《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》是中國科學院水生生物研究所於2008年12月30日申請的專利，該專利的公布號為CN101462796，授權公布日為2009年6月24日，發明人是吳振斌、賀鋒、佘麗華、徐棟。
《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》公開了一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置，首先將複合垂直流人工濕地通氣管與管壁開孔的放空管用三通連線，形成碳源輸送管道，濕地內安裝填料，種入植物；其次將葡萄糖在溶解槽中用自來水溶解；第三通過計量泵將液態碳源泵入濕地表層的通氣管中，通過管壁開孔的放空管管壁上的小孔流出。該裝置連線關係是：計量泵分別與碳源溶解槽、連線軟管相連，複合垂直流人工濕地通氣管分別與連線軟管、管壁開孔的放空管相連，複合垂直流人工濕地通氣管與濕地底部的管壁開孔的放空管用三通連線，管壁開孔的放空管位於濕地底層。
2018年12月20日，《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置
- 公告號：CN101462796
- 授權日：2009年6月24日
- 申請號：2008102463089
- 申請日：2008年12月30日
- 申請人：中國科學院水生生物研究所
- 地址：湖北省武漢市武昌東湖南路7號
- 發明人：吳振斌、賀鋒、佘麗華、徐棟
- Int.Cl.：C02F3/32(2006.01)I
- 代理機構：武漢宇晨專利事務所
- 代理人：王敏鋒
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
人工濕地是二十世紀七十年代發展起來的一種新型污水處理工藝，具有效率高、成本低、運行管理簡單等特點，在生活污水、特種工業廢水、採礦污水、農業和畜牧業污水、垃圾場滲濾液以及水產養殖廢水的處理方面都有套用。
人工濕地脫氮的主要途徑是依靠微生物的硝化與反硝化作用，而其它的去除途徑如植物吸收、氨氮揮發等的去除量是非常少的。濕地系統中的有機氮首先由氨化菌作用完成向氨氮轉化的氨化過程，氨氮在亞硝化菌、硝化菌的作用下繼續轉化為硝態氮（NO2、NO3），最後亞硝酸氮或硝酸氮在反硝化作用下還原為N2O和N2從系統中排除。系統中的氮的去除主要是反硝化作用的結果。它是一個還原反應，需要有機碳源提供電子供體。因而，能否提供充足的反硝化反應所需的碳源就直接決定著濕地系統脫氮能力的高低。中國南方比較常見的是低碳氮比的污水，在進行生物處理時脫氮效率低，造成出水TN無法達標排放。如何解決此類低碳氮比污水的脫氮效率已成為近來研究的熱點。
截至2008年12月30日，補充人工濕地碳源的方式主要是在進水中補充，從本質上講只是改變進水性質的一種方式，而且這些做法會造成部分碳源在濕地上層發生好氧分解，造成碳源的浪費，增加不必要的污水處理成本，因此如何通過增加人工濕地系統內部碳源，增強系統功能，從而提高脫氮效率值得探索。
發明內容
專利目的
《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》的目的是在於提供了一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法，在不影響濕地通氣管與放空管原有的功能上，又利用它們作為補充碳源的輸送管道，補充外碳源到濕地底部，為反硝化反應提供足夠的電子供體，改善了濕地進行反硝化的環境，提高了脫氮效果。該方法簡單易行，操作方便，能有效地提高了複合垂直流濕地的脫氮效率，且該方法可節省部分碳源投加管道，經濟效益明顯。
《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》的另一個目的是在於提供了一種補充複合垂直流人工濕地碳源方法的裝置，結構簡單，使用方便，該裝置能夠將外加碳源補充到濕地內部，為濕地底部反硝化反應提供足夠的電子供體，改善了濕地進行反硝化的環境，提高了脫氮效果，優於在進水中補充碳源的裝置。而且該裝置利用了複合垂直流人工濕地已有的通氣管與管壁開孔的放空管作為碳源輸送管道，節省了大部分的裝置費用。
技術方案
一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法，其步驟是：
A、將複合垂直流人工濕地通氣管與管壁開孔的放空管用三通連線，形成碳源輸送管道，濕地內安裝填料，種入植物，然後將連線軟管的一端套在露出濕地填料表層的通氣管上，另一端與計量泵的出水口相連。
B、將葡萄糖（或其它可溶於水的有機碳源：如澱粉、蔗糖、果糖、乙醇、甲醇、乙酸鈉等）在溶解槽中用自來水完全溶解。
C、通過計量泵將A中的液態碳源泵入濕地表層的通氣管中，液態碳源順著通氣管向下流入到與其底部相連的管壁開孔的放空管中，再通過管壁開孔的放空管管壁上的小孔流出，進入到濕地底部，為濕地底部反硝化反應提供足夠的電子供體，改善了濕地進行反硝化的環境，顯著性提高了濕地對低碳高氮廢水的脫氮效果。
所述的濕地內安裝填料為無煙煤、生物陶粒、沸石三種，下行流濕地中種植美人蕉，上行流池內種植菖蒲。
