申請日2014.10.17
公開(公告)日2015.01.21
IPC分類號C02F3/28; C02F3/32
摘要
本發(fā)明公開了一種人工濕地脫氮污水處理裝置，包括污水處理池，所述污水處理池包括反硝化層(3)和土壤層(4);所述土壤層(4)位于所述反硝化層(3)上方或下方;所述污水處理池長度≥1m，并且長寬比≥3;所述污水處理池設(shè)有進(jìn)水口和出水口;所述土壤層(4)上種植有植物;所述反硝化層(3)由硫磺顆粒、植物莖葉碎段和碎石組成。本發(fā)明還公開了一種脫氮污水處理的方法。本發(fā)明人工濕地脫氮污水處理裝置具有成本低、污水脫氮效果好的優(yōu)點。
權(quán)利要求書
1.一種人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，包括污水處理池，所述污水處理池 包括反硝化層(3)和土壤層(4);所述土壤層(4)位于所述反硝化層(3)上方或下方;所 述污水處理池長度≥1m，并且長寬比≥3;所述污水處理池兩端分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口;所 述土壤層(4)上種植有植物;所述反硝化層(3)由硫磺顆粒、植物莖葉碎段和碎石組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述污水處理池的高 度為65～90cm，所述土壤層(4)位于所述反硝化層(3)上方;所述污水處理池還包括下填 料層(2)，所述下填料層(2)位于所述反硝化層(3)下方;所述進(jìn)水口位于所述污水處理 池前端上部，所述出水口位于所述污水處理池末端下部;所述污水處理池前端設(shè)有布水區(qū)(1)， 末端設(shè)有集水區(qū)(5);所述布水區(qū)(1)和所述集水區(qū)(5)均占所述污水處理池總長度的 1/15～1/10，所述布水區(qū)(1)和所述集水區(qū)(5)均由粒徑為20～30mm的碎石填充;所述下 填料層(2)高度為10～15cm，所述反硝化層(3)高度為20～30cm，所述土壤層(4)高度為 20～25cm;所述土壤層(4)內(nèi)種植有挺水植物;所述下填料層(2)由粒徑為10～15mm的碎 石填充而成;所述挺水植物為蘆葦、香蒲、紙莎草、茭草、梭魚草中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述污水處理池的高 度為65～101cm，所述污水處理池包括植物污水處理層(6)和碎石層(7);所述土壤層(4) 位于所述反硝化層(3)下方，所述碎石層(7)位于所述反硝化層上方;所述植物污水處理 層(6)為碎石層(7)和進(jìn)水口之間的空間，其內(nèi)充滿待處理的污水;所述植物污水處理層 (6)高度為30～50cm，所述碎石層(7)高度為1cm，所述反硝化層(3)高度為10～20cm，; 所述土壤層(4)高度為20～25cm;所述植物污水處理層(6)內(nèi)種植有浮水植物;所述土壤 層(4)內(nèi)種植有挺水植物和沉水植物;所述進(jìn)水口位于所述污水處理池前端上部，所述出水 口位于所述污水處理池末端上部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述挺水植物為蘆葦、 香蒲、紙莎草、茭草、梭魚草中的至少一種;所述沉水植物為苦草、狐尾藻、黑藻、金魚藻、 黃絲草、馬來眼子菜、海菜花中的至少一種;所述浮水植物為風(fēng)眼蓮、睡蓮、槐葉萍沉水植 物中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述土壤層(4) 由磚紅壤、赤紅壤、紅壤、棕壤中的至少一種組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述反硝化層(3) 為植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)反硝化填料層，所述植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)反硝化填料由粒徑為 3～5mm的硫磺顆粒、1～2cm植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石按體積比為1:1:1～4:4:1均 勻混合而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述反硝化層(3) 為植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)反硝化填料層，所述植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)反硝化填料是由1～2cm植 物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石均勻混合后與粒徑為3～5mm的硫磺顆粒沿推流方向等間 距交替填充而成，所述間距為10cm;所述1～2cm植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石的混 合是按照體積比1:1～4:1均勻混合的，所述碎石層(7)是由粒徑為3～5mm的碎石組成。
