申請日2015.09.18

　　公開(公告)日2015.12.30

　　IPC分類號C02F3/32

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種高氮低碳污水處理裝置及方法，該裝置包括沿污水流動方向依次串聯(lián)連接的至少一個藻類氧化塘(1)和至少一個水平潛流人工濕地(5)，其中，沿污水流動方向的最后一個藻類氧化塘(1)的出水口與第一個水平潛流人工濕地(5)的進水口通過管道連接，所述的藻類氧化塘(1)內(nèi)培養(yǎng)有藻類，藻類對污水進行脫氮匯碳處理，并作為外加碳源隨污水從藻類氧化塘(1)的出水口流入水平潛流人工濕地(5)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有脫氮增碳效果好，成本低，運行維護方便等優(yōu)點。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種高氮低碳污水處理裝置，其特征在于，該裝置包括沿污水流動方向依 次串聯(lián)連接的至少一個藻類氧化塘(1)和至少一個水平潛流人工濕地(5)，其中， 沿污水流動方向的最后一個藻類氧化塘(1)的出水口與第一個水平潛流人工濕地 (5)的進水口通過管道連接，所述的藻類氧化塘(1)內(nèi)培養(yǎng)有微藻，微藻對污水 進行脫氮匯碳處理，并作為外加碳源隨污水從藻類氧化塘(1)的出水口流入水平 潛流人工濕地(5)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氮低碳污水處理裝置，其特征在于，所述的 藻類氧化塘(1)按縱剖面方向分為多條狹窄廊道，所述的藻類氧化塘(1)中靠近 氧化塘進水口處設(shè)有推動水流的連續(xù)攪拌裝置(3);

　　所述的藻類氧化塘(1)的池深為0.8～1.6m。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氮低碳污水處理裝置，其特征在于，所述的 藻類氧化塘(1)內(nèi)的微藻為斜生柵藻或小球藻。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氮低碳污水處理裝置，其特征在于，所述的 水平潛流人工濕地(5)按污水流動方向依次分為相互隔開的集水區(qū)(6)與污水凈 化區(qū)兩部分，待凈化污水通過管道進入集水區(qū)(6)，所述的污水凈化區(qū)從上到下分 為挺水植物(7)、填料層(8)、排水層(9)和防滲層(10)，所述的挺水植物(7) 種植在填料層(8)上，所述的填料層(8)通過管道連接集水區(qū)(6)，所述的排水 層(9)在水平潛流人工濕地(5)尾端設(shè)有排水管道(11)。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高氮低碳污水處理裝置，其特征在于，所述的 填料層(8)沿污水流動方向依次分為三段：填料層(8)前段、填料層(8)中段 和填料層(8)后段，所述的填料層(8)前段的填料粒徑為32～16mm，所述的填 料層(8)中段的填料粒徑為16～8mm，所述的填料層(8)后段的填料粒徑為8～4mm， 三段填料層(8)的填料的均為石英砂填料，填料孔隙率均為30～50%。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高氮低碳污水處理裝置，其特征在于，所述的 排水層(9)由礫石構(gòu)成，其粒徑為32～16mm。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高氮低碳污水處理裝置，其特征在于，所述的 挺水植物(7)為蘆葦、菖蒲、再力花、水生鳶尾、美人蕉中的一種或幾種，挺水 植物(7)的種植密度為12～20株/m2。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高氮低碳污水處理裝置，其特征在于，所述的 水平潛流人工濕地(5)的長寬比為3～5:1，其深度為1.0～1.2m。

　　9.一種采用權(quán)力要求1～8任一所述的高氮低碳污水處理裝置處理污水的方法， 其特征在于，包括以下步驟：

　　1)選擇合適用地，構(gòu)建串聯(lián)連接的至少一個藻類氧化塘(1)，并在其中培養(yǎng) 微藻;

　　2)與藻類氧化塘(1)沿污水流動方向串聯(lián)搭建至少一個水平潛流人工濕地(5)， 其中，最后一個藻類氧化塘(1)與第一個水平潛流人工濕地(5)通過管道連接;

　　3)污水匯集后進入藻類氧化塘(1)停留，藻類對污水進行脫氮匯碳處理，并 隨污水進入水平潛流人工濕地(5)進行脫氮增碳處理，處理后的污水從排水管道 (11)流出。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高氮低碳污水處理方法，其特征在于，污水在 藻類氧化塘(1)的停留時間為4～7天。

　　說明書

　　一種高氮低碳污水處理裝置及方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種高氮低碳污水處理裝置及方法，尤其是涉及一種藻類氧化塘- 人工濕地組合脫氮的高氮低碳污水處理裝置及方法。

　　背景技術(shù)

　　近些年，隨著研究的不斷深入和技術(shù)的提升，我國污水經(jīng)二級生物處理后雖然 大部分污染物已得到削減，但二級出水排放量大，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度仍然較高， 且以可生物降解有機物含量低、總氮濃度高為主要特征，這對自凈能力有限或已受 到污染的受納水體來說，并不能從根本上解決受納水體的富營養(yǎng)化問題。因此，為 了改善受納水體水質(zhì)，針對污水處理廠二級出水現(xiàn)狀，特別是其高氮特性，亟待深 度處理。

