一種高效處理地下水中高濃度硝態(tài)氮的人工濕地系統(tǒng)，適用于地下水中高NO3--N污染的水源水再生利用的濕地處理，屬于地下水污染控制領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)是將受污染的地下水積聚在水井中，再由潛水泵分季節(jié)不同，經(jīng)表層布水干支管或潛層布水干支管均勻布入人工濕地中，通過(guò)人工濕地中的土壤層、隔熱層、NO3--N轉(zhuǎn)化層、離子交換生物作用層和集水層的物理化學(xué)及生物作用，將地下水中的NO3--N去除。在冬季通過(guò)向人工濕地中充氧和調(diào)節(jié)集水井中的出水水量，充分發(fā)揮濕地中多功能復(fù)合填料對(duì)NO3--N的還原和微生物對(duì)NH3-N的硝化分解。該濕地系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，運(yùn)行穩(wěn)定，處理效率高，運(yùn)行費(fèi)用低，無(wú)堵塞，無(wú)二次污染，處理后的水質(zhì)完全可以滿足水源水質(zhì)的要求。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種高效處理地下水中高濃度硝態(tài)氮的人工濕地系統(tǒng)，屬于地下水污染控制領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
地下水是重要的飲用水資源，與人體健康及生活質(zhì)量密切相關(guān)。近年來(lái)，地下水受化學(xué)氮肥的施用和工業(yè)、城鎮(zhèn)污水的污染，水中硝態(tài)氮污染問題日益嚴(yán)重，逐漸引起全世界各國(guó)的關(guān)注。地下水硝態(tài)氮的污染早在20世紀(jì)60年代，歐美許多國(guó)家就已注意到了它的嚴(yán)重性，并先后于20世紀(jì)80年代開始了對(duì)地下水硝態(tài)氮污染進(jìn)行了大量的水質(zhì)調(diào)查與檢測(cè)控制研究。據(jù)報(bào)道，目前NCV-N已成為美國(guó)地下水第一大污染物，德國(guó)的50%農(nóng)用井水的Ν03_-Ν濃度超過(guò)了 60mg/L。而中國(guó)也面臨著地下水硝態(tài)氮污染日趨嚴(yán)重的問題，中國(guó)國(guó)內(nèi)許多地區(qū)甚至已到了較為嚴(yán)重的程度，甚至部分水樣的N03_-N含量達(dá)到了 100 500mg/L0其中北京市平原農(nóng)區(qū)地下水硝態(tài)氮超標(biāo)率為38.7%，深層地下水超標(biāo)率和嚴(yán)重超標(biāo)率為13.8%和6.9%，淺層地下水污染最嚴(yán)重，超標(biāo)率和嚴(yán)重超標(biāo)率高達(dá)80.5%和66.2%，地下水污染情況接近甚至過(guò)歐美國(guó)家。地下水中硝酸鹽的去除是一個(gè)世界性難題。由于地下水中有機(jī)物含量極低，無(wú)法通過(guò)自身的生物反硝化系統(tǒng)來(lái)降低硝態(tài)氮的含量，有研究將有機(jī)碳源投入到地下水中用來(lái)提高地下水的反硝化生物脫氮作用，但可能給地下水帶來(lái)二次污染；將地下水抽出采用物化、生化、電化學(xué)方法進(jìn)行處理，處理后 再回灌到地下，此方法工程量大，處理工藝復(fù)雜很難實(shí)現(xiàn)；采用地下過(guò)濾墻，注入處理藥劑等方法，雖有一定的效果，但二次污染、高處理成本等問題，仍不能解決。研發(fā)地下水處理新技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。目前鮮見有關(guān)如何利用生物與非生物脫氮技術(shù)耦合去除地下水中硝酸鹽的報(bào)導(dǎo)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是如何利用生物與非生物脫氮技術(shù)去除污染地下水中的硝酸鹽，而提出的一種高效、四季皆可穩(wěn)定運(yùn)行的濕地處理系統(tǒng)。