一种高效处理地下水中高浓度硝态氮的人工湿地系统，适用于地下水中高NO3--N污染的水源水再生利用的湿地处理，属于地下水污染控制领域。本发明专利技术是将受污染的地下水积聚在水井中，再由潜水泵分季节不同，经表层布水干支管或潜层布水干支管均匀布入人工湿地中，通过人工湿地中的土壤层、隔热层、NO3--N转化层、离子交换生物作用层和集水层的物理化学及生物作用，将地下水中的NO3--N去除。在冬季通过向人工湿地中充氧和调节集水井中的出水水量，充分发挥湿地中多功能复合填料对NO3--N的还原和微生物对NH3-N的硝化分解。该湿地系统具备结构紧凑，占地面积小，运行稳定，处理效率高，运行费用低，无堵塞，无二次污染，处理后的水质完全可以满足水源水质的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高效处理地下水中高浓度硝态氮的人工湿地系统，属于地下水污染控制领域。
技术介绍
地下水是重要的饮用水资源，与人体健康及生活质量密切相关。近年来，地下水受化学氮肥的施用和工业、城镇污水的污染，水中硝态氮污染问题日益严重，逐渐引起全世界各国的关注。地下水硝态氮的污染早在20世纪60年代，欧美许多国家就已注意到了它的严重性，并先后于20世纪80年代开始了对地下水硝态氮污染进行了大量的水质调查与检测控制研究。据报道，目前NCV-N已成为美国地下水第一大污染物，德国的50%农用井水的Ν03_-Ν浓度超过了 60mg/L。而中国也面临着地下水硝态氮污染日趋严重的问题，中国国内许多地区甚至已到了较为严重的程度，甚至部分水样的N03_-N含量达到了 100 500mg/L0其中北京市平原农区地下水硝态氮超标率为38.7%，深层地下水超标率和严重超标率为13.8%和6.9%，浅层地下水污染最严重，超标率和严重超标率高达80.5%和66.2%，地下水污染情况接近甚至过欧美国家。地下水中硝酸盐的去除是一个世界性难题。由于地下水中有机物含量极低，无法通过自身的生物反硝化系统来降低硝态氮的含量，有研究将有机碳源投入到地下水中用来提高地下水的反硝化生物脱氮作用，但可能给地下水带来二次污染；将地下水抽出采用物化、生化、电化学方法进行处理，处理后 再回灌到地下，此方法工程量大，处理工艺复杂很难实现；采用地下过滤墙，注入处理药剂等方法，虽有一定的效果，但二次污染、高处理成本等问题，仍不能解决。研发地下水处理新技术是当务之急。目前鲜见有关如何利用生物与非生物脱氮技术耦合去除地下水中硝酸盐的报导。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何利用生物与非生物脱氮技术去除污染地下水中的硝酸盐，而提出的一种高效、四季皆可稳定运行的湿地处理系统。本专利技术的技术方案:一种高效处理地下水中高浓度硝态氮的人工湿地系统，该人工湿地系统包括地下水水井、潜水泵、潜水泵引水管、潜层布水管干管阀门、潜层布水管干管、潜层布水管支管、表层布水管干管阀门、表层布水管干管、表层布水管支管、人工湿地、土壤层、隔热层、no3_-n转化层、离子交换生物作用层、集水层、集水井、隔热层集水管干管、隔热层集水管支管、隔热层集水管阀门、NO3--N转化层集水管支管、NO3--N转化层集水管干管、NO3--N转化层集水管阀门、离子交换生物作用层集水管支管、离子交换生物作用层集水管干管、离子交换生物作用层集水管阀门、集水层集水管支管、集水层集水管干管、集水层集水管阀门、汇水管、总调解阀I 。地下水水井设置在人工湿地的一侧，地下水水井、人工湿地的外壳和集水井由混凝土、钢板、钢筋混凝土或砖混制成。潜水泵安装在地下水水井的水面下，潜水泵引水管的一端与潜水泵的出口连接，潜水泵引水管的另一端与表层布水管干管阀门的进口和潜层布水管干管阀门的进口连接。表层布水管干管阀门出口与表层布水管干管的一端连接，表层布水管干管上均布表层布水管支管，表层布水管支管与表层布水管干管垂直连通，表层布水管支管上均匀布置出水孔。潜层布水管干管阀门的出口与潜层布水管干管的一端连接，潜层布水管干管上均布潜层布水管支管，潜层布水管支管与潜层布水管干管垂直连通；潜层布水管支管上均匀布置出水孔。