專利名稱：一種無需外加碳源的生活污水深度脫氮工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種無需外加碳源的生活污水深度脫氮工藝和
直O(jiān)
背景技術(shù)：
人工濕地(Constructed Wetlands, Cffs)是20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來的一種污水生態(tài)處理技術(shù)，其工藝設(shè)備簡單、建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行維護(hù)方便、具有良好的脫氮除磷能力、出水具有較高的生物安全性和環(huán)境相容性，目前在分散生活污水處理及污水廠二級處理出水深度處理方面得到了廣泛的應(yīng)用。污水深度處理用作景觀水體補(bǔ)充水源或市政用水，已成為解決水資源短缺的有效措施。作為景觀水體補(bǔ)充水源，對氮、磷等營養(yǎng)元素有嚴(yán)格的控制要求。人工濕地為自然處理系統(tǒng)，存在著處理效率低、停留時(shí)間長、占地面積大等缺點(diǎn)。垂直流濕地的自然復(fù)氧能力相對水平流濕地較好，但單純利用自然復(fù)氧實(shí)現(xiàn)污水的硝化、控制nh4+-N的污染占地太大， 因而需要采用強(qiáng)化措施。目前，常用的組合工藝為厭氧/好氧生物技術(shù)與人工濕地組成的生物生態(tài)工藝。 生物生態(tài)工藝的前置生物段，無論采用厭氧還是好氧單元，都首先去除了污水中大量的有機(jī)物，這使得后續(xù)人工濕地系統(tǒng)中的脫氮過程由于碳源的不足而受到了限制。為了達(dá)到深度脫氮除磷，以往的研究或發(fā)明大多采用人工補(bǔ)充有機(jī)碳源來解決脫氮過程中碳源不足的問題。而人工補(bǔ)充碳源費(fèi)用高、操作復(fù)雜且易產(chǎn)生二次污染，極大的增加了處理系統(tǒng)的運(yùn)行難度及成本。厭氧氨氧化作為一種非傳統(tǒng)脫氮過程，由一群自養(yǎng)微生物承擔(dān)，利用NOx-N將 NH/-N直接氧化為N2加以去除。與傳統(tǒng)的脫氮過程相比，厭氧氨氧化具有無需有機(jī)碳源、能耗低、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。作為一種生物反應(yīng)，厭氧氨氧化過程廣泛存在于自然界及一些污水生物處理系統(tǒng)中，而有關(guān)厭氧氨氧化作用在人工濕地處理中有目的應(yīng)用卻鮮見報(bào)道。本發(fā)明針對以上的問題，提出了獨(dú)特的解決方案通過控制合適的工藝參數(shù)，在人工濕地中成功地強(qiáng)化了厭氧氨氧化的應(yīng)用。本發(fā)明有效提高了厭氧氨氧化在濕地中的作用效率，有效降低了將原生生活污水/污水廠尾水處理到地表景觀水標(biāo)準(zhǔn)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無需外加碳源的生活污水深度脫氮工藝和裝置。本發(fā)明提出的無需外加碳源的生活污水深度脫氮工藝，具體步驟如下
(1)原生生活污水進(jìn)入?yún)捬跛峄剡M(jìn)行預(yù)處理，調(diào)節(jié)污水水質(zhì)及水量，控制水力停留時(shí)間為5-6小時(shí)，厭氧酸化池容積負(fù)荷為0. 65-1. 74kgC0D/m3 · d ；以去除污水中固體懸浮物，降解部分有機(jī)物，顯著提高NH/-N/TN的比例，降低人工濕地單元的負(fù)荷與占地面積，并可有效緩解濕地介質(zhì)堵塞問題；
(2)步驟(1)的出水進(jìn)入垂直潛流濕地，垂直潛流濕地內(nèi)進(jìn)行微量曝氣，強(qiáng)化污水中NH/-N的硝化，通過NH/-N電極監(jiān)測，控制出水中NH4+-N與Ν03_-Ν的比例為1:1-1. 4:1， 確定合適的曝氣氣水比及水力停留時(shí)間，其可行運(yùn)行參數(shù)范圍垂直潛流濕地容積負(fù)荷為 0. 13-0. 28kgNH4+-N/ m3 · d，曝氣氨氮負(fù)荷為 2. 5_5g NH4+_N/ m3 空氣；
(3)步驟O)出水進(jìn)入水平潛流濕地，為厭氧氨氧化過程提供良好的缺氧/厭氧環(huán)境， 控制進(jìn)水BOD5與N比為0. 2 1-0. 5 :1，水平潛流濕地容積負(fù)荷為0. 004-0. 011kgNH4+_N/ m3 · d，實(shí)現(xiàn)低碳源條件下污水的高效脫氮過程；
