本发明涉及一种用于含氮废水脱氮的废水处理装置及该装置的建造技术，属于环境工程领域。
背景技术：
氮是水体富营养化的重要因素之一。农业生产中含氮肥料的大量使用及食品加工、水产品养殖等过程都会产生大量的含氮废水，这些废水进入公共水体后造成水体富营养化。水体富营养化造成藻类大量滋生，大气中的氧气不能向水里扩散，从而使水体中的其它生物因缺氧死亡，生态系统受到破坏。人工湿地是一种利用基质、微生物及植物的相互作用去除水体中污染物的生态系统，具有投资少，耗能低，维护方便，环境经济效益好等特点。近年来，利用人工湿地去除废水中氮的处理技术在我国得到了广泛的应用。人工湿地分为表面流湿地和垂直流湿地，垂直流湿地负荷大，不易受温度、降水、太阳辐射等的影响，处理效果显著。
技术实现要素：
本发明提供一种高效脱氮型垂直流人工湿地及其建造方法，本发明是在垂直潜流湿地的脱氮机理的基础上，通过使废水在处理池的饱和层和不饱和层之间的循环，使氧气可以源源不断供应到湿地的深处，满足了硝化细菌和反硝化细菌对氧气的需求，同时，在不饱和层中，厌氧菌也能够发挥最大功效，并通过调节池中的铁矿渣调节废水的pH值，使废水的pH值处于硝化细菌、亚硝化细菌和厌氧氨细菌发挥作用的最佳范围，从而使厌氧氨氧化过程更显著，大大提高了湿地的脱氮效果。
本发明的一种高效脱氮型垂直流人工湿地的建造方法，包括如下步骤：
(1)、修筑处理池及处理池基质填充：在靠近污水源的位置挖掘处理池，优选挖掘一个半径3-50m的圆形水池作为处理池，并且处理池的水池深度按照公式H＝V/3.14×R2×(1.2～2倍)计算，其中，H为待挖水池深度，V为一次处理废水的体积，R为水池的半径；其中，处理池的池壁及池底可以按照常规方法用钢筋骨架及混凝土浇筑，确保坚固不渗水；在上述完成的处理池中，先填入粒径0.5-3cm的普通石子，厚度为处理池池深的80-90％，摊平，作为处理池的饱和层；然后在饱和层的石子上方填入粒径3-5cm的石子，厚度为处理池池深的5-10％，摊平，作为处理池的不饱和层；
修筑调节池及调节池基质填充：在靠近处理池的一侧，挖掘调节池，优选挖掘一个半径1-5m的圆形水池作为调节池，水池深度与处理池相同；其中，调节池的池壁及池底按照常规方法用钢筋骨架及混凝土浇筑，确保坚固不渗水；调节池基质填充：在调节池中填入粒径1-3cm的铁矿渣，厚度为调节池池深的10-30％，摊平；
在本步骤中，修筑处理池及处理池基质填充和修筑调节池及调节池基质填充之间没有先后顺序；如果先修筑调节池，则可以先划定调节池的修筑范围，再根据调节池的位置修筑处理池；或者同时划定好调节池和处理池的位置，然后再同时进行修筑；此外，处理池和调节池的形状还可以为除圆形之外的其它任一种现有形状，本发明不对此进行限定；
(2)、设置通水孔：在处理池和调节池的两池之间底部位置的池壁上分别设置直径50-150cm的孔，处理池上的为出水孔，调节池上的为进水孔，孔的形状优选为圆孔；其中，处理池和调节池上设置的圆孔的直径可相同或不同；之后，将两个孔连通，例如用与这两个孔的孔径和形状相同的混凝土或抗老化塑料水管进行连通，并设置阀门，便于该通路的开启与关闭；
(3)、微生物增殖：采集新鲜牛粪，总量为处理池中饱和层体积的1-1.5倍，分装在可以密闭的容器中，每个容器内同时加入采自污水处理厂的活性污泥，放入量为牛粪体积的1-10％；搅拌均匀，如搅拌3-5遍，然后将容器密封，放置在20-40℃的环境中厌氧发酵30-90天；
(4)、过滤：将步骤(3)发酵完成的牛粪液用20-40目筛过滤，收集滤液；
(5)、接种微生物：将处理池的出水孔封闭，然后将步骤(4)采集的牛粪滤液注入处理池的饱和层中，将饱和层注满为止；之后用塑料薄膜将处理池上口密闭7-28天后将牛粪液放出，完成微生物接种；
(6)、废水放入并循环：步骤(5)完成后，在1-3天内将待处理的废水放入调节池，并开启处理池的出水孔和调节池的进水孔之间的阀门，并同时用一水泵将调节池中的废水不断地直接泵入处理池的不饱和层中，使废水在处理池和调节池之间循环，废水的每小时循环量为总废水量的5-20％，3-7天即可完成废水的脱氮。