在人工湿地的壳体内自上而下分别填充土壤层、隔热层、N03_-N转化层、离子交换生物作用层和集水层。表层布水管干管及其上均布的表层布水管支管置于土壤层中，向土壤层中均匀布水。潜层布水管干管及其上均布的潜层布水管支管置于土壤层和隔热层之间，向土壤层和隔热层均匀布水。汇水管安装于集水井中，汇水管分别通过隔热层集水管阀门、N03_-N转化层集水管阀门、离子交换生物作用层集水管阀门、集水层集水管阀门与隔热层集水管干管、NO3--N转化层集水管干管、离子交换生物作用层集水管干管、集水层集水管干管连通。在隔热层集水管干管、Ν03_-Ν转化层集水管干管、离子交换生物作用层集水管干管、集水层集水管干管上分别垂直连通隔热层集水管支管、NO3--N转化层集水管支管、离子交换生物作用层集水管支管、集水层集水管支管；隔热层集水管支管、NO3--N转化层集水管支管、离子交换生物作 用层集水管支管、集水层集水管支管上均匀布置集水孔。隔热层集水管干管及其上均布的隔热层集水管支管置于隔热层和NO3--N转化层之间，汇集土壤层和隔热层中的水。NO3--N转化层集水管干管及其上均布的NO3--N转化层集水管支管置于Ν03__Ν转化层、离子交换生物作用层之间，汇集土壤层、隔热层和no3_-n转化层中的水。离子交换生物作用层集水管干管及其上均布的离子交换生物作用层集水管支管置于离子交换生物作用层和集水层之间；汇集土壤层、隔热层和no3_-n转化层和离子交换生物作用层中的水。集水层集水管干管及其上均布的集水层集水管支管置于集水层下；汇集土壤层、隔热层和no3_-n转化层、离子交换生物作用层和集水层中的水。总调解阀门安装在汇水管上，用于调节流入集水井中的水量。空压机或鼓风机安装在地下水水井的井口处，或安装在集水井的内壁上。布气管干管的一端接空压机或鼓风机的进口，布气管干管上均布布气管支管，布气管支管与布气管干管垂直连通，布气管支管上均匀布置出气孔。布气管干管及其上均布的布气管支管置于离子交换生物作用层和集水层之间，给离子交换生物作用层、no3_-n转化层、隔热层和集土壤层曝气。本专利技术的有益效果:本专利技术由地下水井、人工湿地和集水井组成地下水处理系统。地下水由于有机物含量较低，水中硝态氮无法直接通过生物的反硝化去除，但通过人工湿地将NO3--N转化成N2或部分NH3-N, NH3-N在土壤层上种植的植被及微生物作用进行硝化反应，最后通过集水井中水量的调节，使人工湿地形成一个可调的物化一生化耦合系统，最终实现地下水中硝态氮的去除。本专利技术具有处理效率高，结构简单紧凑，占地面积小，操作方便，不宜堵塞，运行稳定，出水水质好，无需向进水中投加碳源，无二次污染，运行成本低，适应于不同季节、不同温度、不同海拔条件下处理含高浓度硝态氮的地下水。可实现产业化，具有良好的市场前景和推广价值。附图说明图1为高效处理地下水中高浓度硝态氮人工湿地系统的剖面图。图2为高效处理地下水中高浓度硝态氮人工湿地系统的平面图。图3为高效处理地下水中高浓度硝态氮人工湿地系统地下水水井及人工湿地布水、布气的管路系统图。图4为高效处理地下水中高浓度硝态氮人工湿地系统的出水水量调节系统管路系统图。具体实施例方式结合附图对本专利技术作进一步说明。一种高效处理 地下水中高浓度硝态氮的人工湿地系统，如图1、2、3、4，该人工湿地系统包括地下水水井1、潜水泵2、潜水泵引水管2-1、潜层布水管干管阀门2-2、潜层布水管干管2-3、潜层布水管支管2-3-1、表层布水管干管阀门2-4、表层布水管干管2-5、表层布水管支管2-5-1、人工湿地3、土壤层3-1、隔热层3-2、Ν03__Ν转化层3_3、离子交换生物作用层3-4、集水层3-5、集水井4、隔热层集水管支管4-1-1、隔热层集水管干管4_1、隔热层集水管阀门4-Γ、Ν03--Ν转化层集水管干管4-2、Ν03--Ν转化层集水管支管4-2-1、Ν03--Ν转化层集水管阀门4-2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高效处理地下水中高浓度硝态氮的人工湿地系统，其特征在于：该人工湿地系统包括地下水水井（1）、潜水泵（2）、潜水泵引水管（2?1）、潜层布水管干管阀门（2?2）、潜层布水管干管（2?3）、潜层布水管支管（2?3?1）、表层布