CN201882979U - 循环强化脱氮双进水人工湿地装置 - Google Patents

循环强化脱氮双进水人工湿地装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，包括高位进水槽、主进水管、出水管，高位进水槽连接主进水管，主进水管通过三通分别连接主进水管阀门和中层进水管，主进水管伸入人工湿地内，主进水管中间设置主进水管阀门，中层进水管伸入人工湿地内，中层进水管中间设置中层进水管阀门，出水管从人工湿地内引出，出水管中间设置出水管阀门，出水管出口端引入出水集水池，出水循环管一端伸入人工湿地内，出水循环管中间设置出水循环管阀门，出水循环管另一端连接出水循环泵，出水循环泵伸入出水集水池内。本实用新型结构简单，使用方便，连续水质监测结果表明，本实用新型的总氮去除率能够达到90%以上。

Description

循环强化脱氮双进水人工湿地装置
技术领域
本实用新型属于污水处理技术领域，更具体涉及一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，适用于处理出水要求较高的景观水的处理，工业废水中高含氮废水的深度处理以及分散式生活污水的处理。
背景技术
美国环保署1993出版的湿地处理污水的手册中指出，水平潜流湿地对有机物（BOD5）和固体悬浮物有良好的去除作用，可达三级出水要求。但对氮的去除率非常低。杭州植物园玉泉观鱼水池中的研究中，湿地对氮的去除率仅为12%。深圳沙田人工湿地主要用于处理市政污水，其氮的平均去除率为44.93%，且随季节变化较小。美国佛罗里达坦帕市的Hidden River Corporate Office park天然湿地处理城市雨水的***，对TN的平均去除率达46%。。对欧洲268座人工湿地调查发现，NH3-N 的平均去除率仅为30%，TN的平均去除率为39.6%。许多学者和工程人员为了提高氮和磷的去除效率，不得不加大湿地的设计面积，以保证氮的去除效率。这样不仅浪费了土地，而且还限制了人工湿地技术的规模化推广。
发明内容
本实用新型的目的是在于提供了一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，结构简单，使用方便，充分了利用了湿地不同区域对不同污染物的去除能力，设置了双层进水及出水循环***，在实现对总磷，BOD、COD这几种污染物的去除率达标的同时，增强了人工湿地去除总氮的能力，解决了常规的人工湿地总氮去除率不达标的现象。连续水质监测结果表明，本实用新型的总氮去除率能够达到90%以上。
为实现上述的目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，包括高位进水槽、主进水管、主进水管阀门、中层进水管、中层进水管阀门、出水循环管、出水循环管阀门、出水管、出水管阀门、出水集水池、出水循环泵。
其连接关系是：高位进水槽与主进水管连接，主进水管通过三通分别连接主进水管阀门和中层进水管，主进水管伸入人工湿地内，主进水管中间设置主进水管阀门，中层进水管伸入人工湿地内，中层进水管中间设置中层进水管阀门，出水管埋入人工湿地，出水管从人工湿地内引出，出水管中间设置出水管阀门，出水管与出水集水池相连，出水管出口端引入出水集水池，出水循环管一端伸入人工湿地内，出水循环管另一端与出水循环管阀门相连，出水循环管阀门一端与出水循环泵连接，出水循环泵与出水集水池相连，出水循环泵伸入出水集水池内；
处理污水量与人工湿地设计面积比例为：处理1m3的污水，需12m2的人工湿地面积。
所述的中层进水管距人工湿地填料顶部为0.45m。
出水循环管距人工湿地填料顶部为0.7m。
出水集水池深为1.35m。
主进水管与中层进水管均为DN100的U-pvc管，当主进水管阀门与中层进水管阀门完全开启时，主进水管流量与中层进水管进水流量比为1：1，主进水阀门与中层进水管阀门大小均可进行调节，以控制主进水管与中层进水管的流量比，流量比范围确定在1：1~5：1之间。
出水循环泵的最大流量一般选择为主进水管流量的1/2，通过调节出水循环管阀门来调节出水循环管的流量，主进水管与出水循环管的流量之比范围为2：1~5：1之间。
本实用新型工作原理如下：
1.本实用新型研制了一种循环强化脱氮双进水人工湿地***，研究了脱氮微生物氨化菌、亚硝化菌、反硝化菌的时空分布特征，通过统计学分析手段，分析了该人工湿地微生物作用下的脱氮机制，通过对该湿地出水的定期检测，证明该***具有良好的脱氮效果，比普通的人工湿地的脱氮效率高出。
2.污水从进水槽中通过主进水管流入人工湿地中，主进水管同时连接着中层进水管，主进水管装有主进水管阀门，中层进水管装有中层进水管阀门，阀门用于控制进水的布水层及流量。出水管位于人工湿地***池的底部，将出水收集后排入出水集水池中，出水管上装有阀门以控制出水。出水循环管位于出水管的上方，与出水集水池中的出水循环泵相连，出水管与出水循环泵之间装有出水循环管阀门，用来控制循环水的流量。
3.循环强化脱氮双进水人工湿地***脱氮微生物空间分布特征：主进水管***附近分布的脱氮微生物优势种为氨化菌和亚硝化菌；中层进水管附近分布的优势种为反硝化菌；***的脱氮微生物垂直分布规律为氨化菌和亚硝化菌上层(0~10cm)大于中下层(10~30cml)，反硝化菌数量中下层大于上层。
4.循环强化脱氮双进水人工湿地的脱氮效率高，本实用新型研究过程中对配制的污水处理效果如下：在***进水总氮、氨氮、亚硝态氮和硝态氮平均浓度分别为28.5mg/L、18.6mg/L、6.35mg/L、3.55mg/L时，***的出水总氮、氨氮、亚硝氮浓度分别为1.85mg/L、1.05mg/L、0.58m/L、0.22mg/L，去除率分别为90.1%、94.4%、90.9%、93.8%。构建的循环强化脱氮双进水人工湿地人工湿地***，尤其是***中部的双进水单元提升了水流溶氧条件，提高了***脱氮效率。
5.植物影响下的微生物分布特征：植物对主进水管和中层进水管周围土壤中的亚硝化菌、反硝化菌分布数量影响显著，而对垂直流上行池和潜流***中的氨化菌、亚硝化菌分布数量影响显著。亚硝化菌、反硝化菌及氨化菌的分布情况对总氮去除起到决定作用。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1.本实用新型通过双层进水工艺，克服了现有技术仅单层进水造成的布水不均匀的问题，同时双层进水可以充分利用土壤不同深度的吸附和降解能力，提高单位面积的湿地填料使用率。如:单位体积的土壤能够吸附TP为2000mg/100g土壤，当相同进水量时，传统的湿地***约需要30m2的面积处理1m3的生活污水（TP≤8mg/L），本处理***的设计，仅需要12 m2的***面积，仅为原面积的40%，在土地日益紧张的今天，土地资源的节约显得尤为重要。