一種實現補充複合垂直流人工濕地碳源的方法的裝置，它包括碳源溶解槽、計量泵、連線軟管、複合垂直流人工濕地通氣管、管壁開孔的放空管。各裝置的功能與連線關係是：計量泵分別與碳源溶解槽、連線軟管相連，複合垂直流人工濕地通氣管分別與連線軟管、管壁開孔的放空管相連，複合垂直流人工濕地通氣管與濕地底部的管壁開孔的放空管用三通連線，管壁開孔的放空管位於濕地底層，管壁開孔的放空管管壁開孔孔徑為5～7毫米，孔間距為150～200毫米。
A、碳源溶解槽：外加碳源一般是粉末狀的固體，需要先進入碳源溶解槽進行溶解，《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》選用帶攪拌機的快速溶解槽。
B、計量泵：對不同處理量和不同C/N的污水，投加到濕地中的碳源量都不一樣，需要進行精確投加，因此《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》採用計量泵進行碳源調控。
C、連線軟管：用於計量泵出水口與複合垂直流人工濕地通氣管的連線，功能是作為外加碳源的輸送管道。
D、複合垂直流人工濕地通氣管：通氣管是從濕地底部伸出到濕地表層上的立管，原有功能是將濕地內部微生物作用下產生的各種氣體（N2、CO2、CH4等）輸出到大氣中，並能夠補充濕地氧氣。在《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》中，將複合垂直流人工濕地通氣管與濕地底部的管壁開孔的放空管用三通連線，形成一個系統，用作碳源的輸送管道。
E、管壁開孔的放空管：管壁開孔的放空管位於濕地底層，原有功能是為了在濕地需要進入空床階段或檢修時，排乾濕地內部的處理水。但在濕地正常運行階段，放空管是閒置的，所以在《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》中，將濕地放空管充分利用起來，用來與通氣管連線後輸送外加碳源。放空管管壁開孔孔徑為5～7毫米，孔間距為150～200毫米。
改善效果
1、《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》提供的碳源補充方法直接利用複合垂直流人工濕地特有的通氣管及與其相連的底部放空管作為碳源輸送管道，節省了部分加藥管道，節省了裝置費用。
2、《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》採用投加碳源到濕地底部，以葡萄糖作為濕地外加碳源，C/N只需要4.3就可以大大提高濕地脫氮效果，低於在進水中投加需要的碳源，節省了碳源成本。在實施例中，進水硝態氮濃度均值為28.8毫克/升，CODCr均值為110毫克/升，水力負荷為0.85立方米/（平方米/天），水力停留時間為20小時，對照組與投加1.5克葡萄糖後的系統硝態氮出水濃度分別為12.38毫克/升、7.98毫克/升，硝態氮平均去除率分別為57.0％、72.3％。實驗結果表明通過補充碳源到複合垂直流人工濕地底部，為反硝化反應提供足夠的電子供體，改善了濕地進行反硝化的環境，濕地對低碳高氮廢水的脫氮效果有顯著性提高。進水中含有的CODCr加上投加的1.5克葡萄糖，實際碳氮比僅為4.3∶1，遠低於在進水中投加碳源所完成反硝化所需的碳氮比（6∶1～7∶1）。因此該補充碳源方法的突出優點是顯著性提高濕地脫氮效率，並節約外加碳源成本。
附圖說明
圖1為一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法的管道裝置示意圖。
其中，1-碳源溶解槽（粉末快速溶解槽）、2-計量泵、3-連線軟管、4-複合垂直流人工濕地通氣管、5-管壁開孔的放空管。
圖1
技術領域
《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》屬於環境工程污水處理技術領域，更具體涉及一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法，同時還涉及一種補充複合垂直流人工濕地碳源方法的裝置，適用於低碳氮比污水的處理。
權利要求
1.一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法，其步驟是：A、將複合垂直流人工濕地通氣管與管壁開孔的放空管用三通連線，形成碳源輸送管道，濕地內安裝填料，種入植物，然後將連線軟管的一端套在露出濕地填料表層的通氣管上，另一端與計量泵的出水口相連；B、將葡萄糖在溶解槽中用自來水溶解；C、通過計量泵將B中的液態碳源泵入濕地表層的通氣管中，液態碳源順著通氣管向下流入到與其底部相連的管壁開孔的放空管中，再通過管壁開孔的放空管管壁上的小孔流出，進入到濕地底部；所述的複合垂直流人工濕地為下行流-上行流複合垂直流人工濕地。
2.一種實現權利要求1所述的補充複合垂直流人工濕地碳源方法的裝置，它包括碳源溶解槽（1）、計量泵（2）、複合垂直流人工濕地通氣管（4），其特徵在於：計量泵（2）分別與碳源溶解槽（1）、連線軟管（3）相連，複合垂直流人工濕地通氣管（4）分別與連線軟管（3）、管壁開孔的放空管（5）相連，複合垂直流人工濕地通氣管（4）與濕地底部的管壁開孔的放空管（5）用三通連線，管壁開孔的放空管（5）位於濕地底層。