水管干管阀门（2?4）、表层布水管干管（2?5）、表层布水管支管（2?5?1）、人工湿地（3）、土壤层（3?1）、隔热层（3?2）、NO3??N转化层（3?3）、离子交换生物作用层（3?4）、集水层（3?5）、集水井（4）、隔热层集水管干管（4?1）、隔热层集水管支管（4?1?1）、隔热层集水管阀门（4?1’）、NO3??N转化层集水管支管（4?2?1）、NO3??N转化层集水管干管（4?2）、NO3??N转化层集水管阀门（4?2’）、离子交换生物作用层集水管支管（4?3?1）、离子交换生物作用层集水管干管（4?3）、离子交换生物作用层集水管阀门（4?3’）、集水层集水管干管（4?4）、集水层集水管支管（4?4?1）、集水层集水管阀门（4?4’）、汇水管（4?5）、总调解阀门（4?6）；地下水水井（1）设置在人工湿地（3）的一侧，地下水水井（1）、人工湿地（3）的外壳和集水井（4）由混凝土、钢板、钢筋混凝土或砖混制成；潜水泵（2）安装在地下水水井（1）的水面下，潜水泵引水管（2?1）的一端与潜水泵（2）的出口连接，潜水泵引水管（2?1）的另一端与表层布水管干管阀门（2?4）的进口和潜层布水管干管阀门（2?2）的进口连接；表层布水管干管阀门（2?4）出口与表层布水管干管（2?5）的一端连接，表层布水管干管（2?5）上均布表层布水管支管（2?5?1），表层布水管支管（2?5?1）与表层布水管干管（2?5）垂直连通，表层布水管支管（2?5?1）上均匀布置出水孔；潜层布水管干管阀门（2?2）的出口与潜层布水管干管（2?3）的一端连接，潜层布水管干管（2?3）上均布潜层布水管支管（2?3?1），潜层布水管支管（2?3?1） 与潜层布水管干管（2?3）垂直连通；潜层布水管支管（2?3?1）上均匀布置出水孔；在人工湿地（3）的壳体内自上而下分别填充土壤层（3?1）、隔热层（3?2）、NO3??N转化层（3?3）、离子交换生物作用层（3?4）和集水层（3?5）；表层布水管干管（2?5）及其上均布的表层布水管支管（2?5?1）置于土壤层（3?1）中，向土壤层（3?1）中均匀布水；潜层布水管干管（2?3）及其上均布的潜层布水管支管（2?3?1）置于土壤层（3?1）和隔热层（3?2）之间，向土壤层（3?1）和隔热层（3?2）均匀布水；汇水管（4?5）安装于集水井（4）中，汇水管（4?5）分别通过隔热层集水管阀门（4?1’）、NO3??N转化层集水管阀门（4?2’）、离子交换生物作用层集水管阀门（4?3’）、集水层集水管阀门（4?4’）与隔热层集水管干管（4?1）、NO3??N转化层集水管干管（4?2）、离子交换生物作用层集水管干管（4?3）、集水层集水管干管（4?4）连通；在隔热层集水管干管（4?1）、NO3??N转化层集水管干管（4?2）、离子交换生物作用层集水管干管（4?3）、集水层集水管干管（4?4）上分别垂直连通隔热层集水管支管（4?1?1）、NO3??N转化层集水管支管（4?2?1）、离子交换生物作用层集水管支管（4?3?1）、集水层集水管支管（4?4?1）；隔热层集水管支管（4?1?1）、NO3??N转化层集水管支管（4?2?1）、离子交换生物作用层集水管支管（4?3?1）、集水层集水管支管（4?4?1）上均匀布置集水孔；隔热层集水管干管（4?1）及其上均布的隔热层集水管支管（4?1?1）置于隔热层（3?2）和NO3??N转化层（3?3）之间，汇集土壤层（3?1）和隔热层（3?2）中的水；NO3??N转化层集水管干管（4?2）及其上均布的NO3??N转化层集水管支管 （4?2?1）置于NO3??N转化层（3?3）和离子交换生物作用层（3?4）之间，汇集土壤层（3?1）、隔热层（3?2）和NO3??N转化层（3?3）中的水；离子交换生物作用层集水管干管（4?3）及其上均布的离子交换生物作用层集水管支管（4?3?1）置于离子交换生物作用层（3?4）和集水层（3?5）之间；汇集土壤层（3?1）、隔热层（3?2）和NO3??N转化层（3?3）和离子交换生物作用层（3?4）中的水；集水层集水管干管（4?4）及其上均布的集水层集水管支管（4?4?1）置于集水层（3?5）下；汇集土壤层（3?1）、隔热层（3?2）、NO3...