本发明的一种高效脱氮型垂直流人工湿地，包括在底部可控制的连通的处理池和调节池，所述处理池包括厚度为处理池池深的80-90％且填充有粒径0.5-3cm的普通石子的饱和层和厚度为处理池池深的5-10％并由在饱和层的石子上方填充的粒径3-5cm的石子构成的不饱和层，所述调节池内填充有厚度为调节池池深的10-30％且粒径为1-3cm的铁矿渣，所述待处理的废水的液面位于所述处理池的不饱和层内。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的高效脱氮型垂直流人工湿地及其建造方法是利用垂直潜流湿地的脱氮能力，通过使废水在饱和层和不饱和层之间的循环，使氧气可以源源不断供应到湿地的深处，满足了硝化细菌和反硝化细菌对氧气的需求，同时，在不饱和层中，厌氧菌也能够发挥最大功效，并通过调节池中填充的铁矿渣调节废水的pH值，使厌氧氨氧化过程更显著，大大提高了湿地的脱氮效果；本发明的高效脱氮型垂直流人工湿地具有投入少、见效快、生态环保等优点。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细描述，但下述实施例并不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供的高效脱氮型垂直流人工湿地及其建造方法如下：
(1)、修筑处理池：在靠近污水源的位置挖掘半径3m的圆形水池一个，水池深度按照公式H＝V/3.14×R2×1.2计算，其中，H为待挖水池深度，V为一次处理废水的体积，R为水池的半径；池壁及池底按照常规方法用钢筋骨架及混凝土浇筑，确保坚固不渗水，作为处理池；
(2)、处理池基质填充：在步骤(1)完成的处理池中，先填入粒径0.5cm的普通石子，厚度为处理池池深的80％，摊平，作为处理池的饱和层；然后在饱和层的石子上方填入粒径3cm的石子，厚度为处理池池深的10％，摊平，作为处理池的不饱和层；
(3)、修筑调节池：在靠近步骤(1)的处理池的一侧，挖掘半径1m的圆形水池一个，水池深度与处理池相同；池壁及池底按照常规方法用钢筋骨架及混凝土浇筑，确保坚固不渗水，作为调节池；
(4)、调节池基质填充：在步骤(3)完成的调节池中，填入粒径1cm的铁矿渣，厚度为调节池池深的10％，摊平；
(5)、设置通水孔：在步骤(1)和步骤(3)完成的两池之间底部位置的两个池壁上分别设置直径50cm的圆孔(处理池上的为出水孔，调节池上的为进水孔)，然后用与两个圆孔的孔径相同的混凝土或抗老化塑料水管连接，并设置阀门，便于开启与关闭；
(6)、微生物增殖：采集新鲜牛粪，总量为步骤(2)中饱和层体积的1倍，分装在可以密闭的容器中，每个容器内同时加入采自污水处理厂的活性污泥，放入量为牛粪体积的1％；搅拌3遍，然后将容器密封，放置在40℃的环境中厌氧发酵30-90天；
(7)、过滤：将步骤(6)发酵完成的牛粪液用20目筛过滤，收集滤液；
(8)、接种微生物：将步骤(2)完成的处理池的出水孔封闭，然后将步骤(7)采集的牛粪液注入步骤(2)处理池的饱和层中，将饱和层注满为止；用塑料薄膜将处理池上口密闭28天后将牛粪液放出，完成微生物接种；
(9)、废水放入并循环：步骤(8)完成后，在1天内将待处理的废水放入调节池，并开启两池间的阀门，用水泵将调节池中的废水不断泵入处理池的不饱和层中，使废水在两池间循环，每小时循环量为总废水量的5％，7天即可完成废水的脱氮。
实施例2
本实施例提供的高效脱氮型垂直流人工湿地及其建造方法如下：
(1)、修筑处理池：在靠近污水源的位置挖掘半径30m的圆形水池一个，水池深度按照公式H＝V/3.14×R2×1.5计算，其中，H为待挖水池深度，V为一次处理废水的体积，R为水池的半径；池壁及池底按照常规方法用钢筋骨架及混凝土浇筑，确保坚固不渗水，作为处理池；
(2)、处理池基质填充：在步骤(1)完成的处理池中，先填入粒径1.5cm的普通石子，厚度为处理池池深的85％，摊平，作为处理池的饱和层；然后在饱和层的石子上方填入粒径4cm的石子，厚度为处理池池深的8％，摊平，作为处理池的不饱和层；
(3)、修筑调节池：在靠近步骤(1)的处理池的一侧，挖掘半径2m的圆形水池一个，水池深度与处理池相同；池壁及池底按照常规方法用钢筋骨架及混凝土浇筑，确保坚固不渗水，作为调节池；