2.本***的设计和实施，能够有效降低工程实施的工程费用。首先，本***的实施和传统的湿地***比较，在以下几个方面增加成本：a、布水管道增加；b、增加阀门；但增加成本的部分约占到工程施工总费用的2%，工程减少费用有以下几个方面：a、减少人工开挖和回填的工作量；b、减少土地使用费用（征地费，清苗费，土地出让金等，进而减少了土地所有者和工程施工的矛盾，有利于群众更理解和支持环境改善的工作。）c、减少植物种植的工程量，同时减少养护工作量；d、节约工程进度时间，减少工程二类费用的支出。减少成本的费用约占到工程总费用的10%，综合来看，能够比传统的湿地***节约工程费用约8%。
3.本***工程的上下循环布水***能够满足冻土层厚度的要求，有效改善传统湿地***在北方冬季冻土层情况下，难以运行的窘境，有利于土地的资源化利用和工艺的推广。
4.有效提高湿地***的脱氮效果。大量研究数据表明，传统的湿地***，在脱氮效率方面不大于65%，本工艺***的工程研究数据表明，在同等的进水水量，同样的土地使用面积，同样的预处理效果和同样填料的条件下，本工艺脱氮效率大于90%，而传统人工湿地工艺脱氮效率为60%左右，充分体现本工艺的先进性。
5.本工艺***设置了出水的循环***，出水的效果较传统的湿地***更稳定。是具有净化能力强、抗污染负荷冲击力强，出水稳定的人工湿地***。传统的湿地***出水是通过填料直接出水，吸附和过滤效果一次性完成，接触时间相对较短，对进水水质的悬浮物（SS）浓度要求不大于100mg/l，对进水水质要求较高。本工艺***采用循环上下两层进水，能够适应悬浮物（SS）浓度≤200mg/L，对原水水质的要求较低，减少预处理工艺的处理成本，延长接触时间，在有效脱氮除磷的机能同时，更能保证出水水质的稳定。
附图说明
图1为一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置示意图
其中：1-高位进水槽、2-主进水管、3-主进水管阀门、4-中层进水管、5-中层进水管阀门、6-出水循环管、7-出水循环管阀门、8-出水管、9-出水管阀门、10-出水集水池、11-出水循环泵。
具体实施方式
实施例1：
一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，包括高位进水槽1、主进水管2、主进水管阀门3、中层进水管4、中层进水管阀门5、出水循环管6、出水循环管阀门7、出水管8、出水管阀门9、出水集水池10、出水循环泵11。
其连接关系是：高位进水槽1与主进水管2连接，主进水管2通过三通分别连接主进水管阀门3和中层进水管4，主进水管2伸入人工湿地内，主进水管2中间设置主进水管阀门5，中层进水管4伸入人工湿地内，中层进水管4中间设置中层进水管阀门5，出水管8中间设置出水管阀门9，出水管8与出水集水池10相连，出水管8埋入人工湿地，出水管8出口端引入出水集水池10，出水循环管6一端伸入人工湿地内，出水循环管6另一端与出水循环管阀门7相连，出水循环管阀门7另一端连接出水循环泵11，出水循环泵11伸入出水集水池10内。
处理污水量与人工湿地设计面积比例为：处理1m3的污水，需12m2的人工湿地面积。
中层进水管4距人工湿地填料顶部为0.45m。
出水循环管6距人工湿地填料顶部为0.7m。
出水集水池10深为1.35m。
主进水管2与中层进水管4均为DN100的U-pvc管，当主进水管阀门5与中层进水管阀门5完全开启时，主进水管2流量与中层进水管4进水流量比为1：1，主进水阀门3与中层进水管阀门5大小均可进行调节，以控制主进水管2与中层进水管4的流量比，流量比范围确定在1：1~5：1之间。
出水循环泵11的最大流量一般选择为主进水管2流量的1/2，通过调节出水循环管阀门7来调节出水循环管6的流量，主进水管2与出水循环管6的流量之比范围为2：1~5：1之间。
废水经主进水管2与中层进水管4进入环强化脱氮双进水人工湿地***，不同水量的水均匀分布在湿地的不同高度上。经过湿地的处理后，污水经出水管8流入出水集水池10。部分污水经出水循环泵打入出水循环管进行进一步深度处理。
实施例2
根据发明的一个具体实例，循环强化脱氮双进水人工湿地，建在未纳入市政管网的小区旁，小区的水量为100m3/d。
循环强化脱氮双进水人工湿地的面积根据发明要求为100×12=1200m2。湿地长为200m，宽为60m。湿地底部采取粘土压实防渗，池体结构为砖混结构。
主进水管流量为100m3/d，中层进水管流量调为25 m3/d，主进水管与中层进水管的流量比为4:1。循环泵的设计流量为50 m3/d，出水循环管中的流量调节为20m3/d，主进水管与出水循环管的流量比为5:1。
废水经主进水管（2）与中层进水管（4）进入环强化脱氮双进水人工湿地***，不同水量的水均匀分布在湿地的不同高度上。经过湿地的处理后，污水经出水管（8）流入出水集水池（9）。部分污水经出水循环泵打入出水循环管进行进一步深度处理，废水经处理后，约有90%的污染物被去除。
实施例3
巢湖东部示范区人工湿地工程，本工程采用循环强化脱氮双进水人工湿地工艺，对巢湖的富营养化水体进行处理，处理水量30m3/d，湿地面积为360m3/d，长30m，宽12m。湿地底部采取粘土压实防渗，池体结构为砖混结构。
主进水管流量为30m3/d，中层进水管流量调为6 m3/d，主进水管与中层进水管的流量比为5:1。循环泵的设计流量为15 m3/d，出水循环管中的流量调节为10m3/d，主进水管与出水循环管的流量比为3:1。
本工程进水及出水中各水质指标如下：
污染物指标 进水含量（mg/L） 出水含量（mg/L） 去除率(%)
高锰酸盐指数 15.08 2.11 86.0
总磷 3.25 0.05 98.5
总氮 2.3 0.19 91.7
硝态氮 0.56 0.02 96.4
亚硝态氮 0.24 0.02 91.7
氨氮 1.5 0.15 90
化学需氧量 42.64 3.85 91
五日生化需氧量 12.58 1.27 90
根据监测的水质数据可知，本工艺对富营养化地表水的处理效果良好，总氮的去除率能达到91.7%，硝态氮、亚硝态氮、氨氮的去除率可分别达到96.4%、91.7%、90%。对其他污染物的去除率也能达到86%以上。

