申請日2014.04.25
公開(公告)日2014.07.23
IPC分類號C02F3/28; C02F3/32
摘要
本發(fā)明公開了一種利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明將廢棄的農(nóng)作物或者濕地植物秸稈作為碳源水解，將水解液投加至人工濕地，提高低碳高氮污水的脫氮效率。本發(fā)明同時提供了一種處理系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，投加碳源的方式科學(xué)合理，很好地實現(xiàn)利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的效果。本發(fā)明方法采用的植物碳源廉價易得，釋碳能力強，生物反硝化脫氮效果好，水解液制備簡單實用，且碳源投加方式持續(xù)運行能力強，維護簡單，二次污染小，生產(chǎn)成本低，以簡單的方法解決了人工濕地處理低碳氮比污水處理廠尾水的技術(shù)難題。
權(quán)利要求書
1.一種利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的方法，其特征在于，包括以下步驟：
S1.將植物材料用浸泡液浸泡水解得到水解液;
S2.將S1所得水解液投加至人工濕地;
S3.投加至人工濕地的水解液分解后釋放出能被反硝化菌所能利用的低分子量有機物，強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮;
其中，S1所述植物材料為廢棄的農(nóng)作物或者濕地植物秸稈;
S1所述浸泡液為水，所述植物材料與所述浸泡液的質(zhì)量體積比以g/mL計，為1:20～80 ;
S1所述水解是水解至 CODCr的濃度為3000～4000 mg/L;
S2所述投加是投加至人工濕地中層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的方法，其特征在于，S1所述植物材料為蘆竹、美人蕉、風(fēng)車草、甘蔗渣或稻草桿的一種或者多種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的方法，其特征在于，S1所述植物材料與所述浸泡液的質(zhì)量體積比以g/mL計，為1:20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的方法，其特征在于，所述人工濕地中層為人工濕地表面以下25～30cm。
5.權(quán)利要求1至4任一項所述方法的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用于提高人工濕地對低碳高氮的生活污水、地表水和/或處理廠尾水脫氮處理效率方面。
6.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1至4任一項所述方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括碳源添加裝置和人工濕地，所述碳源添加裝置包括水解液釋放池、碳源補充主管和碳源補充支管，所述碳源補充主管一端連通水解液釋放池，另一端置于人工濕地表層，所述碳源補充支管一端連通碳源補充主管，另一端深入人工濕地中層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述人工濕地為若干個單元，
表面設(shè)置碳源補充主管，所述碳源補充主管分別連通該單元的碳源補充支管;所述人工濕地單元表面設(shè)置的碳源補充主管依次串聯(lián)連通，第一人工濕地單元碳源補充主管一端連通水解液釋放池。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于， 每個人工濕地單元面積為50m2，厚度40～60cm，布置6支碳源補充主管，每支碳源補充主管連通8支碳源補充支管;所述碳源補充支管為PVC管，長度30cm，直徑為2cm，鉆有孔徑為1.5mm的給水孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述人工濕地為若干個單元，
每個人工濕地單元表面設(shè)置碳源補充主管，所述碳源補充主管分別連通該單元的碳源補充支管;所述人工濕地單元表面設(shè)置的碳源補充主管的一端分別連通水解液釋放池，另一端分別連通該單元的碳源補充支管一端。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水解液釋放池出水位置設(shè)置過濾網(wǎng);所述水解液釋放池與碳源補充主管之間設(shè)置流量計。
說明書
一種利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的方法和系統(tǒng)，適用于提高低碳高氮污染水體的脫氮效率。
背景技術(shù)