本專利技術(shù)的技術(shù)方案:一種高效處理地下水中高濃度硝態(tài)氮的人工濕地系統(tǒng)，該人工濕地系統(tǒng)包括地下水水井、潛水泵、潛水泵引水管、潛層布水管干管閥門、潛層布水管干管、潛層布水管支管、表層布水管干管閥門、表層布水管干管、表層布水管支管、人工濕地、土壤層、隔熱層、no3_-n轉(zhuǎn)化層、離子交換生物作用層、集水層、集水井、隔熱層集水管干管、隔熱層集水管支管、隔熱層集水管閥門、NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管支管、NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管干管、NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管閥門、離子交換生物作用層集水管支管、離子交換生物作用層集水管干管、離子交換生物作用層集水管閥門、集水層集水管支管、集水層集水管干管、集水層集水管閥門、匯水管、總調(diào)解閥I 。地下水水井設(shè)置在人工濕地的一側(cè)，地下水水井、人工濕地的外殼和集水井由混凝土、鋼板、鋼筋混凝土或磚混制成。潛水泵安裝在地下水水井的水面下，潛水泵引水管的一端與潛水泵的出口連接，潛水泵引水管的另一端與表層布水管干管閥門的進(jìn)口和潛層布水管干管閥門的進(jìn)口連接。表層布水管干管閥門出口與表層布水管干管的一端連接，表層布水管干管上均布表層布水管支管，表層布水管支管與表層布水管干管垂直連通，表層布水管支管上均勻布置出水孔。潛層布水管干管閥門的出口與潛層布水管干管的一端連接，潛層布水管干管上均布潛層布水管支管，潛層布水管支管與潛層布水管干管垂直連通；潛層布水管支管上均勻布置出水孔。在人工濕地的殼體內(nèi)自上而下分別填充土壤層、隔熱層、N03_-N轉(zhuǎn)化層、離子交換生物作用層和集水層。表層布水管干管及其上均布的表層布水管支管置于土壤層中，向土壤層中均勻布水。潛層布水管干管及其上均布的潛層布水管支管置于土壤層和隔熱層之間，向土壤層和隔熱層均勻布水。匯水管安裝于集水井中，匯水管分別通過(guò)隔熱層集水管閥門、N03_-N轉(zhuǎn)化層集水管閥門、離子交換生物作用層集水管閥門、集水層集水管閥門與隔熱層集水管干管、NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管干管、離子交換生物作用層集水管干管、集水層集水管干管連通。在隔熱層集水管干管、Ν03_-Ν轉(zhuǎn)化層集水管干管、離子交換生物作用層集水管干管、集水層集水管干管上分別垂直連通隔熱層集水管支管、NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管支管、離子交換生物作用層集水管支管、集水層集水管支管；隔熱層集水管支管、NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管支管、離子交換生物作 用層集水管支管、集水層集水管支管上均勻布置集水孔。隔熱層集水管干管及其上均布的隔熱層集水管支管置于隔熱層和NO3--N轉(zhuǎn)化層之間，匯集土壤層和隔熱層中的水。NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管干管及其上均布的NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管支管置于Ν03__Ν轉(zhuǎn)化層、離子交換生物作用層之間，匯集土壤層、隔熱層和no3_-n轉(zhuǎn)化層中的水。離子交換生物作用層集水管干管及其上均布的離子交換生物作用層集水管支管置于離子交換生物作用層和集水層之間；匯集土壤層、隔熱層和no3_-n轉(zhuǎn)化層和離子交換生物作用層中的水。集水層集水管干管及其上均布的集水層集水管支管置于集水層下；匯集土壤層、隔熱層和no3_-n轉(zhuǎn)化層、離子交換生物作用層和集水層中的水。總調(diào)解閥門安裝在匯水管上，用于調(diào)節(jié)流入集水井中的水量。空壓機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)安裝在地下水水井的井口處，或安裝在集水井的內(nèi)壁上。