(4)步驟(3)出水可用作景觀水體補(bǔ)充水源或市政雜用水。本發(fā)明中，當(dāng)該工藝用于污水廠尾水深度處理，則無需設(shè)置厭氧酸化池。本發(fā)明提出的無需外加碳源的生活污水深度脫氮裝置，該裝置由厭氧酸化池21、 微曝氣垂直流濕地22和水平潛流人工濕地23依次經(jīng)管道和閥門連接組成，其中厭氧酸化池21內(nèi)垂直放置有3個(gè)折流板，位于中間的1個(gè)折流板固定于厭氧酸化池21底部，左、右 2個(gè)折流板懸空放置，厭氧酸化池21底部兩側(cè)分別設(shè)有放空管，厭氧酸化池21頂部一側(cè)設(shè)有進(jìn)水口，另一側(cè)設(shè)有出水口 4;微曝氣垂直流濕地22頂部一側(cè)通過管道連接出水口 4，微曝氣垂直流濕地22內(nèi)設(shè)有第一濕地填料10，底部一側(cè)通過空氣閥門7和空氣流量計(jì)8連接曝氣機(jī)5，另一側(cè)底部為出水口，出水口通過管道連接NH/-N電極12，NH4+-N電極12連接數(shù)據(jù)采集器13，微曝氣垂直流濕地22頂部設(shè)有穿孔布水管9，第一濕地填料10上種植有濕地植物菖蒲17，微曝氣垂直流濕地19上部一側(cè)設(shè)有第一上彎式出水管11 ；水平潛流人工濕地 20上部一側(cè)設(shè)有布水管15，該布水管15連接第一上彎式出水管11，水平潛流人工濕地23 內(nèi)垂直布置有兩個(gè)穿孔布水板，將水平潛流人工濕地23分隔有3個(gè)部分，位于左、右兩側(cè)的濕地設(shè)有布水區(qū)填料14，位于中間的濕地設(shè)有第二濕地填料18 ；第二濕地填料18上種植有濕地植物菖蒲17，水平潛流人工濕地23另一側(cè)設(shè)有第二上彎式出水管20。本發(fā)明中，所述第一濕地填料11由50mm粒徑為20-30mm石子、50mm粒徑為 10-15mm礫石、450mm粒徑為3_9mm的礫石組成。本發(fā)明中，所述第二濕地填料18由550mm粒徑為3_9mm的礫石組成，布水區(qū)填料 14由550mm粒徑為20_30mm石子。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1處理對象為原生生活污水時(shí)，厭氧酸化池作為人工濕地預(yù)處理裝置，可有些去除進(jìn)水中懸浮物及部分有機(jī)物，在減輕后續(xù)處理設(shè)施有機(jī)負(fù)荷及水力沖擊負(fù)荷的同時(shí)，亦有效地緩解了濕地介質(zhì)的堵塞問題；
2利用配備了人工微曝氣設(shè)施的垂直流濕地代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物生態(tài)組合中的好氧生物法， 如生物接觸氧化法，氣水比低(可節(jié)約40%-70%的曝氣量)、氧氣利用率高、曝氣能耗大大減少；
3水平潛流濕地系統(tǒng)中成功實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化的啟動(dòng)及穩(wěn)定運(yùn)行，低碳源下可高效脫
氮；
4本工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，管理簡便，運(yùn)行條件可根據(jù)不同進(jìn)水水質(zhì)條件進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)， 且工藝中無需外加碳源，能耗低、運(yùn)行成本低、污染物去除效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)可達(dá)地表水 IV類標(biāo)準(zhǔn)；
5本工藝主體部分既可應(yīng)用于二級處理污水廠尾水深度處理，亦可用于生活污水處理， 出水可直接用作靜止景觀水體補(bǔ)充水。


圖1為一種用于生活污水深度處理或污水廠尾水深度脫氮的工藝方法的流程示意圖。圖2為一種利用本發(fā)明中所述工藝方法對原生生活污水進(jìn)行處理的生物生態(tài)組合裝置流程圖。圖中標(biāo)號(hào)1為進(jìn)水口，2、6分別為第一放空管和第二放空管，3為污水流，4為出水口，5為曝氣機(jī)，7為空氣閥門，8為空氣流量計(jì)，9為穿孔布水管，10、18分別為第一濕地填料和第二濕地填料，11、20為第一上彎式出水管(出水口)和第二上彎式出水管，12為NH4+-N 電極，13為數(shù)據(jù)采集器，14為布水區(qū)填料，15為布水管，16、19分別為第一穿孔布水板和第二穿孔布水板，17為濕地植物菖蒲，21為厭氧酸化池，22為微曝氣垂直流濕地，23為水平潛流濕地。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1 本實(shí)施例是利用所述生活污水深度處理或污水廠尾水深度脫氮的工藝方法，對原生生活污水進(jìn)行深度脫氮除磷處理。
