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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号(45)授权公告日(21)申请号201721579544.3(22)申请日2017.11.23(73)专利权人西安建筑科技大学地址710055陕西省西安市雁塔路13号(72)发明人熊家晴 孙建民 陆峰宇 付山 何一帆 (74)专利代理机构西安恒泰知识产权代理事务所61216代理人李婷(51)Int.Cl.C02F3/32(2006.01)C02F3/34(2006.01)C02F9/14(2006.01)(54)实用新型名称一种去除低碳氮比污水总氮的湿地系统(57)摘要本实用新型提供一种高效去除低碳氮比污水总氮的湿地系统，包括进水系统和出水管，还包括反应槽，所述反应槽内通过竖向的穿孔板依次设置有第一间隔、第二间隔、第三间隔、第四间隔以及第五间隔，所述第一间隔、第二间隔以及第四间隔内均填充有砾石，第二间隔内还设置有多个穿孔曝气管，所述第三间隔内填充有固体碳源；其中，进水系统与第一间隔相通，出水管与第五间隔相通。本实用新型将氮污染物的去除分为两段式处理，总体可以提高低碳氮比污水中总氮去除率。权利要求书1页说明书4页附图2页CN207792818U2018.08.31CN207792818U1.一种去除低碳氮比污水总氮的湿地系统，包括进水系统(1)和出水管(2)，其特征在于，还包括反应槽(3)，所述反应槽(3)内通过竖向的穿孔板(4)依次设置有第一间隔(5)、第二间隔(6)、第三间隔(7)、第四间隔(8)以及第五间隔(9)，所述第一间隔(5)、第二间隔(6)以及第四间隔(8)内均填充有砾石，第二间隔(6)内还设置有多个穿孔曝气管(10)，所述第三间隔(7)内填充有固体碳源；所述进水系统(1)与第一间隔(5)相通，出水管(2)与第五间隔(9)相通。2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述进水系统(1)包括进水管(1-1)、进水泵(1-2)以及射流增氧器(1-3)，进水泵(1-2)以及射流增氧器(1-3)串联在进水管(1-1)上。3.如权利要求2所述系统，其特征在于，所述进水管(1-1)的高度高于出水管(2)的高度。4.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述第一间隔(5)内填充的砾石粒径为30mm-40mm，填充高度为50cm-70cm。5.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述第二间隔(6)内填充的砾石包括上、中以及下三层，上层和下层的粒径为15mm-30mm，中层的粒径为5mm-15mm，填充高度均为20cm。6.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述第三间隔(7)内填充有固体碳源包括：第三间隔(7)内设置有可活动穿孔槽(11)，可活动穿孔槽(11)内填充固体碳源，可活动穿孔槽(11)的孔径为2mm-3mm，可活动穿孔槽(11)的孔内布置有滤网。7.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述第四间隔(8)内填充的砾石粒径为5mm-15mm，填充高度50cm-70cm。8.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述穿孔曝气管(10)的设置密度为5-10根/m2。9.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述穿孔曝气管(10)的孔内布置有滤网。10.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述穿孔板(4)的穿孔孔径为8mm，同排相邻小孔圆心间的间距为50mm。权 利 要 求 书1/1页2CN207792818U2一种去除低碳氮比污水总氮的湿地系统技术领域[0001]本实用新型涉及污水处理技术领域，涉及一种湿地系统，具体涉及一种高效去除低碳氮比污水总氮的湿地系统。