阅读说明：本技术 一种用于强化脱氮的湿地系统及其处理污水的方法 (Wetland system for enhanced denitrification and sewage treatment method thereof ) 是由 陆轶峰 杨琴 陈倩 高思雨 李博 马兰 于 2021-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于强化脱氮的湿地系统及其处理污水的方法,湿地系统包括沿水流方向依次设置的表流湿地、自然湿地和潜流湿地；潜流湿地和自然湿地之间还设置有回流装置,旱季时,通过回流装置可使潜流湿地的出水回流至自然湿地；潜流湿地、自然湿地和表流湿地之间还设置有倒流装置,雨季时,通过倒流装置可使雨季进水依次通过潜流湿地、自然湿地和表流湿地。本发明针对旱季、雨季污水的不同特点,通过改变湿地的水流路径,可充分发挥湿地的净化功能,加强脱氮效果,从而降低湿地出水污染物的浓度,减轻湿地出水入湖的污染负荷。(The invention discloses a wetland system for enhanced denitrification and a sewage treatment method thereof, wherein the wetland system comprises a surface flow wetland, a natural wetland and an undercurrent wetland which are sequentially arranged along the water flow direction; a reflux device is arranged between the subsurface flow wetland and the natural wetland, and the effluent of the subsurface flow wetland can be refluxed to the natural wetland through the reflux device in dry seasons; and a backflow device is arranged among the subsurface flow wetland, the natural wetland and the surface flow wetland, and the inflow water in rainy season can sequentially pass through the subsurface flow wetland, the natural wetland and the surface flow wetland through the backflow device in rainy season. Aiming at different characteristics of sewage in dry seasons and rainy seasons, the invention can fully exert the purification function of the wetland and enhance the denitrification effect by changing the water flow path of the wetland, thereby reducing the concentration of pollutants in effluent of the wetland and lightening the pollution load of effluent of the wetland entering the lake.)

一种用于强化脱氮的湿地系统及其处理污水的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于强化脱氮的湿地系统及其处理污水的方法。

背景技术

湿地是一个综合的生态系统，其应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理、结构与功能协调原则，在促进水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥湿地生态系统的生产潜力，大幅消减水中的污染物质，获得水环境和水生态的最佳效益，有效降低受纳地表水体（湖泊或和河流）的污染负荷。然而由于雨旱季湿地进水水量存在显著差异，导致其出现“旱季吃不饱、雨季吃不了”的局面：旱季时湿地运行水位降低，进水污染负荷高，相同的水力停留时间内污染物转化不完全，出水无法达到污染削减目标；雨季时暴雨径流增大，湿地进水水量增大，导致湖滨湿地产生大量溢水，未处理水体虽污染负荷低，但其大水量情况仍对受纳地表水体造成冲击性影响。因此，如何提高湿地对不同水量和污染负荷污水的处理能力是湿地面临的主要问题之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决表流湿地+自然湿地+潜流湿地构建的传统湿地系统脱氮效率低下的问题，针对雨、旱季湿地系统的水力负荷和浓度负荷的大幅变化情况，提供一种用于强化脱氮的湿地系统及其处理污水的方法。

本发明是通过如下技术方案来实施的：

一种用于强化脱氮的湿地系统，湿地系统包括沿水流方向依次设置的表流湿地、自然湿地和潜流湿地；潜流湿地和自然湿地之间还设置有回流装置，回流装置包括回流管和回流泵，通过回流装置，可使潜流湿地的出水回流至自然湿地；潜流湿地、自然湿地和表流湿地之间还设置有倒流装置，倒流装置包括导流管和导流泵，通过倒流装置，可使雨季进水依次通过潜流湿地、自然湿地和表流湿地。

表流湿地和潜流湿地的底部均通过素土夯实，素土的上方均人工铺设有防渗层；潜流湿地的防渗层上方还设置有填料层，填料层从下至上依次由排水层、滤料层和种植土层组成，排水层采用粒径为30～80mm的卵石铺设，排水层的厚度为200mm；滤料层采用粒径为15～30mm的沸石铺设，滤料层的厚度为700mm；种植土层采用种植土覆盖，种植土层的厚度为200mm。

所述素土的夯实密度>95%，所述防渗层的渗透系数≤10^-8cm/s。

自然湿地的污染负荷为表流湿地的9%-10%；潜流湿地的污染负荷为表流湿地的60%。

以表流湿地地面作为相对高程零点，表流湿地、自然湿地、潜流湿地水深为0.3-0.5m。

表流湿地、自然湿地和潜流湿地内均种植有水生植物。

水生植物为水葱、香蒲、芦苇中的一种或任意组合，水生植物的种植密度为2-10丛/m²。

一种用于强化脱氮的湿地系统处理污水的方法，包括如下方法：

（1）旱季回流：旱季时，进水依次经表流湿地、自然湿地和潜流湿地后，通过回流装置将出水回流至自然湿地；再通过潜流湿地，以原水为碳源，使出水中的硝态氮、亚硝态氮在潜流湿地中进行二次硝化、反硝化反应，以增强湿地的脱氮能力，脱氮后的水最终排入受纳水体；

（2）雨季倒流：雨季时，进水通过倒流装置引至潜流湿地，利用潜流湿地的填料对进水中的颗粒态氮和硝态氮进行离子交换、物理吸附，以降低总氮浓度；然后依次通过自然湿地和表流湿地，经自然湿地和表流湿地中植物吸收和微生物降解作用进一步降低总氮浓度，最终排入受纳水体。

