[实用新型]强化脱氮的太阳能曝气垂直流人工湿地系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种强化脱氮的太阳能曝气垂直流人工湿地系统，属环境保护和水污染控制技术领域。

背景技术

人工湿地是一种生态工程废水处理技术，近年来在污水处理工程中被大幅度应用推广，但目前人工湿地针对的主要是体现有机物污染总况的化学需要量和生物需氧量，通过微生物等一系列生物、化学和物理作用，将污水的BOD、COD以及SS等指标降下来，当对总氮的去除往往被忽略。

生物净化对氮的去除依次分为氨化、硝化和反硝化三个过程，氨化作用主要是氨化细菌将有机氮转化成NH₄⁺-N的过程，该过程在好氧环境中进行的较快；硝化作用主要是硝化细菌和亚硝化细菌将NH₄⁺-N分步氧化成NO₃^--N的过程，该过程主要在好氧环境中进行，良好的硝化作用是人工湿地去除TN的前提；反硝化作用主要是兼性厌氧菌利用NO₃^--N、NO₂^--N和NOx作为电子受体，最终还原成N₂的过程，该过程在缺氧条件下进行，由于现有人工湿地中往往缺乏反硝化菌群的生长和代谢环境，因此反硝化被认为是制约人工湿地脱氮的主要原因。

例如，现有技术下，垂直流人工湿地通过曝气方式向基质间隙充入空气，以增加水中的溶解氧含量，为好氧微生物营造一个良好的生存环境，强化湿地对COD、BOD₅、NH₄⁺-N和TP等的处理效果，并避免湿地出现散发异味等负面影响，其曝气方式是将曝气管设置在湿地的底部进行曝气，空气由下向上穿过整个填料层，使整个填料层全部充氧，由此可以保证曝气的充氧效果，改善整个湿地的氧含量，但同时也大大减少了填料层的厌氧区域面积，抑制了反硝化反应的进行，降低了人工湿地对TN的去除。

为实现反硝化反应，并依靠厌氧菌群的作用消除一些难以好氧处理的有机物，同时也是为了节省曝气成本，现有技术下还采用了间歇曝气的方式，在停止曝气后经过一定的好氧生化消耗，溶解氧的浓度逐渐下降，在一些曝气不充分的区域甚至湿地下部难以自然复氧的区域形成一定的缺氧甚至无氧状态，以产生缺氧条件下的反硝化反应，但是，这种间歇式的曝气方式只能依靠间歇性曝气在时间上营造“好氧-厌氧”条件，使得硝化反应和反硝化反应在时间上批次进行，脱氮效率不高，并且还将交替破坏氧化菌群和缺氧菌群的生长环境，特别是对于需要长期培养的反硝化菌群而言，往往在很大程度上制约了其生长和代谢效果。另外，现有人工湿地的曝气系统还存在下列缺陷：（1）采用曝气管进行曝气，气泡直径大，气泡的比面积小，影响氧的溶解量，并且设备本身易于出现故障，使用寿命短，一旦损坏，需要更换整条管件；（2）曝气系统的动力来源于市电，需要具备供电条件或铺设供电线路，同时也存在后期运营中能源损耗的问题。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种强化脱氮的太阳能曝气垂直流人工湿地系统，该系统能够在填料层内形成长期稳定的好氧区和缺氧区，使相应微生物处于长期稳定的环境，水在顺序流经好氧区和缺氧区的过程中，依次进行包括硝化和反硝化在内的好氧生化反应和缺氧/厌氧生化反应，不仅有助于提高对有机污染物的总体净化效果，而且还强化了人工湿地的脱氮效果。

本实用新型的技术方案为：一种强化脱氮的太阳能曝气垂直流人工湿地系统，包括池体，所述池体内设有填料层，所述填料层的顶部或上方设有布水管，所述填料层的底部或下方设有集水管，所述填料层中的中部设有曝气管，所述曝气管上连接有若干曝气器，所述曝气管的进气口连接曝气风机的输出管道，由此，曝气时空气向上流，使位于曝气管上方的填料层呈有氧状态，好氧生物菌群得以生长，位于曝气管下方的填料层得不到曝气补充的空气，在水中溶解氧逐渐消耗后，由上至下逐渐呈缺氧状态，使兼性菌群甚至厌氧菌群得以生长，可以控制曝气管在填料层的具体高度以及曝气量，控制不同高度下的溶解氧浓度，进而控制不同高度的微生物种类及所进行相应的生化反应。

所述曝气器优选采用微孔曝气盘，以减小曝气气泡体积，增大气泡的与水的接触面积，增大氧的溶解能力。

所述微孔曝气盘的曝气微孔可以设置在微孔曝气盘的正面，所述微孔曝气盘的正面朝上，由此使曝气气泡直接向上流动。

所述微孔曝气盘优选采用金刚砂微孔曝气盘，所述金刚砂微孔曝气盘的正面采用金刚砂制成，由此不仅获得所需的微孔气泡，而且阻力小，使用寿命长。