一种微纳气泡增氧人工湿地

本发明涉及人工湿地污水处理领域，特别涉及一种微纳气泡增氧人工湿地。

背景技术：

1、20世纪50年代，人工湿地处理污水技术的研究始于在德国马普研究所，20世纪70年代，德国基于芦苇和微生物处理技术提出了人工湿地污水处理技术，这一时期研究大部分是基于对自然湿地直接改造强化其污水处理效果进行的。到20世纪80年代，人工湿地的研究开始脱离以自然湿地为基础而完全以人工的方式搭建，此时期的系统的构建，常在其中填入砾石、土壤等基质，同时种植水生植物，并广泛应用于欧美国家，进入大规模应用阶段。从20世纪80年代开始，我国开始引进人工湿地处理技术，因经济高效性以及独特的景观效果逐渐得到重视并被广泛应用。近年来，新型的、去污能力更强的人工湿地相继产生，不仅在处理效果方面得到强化，同时更具经济效益。

2、目前，国内外学者已针对不同基质、植物类型等对污水处理效果以及不同污染物的去除效果进行了大量研究。污水中可沉降的ss主要依靠湿地系统中物理沉降作用去除。由于湿地中水的流动极其缓慢，水浅，加上植物茎杆的阻挡作用，ss在进水口几米内能有效地去除。人工湿地对有机物有着较强的降解能力，污水中的不溶有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用，而污水中的可溶有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解去除，因此湿地床对有机物的去除作用是物理的截留沉淀和生物的吸收降解共同作用的结果。反应过程中氧气主要来自水面复氧和植物向根区的过量氧传导。湿地系统对bod的去除可达80％以上。

3、经多年发展的人工湿地污水处理技术，已经在各种污水，如生活污水、工业污水、暴雨径流、农业面源污水等的处理方面得到了充分的利用，是水体污染控制有效的途径之一。然而，该技术依靠植物根系泌氧提供好氧反应所需要的氧气，而植物根系泌氧量十分有限，仍存在好氧区氧分子不足的问题，人工湿地内缺氧或厌氧区较多，大面积发生厌氧反应，导致对有机污染物的降解能力不足；同时厌氧生物膜脱落亦会加剧人工湿地基质堵塞问题。对湿地中氧气不足的问题，常用的曝气方法虽然简便、易操作，却会导致氧气利用率不高，造成能耗较高。

4、针对以上问题，以下提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种微纳气泡增氧人工湿地，具有可以在低能耗条件下实现对人工湿地的高效增氧，确保对有机污染物的高效去除，同时有效缓解人工湿地的基质堵塞问题的优点。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种微纳气泡增氧人工湿地，包括上行区和下行区，所述上行区和下行区均包括土壤层、基质层、防渗层和微纳气泡曝气装置，所述土壤层布置在人工湿地的表层，所述土壤层用于种植湿地植物，所述土壤层位于基质层的上方，所述防渗层位于土壤层和基质层之间，所述防渗层用于防止土壤下渗造成基质堵塞，所述微纳气泡曝气装置位于人工湿地下行区下部，所述下行区设有进水管，所述进水管用于连接外界水源，所述进水管上设有进水控制阀，所述上行区设置有出水管，所述出水管上设有出水控制阀。

4、作为优选，所述基质层包括钢渣层和鹅卵石层，所述钢渣层位于鹅卵石层的上方，且所述钢渣层与防渗层接触，所述钢渣层的填充物为钢渣，所述钢渣的粒径为2-4cm，所述鹅卵石层的填充物为鹅卵石，所述鹅卵石的粒径为3-6cm。

