專利名稱：一種提高濕地系統(tǒng)硝化反應速率的方法
技術領域：
本發(fā)明專利涉及一種提高濕地系統(tǒng)硝化反應速率的技術方法，主要指如何在濕地系統(tǒng)中強化微生物的硝化反應速率，提高濕地系統(tǒng)的氨氮去除效率。
背景技術：
濕地是自然界最富生物多樣性和生態(tài)功能最多的生態(tài)系統(tǒng)，為人類的生產、生活與休閑提供多種資源，是人類最重要的生存環(huán)境。同時濕地在抵御與調節(jié)洪水、控制水體污染與降解污染物等方面具有不可替代的作用。濕地污水處理系統(tǒng)作為一種自然生態(tài)處理系統(tǒng)具有基建投資少、運行費用低、節(jié)約能源、去除有機污染物能力強等優(yōu)點，已在世界各地廣泛推廣應用。據統(tǒng)計，截止到20世紀90年代，英國有200-300多座人工濕地在使用，美國北部有550多座人工濕地投入運行。 我國對人工濕地的研究起步較晚，始于“七五”期間，繼天津市環(huán)保所在1987年建成我國第一個蘆葦地濕地工程之后，1989年于北京昌平縣、1990于深圳白泥坑等地又建成了濕地處理系統(tǒng)示范工程，到目前為止，已經成功運行的還有約700多座，顯示出非?？斓陌l(fā)展趨勢。以往的研究表明，濕地氮的去除主要通過硝化和反硝化作用完成。硝化作用是氨轉化為硝酸鹽的主要途經，氨經氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化菌的先后作用轉化為硝酸鹽， 稱為硝化作用。其過程分兩步進行，第一步為氨氧化作用指氨氧化細菌在氨單加氧酶的作用下將氨氧化成亞硝酸鹽的過程；第二步為亞硝化作用指亞硝酸鹽氧化菌將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽的過程。其基本過程表示為
NH3 畫 > NH2OH HNO2 — W(OH)3 -> HNO3，氨氧化作用是硝化作用的第一個反應步驟，也是限速步驟。自養(yǎng)型氨氧化細菌是硝化作用的主要菌群。自養(yǎng)型氨氧化細菌都是革蘭氏陰性細菌，自養(yǎng)生長時，以氨為唯一能源，以(X)2為唯一碳源。適合大多數氨氧化細菌生長的條件為溫度25-30°C，pH 7. 5-8. 0， 倍增時間8小時至數天。一般濕地脫氮效果往往受到氣候、植物種類、負荷以及地理條件等因素的影響，脫氮效率差別較大。一些中試規(guī)模的濕地處理生活污水可達80%以上的脫氮率，但也有部分濕地脫氮率低于40%，脫氮效率很不穩(wěn)定。為了達到濕地系統(tǒng)穩(wěn)定高效的生物脫氮，本發(fā)明專利發(fā)明了一種如何在濕地系統(tǒng)中強化硝化反應能力，提高濕地系統(tǒng)硝化反應速率的方法，促使氨氮的去除效率得以提高。

發(fā)明內容
本專利發(fā)明者通過構建濕地系統(tǒng)，在濕地底層鋪設IOcm的礫石，粒徑為30_35mm ； 濕地的主要的反應基質為中層的混合土壤，混合土壤包含45%的粘土，25%的沙土和30% 的黑土，土壤的平均孔隙率為18-20%，容重為1.36g/cm3，濕地中種植挺水植物，主要為蘆
3葦。同時在濕地系統(tǒng)地表下30cm處(植物的根系處)添加活性污泥(泥水比為1 3，添加量為50_100kg/m2)，以增加濕地系統(tǒng)的微生物量。對濕地系統(tǒng)經過較長一段時間的穩(wěn)定運行，發(fā)明了一種在濕地系統(tǒng)中如何強化提高硝化反應速率的方法，具體的發(fā)明內容如下1)嚴格按照間歇運行方式進水12h，出水12h，最佳水力停留時間為2d。2)濕地系統(tǒng)主要以高濃度氨氮進水為主，最大氨氮濃度300mg/L，最大COD控制在 60mg/L 以下。3)按以上1)、2)的方法穩(wěn)定運行三個月后，可作為成熟的濕地系統(tǒng)，即可以對再生水、污水處理廠出水進行深度處理，也可作為凈化富營養(yǎng)化湖泊、河流等水體的高效處理方法。具體地講，上述濕地系統(tǒng)是通過選擇不同的進水氨氮濃度(100mg/L-300mg/L)，考察出水氨氮去除效率，根據出水氨氮的去除效率，從而確定了濕地系統(tǒng)達到高效硝化速率時的進水氨氮濃度最大為300mg/L，在高于300mg/L時濕地系統(tǒng)的氨氮去除效率有所降低。上述濕地系統(tǒng)間歇運行方式主要采用每次進水6-Mh，每次出水6-Mh，水力停留時間為2-8d，進行穩(wěn)定運行，依據出水氨氮去除效率和經濟可行性優(yōu)選間歇運行的進水時間為12h，出水時間為12h ；最佳的水力停留時間為2d。以上方法的建立主要基于以下幾點理論基礎采用間歇流運行，在反應動力學基礎上，濕地系統(tǒng)反應池相當于一個序批式生物反應器，根據莫諾方程
權利要求
1.一種提高濕地系統(tǒng)硝化反應效率的方法，采用間歇運行方式，控制進水氨氮濃度和 COD濃度。
2.根據權利要求1所述的間歇運行方式，其特征在于進水時間12h，出水時間為12h， 水力停留時間為2d。
3.根據權利2所述的間歇運行主要為每次進水6- 小時，每次出水6- 小時進過穩(wěn)定運行，優(yōu)選為進水12小時，出水12小時；水力停留時間為2-8d，依據出水氨氮出效率和經濟可行性水力停留時間優(yōu)選為2d。
4.根據權利要求1所述進水氨氮濃度主要以高濃度運行，最大氨氮濃度為300mg/L，控制進水COD濃度小于60mg/L。
5.根據權利4所要求的進水最大氨氮濃度為300mg/L，選擇不同的進水氨氮濃度 (100mg/L-300mg/L)考察出水氨氮去除效率，根據出水氨氮的去除效率，確定最大進水氨氮濃度為300mg/L。
6.根據權利要求2-3所述的運行方式，連續(xù)穩(wěn)定運行三個月，然后可作為成熟的濕地系統(tǒng)，即可以對再生水，污水處理廠出水進行深度處理，也可作為凈化富營養(yǎng)化湖泊、河流等水體的氨氮高效去除方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在濕地系統(tǒng)中采用人工可控的方法實現系統(tǒng)硝化反應速率的提高，主要是通過構建以自然濕地為基礎的濕地系統(tǒng)，通過提高進水氨氮濃度和控制進水COD濃度，采用間歇運行的方式，達到濕地系統(tǒng)中高強度的硝化反應能力，然后作為成熟的濕地處理系統(tǒng)對再生水、污水處理廠出水深度處理技術，或廣泛用于富營養(yǎng)化湖泊、河流等水體的高效處理方法，氨氮的去除效率高，可達85％以上的氨氮去除效率，且處理效果穩(wěn)定，是一種高效穩(wěn)定的生物脫氮處理方法，應用前景將非常廣泛。
文檔編號C02F3/34GK102531177SQ20101058483
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權日2010年12月13日
發(fā)明者馮曉娟, 祝貴兵 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心