背景技术[0002]人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种新型的污水处理工艺，其具有投资少、运行费用低、管理方便、无二次污染等特点。经过几十年的发展该技术在处理生活污水、受污染地表水、面源污染等方面得到了逐渐广泛的应用。研究表明人工湿地脱氮的主要途径是依靠微生物的硝化和反硝化作用，而其他的去除途径如氨氮挥发、基质吸收、植物摄取等的去除量是很少的，与BOD和COD的去除相比，人工湿地中的硝化过程缓慢，在水平流人工湿地入流段或垂直流人工湿地的进水方向BOD和COD值较高时，有限的溶解氧常被用在去除有机物的反应中，明显的硝化反应往往在BOD降低到一定程度才能有效进行，而反硝化作用又需要从有机物中获取碳源，故污水有机物含量很低时，反硝化过程又难以顺利进行，总氮去除率低。[0003]系统中的氮的去除关键环节是反硝化作用，针对低碳氮比的污水，反硝化作用是还原反应，需要有机碳源提供电子供体，以氮氧化物为最终电子受体。碳源不足已成为限制人工湿地脱氮性能的关键因素。目前，研究人员多采用投加葡萄糖、甲醇、乙醇等液态有机碳的方法。向水中补充溶解性的有机碳从本质上讲只是改变进水性质的一种方式，而且这些做法不经济且耗费人力，会造成部分碳源在湿地前端和进水口附近发生好氧分解，造成碳源的浪费，增加不必要的污水处理成本，此外向进水中投加城市污水可能引入其他污染物质，影响人工湿地系统整体净化效果，投加量控制不好，还易产生二次污染。[0004]富含纤维素的植物材料作为反硝化所需的有机碳源可以避免添加液体碳源及热塑性可生物降解聚酯的弊端。同时，利用植物材料还能实现其减量化和资源化。然而现有技术中以废弃植物秸秆为碳源强化人工湿地反硝化脱氮的实际应用中常用的混合式或层埋式投加容易造成湿地阻塞，使湿地功能大幅降低，而且该种投加方式无法在碳源失效后对其进行更换，因此这种投加方式不能大规模应用于人工湿地中。[0005]为了提高人工湿地去除氨氮的效率，研究人员多采取人工曝气的办法来增加湿地中的溶解氧，以此提高硝化能力，结果大大提高了氨氮的去除率。由于溶解氧增加的同时，抑制了反硝化过程的进行，从而使硝态氮的去除率有所下降。因此根据现有水平流人工湿地脱氮能力较弱的问题，亟需针对性的开发同时强化硝化和反硝化作用的技术，从而提高人工湿地总氮去除率。发明内容[0006]针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种高效去除低碳氮比污水总氮湿地系统。[0007]本实用新型采用如下技术方案予以实现：说 明 书1/4页3CN207792818U3[0008]一种高效去除低碳氮比污水总氮湿地系统，包括进水系统和出水管，还包括反应槽，所述反应槽内通过竖向的穿孔板依次设置有第一间隔、第二间隔、第三间隔、第四间隔以及第五间隔，所述第一间隔、第二间隔以及第四间隔内均填充有砾石，第二间隔内还设置有多个穿孔曝气管，所述第三间隔内填充有固体碳源；其中，进水系统与第一间隔相通，出水管与第五间隔相通。[0009]作为选择，所述进水系统包括进水管、进水泵以及射流增氧器，进水泵以及射流增氧器串联在进水管上。所述进水管的高度高于出水管的高度。[0010]作为选择，所述第一间隔内填充的砾石粒径为30mm-40mm，填充高度为50cm-70cm。所述第二间隔内填充的砾石包括上、中以及下三层，上层和下层的粒径为15mm-30mm，中层的粒径为5mm-15mm，填充高度均为20cm。所述第三间隔内填充有固体碳源包括：第三间隔内设置有可活动穿孔槽，可活动穿孔槽内填充固体碳源，可活动穿孔槽的孔径为 2mm-3mm，可活动穿孔槽的孔内布置有滤网。所述第四间隔内填充的砾石粒径为5mm-15mm，填充高度50cm-70cm。[0011]在设置时，穿孔曝气管的设置密度为5-10根/m2。[0012]并且，所述穿孔曝气管的孔内布置有滤网。[0013]所同时，作为选择，所述穿孔板的穿孔孔径为8mm，同排相邻小孔圆心间的间距为50mm。