(4)、调节池基质填充：在步骤(3)完成的调节池中，填入粒径2cm的铁矿渣，厚度为调节池池深的20％，摊平；
(5)、设置通水孔：在步骤(1)和步骤(3)完成的两池之间底部位置的两个池壁上分别设置直径100cm的圆孔，处理池上的为出水孔，调节池上的为进水孔，然后用与两个圆孔的孔径相同的混凝土或抗老化塑料水管连接，并设置阀门，便于开启与关闭；
(6)、微生物增殖：采集新鲜牛粪，总量为步骤(2)中饱和层体积的1.2倍，分装在可以密闭的容器中，每个容器内同时加入采自污水处理厂的活性污泥，放入量为牛粪体积的5％；搅拌4遍，然后将容器密封，放置在30℃的环境中厌氧发酵60天；
(7)、过滤：将步骤(6)发酵完成的牛粪液用30目筛过滤，收集滤液；
(8)、接种微生物：将步骤(2)完成的处理池的出水孔封闭，然后将步骤(7)采集的牛粪液注入步骤(2)处理池的饱和层中，将饱和层注满为止；用塑料薄膜将处理池上口密闭14天后将牛粪液放出，完成微生物接种；
(9)、废水放入并循环：步骤(8)完成后，在2天内将待处理的废水放入调节池，并开启两池间的阀门，用水泵将调节池中的废水不断泵入处理池的不饱和层中，使废水在两池间循环，每小时循环量为总废水量的10％，5天即可完成废水的脱氮。
实施例3
本实施例提供的高效脱氮型垂直流人工湿地及其建造方法如下：
(1)、修筑处理池：在靠近污水源的位置挖掘半径50m的圆形水池一个，水池深度按照公式H＝V/3.14×R2×2计算，其中，H为待挖水池深度，V为一次处理废水的体积，R为水池的半径；池壁及池底按照常规方法用钢筋骨架及混凝土浇筑，确保坚固不渗水，作为处理池；
(2)、处理池基质填充：在步骤(1)完成的处理池中，先填入粒径3cm的普通石子，厚度为处理池池深的90％，摊平，作为处理池的饱和层；然后饱和层的石子上填入粒径5cm的石子，厚度为处理池池深的10％，摊平，作为处理池的不饱和层；
(3)、修筑调节池：在靠近步骤(1)的处理池的一侧，挖掘半径5m的圆形水池一个，水池深度与处理池相同；池壁及池底按照常规方法用钢筋骨架及混凝土浇筑，确保坚固不渗水，作为调节池；
(4)、调节池基质填充：在步骤(3)完成的调节池中，填入粒径3cm的铁矿渣，厚度为调节池池深的30％，摊平；
(5)、设置通水孔：在步骤(1)和步骤(3)完成的两池之间底部位置的两个池壁上分别设置直径150cm的圆孔，处理池上的为出水孔，调节池上的为进水孔，然后用与两个圆孔的孔径相同的混凝土或抗老化塑料水管连接，并设置阀门，便于开启与关闭；
(6)、微生物增殖：采集新鲜牛粪，总量为步骤(2)中饱和层体积的1.5倍，分装在可以密闭的容器中，每个容器内同时加入采自污水处理厂的活性污泥，放入量为牛粪体积的10％；搅拌5遍，然后将容器密封，放置在20℃的环境中厌氧发酵90天；
(7)、过滤：将步骤(6)发酵完成的牛粪液用40目筛过滤，收集滤液；
(8)、接种微生物：将步骤(2)完成的处理池的出水孔封闭，然后将步骤(7)采集的牛粪液注入步骤(2)处理池的饱和层中，将饱和层注满为止；用塑料薄膜将处理池上口密闭28天后将牛粪液放出，完成微生物接种；
(9)、废水放入并循环：步骤(8)完成后，在3天内将待处理的废水放入调节池，并开启两池间的阀门，用水泵将调节池中的废水不断泵入处理池的不饱和层中，使废水在两池间循环，每小时循环量为总废水量的20％，7天即可完成废水的脱氮。
本发明在处理池设置了不饱和层(上部没有被废水完全浸没的部分)和饱和层(下部始终处于废水浸没的部分)，不饱和层主要用于空气流通，增加废水表面的氧气含量，为需氧的硝化细菌和亚硝化细菌提供充足的氧气，从而提高其硝化和亚硝化能力，而下层饱和层由于没有空气进入，形成了缺氧空间，可以为厌氧氨氧化细菌提供便利条件。处理池中不饱和层和饱和层的设置提高了人工湿地对废水的脱氮效率。
本发明在调节池中加入铁矿渣，用于调节废水的pH值，使其处于硝化细菌、亚硝化细菌和厌氧氨细菌发挥作用的最佳范围，从而提高脱氮效率。
本发明通过上述特殊设计建造的垂直潜流湿地，使微生物的脱氮功能大幅度提高，具有投入少、见效快、生态环保等优点。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。