具體實(shí)施方式
如下
處理裝置包括厭氧酸化池21、微曝氣垂直流人工濕地22、水平潛流人工濕地23、污水泵、曝氣機(jī)5、空氣流量計(jì)8、濕地介質(zhì)、濕地植物菖蒲17。其中厭氧酸化池21采用透明PVC 板制作，水解池尺寸為0. 55m X0. 25m X0. 7m，裝置內(nèi)部各填充約50%容積、直徑80mm的球形懸浮填料。微曝氣垂直流人工濕地22為PVC圓柱，直徑40cm、高65cm，底部設(shè)有曝氣頭，內(nèi)部從下至上填有50mm粒徑為20-30mm石子、50mm粒徑為10_15mm礫石、450mm粒徑為3_9mm 的礫石。水平潛流人工濕地23尺寸為1. 5m X0. ^iXO. 7m，濕地內(nèi)鋪設(shè)550mm粒徑為3_9mm 的礫石。微曝氣垂直流人工濕地22和水平潛流人工濕地23中均種植適合亞熱帶氣候的觀賞性植物菖蒲17。各裝置及設(shè)備的具體連接方式參照圖2 (生物生態(tài)組合裝置流程圖)
厭氧酸化池21中水流方式為折流，污水由上部進(jìn)水口 1泵入，經(jīng)由3個(gè)折流板，最后從上部出水口流入微曝氣垂直流濕地2，厭氧酸化池21池體前、后的底部兩側(cè)設(shè)有第一放空管2和第二放空管6，放空管用于剩余污泥及沉積物的定期清空、排放；
經(jīng)厭氧酸化池21處理后的污水進(jìn)入微曝氣垂直流濕地22，經(jīng)由穿孔布水管9進(jìn)入微曝氣垂直流濕地22，水流自上而下經(jīng)過介質(zhì)，最后從出水管流入水平潛流人工濕地23。微曝氣垂直流濕地22底部設(shè)有曝氣管，外部設(shè)有曝氣機(jī)5，空氣經(jīng)由空氣流量計(jì)8及空氣閥門 7進(jìn)入曝氣管。微曝氣垂直流濕地22設(shè)有第一上彎式出水管11，用以保持微曝氣垂直流濕地22中有效水位高度。微曝氣垂直流濕地22出水口設(shè)有NH/-N電極12，用以評估出水中 nh4+-N/NO3_-N的比例，為曝氣量的調(diào)節(jié)提供依據(jù)；
微曝氣垂直流濕地22出水經(jīng)由第一上彎式出水管11進(jìn)入水平潛流濕地23，通過布水管15進(jìn)入水平潛流濕地23布水區(qū)，經(jīng)由穿孔布水管均勻流入水平潛流濕地23有效處理區(qū)域，在經(jīng)后部穿孔布水管流入出水區(qū)，最后經(jīng)出水管流出。水平潛流濕地23設(shè)有第二上彎式出水管20，用以保持濕地中有效水位高度，內(nèi)鋪設(shè)550mm粒徑為3_9mm的礫石，濕地布水、出水區(qū)鋪設(shè)550mm粒徑為20-30mm石子，并種植有觀賞性植物菖蒲17。生活污水深度處理裝置運(yùn)行條件的具體工藝運(yùn)行的參數(shù)如表1所示；主體處理單元脫氮效果見表2 ；處理系統(tǒng)總體運(yùn)行效果見表3。表1各裝置工藝運(yùn)行參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種無需外加碳源的生活污水深度脫氮工藝，其特征在于具體步驟如下(1)原生生活污水進(jìn)入?yún)捬跛峄剡M(jìn)行預(yù)處理，調(diào)節(jié)污水水質(zhì)及水量，水力停留時(shí)間為5-6小時(shí)，厭氧酸化池容積負(fù)荷為0. 65-1. 74kgC0D/m3 · d ；(2)步驟(1)的出水進(jìn)入垂直潛流濕地，垂直潛流濕地內(nèi)進(jìn)行微量曝氣，強(qiáng)化污水中 NH/-N的硝化，通過NH4+-N電極監(jiān)測，控制出水中NH4+-N與Ν03_-Ν的比例為1 1 1. 4:1， 確定合適的曝氣氣水比及水力停留時(shí)間，其適合的運(yùn)行參數(shù)范圍垂直潛流濕地容積負(fù)荷為 0. 13-0. 28kgNH4+-N/ m3 · d，氨氮曝氣比為 2. 5_5g NH4+_N/ m3 空氣；(3)步驟O)出水進(jìn)入水平潛流濕地，為厭氧氨氧化過程提供良好的缺氧/厭氧環(huán)境，控制水平潛流濕地進(jìn)水中BOD5與N比為0. 2 1-0. 5 :1，水平潛流濕地容積負(fù)荷為 0. 004-0. 011kgNH4+-N/ m3 · d ；(4)步驟(3)出水用作景觀水體補(bǔ)充水源或市政雜用水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需外加碳源的生活污水深度脫氮工藝，其特征在于當(dāng)該工藝用于污水廠尾水深度處理，則無需設(shè)置厭氧酸化池。