Claims (6)

1.一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，包括高位进水槽（1）、主进水管（2）、出水管（8），其特征在于：
高位进水槽（1）与主进水管（2）连接，主进水管（2）通过三通分别连接主进水管阀门（3）和中层进水管（4），主进水管（2）伸入人工湿地内，主进水管（2）中间设置主进水管阀门（5），中层进水管（4）伸入人工湿地内，中层进水管（4）中间设置中层进水管阀门（5），出水管（8）中间设置出水管阀门（9），出水管（8）与出水集水池（10）相连，出水管（8）埋入人工湿地，出水管（8）出口端引入出水集水池（10），出水循环管（6）一端伸入人工湿地内，出水循环管（6）另一端与出水循环管阀门（7）相连，出水循环管阀门（7）另一端连接出水循环泵（11），出水循环泵（11）伸入出水集水池（10）内。
2.如权利要求1所述的一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，其特征在于：所述的中层进水管（4）距人工湿地填料顶部为0.45m。
3.如权利要求1所述的一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，其特征在于：所述的出水循环管（6）距人工湿地填料顶部为0.7m。
4.如权利要求1所述的一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，其特征在于：所述的出水集水池（10）深为1.35m。
5.如权利要求1所述的一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，其特征在于：所述的主进水管（2）与中层进水管（4）进水流量比范围为1：1~5：1之间。
6.如权利要求1所述的一种循环强化脱氮双进水人工湿地装置，其特征在于：所述的主进水管（2）与出水循环管（6）流量比范围为2：1~5：1之间。
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