3.根據權利要求2所述的一種補充複合垂直流人工濕地碳源方法的裝置，其特徵在於：所述的管壁開孔的放空管（5）管壁開孔孔徑為5～7毫米，孔間距為150～200毫米。
實施方式
參見圖1一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法，其步驟是：
A、按照圖1，將複合垂直流人工濕地通氣管與管壁開孔的放空管用三通連線，形成碳源輸送管道，然後將連線軟管的一端套在露出濕地填料表層的通氣管上，另一端與計量泵的出水口相連。濕地內安裝填料，種入植物。
B、根據處理污水量和濕地進水C/N，計算濕地處理污水所需要投加的碳源量，稱取後將定量碳源投入到溶解槽中，在攪拌下將碳源充分溶解到自來水中，實施例中每套複合垂直流人工濕地處理水量為60升/天，補充葡萄糖1.5克，溶解到500毫升自來水中。
C、在複合垂直流濕地進水之前，將A中的液態碳源用計量泵提升到複合垂直流濕地的通氣管中，液態碳源順著通氣管向下流入與其底部相連的管壁開孔的放空管中，然後從管壁開孔的放空管管壁上的開孔中流出，最後進入到濕地底部填料中。
D、液態碳源一次性輸入到濕地底部後，拔掉通氣管上的連線軟管，開始濕地進水、運行階段，恢復濕地通氣管的原有功能。
一種實現上述的補充複合垂直流人工濕地碳源的方法的裝置，它包括碳源溶解槽1、計量泵2、連線軟管3、複合垂直流人工濕地通氣管4、管壁開孔的放空管5。各裝置的功能與連線關係是：計量泵2分別與碳源溶解槽1、連線軟管3相連，複合垂直流人工濕地通氣管4分別與連線軟管3、管壁開孔的放空管相連5，複合垂直流人工濕地通氣管4與濕地底部的管壁開孔的放空管5用三通連線，管壁開孔的放空管5位於濕地底層，管壁開孔的放空管5管壁開孔孔徑為5～7毫米，孔間距為150～200毫米。
A、碳源溶解槽1：外加碳源一般是粉末狀的固體，需要先進入碳源溶解槽進行溶解，《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》選用帶攪拌機的快速溶解槽。
B、計量泵2：對不同處理量和不同C/N的污水，投加到濕地中的碳源量都不一樣，需要進行精確投加，因此《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》採用計量泵進行碳源調控。
C、連線軟管3：用於計量泵出水口與複合垂直流人工濕地通氣管的連線，功能是作為外加碳源的輸送管道。
D、複合垂直流人工濕地通氣管4：通氣管是從濕地底部伸出到濕地表層上的立管，原有功能是將濕地內部微生物作用下產生的各種氣體（N2、CO2、CH4等）輸出到大氣中，並能夠補充濕地氧氣。在《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》中，將複合垂直流人工濕地通氣管4與濕地底部的管壁開孔的放空管5用三通連線，形成一個系統，用作碳源的輸送管道。
E、管壁開孔的放空管5：管壁開孔的放空管5位於濕地底層，原有功能是為了在濕地需要進入空床階段或檢修時，排乾濕地內部的處理水。但在濕地正常運行階段，放空管是閒置的，所以在《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》中，將濕地放空管充分利用起來，用來與通氣管連線後輸送外加碳源。管壁開孔的放空管5管壁開孔孔徑為5～7毫米，孔間距為150～200毫米。所使用到的管道管徑根據濕地處理水量、碳源投加量和設計規範計算決定，在此不予限定。
在實施例中其工作過程是：
（1）按照上述補充複合垂直流人工濕地碳源的方法A，構建處理水量為60升/天的複合垂直流人工濕地小試系統兩套，濕地填料由無煙煤、生物陶粒、沸石三種組成，下行流濕地中種植美人蕉，上行流池內種植菖蒲。
（2）將1.5克葡萄糖溶解到500毫升自來水中，因為水量小，直接用燒杯代替溶解槽。
（3）將500毫升葡萄糖水溶液直接倒入其中一套小試系統的通氣管中，將500毫升自來水倒入另外一套系統中作為對照組。
（4）開始濕地進水，進水硝態氮濃度均值為28.8毫克/升，CODCr均值為110毫克/升，水力負荷為0.85立方米/（平方米·天），水力停留時間為20小時。
（5）取兩套濕地出水進行水質分析，對照組與投加1.5克葡萄糖後的系統硝態氮出水濃度分別為12.38毫克/升、7.98毫克/升，硝態氮平均去除率分別為57.0％、72.3％。
實驗結果表明通過補充碳源到複合垂直流人工濕地底部，為反硝化反應提供足夠的電子供體，改善了濕地進行反硝化的環境，濕地對低碳高氮廢水的脫氮效果有顯著性提高。在實施例中，進水中含有的CODCr加上投加的1.5克葡萄糖，實際碳氮比僅為4.3∶1，遠低於在進水中投加碳源所完成反硝化所需的碳氮比（6∶1～7∶1）。因此該補充碳源方法的突出優點是顯著性提高濕地脫氮效率，並節約外加碳源成本。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種補充複合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。