　　人工濕地作為典型的生態(tài)處理技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于污染水體的水質(zhì)凈化與恢 復(fù)、面源污染控制、雨水處理與利用以及污水處理等領(lǐng)域。然而，隨著人工濕地工 程實例的逐年增多，其在處理典型南方城市污水、污水處理廠尾水以及河流、湖泊、 水庫等水體富營養(yǎng)化問題時，脫氮效果不理想的現(xiàn)狀也日益凸顯。此外，在實際運 行中，不同濕地對氮的去除效果存在很大的差異，其中最低的只有30%，而最高 可超過90%。人工濕地脫氮效率與其水力條件、運行溫度、溶解氧、微生物群落 以及濕地中的碳源量及種類等有關(guān)。其中，碳源不足是人工濕地脫氮效果的主要限 制性因素。為了解決這個問題，現(xiàn)階段采用的措施主要是通過投加外源性碳源來增 強濕地的脫氮效率，而如何經(jīng)濟有效地添加碳源則成為解決這一問題的技術(shù)瓶頸。

　　目前應(yīng)用于人工濕地的外加碳源主要有：污水、低分子碳水化合物、天然有機 底物以及可生物降解的聚合物等。以污水作為外碳源時反硝化速率很大程度上受到 了原污水中低分子有機物含量的限制，如果原污水中低分子有機物含量低將不會有 效的提高濕地系統(tǒng)的反硝化效率。低分子碳水化合物碳源(如乙酸、葡萄糖)也存 在一些不容忽視的缺點，運營成本高，出水的COD往往也較高。同時，以低分子 碳水化合物作為外碳源時，微生物的氧化作用也會增強，從而消耗更多的碳源，降 低碳源的有效利用率。并且由于低分子碳水化合物通常為水溶性物質(zhì)，很容易隨水 流失。此外，碳源投加系統(tǒng)的維護和運行成本高。而以高等植物纖維如作物秸稈、 濕地植物枯葉等為主的固態(tài)碳源雖然相對經(jīng)濟，但是現(xiàn)階段同樣陷入碳源釋放緩 慢、波動幅度大，且需要進行預(yù)處理等困境。此外，可生物降解的聚合物碳源市場 價格較高、脫氮效果受溫度影響較大。因此，篩選新的、多途徑的碳源是研究提升 人工濕地脫氮效率的重要方向。

　　中國專利201210066443.1公開了一種處理低碳氮比污水的裝置及方法，該裝 置由生化處理單元、磁性陰離子交換樹脂處理單元、接觸過濾單元、消毒單元通過 管道依次串聯(lián)。本發(fā)明還公開了利用該裝置處理低碳氮比污水的方法，通過生化處 理、離子交換、接觸過濾、消毒排放等步驟高效處理低碳氮比污水。該專利的低碳 氮比污水處理效果較好，但是裝置相對復(fù)雜，且裝置的生態(tài)保護能力不足。中國專 利200810195128.2公開了一種用于污水廠尾水深度凈化的濕地工藝：污水廠尾水 →石灰石濾油→沉水植物氧化塘→垂直流濕地→表流濕地→復(fù)合基質(zhì)濾油→生態(tài) 復(fù)氧池→接納水體。該專利的工藝將污水處理與城市綠地及濕地公園建設(shè)融為一 體，生態(tài)性好，但是工藝步驟多，污水處理程序復(fù)雜。中國專利ZL201310195378.7 公開了一種以熱塑性可生物降解聚酯為固體碳源的強化脫氮水平潛流人工濕地系 統(tǒng)。該系統(tǒng)包括進水管、布水區(qū)、濕地粗填料區(qū)、濕地細填料區(qū)、固體碳源投加管、 固體碳源強化反硝化區(qū)、濕地植物、集水區(qū)、放水孔、排水區(qū)和排放管。該系統(tǒng)的 持續(xù)脫氮能力強，但是其外加碳源的方式增加了運行成本，同時也存在二次污染的 可能。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種藻類氧化塘- 人工濕地組合脫氮的高氮低碳污水處理裝置及方法。

　　本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

　　一種高氮低碳污水處理裝置，該裝置包括沿污水流動方向依次串聯(lián)連接的至少 一個藻類氧化塘和至少一個水平潛流人工濕地，其中，沿污水流動方向的最后一個 藻類氧化塘的出水口與第一個水平潛流人工濕地的進水口通過管道連接，所述的藻 類氧化塘內(nèi)培養(yǎng)有微藻，微藻對污水進行脫氮匯碳處理，并作為外加碳源隨污水從 藻類氧化塘的出水口流入水平潛流人工濕地。