布?xì)夤芨晒艿囊欢私涌諌簷C(jī)或鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)口，布?xì)夤芨晒苌暇疾細(xì)夤苤Ч埽細(xì)夤苤Ч芘c布?xì)夤芨晒艽怪边B通，布?xì)夤苤Ч苌暇鶆虿贾贸鰵饪住２細(xì)夤芨晒芗捌渖暇嫉牟細(xì)夤苤Ч苤糜陔x子交換生物作用層和集水層之間，給離子交換生物作用層、no3_-n轉(zhuǎn)化層、隔熱層和集土壤層曝氣。本專利技術(shù)的有益效果:本專利技術(shù)由地下水井、人工濕地和集水井組成地下水處理系統(tǒng)。地下水由于有機(jī)物含量較低，水中硝態(tài)氮無(wú)法直接通過(guò)生物的反硝化去除，但通過(guò)人工濕地將NO3--N轉(zhuǎn)化成N2或部分NH3-N, NH3-N在土壤層上種植的植被及微生物作用進(jìn)行硝化反應(yīng)，最后通過(guò)集水井中水量的調(diào)節(jié)，使人工濕地形成一個(gè)可調(diào)的物化一生化耦合系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)地下水中硝態(tài)氮的去除。本專利技術(shù)具有處理效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，占地面積小，操作方便，不宜堵塞，運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，無(wú)需向進(jìn)水中投加碳源，無(wú)二次污染，運(yùn)行成本低，適應(yīng)于不同季節(jié)、不同溫度、不同海拔條件下處理含高濃度硝態(tài)氮的地下水。可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，具有良好的市場(chǎng)前景和推廣價(jià)值。附圖說(shuō)明圖1為高效處理地下水中高濃度硝態(tài)氮人工濕地系統(tǒng)的剖面圖。圖2為高效處理地下水中高濃度硝態(tài)氮人工濕地系統(tǒng)的平面圖。圖3為高效處理地下水中高濃度硝態(tài)氮人工濕地系統(tǒng)地下水水井及人工濕地布水、布?xì)獾墓苈废到y(tǒng)圖。圖4為高效處理地下水中高濃度硝態(tài)氮人工濕地系統(tǒng)的出水水量調(diào)節(jié)系統(tǒng)管路系統(tǒng)圖。具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。一種高效處理 地下水中高濃度硝態(tài)氮的人工濕地系統(tǒng)，如圖1、2、3、4，該人工濕地系統(tǒng)包括地下水水井1、潛水泵2、潛水泵引水管2-1、潛層布水管干管閥門2-2、潛層布水管干管2-3、潛層布水管支管2-3-1、表層布水管干管閥門2-4、表層布水管干管2-5、表層布水管支管2-5-1、人工濕地3、土壤層3-1、隔熱層3-2、Ν03__Ν轉(zhuǎn)化層3_3、離子交換生物作用層3-4、集水層3-5、集水井4、隔熱層集水管支管4-1-1、隔熱層集水管干管4_1、隔熱層集水管閥門4-Γ、Ν03--Ν轉(zhuǎn)化層集水管干管4-2、Ν03--Ν轉(zhuǎn)化層集水管支管4-2-1、Ν03--Ν轉(zhuǎn)化層集水管閥門4-2本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高效處理地下水中高濃度硝態(tài)氮的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于：該人工濕地系統(tǒng)包括地下水水井（1）、潛水泵（2）、潛水泵引水管（2?1）、潛層布水管干管閥門（2?2）、潛層布水管干管（2?3）、潛層布水管支管（2?3?1）、表層布水管干管閥門（2?4）、表層布水管干管（2?5）、表層布水管支管（2?5?1）、人工濕地（3）、土壤層（3?1）、隔熱層（3?2）、NO3??N轉(zhuǎn)化層（3?3）、離子交換生物作用層（3?4）、集水層（3?5）、集水井（4）、隔熱層集水管干管（4?1）、隔熱層集水管支管（4?1?1）、隔熱層集水管閥門（4?1’）、NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管支管（4?2?1）、NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管干管（4?2）、NