一种微动力人工湿地增氧装置及其增氧系统

摘要

一种微动力人工湿地增氧装置及其增氧系统。增氧装置包括两端封闭的封气管道，封气管道的一端设置有进气导气管，封气管道的另一端设置有排气管，封气管道的下部开有通气孔。所述的增氧系统是用小型空气压缩机通过导气管使空气进入增氧装置的封气管道中，在封气管道底部的通孔附近形成局部的好氧区域，过量的空气通过排气管排出，被水封在各层管道中的氧气在水的压力下逐渐向水中溶解和扩散，距离通气孔较远的人工湿地中为厌氧区域，创造了硝化、反硝化反应所需的好氧、厌氧交替变化的环境条件，大大提高了脱氮效果；同时利用多层次的管道，单次充气后能长时间的保持好氧区域，从而实现微动力增氧。

说明书

【技术领域】：本发明属于环境工程污水处理技术领域，具体涉及一种用于人工湿地的微动力增氧装置及其系统，适用于潜流式人工湿地和复合流人工湿地内部增氧。

【背景技术】：人工湿地是20世纪七十年代发展起来的一种新型污水处理工艺，具有效率高、成本低、运行管理简单等特点，已广泛应用于生活污水、农村面源污染、垃圾渗滤液的处理及湖泊污染防治。

人工湿地脱氮的主要途径是依靠微生物的硝化与反硝化作用，而其他的去除途径如植物吸收、氨氮挥发等的去除量是非常少的。硝化反应是将氨氮转化成硝态氮的过程，它是一个氧化反应，需要好的湿地土壤环境条件；而反硝化反映是将硝态氮转化成氮气的过程，它是一个还原反应，需要厌氧的湿地土壤环境条件。因而，能否创造硝化与反硝化反应所需的环境条件就直接决定着湿地系统脱氮能力的高低。在运行的大部分人工湿地中，对TSS和BOD的去除率非常高，而对氮的去除率却很低，尤其是在冬季，主要原因是湿地中供氧不足，整个湿地内部处于单一的厌缺氧环境条件所引起的。

当前人工湿地的增氧方式有：一是在湿地系统被安装开孔通气管，进行自然通气；二是用空气压缩机连续或间歇向湿地系统中的开孔管进行强化通气；三是利用风能向湿地系统中的开孔管通入空气。这三种增氧方式有以下不足：

1、通气管是空气自流换气，空气传递效率不高。

2、风能增氧方式受地域及气候限制很大，造成湿地系统出水效果不稳定。

3、三种增氧方式都没有创造硝化、反硝化反映所需的最优好氧、厌氧交替变换的环境条件，导致湿地出水中的硝态氮的浓度增加，氮的去除率不高。

4、三种增氧方式都是直接将开孔通气管埋在湿地系统的基质中，细小的沙砾极易堵塞通气管的开孔。

5、采取空气压缩机直接曝气，使人工湿地中上层的细小沙砾和泥浆下移，增大了人工湿地堵塞的机率。

【发明内容】：本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种微动力人工湿地增氧装置及其增氧系统。

本发明技术利用多层带通孔的管道，在人工湿地中形成局部好氧与厌氧交替的环境条件，大大提高了脱氮的效果，同时利用水封使空气能长时间的保存在管道中，无需长时间或频繁充气，就能达到增氧的效果，节能环保。

本发明首先提供了一种微动力人工湿地增氧装置，该增氧装置包括两端封闭的封气管道，封气管道的一端设置有进气导气管，封气管道的另一端设置有排气管，封气管道的下部开有通气孔。

所述的进气导气管设置于封气管道的下部，进气导气管的上端穿入封气管道内，其上端外周套装有上下贯通的粗径导气管；排气管设置于封气管道的上部，排气管的下端穿入封气管道内，排气管的管口与进气导气管的管口在同一水平线上。

所述的通气孔为圆孔或长条孔。通气孔的直径或宽度为封气管道直径的20-90％。

所述的封气管道可以是一根直管，也可以是由一组直管首尾连接构成的排管，还可以是一组弯曲的盘管。

本发明在提供上述的增氧装置的同时，还提供了一种由上述增氧装置构成的微动力人工湿地增氧系统，该系统包括在人工湿地底部上下布置的一组2至7层以上所述的增氧装置，下一层增氧装置的排气管连接上一层增氧装置的进气导气管，最底层增氧装置的进气导气管与地表的小型空气压缩机相连，最上层增氧装置的排气管的上端延伸至人工湿地上方的空气中。

