專利名稱：一種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程污水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及ー種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的方法，同時(shí)還涉及一種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源方法的裝置，適用于低碳氮比污水的處理。
背景技術(shù)：
人工濕地是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的ー種新型的污水處理工藝，因其具有投資運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果穩(wěn)定、管理簡(jiǎn)便、能夠因地制宜的構(gòu)建等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了較快的發(fā)展，被運(yùn)用到越來(lái)越多的領(lǐng)域，其中包括生活污水、受污染地表水、面源污染、采礦廢水、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)污水以及水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理等方面。人工濕地系統(tǒng)通過(guò)多種機(jī)理去除進(jìn)水中的氮，這些機(jī)理主要包括生物、物理和化學(xué)等幾方面的協(xié)同作用，主要有揮發(fā)、氨化、硝化反硝化、植物攝取和基質(zhì)吸附等。研究表明，濕地中主要的除氮機(jī)理是微生物的硝化反硝化作用。硝化作用是在好氧條件下，微生物將NH4+-N氧化成N02—-N和N03—-N的過(guò)程。硝化作用分兩步進(jìn)行第一步是NH4+-N氧化成N02 N的過(guò)程,這一過(guò)程由嚴(yán)格的好氧菌完成；第二步是N02 N進(jìn)一步氧化成N03一-N的過(guò)程，這ー步由兼性化能自養(yǎng)細(xì)菌完成。硝化作用只是氮存在形態(tài)的變化，真正的脫氮作用并沒(méi)有發(fā)生。反硝化作用是在厭氧條件下，微生物將N03—-N轉(zhuǎn)化成N20或N2并釋放到大氣中的過(guò)程。反硝化作用過(guò)程中，微生物在缺氧條件下利用水體中的有機(jī)碳作為電子供體，以硝化作用的產(chǎn)物N03—-N作為電子受體，將N03—-N還原為氮?dú)鈴南到y(tǒng)中去 除。系統(tǒng)中氮的去除關(guān)鍵環(huán)節(jié)是反硝化作用。它是ー個(gè)還原反應(yīng)，需要有機(jī)碳源提供電子供體。因而，能否提供充足的反硝化反應(yīng)所需的碳源就直接決定著濕地系統(tǒng)脫氮能力的高低。低碳氮比的污水在進(jìn)行生物處理時(shí)脫氮效率低，造成出水TN無(wú)法達(dá)標(biāo)排放。如何解決此類低碳氮比污水的脫氮效率已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。當(dāng)前補(bǔ)充人工濕地碳源的方式主要是在進(jìn)水水源中直接添加，從本質(zhì)上講只是改變進(jìn)水性質(zhì)的ー種方式，而且這些做法會(huì)造成部分碳源在濕地上層發(fā)生好氧分解，造成碳源的浪費(fèi)，増加不必要的污水處理成本，因此如何通過(guò)增加人工濕地系統(tǒng)內(nèi)部碳源，增強(qiáng)系統(tǒng)功能，從而提聞脫氣效率非常值得探索。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的方法，補(bǔ)充外碳源到濕地內(nèi)部，為反硝化反應(yīng)提供足夠的電子供體，改善濕地進(jìn)行反硝化的環(huán)境，提高脫氮效果。該方法簡(jiǎn)單易行，操作方便，能有效地提高垂直流人工濕地的脫氮效率，且該方法采用預(yù)埋設(shè)的方式，碳源材料緩效釋放，可節(jié)省碳源投加成本，運(yùn)行管理方便，經(jīng)濟(jì)效益明顯。本發(fā)明的另ー個(gè)目的是在于提供了一種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，使用方便，該裝置能夠?qū)⑼饧犹荚囱a(bǔ)充到濕地內(nèi)部，為濕地底部反硝化反應(yīng)提供足夠的電子供體，改善濕地進(jìn)行反硝化的環(huán)境，提高脫氮效率，優(yōu)于在進(jìn)水中補(bǔ)充碳源的裝置。