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管閥門（4?2’）、離子交換生物作用層集水管支管（4?3?1）、離子交換生物作用層集水管干管（4?3）、離子交換生物作用層集水管閥門（4?3’）、集水層集水管干管（4?4）、集水層集水管支管（4?4?1）、集水層集水管閥門（4?4’）、匯水管（4?5）、總調(diào)解閥門（4?6）；地下水水井（1）設(shè)置在人工濕地（3）的一側(cè)，地下水水井（1）、人工濕地（3）的外殼和集水井（4）由混凝土、鋼板、鋼筋混凝土或磚混制成；潛水泵（2）安裝在地下水水井（1）的水面下，潛水泵引水管（2?1）的一端與潛水泵（2）的出口連接，潛水泵引水管（2?1）的另一端與表層布水管干管閥門（2?4）的進(jìn)口和潛層布水管干管閥門（2?2）的進(jìn)口連接；表層布水管干管閥門（2?4）出口與表層布水管干管（2?5）的一端連接，表層布水管干管（2?5）上均布表層布水管支管（2?5?1），表層布水管支管（2?5?1）與表層布水管干管（2?5）垂直連通，表層布水管支管（2?5?1）上均勻布置出水孔；潛層布水管干管閥門（2?2）的出口與潛層布水管干管（2?3）的一端連接，潛層布水管干管（2?3）上均布潛層布水管支管（2?3?1），潛層布水管支管（2?3?1） 與潛層布水管干管（2?3）垂直連通；潛層布水管支管（2?3?1）上均勻布置出水孔；在人工濕地（3）的殼體內(nèi)自上而下分別填充土壤層（3?1）、隔熱層（3?2）、NO3??N轉(zhuǎn)化層（3?3）、離子交換生物作用層（3?4）和集水層（3?5）；表層布水管干管（2?5）及其上均布的表層布水管支管（2?5?1）置于土壤層（3?1）中，向土壤層（3?1）中均勻布水；潛層布水管干管（2?3）及其上均布的潛層布水管支管（2?3?1）置于土壤層（3?1）和隔熱層（3?2）之間，向土壤層（3?1）和隔熱層（3?2）均勻布水；匯水管（4?5）安裝于集水井（4）中，匯水管（4?5）分別通過(guò)隔熱層集水管閥門（4?1’）、NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管閥門（4?2’）、離子交換生物作用層集水管閥門（4?3’）、集水層集水管閥門（4?4’）與隔熱層集水管干管（4?1）、NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管干管（4?2）、離子交換生物作用層集水管干管（4?3）、集水層集水管干管（4?4）連通；在隔熱層集水管干管（4?1）、NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管干管（4?2）、離子交換生物作用層集水管干管（4?3）、集水層集水管干管（4?4）上分別垂直連通隔熱層集水管支管（4?1?1）、NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管支管（4?2?1）、離子交換生物作用層集水管支管（4?3?1）、集水層集水管支管（4?4?1）；隔熱層集水管支管（4?1?1）、NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管支管（4?2?1）、離子交換生物作用層集水管支管（4?3?1）、集水層集水管支管（4?4?1）上均勻布置集水孔；隔熱層集水管干管（4?1）及其上均布的隔熱層集水管支管（4?1?1）置于隔熱層（3?2）和NO3??N轉(zhuǎn)化層（3?3）之間，匯集土壤層（3?1）和隔熱層（3?2）中的水；NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管干管（4?2）及其上均布的NO3??N轉(zhuǎn)化層集水管支管 （4?2?1）置于NO3??N轉(zhuǎn)化層（3?3）和離子交換生物作用層（3?4）之間，匯集土壤層（3?1）、隔熱層（3?2）和NO3??N轉(zhuǎn)化層（3?3）中的水；離子交換生物作用層集水管干管（4?3）及其上均布的離子交換生物作用層集水管支管（4?3?1）置于離子交換生物作用層（3?4）和集水層（3?5）之間；匯集土壤層（3?1）、隔熱層（3?2）和NO3??N轉(zhuǎn)化層（3?3）和離子交換生物作用層（3?4）中的水；集水層集水管干管（4?4）及其上均布的集水層集水管支管（4?4?1）置于集水層（3?5）下；匯集土壤層（3?1）、隔熱層（3?2）、NO3...