旱季回流方法中的回流比为1:1-3。

本发明原理如下：

旱季时，湿地进水水量小且水质为高污染负荷状态，利用回流，可以让原出水中含量较高的硝态氮、亚硝态氮在潜流湿地中进行再次的反硝化反应，而进水中的高含量碳源可以为反硝化反应提供充足的碳源，从而提升湿地脱氮效率，同时可以为湿地补充水分，保证各单元的生态水位。

雨季时，湿地进水水量大且水质为低污染负荷状态，这就要求湿地在较短的水力停留时间内，发挥其脱氮功能，而污水先经过潜流湿地，利用填料对其中的颗粒态氮、硝态氮进行离子交换、物理吸附，大幅降低总氮浓度，再通过自然湿地、表流湿地中植物的吸收和微生物的净化作用降低总氮，以实现脱氮强化。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明针对旱季、雨季污水的不同特点，通过改变湿地的水流路径，可充分发挥湿地的净化功能，加强脱氮效果，从而降低湿地出水污染物的浓度，减轻湿地出水入湖的污染负荷：旱季通过回流方法，使回流硝化液在潜流湿地中进行硝化、反硝化反应，TN被进一步去除，整个湿地系统可去除90%的TN，TN的去除能力提升10%；雨季通过倒流方法，利用潜流湿地的填料对进水中的颗粒态氮和硝态氮进行离子交换、物理吸附，可大幅降低水中的TN，联合自然湿地和表流湿地的植物吸收、微生物净化作用，整个湿地系统可去除89%的TN，TN的去除能力提升9%；

2、在不改变原有建设布局的情况下，通过水流路径的改变，操作简单、容易运行，可减少工作量，降低造价，适合推广。

附图说明

图1为本发明旱季回流方法的水流路径结构示意图；

图2为本发明雨季倒流方法的水流路径结构示意图；

图中：1.表流湿地，2.自然湿地,3.潜流湿地。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不受实施例所限制。

实施例1

一种用于强化脱氮的湿地系统，湿地系统包括沿水流方向依次设置的表流湿地、自然湿地和潜流湿地；潜流湿地和自然湿地之间还设置有回流装置，回流装置包括回流管和回流泵，通过回流装置，可使旱季潜流湿地的出水回流至自然湿地；潜流湿地、自然湿地和表流湿地之间还设置有倒流装置，倒流装置包括导流管和导流泵，通过倒流装置，可使雨季进水依次通过潜流湿地、自然湿地和表流湿地。

表流湿地和潜流湿地的底部均通过素土夯实，素土的上方均人工铺设有防渗层；潜流湿地的防渗层上方还设置有填料层，填料层从下至上依次由排水层、滤料层和种植土层组成，排水层采用粒径为30～80mm的卵石铺设，排水层的厚度为200mm；滤料层采用粒径为15～30mm的沸石铺设，滤料层的厚度为700mm；种植土层采用种植土覆盖，种植土层的厚度为200mm。

素土的夯实密度>95%，防渗层的渗透系数≤10^-8cm/s。

以表流湿地地面作为相对高程零点，表流湿地、自然湿地、潜流湿地水深为0.3-0.5m。

表流湿地、自然湿地和潜流湿地内均种植有水生植物。水生植物为水葱和香蒲，其种植密度为6丛/m²。

一种用于强化脱氮的湿地系统处理污水的方法，包括如下方法：

（1）旱季回流：旱季时，进水依次经表流湿地、自然湿地和潜流湿地后，通过回流装置将出水回流至自然湿地；再通过潜流湿地，以原水为碳源，使出水中的硝态氮、亚硝态氮在潜流湿地中进行二次硝化、反硝化反应，以增强湿地的脱氮能力，脱氮后的水最终排入受纳水体；

（2）雨季倒流：雨季时，进水通过倒流装置引至潜流湿地，利用潜流湿地的填料对进水中的颗粒态氮和硝态氮进行离子交换、物理吸附，以降低总氮浓度；然后依次通过自然湿地和表流湿地，经自然湿地和表流湿地中植物吸收和微生物降解作用进一步降低总氮浓度，最终排入受纳水体。

旱季回流方法中的回流比为1:3。

表流湿地、自然湿地、潜流湿地旱季水力负荷分别为0.153、0.017、0.278m³/(m²·d)，表流湿地的污染负荷为12.21kgTN/(hm²·d)，自然湿地和潜流湿地的污染负荷分别为表流湿地的10%和60%，三者水力停留时间分别为47.18、953.70、25.94h。

表流湿地、自然湿地、潜流湿地雨季水力负荷分别为0.763、0.083、1.388m³/(m²·d)，表流湿地的污染负荷为61.05kgTN/(hm²·d)，自然湿地和潜流湿地的污染负荷分别为表流湿地的9%和60%，三者水力停留时间分别为15.73、248.62、8.65h。

将上述方法应用于云南高原湖泊湖滨某湿地，在雨季和旱季时，对原工艺的进、出水TN进行监测，预测水路优化后水体的TN，分析如下表1。

表1 云南高原湖泊湖滨某湿地TN监测对比

由表1可以看出，回流运行后，预测湿地对总氮的去除可提升10%，出水可达地表水Ⅳ类水标准；倒流运行后，预测湿地对TN的去除可提升9%，出水可达地表水Ⅲ类水标准；强化了湿地的脱氮功能。

实施例2

旱季回流方法中的回流比为1:1。

水生植物为水葱和芦苇，其种植密度为2丛/m²。

其余同实施例1。

实施例3

旱季回流方法中的回流比为1:2。

水生植物为香蒲和芦苇，其种植密度为10丛/m²。

其余同实施例1。