而且該裝置采用了價(jià)廉易得的PVC管作為碳源輸送管道，裝置成本低廉。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施一種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的方法，其步驟是A、將碳源輸送管道安裝于垂直流人工濕地底部，濕地內(nèi)安裝填料生物陶粒，種入植物美人蕉；B、將待添加的固體碳源材料經(jīng)過(guò)堿處理(置于1%質(zhì)量比NaOH溶液中浸泡24h)的千屈菜植物材料(植物材料也可為其他固體碳源材料如各種樹(shù)葉、麥桿等)裝入碳源輸送管道；C、將碳源輸送管道與濕地系統(tǒng)墻壁的密封ロ的PVC螺紋堵頭旋緊，避免濕地出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象，碳源材料中有機(jī)碳進(jìn)行水解溶出，并通過(guò)碳源輸送管道上的開(kāi)孔釋放到濕地系統(tǒng)中，進(jìn)入濕地底部，為濕地底部反硝化反應(yīng)提供足夠的電子供體，改善了濕地進(jìn)行反硝化的環(huán)境，顯著提高了濕地對(duì)低碳高氮廢水的脫氮效果。所述的千屈菜又稱對(duì)葉蓮，對(duì)牙草，鐵菱角，因其葉呈柳樹(shù)葉狀，又稱水柳、水枝柳和水枝錦。千屈菜為千屈菜科千屈菜屬。多年生挺水草本植物。株高I米左右，莖四棱形，直立多分枝，葉對(duì)生或輪生，披針形。長(zhǎng)穂狀花序頂生，小花多而密，紫紅色，夏秋開(kāi)花。自然種生長(zhǎng)于沼澤地、溝渠邊或?yàn)┩可?。喜光、濕?rùn)、通風(fēng)良好的環(huán)境，耐鹽堿，在肥沃、疏松的土壌中生長(zhǎng)效果更好?？扇胨帲芍瘟〖?、腸炎等癥；另具外傷止血功效。千屈菜全株高30 100厘米，全體具柔毛，有時(shí)無(wú)毛。莖直立，多分枝，葉對(duì)生或3片輪生，狹披針形，長(zhǎng)4 6厘米，寬8 15毫米，先端稍鈍或短尖，基部圓或心形，有時(shí)稍抱莖?？偁罨ㄐ蝽斏?；花兩性，數(shù)朵簇生于葉狀苞片腋內(nèi)；花萼筒狀，長(zhǎng)6 8毫米，外具12條縱棱，裂片6，三角形，附屬體線形，長(zhǎng)于花萼裂片，約I. 5 2毫米；花瓣6，紫紅色，長(zhǎng)橢圓形，基部楔形；雄蕊12，6長(zhǎng)6短；子房無(wú)柄，2室，花柱圓柱狀，柱頭頭狀。蒴果橢圓形，全包于萼內(nèi)，成熱時(shí)2瓣裂；種子多數(shù)，細(xì)小?；ㄆ? 8月。千屈菜原產(chǎn)歐洲和亞洲暖溫帯，因此喜溫暖及光照充足，通風(fēng)好的環(huán)境，喜水濕，我國(guó)南北各地均有野生，多生長(zhǎng)在沼澤地、水旁濕地和河邊、溝邊?，F(xiàn)各地廣泛栽培。比較耐寒，在我國(guó)南北各地均可露地越冬。在淺水中栽培長(zhǎng)勢(shì)最好，也可旱地栽培。對(duì)土壤要求不嚴(yán)，在土質(zhì)肥沃的塘泥基質(zhì)中花艷，長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)壯。千屈菜 姿態(tài)娟秀整齊，花色鮮麗醒目，可成片布置于湖岸河旁的淺水處。如在規(guī)則式石岸邊種植，可遮擋單調(diào)枯燥的岸線。其花期長(zhǎng)，色彩艷麗，片植具有很強(qiáng)的絢染力，盆植效果亦佳，與荷花、睡蓮等水生花卉配植極具哄托效果，是極好的水景園林造景植物。也可盆栽擺放庭院中觀賞，亦可作切花用。栽培葉還可以食用。所述的PVC是ー種こ烯基的聚合物質(zhì)，其材料是ー種非結(jié)晶性材料。PVC材料在實(shí)際使用中經(jīng)常加入穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、輔助加工劑、色料、抗沖擊劑及其它添加剤。具有不易燃性、高強(qiáng)度、耐氣侯變化性以及優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性。PVC對(duì)氧化劑、還原劑和強(qiáng)酸都有很強(qiáng)的抵抗力。然而它能夠被濃氧化酸如濃硫酸、濃硝酸所腐蝕并且也不適用與芳香烴、氯化烴接觸的場(chǎng)合。