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高效處理地下水中高濃度硝態(tài)氮的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于: 該人工濕地系統(tǒng)包括地下水水井(I)、潛水泵(2)、潛水泵引水管(2-1)、潛層布水管干管閥門(2-2)、潛層布水管干管(2-3)、潛層布水管支管(2-3-1)、表層布水管干管閥門(2-4)、表層布水管干管(2-5)、表層布水管支管(2-5-1)、人工濕地(3)、土壤層(3-1)、隔熱層(3-2)、NCV-N轉(zhuǎn)化層(3-3)、離子交換生物作用層(3-4)、集水層(3-5)、集水井(4)、隔熱層集水管干管(4-1)、隔熱層集水管支管(4-1-1)、隔熱層集水管閥門(4-1’)、Ν03--Ν轉(zhuǎn)化層集水管支管(4-2-1)、NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管干管(4-2 )、Ν03__Ν轉(zhuǎn)化層集水管閥門(4-2 ’)、離子交換生物作用層集水管支管(4-3-1)、離子交換生物作用層集水管干管(4-3)、離子交換生物作用層集水管閥門(4-3’)、集水層集水管干管(4-4)、集水層集水管支管(4-4-1)、集水層集水管閥門(4-4 ’)、匯水管(4-5 )、總調(diào)解閥門(4-6 ); 地下水水井(I)設(shè)置在人工濕地(3 )的一側(cè)，地下水水井(I)、人工濕地(3 )的外殼和集水井(4)由混凝土、鋼板、鋼筋混凝土或磚混制 成； 潛水泵(2)安裝在地下水水井(I)的水面下，潛水泵引水管(2-1)的一端與潛水泵(2)的出口連接，潛水泵引水管(2-1)的另一端與表層布水管干管閥門(2-4)的進(jìn)口和潛層布水管干管閥門(2-2)的進(jìn)口連接； 表層布水管干管閥門(2-4)出口與表層布水管干管(2-5)的一端連接,表層布水管干管(2-5)上均布表層布水管支管(2-5-1),表層布水管支管(2-5-1)與表層布水管干管(2-5)垂直連通，表層布水管支管(2-5-1)上均勻布置出水孔； 潛層布水管干管閥門(2-2)的出口與潛層布水管干管(2-3)的一端連接，潛層布水管干管(2-3)上均布潛層布水管支管(2-3-1)，潛層布水管支管(2-3-1)與潛層布水管干管(2-3)垂直連通；潛層布水管支管(2-3-1)上均勻布置出水孔； 在人工濕地(3 )的殼體內(nèi)自上而下分別填充土壤層(3-1)、隔熱層(3-2 )、NO3--N轉(zhuǎn)化層(3-3)、離子交換生物作用層(3-4)和集水層(3-5)； 表層布水管干管(2-5)及其上均布的表層布水管支管(2-5-1)置于土壤層(3-1)中，向土壤層(3-1)中均勻布水； 潛層布水管干管(2-3 )及其上均布的潛層布水管支管(2-3-1)置于土壤層(3-1)和隔熱層(3-2 )之間，向土壤層(3-1)和隔熱層(3-2 )均勻布水； 匯水管(4-5)安裝于集水井(4)中，匯水管(4-5)分別通過(guò)隔熱層集水管閥門(4-1’)、NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管閥門(4-2’)、離子交換生物作用層集水管閥門(4-3’)、集水層集水管閥門(4-4’)與隔熱層集水管干管(4-1)、NO3--N轉(zhuǎn)化層集水管干管(4-2)、離子交換生物作用層集水管干管(4-3)、集水層集水管干管(4-4)連通； 在隔熱層集水管干管(4-1)、Ν03_-Ν轉(zhuǎn)化層集水管干管(4-2)、離子交換生物作用層集水管干管(4-3)、集水層集水管干管(4-4)上分別垂直連通隔熱層集水管支管(4-1-1)、N03_-N轉(zhuǎn)化層集水管支管(4-2-1)、離子交換生物作用層集水管支管(4-3-1)、集水層集水管...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李德生，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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