8.一種采用權(quán)利要求6或7所述人工濕地脫氮污水處理裝置處理污水的方法，其特征在 于，污水由所述進(jìn)水口進(jìn)入所述人工濕地脫氮污水處理裝置，經(jīng)處理后的污水由出水口排出， 其中HRT≥4h。
說明書
一種人工濕地脫氮污水處理裝置及污水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種污水處理實驗裝置及污水處理方法，特別是涉及一種人工濕地脫氮污水 處理裝置及污水處理方法。
背景技術(shù)
氮污染是地表水體污染的主要問題之一，城市污水廠尾水、農(nóng)田退水等高比例NOx低 C/N比污水是地表和地下水體氮污染的主要來源之一，亟需對其進(jìn)行處理，以防止水體污染 和富營養(yǎng)化，同時也有利于上述種類污水的回用。
城市污水廠尾水、農(nóng)田退水等高比例NOx低C/N比污水具有水質(zhì)水量波動大、亞硝酸鹽 氮、硝酸鹽氮占比高的特點，由于該種類污水中有機碳源缺乏，制約了其中硝酸鹽氮、亞硝 酸鹽氮的有效去除;如何經(jīng)濟有效地去除高比例NOx低C/N比污水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽， 成為國內(nèi)外的研究熱點和難點。
去除NOx的常用生物方法有異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化法。異養(yǎng)反硝化是異養(yǎng)反硝化菌利 用甲醇、乙酸等有機物為碳源，將NOx還原為氮氣，同時產(chǎn)生堿度，需要消耗H+，但其存在 碳源投加成本高、出水水質(zhì)容易有殘留碳源的問題;自養(yǎng)反硝化中的硫石灰石反硝化系統(tǒng)因 其經(jīng)濟性和出水水質(zhì)好成為去除NOx的常用方法，其中硫反硝化菌利用單質(zhì)硫?qū)Ox還原為 氮氣，同時產(chǎn)生H+，需要消耗堿度(石灰石)，但存在出水硬度和硫酸根增加的問題;因此 將二者結(jié)合，研究者開發(fā)出了異養(yǎng)-硫自養(yǎng)混養(yǎng)反硝化工藝用于去除污水中的硝酸鹽，二者之 間可以起到相互調(diào)節(jié)pH值的作用，能夠避免堿度(石灰石)的添加和減少硫酸根的產(chǎn)生， 同時異養(yǎng)和硫自養(yǎng)反硝化占比能夠根據(jù)碳源的供給在一定范圍內(nèi)波動，有利于NOx的有效去 除。
為強化低C/N比污水脫氮，多采取外加碳源的方式，碳源種類有三種，一是甲醇、乙酸 等傳統(tǒng)液體碳源，但有添加成本高的缺點;二是可生物降解多聚物碳源，也有成本高的缺點; 三是含纖維素類物質(zhì)的天然植物碳源，因其廉價易得、操作簡單逐漸被用作強化脫氮的碳源， 但其存在碳源釋放不能有效控制、需要較長的水力停留時間(HRT)，出水水質(zhì)易受外界溫度 影響等，植物碳源釋放較多時，出水水質(zhì)易受殘余植物釋放碳源的影響。
異養(yǎng)-硫自養(yǎng)混養(yǎng)反硝化工藝中異養(yǎng)反硝化供給的碳源多為甲醇和乙酸等傳統(tǒng)液體碳源， 還未見有植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)混養(yǎng)反硝化處理高比例NOx低C/N比污水的報道。
人工濕地具有經(jīng)濟、簡單等優(yōu)點，成為低成本污水處理的主要技術(shù)之一。除了生物亞硝 化、硝化和反硝化是人工濕地脫氮的主要途徑之外，人工濕地對氮的去除還包括填料吸附、 植物吸收和氨的揮發(fā)等。因此如果將植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)混養(yǎng)反硝化耦合于人工濕地中，不 僅可以充分發(fā)揮植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)混養(yǎng)反硝化作用，而且也可以發(fā)揮濕地的其它脫氮作 用。
采用植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)混養(yǎng)反硝化人工濕地處理高比例NOx低C/N比污水，可以實 現(xiàn)異養(yǎng)反硝化和硫自養(yǎng)混養(yǎng)反硝化的耦合，針對植物碳源釋放不能有效控制的問題，當(dāng)植物 碳源釋放較多時，異養(yǎng)反硝化占比增多，硫自養(yǎng)反硝化占比減少;當(dāng)碳源釋放較少時，異養(yǎng) 反硝化占比減少，硫自養(yǎng)反硝化占比增多，從而有效保障脫氮效果和出水水質(zhì)，同時由于與 硫自養(yǎng)反硝化的耦合，可以有效縮短HRT;植物碳源異養(yǎng)反硝化和硫自養(yǎng)反硝化可以相互消 耗堿度，從而保持pH在生物脫氮的有效范圍內(nèi)，實現(xiàn)高比例NOx低C/N比污水的有效脫氮。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低廉，脫氮效果理想的人工濕地高NOx低C/N 比污水處理裝置。