一種實(shí)現(xiàn)上述的補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的裝置，它包括碳源輸送管道及密封ロ。各裝置的功能與連接關(guān)系是碳源輸送管道垂直于濕地墻壁進(jìn)行安裝，管道直徑750 850mm,長(zhǎng)度與濕地等長(zhǎng)，管壁開(kāi)孔，孔徑5 7mm,孔間距為150 200mm。管道與濕地墻壁兩端的接觸面采用PVC螺紋堵頭進(jìn)行密封連接。A、碳源輸送管道碳源輸送管道安裝于濕地底部，管道直徑750 850mm，長(zhǎng)度與濕地等長(zhǎng)，管壁開(kāi)孔，孔徑5 7mm，孔間距為150 200mm。碳源輸送管道開(kāi)孔便于碳源材料中有機(jī)碳釋放到濕地系統(tǒng)中；B、密封ロ 密封ロ位于碳源輸送管道與濕地墻壁的兩端連接處，兩端均以PVC螺紋堵頭進(jìn)行密封連接，以便于后續(xù)碳源材料的清理及多次重復(fù)添加碳源材料。與在濕地進(jìn)水中補(bǔ)充碳源的傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在I、本發(fā)明提供的碳源補(bǔ)充方法采用預(yù)埋設(shè)的方式，碳源材料緩效釋放，可節(jié)省碳源投加成本，運(yùn)行管理方便，經(jīng)濟(jì)效益明顯。 2、本發(fā)明采用投加碳源到濕地底部，以經(jīng)過(guò)堿處理的千屈菜植物材料作為濕地外加碳源，C/N只需要3就可以大大提高濕地脫氮效果，低于在進(jìn)水中投加需要的碳源(碳氮比6 7)，節(jié)省了碳源成本。在實(shí)施例中，進(jìn)水總氮濃度均值為36. 5Img · L-I, CODCr均值為109mg · L-1，水力負(fù)荷為O. 30m3 · (m2 · d) _1，水力停留時(shí)間為48h，對(duì)照組與添加5g經(jīng)過(guò)堿處理的千屈菜植物材料后的系統(tǒng)總氮出水濃度分別為35. Olmg-L-U25. 25mg噸_1，總氮平均去除率分別為4. 11%>30. 84%，添加碳源后系統(tǒng)的總氮平均去除率提高了 26. 73%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)補(bǔ)充碳源到垂直流人工濕地底部，為反硝化反應(yīng)提供足夠的電子供體，改善了濕地進(jìn)行反硝化的環(huán)境，濕地對(duì)低碳高氮廢水的脫氮效果有顯著性提高。進(jìn)水中含有的CODCr加上添加的5g經(jīng)過(guò)堿處理的千屈菜植物材料，實(shí)際碳氮比僅為3 1，遠(yuǎn)低于在進(jìn)水中投加碳源所完成反硝化所需的碳氮比(6 : I 7 : I)。因此該補(bǔ)充碳源方法的突出優(yōu)點(diǎn)是顯著性提高濕地脫氮效率，并節(jié)約外加碳源成本。


圖I為ー種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的管道裝置示意圖。其中，I-碳源輸送管道、2-密封ロ。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步的說(shuō)明。一種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的方法，其步驟是A、將碳源輸送管道安裝于垂直流人工濕地底部，濕地內(nèi)安裝填料生物陶粒，種入植物美人蕉；B、根據(jù)處理污水量和濕地進(jìn)水C/N，計(jì)算濕地處理污水所需要投加的碳源量，稱取后將待添加的固體碳源材料裝入碳源輸送管道，實(shí)施例中每套垂直流人工濕地處理水量為15L，補(bǔ)充碳源材料經(jīng)過(guò)堿處理的千屈菜植物材料量為5g，相當(dāng)于100g/m2。C、將碳源輸送管道與濕地系統(tǒng)墻壁的密封ロ的PVC螺紋堵頭旋緊，避免濕地出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象；D、開(kāi)始濕地進(jìn)水、運(yùn)行階段。一種實(shí)現(xiàn)上述的補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的裝置，它包括碳源輸送管道及密封ロ。各裝置的功能與連接關(guān)系是碳源輸送管道垂直于濕地墻壁進(jìn)行安裝，管道直徑750或770或790或800或820或840或850mm，長(zhǎng)度與濕地等長(zhǎng)，管壁開(kāi)孔，孔徑5或6或7mm，孔間距為150或160或170或180或190或200mm。管道與濕地墻壁兩端的接觸面采用PVC