【技术特征摘要】
1.一种高效处理地下水中高浓度硝态氮的人工湿地系统，其特征在于: 该人工湿地系统包括地下水水井(I)、潜水泵(2)、潜水泵引水管(2-1)、潜层布水管干管阀门(2-2)、潜层布水管干管(2-3)、潜层布水管支管(2-3-1)、表层布水管干管阀门(2-4)、表层布水管干管(2-5)、表层布水管支管(2-5-1)、人工湿地(3)、土壤层(3-1)、隔热层(3-2)、NCV-N转化层(3-3)、离子交换生物作用层(3-4)、集水层(3-5)、集水井(4)、隔热层集水管干管(4-1)、隔热层集水管支管(4-1-1)、隔热层集水管阀门(4-1’)、Ν03--Ν转化层集水管支管(4-2-1)、NO3--N转化层集水管干管(4-2 )、Ν03__Ν转化层集水管阀门(4-2 ’)、离子交换生物作用层集水管支管(4-3-1)、离子交换生物作用层集水管干管(4-3)、离子交换生物作用层集水管阀门(4-3’)、集水层集水管干管(4-4)、集水层集水管支管(4-4-1)、集水层集水管阀门(4-4 ’)、汇水管(4-5 )、总调解阀门(4-6 ); 地下水水井(I)设置在人工湿地(3 )的一侧，地下水水井(I)、人工湿地(3 )的外壳和集水井(4)由混凝土、钢板、钢筋混凝土或砖混制 成； 潜水泵(2)安装在地下水水井(I)的水面下，潜水泵引水管(2-1)的一端与潜水泵(2)的出口连接，潜水泵引水管(2-1)的另一端与表层布水管干管阀门(2-4)的进口和潜层布水管干管阀门(2-2)的进口连接； 表层布水管干管阀门(2-4)出口与表层布水管干管(2-5)的一端连接,表层布水管干管(2-5)上均布表层布水管支管(2-5-1),表层布水管支管(2-5-1)与表层布水管干管(2-5)垂直连通，表层布水管支管(2-5-1)上均匀布置出水孔； 潜层布水管干管阀门(2-2)的出口与潜层布水管干管(2-3)的一端连接，潜层布水管干管(2-3)上均布潜层布水管支管(2-3-1)，潜层布水管支管(2-3-1)与潜层布水管干管(2-3)垂直连通；潜层布水管支管(2-3-1)上均匀布置出水孔； 在人工湿地(3 )的壳体内自上而下分别填充土壤层(3-1)、隔热层(3-2 )、NO3--N转化层(3-3)、离子交换生物作用层(3-4)和集水层(3-5)； 表层布水管干管(2-5)及其上均布的表层布水管支管(2-5-1)置于土壤层(3-1)中，向土壤层(3-1)中均匀布水； 潜层布水管干管(2-3 )及其上均布的潜层布水管支管(2-3-1)置于土壤层(3-1)和隔热层(3-2 )之间，向土壤层(3-1)和隔热层(3-2 )均匀布水； 汇水管(4-5)安装于集水井(4)中，汇水管(4-5)分别通过隔热层集水管阀门(4-1’)、NO3--N转化层集水管阀门(4-2’)、离子交换生物作用层集水管阀门(4-3’)、集水层集水管阀门(4-4’)与隔热层集水管干管(4-1)、NO3--N转化层集水管干管(4-2)、离子交换生物作用层集水管干管(4-3)、集水层集水管干管(4-4)连通； 在隔热层集水管干管(4-1)、Ν03_-Ν转化层集水管干管(4-2)、离子交换生物作用层集水管干管(4-3)、集水层集水管干管(4-4)上分别垂直连通隔热层集水管支管(4-1-1)、N03_-N转化层集水管支管(4-2-1)、离子交换生物作用层集水管支管(4-3-1)、集水层集水管...
【专利技术属性】
技术研发人员：李德生，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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