目前大部分污水處理廠執(zhí)行的是《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級或一級B的排放標(biāo)準(zhǔn)，要達到一級A甚至更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，一般都需要對污水進行深度處理，這也將大大增加污水處理的技術(shù)難度及成本。我國現(xiàn)有的污水處理廠，特別是南方城市污水處理廠尾水高度硝化且碳源不足，C/N比較低，難以進一步進行脫氮處理。低碳高氮污染水體直接排放到河流、湖泊等敏感水體，將會導(dǎo)致一系列嚴(yán)重的水污染問題，如水體富營養(yǎng)化等。利用人工濕地對污水處理廠尾水進行深度處理，出水達到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)已有不少的研究，然而碳源不足已成為限制人工濕地對上述污染水體脫氮性能的關(guān)鍵因素。
針對上述人工濕地對污水處理廠尾水進一步脫氮效率較低的現(xiàn)狀，有選擇性地添加碳源能有效提高人工濕地的反硝化脫氮效果。解決的方法多見于在進水中補充液體碳源，如甲醇、甲醛、葡萄糖和果糖等有機小分子物質(zhì)，能有效提高脫氮效率，但這些碳源會造成濕地堵塞，運營成本高，或者二次污染較大等問題。有研究將植物碳源材料直接填埋于濕地內(nèi)部補充碳源，但植物的腐爛分解需要一段時間，且容易出現(xiàn)濕地堵塞問題以及增加出水中難降解物質(zhì)、色度增大等問題。還有將植物材料作為有機碳源直接填埋以提高人工濕地的脫氮效率的報道，但是該技術(shù)在工程上遇到的關(guān)鍵問題是，植物材料的水解是先快后慢，導(dǎo)致水解釋放的前期大量積累，而中后期釋放緩慢，不能穩(wěn)定地提供碳源，從而導(dǎo)致脫氮效率及出水水質(zhì)不穩(wěn)定。另有利用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的濃硫酸水解植物材料再應(yīng)用于濕地的報道，但該技術(shù)得到的水解液化學(xué)成分改變，且pH值偏酸，不適宜為人工濕地微生物利用。
向人工濕地中添加自然條件下水解的植物水解液作為反硝化有機碳源，可以避免添加有機小分子的弊端，也克服了直接填埋植物材料作為碳源的不足，投加植物水解液作為反硝化有機碳源提高人工濕地對尾水脫氮效率具有安全高效、持續(xù)可再生和二次污染較小等優(yōu)點，有研究用植物水解液例如黃瓜葉和西紅柿水解液、紅薯浸泡液等作為反硝化碳源提高污水脫氮效率。但是不同的植物水解液成分不同，發(fā)揮的功效不同，更重要的是添加方式的不同對人工濕地反硝化脫氮效果存在明顯的差異。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有人工濕地處理低碳高氮污水反硝化脫氮效果不佳的問題，本發(fā)明提供一種利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的方法，利用廢棄的農(nóng)作物或者濕地植物秸稈，并結(jié)合科學(xué)的投加方式，發(fā)揮提高人工濕地處理低碳高氮污水反硝化脫氮效果。
本發(fā)明的另一個目的是提供實現(xiàn)所述方法的系統(tǒng)。
本發(fā)明還有一個目的是提供所述方法或系統(tǒng)的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
提供一種利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的方法，包括以下步驟：
S1.將植物材料用浸泡液浸泡水解得到水解液;
S2.將S1所得水解液投加至人工濕地;
S3.投加至人工濕地的水解液分解后釋放出能被反硝化菌所能利用的低分子量有機物，強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮;
其中，S1所述植物材料為廢棄的農(nóng)作物或者濕地植物秸稈;
S1所述浸泡液為水，所述植物材料與所述浸泡液的質(zhì)量體積比以g/mL計，為1:20～80;
S1所述水解是水解至CODCr的濃度為3000～4000 mg/L;
S2所述水解液的添加體積，添加前測定水解液CODCr的濃度C，根據(jù)人工濕地每天進水量V1及進水CODCr的濃度C1和TN的濃度C2，根據(jù)所需的C/N比，計算水解液的添加體積V。其中水解液總氮忽略不計，通過流量計控制流速來調(diào)控C/N比。具體計算下：C/N比=總COD：TN=(C·V+C1·V1)：(C2·V1)。
S2所述投加是投加至人工濕地中層。
優(yōu)選地，S1所述植物材料為蘆竹、美人蕉、風(fēng)車草、甘蔗渣或稻草桿的一種或者多種的混合物。植物材料為廢棄的農(nóng)作物或者濕地植物秸稈，釋碳能力強，來源廣泛，廉價易得且為二次利用。
如果采用多種，優(yōu)選多種植物材料的用量比例為等質(zhì)量比例。
所述植物材料經(jīng)過搜集、清洗、烘干、切剪等簡單的預(yù)處理，在常溫常壓下以科學(xué)的固液比浸泡水解，水解浸泡至CODCr的濃度不再變化達到穩(wěn)定，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾，收集濾液，即得。浸泡時間為5天左右。
