤系统的高度高于外环过滤系统，内外环之间水体利用落差实现水体自流。
[0035]将含有带有芽孢根的地下茎的植物的固相生物碳模块布设完毕后，经2~3个月，植物根系即充满三维植物网和内环过滤系统及外环过滤系统。
[0036]该植物固相生物碳多级根孔湿地系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种去除水体氮污染的植物固相生物碳多级根孔湿地系统，其特征在于，包括套设的内环过滤系统和外环过滤系统，所述湿地系统的进水位于所述内环过滤系统内侧，所述内环过滤系统为由防护网围护的环形柱，所述防护网内设有内环基质、植物固相生物碳和纳米曝气管并种植有植物，所述纳米曝气管横置于所述内环基质中，所述植物固相生物碳以植物固相生物碳模块的形式环绕所述纳米曝气管，所述外环过滤系统为由防护网围护的环形柱，所述防护网内设有外环基质、植物固相生物碳和纳米曝气管并种植有植物，所述纳米曝气管横置于所述外环基质中，所述植物固相生物碳以植物固相生物碳模块的形式环绕所述纳米曝气管，所述外环过滤系统的高度低于所述内环过滤系统。2.根据权利要求1所述的多级根孔湿地系统，其特征在于，所述植物固相生物碳模块与所述内环基质或所述外环基质的总体积比为1:3。3.根据权利要求1所述的多级根孔湿地系统，其特征在于，所述内环过滤系统或所述外环过滤系统中包括上层纳米曝气管和下层纳米曝气管，所述下层纳米曝气管设置于所述内环过滤系统或所述外环过滤系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：古小治，陈开宁，马书占，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，
类型：新型
国别省市：