　　所述的藻類氧化塘由水泥擋板構(gòu)成，按縱剖面方向分為多條狹窄廊道，有助于 實現(xiàn)推流和較淺的池深，從而提高藻類氧化塘內(nèi)的微藻密度，所述的藻類氧化塘中 靠近氧化塘進水口處設(shè)有推動水流的連續(xù)攪拌裝置，使藻類在污水中混勻，并在一 定程度上為藻類光合作用提供二氧化碳。

　　所述的藻類氧化塘的池深0.8～1.6m。藻類氧化塘中水深在一定程度上的減小 能使得光照充足，藻密度增加。

　　所述的藻類氧化塘內(nèi)的微藻為斜生柵藻、小球藻等。

　　所述的水平潛流人工濕地按污水流動方向依次分為相互隔開的集水區(qū)與污水 凈化區(qū)兩部分，待凈化污水通過管道進入集水區(qū)，集水區(qū)通過管路連接藻類氧化塘 或上一級的水平潛流人工濕地的出水口，所述的污水凈化區(qū)從上到下分為挺水植 物、填料層、排水層和防滲層，所述的挺水植物種植在填料層上，所述的填料層通 過管道連接集水區(qū)，所述的排水層在水平潛流人工濕地尾端設(shè)有排水管道。

　　所述的填料層沿污水流動方向依次分為三段：填料層前段、填料層中段和填料 層后段，所述的填料層前段的填料粒徑為32～16mm，所述的填料層中段的填料粒 徑為16～8mm，所述的填料層后段的填料粒徑為8～4mm，三段填料層的填料的均 為石英砂填料，填料孔隙率均為30～50%。填料粒徑循序減小，可以避免藻類在基 質(zhì)中造成堵塞，并使藻類在人工濕地中分解，碳源在反硝化過程中被更充分地利用。

　　所述的排水層由礫石構(gòu)成，其粒徑為32～16mm。

　　所述的防滲層可以采用不滲水材料，如果濕地范圍內(nèi)底部為透水率很低的黏土 層，亦可作為防滲層。

　　所述的挺水植物為蘆葦、菖蒲、再力花、水生鳶尾、美人蕉中的一種或幾種， 挺水植物的種植密度為12～20株/m2，在人工濕地中種植植物可在一定程度上提高 氮磷去除，并增強景觀效果。

　　所述的水平潛流人工濕地的長寬比為3～5:1，其深度為1.0～1.2m。

　　一種采用高氮低碳污水處理裝置的處理污水的方法，包括以下步驟：

　　1)選擇合適用地，構(gòu)建串聯(lián)連接的至少一個藻類氧化塘，并在其中培養(yǎng)藻類;

　　2)與藻類氧化塘沿污水流動方向串聯(lián)搭建至少一個水平潛流人工濕地，其中， 最后一個藻類氧化塘與第一個水平潛流人工濕地通過管道連接;

　　3)污水匯集后進入藻類氧化塘停留，藻類對污水進行脫氮匯碳處理，并隨污 水進入水平潛流人工濕地進行脫氮增碳處理，處理后的污水從排水管道流出。

　　污水在藻類氧化塘單元的停留時間為4～7天。

　　本發(fā)明的高氮低碳污水的處理裝置即為一藻類氧化塘-水平潛流人工濕地組合 系統(tǒng)，處理生活污水或深度處理污水廠尾水。藻類生物塘作為系統(tǒng)第一個單元，微 藻吸收的氮、磷，此外，藻類具有強大的碳匯能力，在其中能夠大量繁殖，藻類隨 氧化塘出水流入水平潛流濕地，成為外加碳源，藻類殘體在基質(zhì)中被分解利用，可 以有效提高人工濕地的脫氮能力，從而解決人工濕地處理高氮低碳污水時碳源不足 的問題。

　　藻類可以進行光合作用，適當?shù)靥岣吡搜趸�塘�?nèi)的溶解氧，強化好氧微生物的 降解作用，同時藻類自身的生長會吸收水體中的氮磷等營養(yǎng)元素。旺盛的藻類生長 使得氧化塘具有更高的溶解氧與pH值，以及更強的氮磷去除功能。一方面藻類在 氧化塘中通過生長繁殖能夠吸收污水中大量的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，而其中一部分藻類 死亡后會沉降至底泥起到固定營養(yǎng)元素的作用。另一方面，絕大部分藻類生長周期 短，光合效率高，其CO2固定效率為一般陸生植物的10～50倍。氧化塘的出水進 入人工濕地后，水體中的藻類會被濕地攔截下來(98%以上)。被截留的藻類在基 質(zhì)中衰亡分解釋放一定量的碳源，進而可以作為外加碳源促進濕地微生物進行消化 反硝化強化濕地脫氮作用。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用藻類氧化塘與人工濕地功能互為補充、相互促進 的關(guān)系，既解決了人工濕地反硝化碳源問題不足，又使藻類氧化塘出水含藻的難題 得到解決，同時，污水處理的成本極低。經(jīng)過本發(fā)明的裝置處理后的生活污水水質(zhì) 指標達到一級A排放標準，污水處理廠尾水達到地表水V類標準。整個裝置造價 低廉、運行維護簡便，并具有良好的景觀效果和生態(tài)價值。