本發(fā)明經(jīng)過長期大量的試驗研究，總結(jié)得到，上述植物材料以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，纖維素含量在27～35%，半纖維素含量在12～20%，木質(zhì)素含量在20～28%，而可溶性木質(zhì)素含量在8～13%之間。采用上述植物材料，其釋碳能力強，直接采用水作為浸泡液，在科學(xué)適宜的固液比例條件、常溫常壓條件下實現(xiàn)水解，水解工藝要求簡單，適合實際應(yīng)用，制備得到的水解液投加至人工濕地后，在微生物的作用下逐步分解，釋放出能被反硝化菌所能利用的低分子量有機物，持續(xù)穩(wěn)定地去除低碳氮比污水中的氮素，極大地改善濕地系統(tǒng)的脫氮效率。
優(yōu)選地，S1所述植物材料與所述浸泡液的質(zhì)量體積比以g/mL計，為1:20。
優(yōu)選地，S2所述投加是將水解液以滴灌的形式投加至人工濕地中層。本發(fā)明設(shè)定將水解液直接投加至人工濕地中層，避免由于水解液的分解消耗溶解氧而造成對硝化反應(yīng)的抑制。而且滴灌的形式保證了碳源提供的持續(xù)性和穩(wěn)定性。
優(yōu)選地，所述人工濕地中層為人工濕地表面以下25～30cm。
本發(fā)明方法還可以根據(jù)補充碳源總量及持續(xù)時間，以流量計控制碳源補充的流速，穩(wěn)定持續(xù)地為系統(tǒng)提供植物碳源，添加碳源后系統(tǒng)按原來的方式運行。
本發(fā)明同時提供一種實現(xiàn)所述方法的系統(tǒng)，一種利用植物碳源強化人工濕地對低碳高氮污水脫氮的系統(tǒng)，包括碳源添加裝置和人工濕地，所述碳源添加裝置包括水解液釋放池、碳源補充主管和碳源補充支管，所述碳源補充主管一端連通水解液釋放池，另一端置于人工濕地表層，所述碳源補充支管一端連通碳源補充主管，另一端深入人工濕地中層。
本發(fā)明在人工濕地進水端建立單獨的水解液釋放池，可以以重力勢能提供進水的動力實現(xiàn)本發(fā)明效果，不耗能。
優(yōu)選地，所述人工濕地為若干個單元，表面設(shè)置碳源補充主管，所述碳源補充主管分別連通該單元的碳源補充支管。
作為可選的方案之一，所述人工濕地單元表面設(shè)置的碳源補充主管依次串聯(lián)連通，第一人工濕地單元碳源補充主管一端連通水解液釋放池。優(yōu)選地，所述碳源補充主管之間設(shè)置流量計。優(yōu)選地，本發(fā)明所述系統(tǒng)中，每個人工濕地單元面積為50m2，厚度40～60cm時，可布置6支碳源補充主管，每支碳源補充主管連通8支碳源補充支管。
作為可選的方案之二，所述人工濕地單元表面設(shè)置的碳源補充主管的一端分別連通水解液釋放池，另一端分別連通該單元的碳源補充支管一端。優(yōu)選地，本發(fā)明所述系統(tǒng)中，每個人工濕地單元面積為50m2，厚度40～60cm時，可布置6支碳源補充主管，每支碳源補充主管連通8支碳源補充支管。
優(yōu)選地，所述碳源補充主管為以一定的間距均勻布置的PVC管。所述間距優(yōu)選為50～60cm。
優(yōu)選地，所述碳源補充支管均勻鉆有孔徑為1～2mm的給水孔。補充液以滴灌的形式補充，優(yōu)選均勻鉆有1.5mm的給水孔。
優(yōu)選地，所述碳源補充支管為PVC管，長度30cm，直徑為2cm，鉆有孔徑為1.5mm的給水孔。補充水解液補充至濕地中層，對硝化作用的抑制減到最低。
優(yōu)選地，所述水解液釋放池出水前設(shè)置過濾網(wǎng)，有效防止植物碎屑進入濕地引起堵塞和蚊蠅滋擾，釋放池還可進一步安裝蓋。
所述水解液釋放池與碳源補充主管之間設(shè)置流量計，控制流速。
優(yōu)選地，所述水解液釋放池出水位置設(shè)置過濾網(wǎng)。
優(yōu)選地，所述水解液釋放池與碳源補充主管之間設(shè)置流量計。
本發(fā)明同時提供所述方法和系統(tǒng)的應(yīng)用，具體是應(yīng)用于提高人工濕地對低碳高氮的生活污水、地表水和/或處理廠尾水脫氮處理效率方面。
本發(fā)明具有以下有益效果：
現(xiàn)有技術(shù)利用人工濕地處理污水實現(xiàn)脫氮效果不佳，或者工藝復(fù)雜，難以推廣，或者使用的材料成本較高，有的還需要使用強酸，不環(huán)保，也不安全。本發(fā)明總結(jié)出科學(xué)合理的技術(shù)方案，有效利用廢棄的農(nóng)作物或者濕地植物秸稈，采用水作為浸泡液，制備得到水解液，進一步采用科學(xué)的投加方式投加至人工濕地，穩(wěn)定持續(xù)的為系統(tǒng)提供植物碳源，解決由于碳源不足所導(dǎo)致的低碳高氮污水反硝化脫氮效率不高的問題，工藝條件溫和，簡單易行，成本較低，具有重要的實際應(yīng)用價值。本發(fā)明采用的植物材料經(jīng)濟易得，釋碳能力強、且生物反硝化脫氮效果較好，利于廢棄植物秸稈的二次利用;本發(fā)明的植物碳源水解液提取方法簡單，后續(xù)使用和維護管理簡單;本發(fā)明所采用的植物水解液為有機碳源添加方式穩(wěn)定方便，成本低廉，持續(xù)性強，運行維護簡單，二次污染小。本發(fā)明以簡單的方法解決了人工濕地對低碳高氮污水脫氮處理效率低的技術(shù)難題，同時也解決植物材料的篩選、水解液的準(zhǔn)備、碳源的添加裝置及添加方式等具體技術(shù)問題。
本發(fā)明進一步提供了實現(xiàn)本發(fā)明方法的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用效率高，后續(xù)使用和維護管理簡單，添加方式穩(wěn)定方便，持續(xù)性強，運行維護簡單，二次污染小。
