技术领域
[0001] 本
发明涉及一种人工湿地脱氮系统及脱氮方法。
背景技术
[0002] 东北作为我国主要的商品粮生产基地，过量氮肥的施用和作物对氮肥利用率低导致农田氮素流失严重，农田退
水中氮素(如：
氨氮和硝氮)等污染物进入周边受纳
水体，带来了严重的富营养化隐患。排水沟渠在一定程度上能够起到污染物
净化效果，但存在处理效率低下的问题。因此，开发新型的强化型人工湿地生态处理技术具有重要的现实意义。
发明内容
[0003] 本发明的目的是为了解决现有氮素污染物净化处理效率低下的技术问题，提供了一种Mn-C强化型人工湿地脱氮系统及脱氮方法。
[0004] Mn-C强化型人工湿地脱氮系统包括蓄水池、进水
蠕动泵、湿地
植物、锰
矿石基质水平流人工湿地、缓释
碳源基质水平流人工湿地和出水管，所述脱氮系统按照蓄水池、进水
蠕动泵、锰矿石基质水平流人工湿地、缓释碳源基质水平流人工湿地和出水管的顺序设置，所述锰矿石基质水平流人工湿地及缓释碳源基质水平流人工湿地上面种植湿地植物，所述锰矿石基质水平流人工湿地上端设置锰矿石基质水平流人工湿地出水口，出水管位于缓释碳源基质水平流人工湿地的上端，所述锰矿石基质水平流人工湿地内所填基质为锰矿石，所述缓释碳源基质水平流人工湿地内所填基质为碳源材料。
[0005] 所述锰矿石填充厚度不超过30cm，粒径为3～5cm。
[0006] 所述碳源材料为木头、水稻秸秆、玉米秸秆、玉米棒及枯落物中的一种或几种的任意组合。
[0007] 所述碳源材料填充厚度不超过30cm，碳源材料粒径为1～5cm。
[0008] 所述湿地植物为千屈菜、美人蕉、香蒲及菖蒲中的一种或几种的任意组合。
[0009] 所述湿地植物种植
密度为0.3棵/cm2。
[0010] 所述锰矿石基质水平流人工湿地长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。
[0011] 所述缓释碳源基质水平流人工湿地长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。
[0012] 采用Mn-C强化型人工湿地脱氮系统的脱氮方法如下：
[0013] 将
废水从蓄水池通过进水蠕动泵抽出，先从锰矿石基质水平流人工湿地顶部进入锰矿石基质水平流人工湿地，从锰矿石基质水平流人工湿地出水口的出水，从缓释碳源基质水平流人工湿地的顶部进入缓释碳源基质水平流人工湿地，然后从出水管出水，
水力停留时间为1天。
[0014] 本发明的Mn-C强化型人工湿地氮素去除系统，由锰矿石基质水平流人工湿地和缓释碳源基质水平流人工湿地共同组成。蓄水池中的废水先后通过蠕动泵以一定浓度和流速泵入锰矿石基质水平流人工湿地和缓释碳源基质水平流人工湿地，通过锰矿石基质的化学
氧化和
微生物硝化作用，以及缓释碳源的
反硝化作用相耦合，来实现组合系统高效的脱氮过程。
[0015] 本发明通过锰矿石基质的投加，利用高价锰的强氧化能力，有效强化了氨氮的化学氧化去除过程，充分转
化成为硝氮和亚硝氮等反硝化底物；同时，植物根系泌氧也为根系
生物膜的生物硝化过程提供了必要的物质和能力
基础。而缓释碳源基质的添加则为反硝化过程的进行提供了必备的碳源和
能源供给；两个系统有机结合导致系统具备了高效的脱氮能力。
[0016] 本发明具有以下优点：
[0017] 1、本发明的Mn-C强化型人工湿地氮素去除系统，通过锰矿石基质中高价锰的化学氧化结合根系微生物的好氧硝化的联合，来实现氨氮的高效转化和去除。
[0018] 2、本发明的Mn-C强化型人工湿地氮素去除系统，通过缓释碳源基质内碳源的补给保障了反硝化的充分进行。
[0019] 3、本发明的Mn-C强化型人工湿地氮素去除系统，通过锰矿石基质水平流人工湿地和缓释碳源基质水平流人工湿地的组合，来实现高效的硝化和反硝化过程。
[0020] 4、本发明的Mn-C强化型人工湿地氮素去除系统，对氮素的去除率可超过95％。
附图说明
[0021] 图1是本发明Mn-C强化型人工湿地脱氮系统的结构示意图。
具体实施方式
[0022] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
[0023] 具体实施方式一：本实施方式中Mn-C强化型人工湿地脱氮系统包括蓄水池1、进水蠕动泵2、湿地植物3、锰矿石基质水平流人工湿地4、缓释碳源基质水平流人工湿地5和出水管6，所述脱氮系统按照蓄水池1、进水蠕动泵2、锰矿石基质水平流人工湿地4、缓释碳源基质水平流人工湿地5和出水管6的顺序设置，所述锰矿石基质水平流人工湿地4及缓释碳源基质水平流人工湿地5上面种植湿地植物3，所述锰矿石基质水平流人工湿地4上端设置锰矿石基质水平流人工湿地出水口4-1，出水管6位于缓释碳源基质水平流人工湿地5的上端，所述锰矿石基质水平流人工湿地4内所填基质为锰矿石，所述缓释碳源基质水平流人工湿地5内所填基质为碳源材料。
[0024] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述锰矿石填充厚度不超过30cm，粒径为3～5cm。其他与具体实施方式一相同。
[0025] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述碳源材料为木头、水稻秸秆、玉米秸秆、玉米棒及枯落物中的一种或几种的任意组合。其他与具体实施方式一或二相同。
[0026] 本实施方式中所述的碳源材料为组合物时，各成分间为任意比。
[0027] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述碳源材料填充厚度不超过30cm，碳源材料粒径为1～5cm。其他与具体实施方式一至三之一相同。