螺紋堵頭進(jìn)行密封連接。A、碳源輸送管道碳源輸送管道安裝于濕地底部，管道直徑750或770或790或800或820或840或850mm，長(zhǎng)度與濕地等長(zhǎng)，管壁開(kāi)孔，孔徑5或6或7mm，孔間距為150或160或170或180或190或200mm。碳源輸送管道開(kāi)孔便于碳源材料中有機(jī)碳釋放到濕地系統(tǒng)中；B、密封ロ 密封ロ位于碳源輸送管道與濕地墻壁的兩端連接處，兩端均以PVC螺紋堵頭進(jìn)行密封連接，以便于后續(xù)碳源材料的清理及多次重復(fù)添加碳源材料。在實(shí)施例中其工作過(guò)程是 (I)按照上述補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的方法A，構(gòu)建處理水量為15L/d的垂直流人工濕地小試系統(tǒng)兩套，濕地填料為生物陶粒，濕地系統(tǒng)中種植美人蕉；(2)將5g經(jīng)過(guò)堿處理的千屈菜植物材料作為外加碳源添加到其中一套系統(tǒng)中的碳源輸送管道；另一套系統(tǒng)作為對(duì)照，不添加任何外加碳源材料；(3)開(kāi)始濕地進(jìn)水，進(jìn)水總氮濃度均值為36. 5Img ·L-1,CODCr均值為109mg *L-1,水力負(fù)荷為O. 30m3 · (m2 · d) _1，水力停留時(shí)間為48h ；(4)取兩套濕地出水進(jìn)行水質(zhì)分析，對(duì)照組與添加5g經(jīng)過(guò)堿處理的千屈菜植物材料作為外加碳源的系統(tǒng)總氮出水濃度分別為35. Olmg-L-U25. 25mg *L_1，總氮平均去除率分別為 4. 11%,30. 84%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)補(bǔ)充碳源到垂直流人工濕地底部，為反硝化反應(yīng)提供足夠的電子供體，改善了濕地進(jìn)行反硝化的環(huán)境，濕地對(duì)低碳高氮廢水的脫氮效果有顯著性提高。在實(shí)施例中，進(jìn)水中含有的CODCr加上投加的5g經(jīng)過(guò)堿處理的千屈菜植物材料，實(shí)際碳氮比僅為3 1，遠(yuǎn)低于在進(jìn)水中投加碳源所完成反硝化所需的碳氮比(6 : I 7 : I)。因此該補(bǔ)充碳源方法的突出優(yōu)點(diǎn)是顯著性提高濕地脫氮效率，并節(jié)約外加碳源成本。
權(quán)利要求
1.一種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的方法，其步驟是A、將碳 源輸送管道安裝于垂直流人工濕地底部，濕地內(nèi)安裝填料生物陶粒，種入植物美人蕉；B、將待添加的固體碳源材料經(jīng)過(guò)堿處理的千屈菜裝入碳源輸送管道；C、將碳源輸送管道與濕地系統(tǒng)墻壁的密封口的PVC螺紋堵頭旋緊，避免濕地出現(xiàn)漏水。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種補(bǔ)充垂直流人工濕地固體碳源的方法及裝置，其步驟是A、將碳源輸送管道安裝于垂直流人工濕地底部，濕地內(nèi)安裝填料生物陶粒，種入植物美人蕉；B、將待添加的固體碳源材料經(jīng)過(guò)堿處理的千屈菜裝入碳源輸送管道；C、將碳源輸送管道與濕地系統(tǒng)墻壁的密封口的PVC螺紋堵頭旋緊，避免濕地出現(xiàn)漏水。該裝置包括碳源輸送管道及密封口。其連接關(guān)系是碳源輸送管道垂直于濕地墻壁進(jìn)行安裝，管道直徑750～850mm，長(zhǎng)度與濕地等長(zhǎng)，管壁開(kāi)孔，孔徑5～7mm，孔間距為150～200mm。管道與濕地墻壁兩端的接觸面采用PVC螺紋堵頭進(jìn)行密封連接。該方法簡(jiǎn)單易行，操作方便，能有效地提高了垂直流濕地的脫氮效率，節(jié)省碳源，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
文檔編號(hào)C02F3/32GK102689989SQ20121019644
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者吳振斌, 周巧紅, 徐棟, 肖蕾, 賀鋒 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所