3.一種無需外加碳源的生活污水深度脫氮裝置，其特征在于該裝置由厭氧酸化池 (21)、微曝氣垂直流濕地0 和水平潛流人工濕地依次經(jīng)管道和閥門連接組成，其中厭氧酸化池內(nèi)垂直放置有3個(gè)折流板，位于中間的1個(gè)折流板固定于厭氧酸化池 (21)底部，左、右2個(gè)折流板懸空放置，厭氧酸化池底部兩側(cè)分別設(shè)有放空管，厭氧酸化池頂部一側(cè)設(shè)有進(jìn)水口，另一側(cè)設(shè)有出水口(4)；微曝氣垂直流濕地0 頂部一側(cè)通過管道連接出水口 G)，微曝氣垂直流濕地0 內(nèi)設(shè)有第一濕地填料(10)，底部一側(cè)通過空氣閥門(7)和空氣流量計(jì)(8)連接曝氣機(jī)(5)，另一側(cè)底部為出水口，出水口通過管道連接NH/-N電極(12)，NH4+-N電極(12)連接數(shù)據(jù)采集器(13)，微曝氣垂直流濕地Q2)頂部設(shè)有穿孔布水管(9)，第一濕地填料(10)上種植有濕地植物菖蒲(17)，微曝氣垂直流濕地(19)上部一側(cè)設(shè)有第一上彎式出水管(11)；水平潛流人工濕地OO)上部一側(cè)設(shè)有布水管(15)，該布水管(1 連接第一上彎式出水管(11)，水平潛流人工濕地內(nèi)垂直布置有兩個(gè)穿孔布水板，將水平潛流人工濕地分隔有3個(gè)部分，位于左、右兩側(cè)的濕地設(shè)有布水區(qū)填料(14)，位于中間的濕地設(shè)有第二濕地填料(18)；第二濕地填料(18)上種植有濕地植物菖蒲(17)，水平潛流人工濕地另一側(cè)設(shè)有第二上彎式出水管00)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無需外加碳源的生活污水深度脫氮裝置，其特征在于所述第一濕地填料(11)由50mm粒徑為20-30mm石子、50mm粒徑為10-15mm礫石、450mm粒徑為 3-9mm的礫石組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無需外加碳源的生活污水深度脫氮裝置，其特征在于所述第二濕地填料(18)由550mm粒徑為3_9mm的礫石組成，布水區(qū)填料(14)由550mm粒徑為 20-30mm 石子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無需外加碳源的生活污水深度脫氮工藝及裝置，本發(fā)明是由厭氧酸化池、微曝氣垂直潛流濕地與水平潛流濕地組成的一種組合工藝，其具體流程如下生活污水進(jìn)入?yún)捬跛峄兀粎捬醭爻鏊M(jìn)入微曝氣垂直潛流濕地；微曝氣垂直潛流濕地處理后的污水進(jìn)入水平潛流人工濕地。水平潛流濕地的出水可用作補(bǔ)充靜止景觀水體等用途。本發(fā)明通過適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)的調(diào)節(jié)，控制水平潛流濕地進(jìn)水中NH4+-N/NO3--N的比例為1-1.4∶1，在實(shí)際BOD5/N遠(yuǎn)低于反硝化BOD5/N的理論值條件下，可穩(wěn)定地在人工濕地中實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化作用，形成一種低成本、高去除能力的污水深度脫氮工藝，微曝氣垂直流濕地+水平潛流濕地既可應(yīng)用于污水廠尾水深度處理，亦可用于分散生活污水處理。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運(yùn)行維護(hù)方便，可實(shí)現(xiàn)TN去除率可達(dá)95%以上，污染物去除效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)可達(dá)地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)C02F3/32GK102260021SQ20111014551
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者李田, 王玲 申請人:同濟(jì)大學(xué)