[0028] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述湿地植物3为千屈菜、美人蕉、香蒲及菖蒲中的一种或几种的任意组合。其他与具体实施方式一至四之一相同。
[0029] 本实施方式中所述的湿地植物3为组合物时，各成分间为任意比。
[0030] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是所述湿地植物3种植密度为0.3棵/cm2。其他与具体实施方式一至五之一相同。
[0031] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是所述锰矿石基质水平流人工湿地4长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。其他与具体实施方式一至六之一相同。
[0032] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是所述缓释碳源基质水平流人工湿地5长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。其他与具体实施方式一至七之一相同。
[0033] 具体实施方式九：采用具体实施方式一所述Mn-C强化型人工湿地脱氮系统的脱氮方法如下：
[0034] 将废水从蓄水池1通过进水蠕动泵2抽出，先从锰矿石基质水平流人工湿地4顶部进入锰矿石基质水平流人工湿地4，从锰矿石基质水平流人工湿地出水口4-1的出水，从缓释碳源基质水平流人工湿地5的顶部进入缓释碳源基质水平流人工湿地5，然后从出水管6出水，水力停留时间为1天。
[0035] 采用下述实验验证本发明效果：
[0036] 实验一：
[0037] 构建日处理水量为18L的Mn-C强化型人工湿地脱氮系统，将COD、TN和TP的浓度均值分别为350、56和8mg/L的废水从蓄水池1通过进水蠕动泵2抽出，先从锰矿石基质水平流人工湿地4顶部进入锰矿石基质水平流人工湿地4，从锰矿石基质水平流人工湿地出水口4-1的出水，从缓释碳源基质水平流人工湿地5的顶部进入缓释碳源基质水平流人工湿地5，然后从出水管6出水，水力停留时间为1天。
[0038] 所述锰矿石填充厚度不超过30cm，粒径为3cm。
[0039] 所述碳源材料为木头。
[0040] 所述碳源材料填充厚度不超过30cm，碳源材料粒径为5cm。
[0041] 所述湿地植物为美人蕉。
[0042] 所述湿地植物种植密度为0.3棵/cm2。
[0043] 所述锰矿石基质水平流人工湿地长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。
[0044] 所述缓释碳源基质水平流人工湿地长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。
[0045] 结果表明，连续运行条件下，Mn-C强化型人工湿地脱氮系统氮素去除率为86％，超过85％。
[0046] 实验二：
[0047] 构建日处理水量为18L的Mn-C强化型人工湿地脱氮系统，将COD、TN和TP的浓度均值分别为250、36和8mg/L的废水从蓄水池1通过进水蠕动泵2抽出，先从锰矿石基质水平流人工湿地4顶部进入锰矿石基质水平流人工湿地4，从锰矿石基质水平流人工湿地出水口4-1的出水，从缓释碳源基质水平流人工湿地5的顶部进入缓释碳源基质水平流人工湿地5，然后从出水管6出水，水力停留时间为1天。
[0048] 所述锰矿石填充厚度不超过30cm，粒径为5cm。
[0049] 所述碳源材料为玉米秸秆。
[0050] 所述碳源材料填充厚度不超过30cm，碳源材料粒径为3cm。
[0051] 所述湿地植物为香蒲。
[0052] 所述湿地植物种植密度为0.3棵/cm2。
[0053] 所述锰矿石基质水平流人工湿地长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。
[0054] 所述缓释碳源基质水平流人工湿地长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。
[0055] 结果表明，连续运行条件下，Mn-C强化型人工湿地脱氮系统氮素去除率为92％，超过90％。
[0056] 实验三：
[0057] 构建日处理水量为18L的Mn-C强化型人工湿地脱氮系统，将COD、TN和TP的浓度均值分别为150、16和8mg/L的废水从蓄水池1通过进水蠕动泵2抽出，先从锰矿石基质水平流人工湿地4顶部进入锰矿石基质水平流人工湿地4，从锰矿石基质水平流人工湿地出水口4-1的出水，从缓释碳源基质水平流人工湿地5的顶部进入缓释碳源基质水平流人工湿地5，然后从出水管6出水，水力停留时间为1天。
[0058] 所述锰矿石填充厚度不超过30cm，粒径为4cm。
[0059] 所述碳源材料为木头、水稻秸秆、玉米秸秆、玉米棒及枯落物的组合。
[0060] 所述碳源材料填充厚度不超过30cm，碳源材料粒径为1cm。
[0061] 所述湿地植物为千屈菜、美人蕉、香蒲及菖蒲中的组合。
[0062] 所述湿地植物种植密度为0.3棵/cm2。
[0063] 所述锰矿石基质水平流人工湿地长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。
[0064] 所述缓释碳源基质水平流人工湿地长、宽、高分别为20cm、5cm和30cm。
[0065] 结果表明，连续运行条件下，Mn-C强化型人工湿地脱氮系统氮素去除率为96％，超过95％。