[0014]本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：[0015]本实用新型将氮污染物的去除分为两段式处理，通过射流增氧器、穿孔曝气管、种植湿地植物、3个不同粒径填料层等多种无动力生态工程手段，从而增加好氧硝化段的溶解氧浓度强化硝化作用，将有机氮和氨氮氧化为硝氮；通过铺设均质的小粒径砾石降低了污水中的溶解氧浓度，为反硝化菌的生长创造了缺氧的环境，固体碳源投加区投加的固体碳源为微生物反硝化提供了足够的电子供体，在缺氧反硝化段强化反硝化作用，将硝氮还原为氮气排出湿地，从而提高低碳氮比污水中总氮去除率。[0016]本实用新型增加固体碳源投加区，该装置能够将外加碳源补充到缺氧反硝化段的前端，优于在进水中补充碳源的装置，外加固体碳源降解完后，可将固体碳源投加区的活动穿孔槽抽出进行固体碳源的补充，比混合式或层埋式更加方便。[0017]本实用新型可以以废弃秸秆作为固体碳源，廉价易得，并且固体碳源可同时充当微生物反硝化所需要电子供体的来源和生物膜的载体，适用于低碳氮比污水的大规模脱氮处理。[0018]本实用新型拓展了水平潜流人工湿地的适用范围，在一个湿地床内设置两段式水平潜流湿地，从而可以在一个床体内完成脱氮，与传统人工湿地相比，减少占地面积。附图说明[0019]图1为本实用新型湿地系统结构示意图；[0020]图2为本实用新型湿地系统可活动穿孔槽结构侧视图；[0021]图3为本实用新型湿地系统穿孔曝气管正视图。[0022]图中各标号的含义为：[0023]1—进水系统，2—出水管，3—反应槽，4—穿孔板，5—第一间隔，6 —第二间隔，说 明 书2/4页4CN207792818U47—第三间隔，8—第四间隔，9—第五间隔，10—穿孔曝气管，11—可活动穿孔槽；[0024]1-1—进水管，1-2—进水泵，1-3—射流增氧器。[0025]以下结合附图对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式[0026]以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。[0027]本实用新型的固体碳源为芦苇、香蒲、美人蕉、黑麦草的一种或者多种的混合物。湿地植物在好氧硝化段种植扎根能力强且具有充氧作用的维管束植物(选自芦苇、香蒲、美人蕉、黑麦草中的一种或多种)，密度为8-12 株/m2。一方面，维管束植物扎根能力强，可以深入布满基质层中，另一方面，维管束植物可通过维管束将氧气输送到植物根部，为基质层补充氧气。通过上述充氧方式增加了污水中的溶解氧浓度，从而加强水平潜流人工湿地中的硝化反应，为缺氧反硝化段的反硝化反应提供充足的底物。[0028]实施例1：[0029]遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种高效去除低碳氮比污水总氮的湿地系统，包括进水系统1和出水管2，其特征在于，还包括反应槽3，反应槽3内通过竖向的穿孔板4依次设置有第一间隔5、第二间隔6、第三间隔7、第四间隔8以及第五间隔9，第一间隔5、第二间隔6以及第四间隔8内均填充有砾石，第二间隔6内还设置有多个穿孔曝气管10，第三间隔7内填充有固体碳源，利用污水在人工湿地中的流动，增加污水中的溶解氧浓度，从而加强水平潜流人工湿地中的硝化反应，为第四间隔8的反硝化反应提供充足的底物。[0030]本实施例的固体碳源投加区，能够将外加碳源补充到第四间隔8缺氧反硝化段的前端，为缺氧反硝化段反硝化反应提供足够的电子供体，改善湿地进行反硝化的环境，提高总氮去除率，优于在进水中补充碳源的装置，外加固体碳源降解完后，可将固体碳源投加区的可活动穿孔槽11抽出进行固体碳源的补充，比混合式或层埋式方便补充。[0031]进水系统1与第一间隔5相通，出水管2与第五间隔9相通，实现左侧进水，右侧出水。[0032]进水系统1包括进水管1-1、进水泵1-2以及射流增氧器1-3，进水泵 1-2以及射流增氧器1-3串联在进水管1-1上，污水在流经进水管时，经过射流增氧器，因射流增氧器的特殊结构通过吸气管吸入一定量的空气，从而增加了污水中的溶解氧，进水管1-1的高度高于出水管2的高度。[0033]第一间隔5内填充的砾石粒径为30mm-40mm，填充高度为50cm-70cm，能够截留大分子悬浮物，避免长期运行后堵塞填料。[0034]第二间隔6内填充的砾石包括上、中以及下三层，上层和下层的粒径为15mm-30mm，中层的粒径为5mm-15mm，填充高度均为20cm，厚度相同的多个填料层可以使整个水体的