5、作为优选，所述钢渣层的厚度为40～50cm，所述鹅卵石层的厚度为50～60cm。

6、作为优选，所述防渗层为无纺布。

7、作为优选，所述土壤层的厚度为10-15cm。

8、作为优选，所述微纳气泡曝气装置为曝气圆盘，所述曝气圆盘为不锈钢材质，所述曝气圆盘的接口采用51mm快装接口。

9、一种基于人工湿地的污水处理方法，所述微纳气泡增氧人工湿地对污水进行处理，处理过程如下：

10、s1：参照模拟废水的配置方法配置进水，将模拟废水通入所述微纳气泡增氧人工湿地；

11、s2：时接种少量活性污泥挂膜驯化，同时进行微纳气泡曝气，挂膜驯化20-30天，活性污泥挂膜驯化完成；

12、s3：挂膜驯化完成后，将待处理废水通入微纳气泡增氧人工湿地中，通过调节微纳气泡尺寸、浓度和水力停留时间等相关参数优化运行效果。

13、作为优选，所述挂膜驯化时间为20～30天；微纳气泡的尺寸为微米级，预设浓度气泡达10000000个/ml；待化学需氧量的去除率稳定在80％～85％。

14、作为优选，所述模拟废水的参数指标为：c/n＝3，总氮浓度＝50mg/l，氨氮浓度＝30mg/l，ph值为7.5。

15、本发明的有益效果为：微纳米气泡具有比接触面积大和气泡内部高压的特征,使气体更容易溶入液体中，从根本上解决人工湿地中氧气不足的问题；根据微纳气泡长时间滞留于水中的特点，可调整曝气为间歇曝气方式，大幅度节省能耗；同时微纳米气泡对湿地植物的生长具有促进效果，进而最大限度的发挥植物和微生物的协同作用，强化对污染物的去除效能。

技术特征：

1.一种微纳气泡增氧人工湿地，包括上行区和下行区，其特征在于，所述上行区和下行区均包括土壤层、基质层、防渗层和微纳气泡曝气装置，所述土壤层布置在人工湿地的表层，所述土壤层用于种植湿地植物，所述土壤层位于基质层的上方，所述防渗层位于土壤层和基质层之间，所述防渗层用于防止土壤下渗造成基质堵塞，所述微纳气泡曝气装置位于人工湿地下行区下部，所述下行区设有进水管，所述进水管用于连接外界水源，所述进水管上设有进水控制阀，所述上行区设置有出水管，所述出水管上设有出水控制阀。

2.根据权利要求1所述的一种微纳气泡增氧人工湿地，其特征在于，所述基质层包括钢渣层和鹅卵石层，所述钢渣层位于鹅卵石层的上方，且所述钢渣层与防渗层接触，所述钢渣层的填充物为钢渣，所述钢渣的粒径为2-4cm，所述鹅卵石层的填充物为鹅卵石，所述鹅卵石的粒径为3-6cm。

3.根据权利要求2所述的一种微纳气泡增氧人工湿地，其特征在于，所述钢渣层的厚度为40～50cm，所述鹅卵石层的厚度为50～60cm。

4.根据权利要求1所述的一种微纳气泡增氧人工湿地，其特征在于，所述防渗层为无纺布。

5.根据权利要求1所述的一种微纳气泡增氧人工湿地，其特征在于，所述土壤层的厚度为10-15cm。

6.根据权利要求1所述的一种微纳气泡增氧人工湿地，其特征在于，所述微纳气泡曝气装置为曝气圆盘，所述曝气圆盘为不锈钢材质，所述曝气圆盘的接口采用51mm快装接口。

7.一种基于人工湿地的污水处理方法，其特征在于，所述微纳气泡增氧人工湿地对污水进行处理，处理过程如下：

8.根据权利要求7所述的一种基于人工湿地的污水处理方法，其特征在于，所述挂膜驯化时间为20～30天；所述微纳气泡的尺寸为微米级，所述微纳气泡的浓度为10000000个/ml；化学需氧量的去除率稳定在80％～85％。

9.根据权利要求8所述的一种基于人工湿地的污水处理方法，其特征在于，所述模拟废水的参数指标为：c/n＝3，总氮浓度＝50mg/l，氨氮浓度＝30mg/l，ph值为7.5。

技术总结本发明公开了一种微纳气泡增氧人工湿地，包括进水管、出水管、和位于进水管和出水管之间的下行‑上行双区潜流人工湿地，人工湿地自上而下是土壤层、基质层(钢渣)和防渗层，土壤层种植湿地植物；人工湿地下行区底部装有微纳米曝气装置，可获得较为集中的气泡尺寸。并进一步公开了基于人工湿地的污水处理方法。本发明基于微纳米曝气原理，一方面可有效解决人工湿地好氧区氧分子不足的问题，进而提高人工湿地对有机污染物的降解去除能力，同时也可有效缓解基质堵塞的问题。技术研发人员：应楚涵,田亚军,王晓红,李军受保护的技术使用者：浙江工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12