专利名称：一种提高湿地系统硝化反应速率的方法
技术领域：
本发明专利涉及一种提高湿地系统硝化反应速率的技术方法，主要指如何在湿地系统中强化微生物的硝化反应速率，提高湿地系统的氨氮去除效率。
背景技术：
湿地是自然界最富生物多样性和生态功能最多的生态系统，为人类的生产、生活与休闲提供多种资源，是人类最重要的生存环境。同时湿地在抵御与调节洪水、控制水体污染与降解污染物等方面具有不可替代的作用。湿地污水处理系统作为一种自然生态处理系统具有基建投资少、运行费用低、节约能源、去除有机污染物能力强等优点，已在世界各地广泛推广应用。据统计，截止到20世纪90年代，英国有200-300多座人工湿地在使用，美国北部有550多座人工湿地投入运行。 我国对人工湿地的研究起步较晚，始于“七五”期间，继天津市环保所在1987年建成我国第一个芦苇地湿地工程之后，1989年于北京昌平县、1990于深圳白泥坑等地又建成了湿地处理系统示范工程，到目前为止，已经成功运行的还有约700多座，显示出非常快的发展趋势。以往的研究表明，湿地氮的去除主要通过硝化和反硝化作用完成。硝化作用是氨转化为硝酸盐的主要途经，氨经氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的先后作用转化为硝酸盐， 称为硝化作用。其过程分两步进行，第一步为氨氧化作用指氨氧化细菌在氨单加氧酶的作用下将氨氧化成亚硝酸盐的过程；第二步为亚硝化作用指亚硝酸盐氧化菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐的过程。其基本过程表示为
NH3 画 > NH2OH HNO2 — W(OH)3 -> HNO3，氨氧化作用是硝化作用的第一个反应步骤，也是限速步骤。自养型氨氧化细菌是硝化作用的主要菌群。自养型氨氧化细菌都是革兰氏阴性细菌，自养生长时，以氨为唯一能源，以(X)2为唯一碳源。适合大多数氨氧化细菌生长的条件为温度25-30°C，pH 7. 5-8. 0， 倍增时间8小时至数天。一般湿地脱氮效果往往受到气候、植物种类、负荷以及地理条件等因素的影响，脱氮效率差别较大。一些中试规模的湿地处理生活污水可达80%以上的脱氮率，但也有部分湿地脱氮率低于40%，脱氮效率很不稳定。为了达到湿地系统稳定高效的生物脱氮，本发明专利发明了一种如何在湿地系统中强化硝化反应能力，提高湿地系统硝化反应速率的方法，促使氨氮的去除效率得以提高。
发明内容
本专利发明者通过构建湿地系统，在湿地底层铺设IOcm的砾石，粒径为30_35mm ； 湿地的主要的反应基质为中层的混合土壤，混合土壤包含45%的粘土，25%的沙土和30% 的黑土，土壤的平均孔隙率为18-20%，容重为1.36g/cm3，湿地中种植挺水植物，主要为芦
3苇。同时在湿地系统地表下30cm处(植物的根系处)添加活性污泥(泥水比为1 3，添加量为50_100kg/m2)，以增加湿地系统的微生物量。对湿地系统经过较长一段时间的稳定运行，发明了一种在湿地系统中如何强化提高硝化反应速率的方法，具体的发明内容如下1)严格按照间歇运行方式进水12h，出水12h，最佳水力停留时间为2d。2)湿地系统主要以高浓度氨氮进水为主，最大氨氮浓度300mg/L，最大COD控制在 60mg/L 以下。3)按以上1)、2)的方法稳定运行三个月后，可作为成熟的湿地系统，即可以对再生水、污水处理厂出水进行深度处理，也可作为净化富营养化湖泊、河流等水体的高效处理方法。具体地讲，上述湿地系统是通过选择不同的进水氨氮浓度(100mg/L-300mg/L)，考察出水氨氮去除效率，根据出水氨氮的去除效率，从而确定了湿地系统达到高效硝化速率时的进水氨氮浓度最大为300mg/L，在高于300mg/L时湿地系统的氨氮去除效率有所降低。上述湿地系统间歇运行方式主要采用每次进水6-Mh，每次出水6-Mh，水力停留时间为2-8d，进行稳定运行，依据出水氨氮去除效率和经济可行性优选间歇运行的进水时间为12h，出水时间为12h ；最佳的水力停留时间为2d。以上方法的建立主要基于以下几点理论基础采用间歇流运行，在反应动力学基础上，湿地系统反应池相当于一个序批式生物反应器，根据莫诺方程
权利要求
1.一种提高湿地系统硝化反应效率的方法，采用间歇运行方式，控制进水氨氮浓度和 COD浓度。
2.根据权利要求1所述的间歇运行方式，其特征在于进水时间12h，出水时间为12h， 水力停留时间为2d。
3.根据权利2所述的间歇运行主要为每次进水6- 小时，每次出水6- 小时进过稳定运行，优选为进水12小时，出水12小时；水力停留时间为2-8d，依据出水氨氮出效率和经济可行性水力停留时间优选为2d。
4.根据权利要求1所述进水氨氮浓度主要以高浓度运行，最大氨氮浓度为300mg/L，控制进水COD浓度小于60mg/L。
5.根据权利4所要求的进水最大氨氮浓度为300mg/L，选择不同的进水氨氮浓度 (100mg/L-300mg/L)考察出水氨氮去除效率，根据出水氨氮的去除效率，确定最大进水氨氮浓度为300mg/L。
6.根据权利要求2-3所述的运行方式，连续稳定运行三个月，然后可作为成熟的湿地系统，即可以对再生水，污水处理厂出水进行深度处理，也可作为净化富营养化湖泊、河流等水体的氨氮高效去除方法。
全文摘要
本发明公开了一种在湿地系统中采用人工可控的方法实现系统硝化反应速率的提高，主要是通过构建以自然湿地为基础的湿地系统，通过提高进水氨氮浓度和控制进水COD浓度，采用间歇运行的方式，达到湿地系统中高强度的硝化反应能力，然后作为成熟的湿地处理系统对再生水、污水处理厂出水深度处理技术，或广泛用于富营养化湖泊、河流等水体的高效处理方法，氨氮的去除效率高，可达85％以上的氨氮去除效率，且处理效果稳定，是一种高效稳定的生物脱氮处理方法，应用前景将非常广泛。
文档编号C02F3/34GK102531177SQ20101058483
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者冯晓娟, 祝贵兵 申请人:中国科学院生态环境研究中心