其中，上下布置的增氧装置中的直管部分可以上下平行布置，也可以上下交错布置。

所述的小型空气压缩机还可以通过多通管件同时与两组以上增氧装置连接。

本发明的优点和积极效果：

与已有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明的多层管道设计，不会造成通孔堵塞；且结构简单。

2、本发明采用最优化的增氧条件进行间歇短时充气，同时管道交叉分布，创造了硝化、反硝化反应所需的好氧、厌氧交替变化的环境条件，大大提高了湿地脱氮效果。

3、本发明采用的多层管道导管接口处的简单结构能有效的保留空气压缩机导入的空气，大大延长了间歇充气的间隔时间，减少了空气压缩机的使用频率，降低了电耗。

【附图说明】：

图1(A)为本发明提供的特殊结构的增氧装置示意图。

图1(B)为图1(A)的A-A剖面示意图。

图2(A)为一种微动力人工湿地增氧系统结构示意图。

图2(B)为图3(A)的俯视结构示意图。

图3(A)为3层交叉放置的增氧装置分解图。

图3(B)为图3(A)中封气管道的仰视图。

图中，1小型空气压缩机，2人工湿地，3封气管道，4进气导气管，5排气管，6通气孔。

【具体实施方式】：

实施例1：增氧装置

如图1(A)所示，该增氧装置包括两端封闭的封气管道3，封气管道的一端设置有进气导气管4，封气管道的另一端设置有排气管5，封气管道的下部开有通气孔6。

单一封气管道的导气管4设置于封气管道的下部，上端穿入封气管道内，上端外周套装有一段直径略大的粗径导气管，将空气引入封气管道上端形成封气区，封气管道的排气管5的下端穿入封气管道内，管口与导气管4的管口在同一水平线上，由排气管5下口的高度控制封存在封气管道中的空气量，即保证有一定量的封气量，又要保证空气不外溢，避免在湿地中形成上行气泡。

参见图1(B)，导气管4被固定在导气管4上部的粗径导气管内，粗径导气管上下是贯通的，保证充气的气体上行至封气管道顶部，又保证了水体能将导气管上口封住。

封气管道下部的曝气孔为圆孔或长条孔。曝气孔的直径或宽度为封气管道直径的20-90％，优选70-80％。

所述的封气管道可以是一根直管(如图1所示)，也可以是由一组直管首尾连接构成的排管(如图3所示)，还可以是一组弯曲的盘管。

实施例2：微动力人工湿地增氧系统

如图2(A)、图2(B)所示，本发明提供的微动力人工湿地增氧系统的具体实施方式，该系统包括在人工湿地2底部上下布置的一组2至7层(本实施例为3层)实施例1所述的增氧装置，下一层增氧装置的排气管5连接上一层增氧装置的进气导气管4，最底层增氧装置的进气导气管4与地表的小型空气压缩机1相连，最上层增氧装置的排气管5的上端延伸至人工湿地上方的空气中。

小型空气压缩机1由导气管4将空气注入安装在人工湿地2中的封气管道3的最底层管道中，然后逐层向上输送空气，并在封气管道中封存一定量的空气，通过通气孔6与水接触，在水中形成局部的好氧环境，由排气管5将使用过的空气排出。

如图3(A)所示，为一种微动力人工湿地增氧系统中增氧装置的分解方式，三层增氧装置的封气管道上下交叉布置，使人工湿地中厌氧、好氧环境的交替更加均匀，提高了脱氮效率。

如图3(B)所示，封气管道底部开有通气孔6，开孔方式可自行选择，可以是圆孔也可以是矩形孔(或称长条孔)，以矩形孔最佳，开孔直径或开孔宽度占封气管道直径的20-90％，优选70-80％，以保证足量的封气体积和较大的空气与水的接触面积。

具体实施时，为了创造硝化、反硝化反应所需的好氧、厌氧交替变化的环境条件，提高湿地脱氮效果，将2至20个单一的增氧装置作为一组进行组装，连接空气压缩机1进行充气，空气压缩机可以通过多通管件同时与两组以上增氧装置连接(图2显示的是两组)。空气压缩机每1-2小时运行2-3分钟即可。

小型空气压缩机出口压力必须大于封气管道最底层水体产生的压力。

在多级湿地水深不同时，可以通过调节导气管直径或安装气体流量控制阀或调整各级湿地中最低一层封气管道的深度来实现一台小型空气压缩机同时向多级湿地充气。当然也可以通过增加小型空气压缩机的台数来解决。