一種人工濕地脫氮污水處理裝置，包括污水處理池，所述污水處理池包括反硝化層和土 壤層;所述土壤層位于所述反硝化層上方或下方;污水處理池長度為≥1m，并且長寬比≥3; 所述污水處理池兩端分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口;所述土壤層上種植有植物;所述反硝化層由 硫磺顆粒、植物莖葉碎段和碎石組成。
本發(fā)明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述污水處理池的高度為65～90cm，所 述污水處理池還包括下填料層，所述下填料層位于所述反硝化層下方;所述土壤層位于所述 反硝化層上方;所述進(jìn)水口位于所述污水處理池前端上部，所述出水口位于所述污水處理池 末端下部，所述污水處理池前端設(shè)有布水區(qū)，末端設(shè)有集水區(qū);所述布水區(qū)和所述集水區(qū)均 占所述污水處理池總長度的1/15～1/10，所述布水區(qū)和所述集水區(qū)均由粒徑為20～30mm的碎 石填充;所述下填料層高度為10～15cm，所述反硝化層高度為20～30cm，所述土壤層高度為 20～25cm;所述土壤層內(nèi)種植有挺水植物;所述下填料層由粒徑為10～15mm的碎石填充而成; 所述挺水植物為蘆葦、香蒲、紙莎草、茭草、梭魚草中的至少一種。
本發(fā)明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述污水處理池的高度為65～101cm，所 述污水處理池包括植物污水處理層和碎石層;所述土壤層位于所述反硝化層下方，所述碎石 層位于所述反硝化層上方，所述植物污水處理層為碎石層(7)和進(jìn)水口之間的空間，其內(nèi)充 滿待處理的污水;所述植物污水處理層高度為30～50cm，所述碎石層高度為1cm，所述反硝 化層高度為10～20cm，;所述土壤層高度為20～25cm;所述植物污水處理層內(nèi)種植有浮水植物; 所述土壤層內(nèi)種植有挺水植物和沉水植物;所述進(jìn)水口位于所述污水處理池前端上部，所述 出水口位于所述污水處理池末端上部。
本發(fā)明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述挺水植物為蘆葦、香蒲、紙莎草、 茭草、梭魚草中的至少一種;所述沉水植物為苦草、狐尾藻、黑藻、金魚藻、黃絲草、馬來 眼子菜、海菜花中的至少一種;所述浮水植物為風(fēng)眼蓮、睡蓮槐葉萍沉水植物中的至少一種。
本發(fā)明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述土壤層由磚紅壤、赤紅壤、紅壤、 棕壤中的至少一種組成。
本發(fā)明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述反硝化層為植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)反 硝化填料層，所述植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)反硝化填料由粒徑為3～5mm的硫磺顆粒、1～2cm的 植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石按體積比為1:1:1～4:4:1均勻混合而成。
本發(fā)明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述反硝化層為植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)反 硝化填料層，所述植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)反硝化填料是由1～2cm植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm 的碎石均勻混合后與粒徑為3～5mm的硫磺顆粒沿推流方向等間距交替填充而成，所述間距為 10cm;所述1～2cm植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石的混合是按照體積比1:1～4:1均勻 混合的，所述碎石層是由粒徑為3～5mm的碎石組成。
本發(fā)明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述污水處理池的外壁為PVC材質(zhì)或磚 混結(jié)構(gòu)。
一種本發(fā)明所述人工濕地脫氮污水處理裝置的使用方法，包括如下步驟：
首先進(jìn)行細(xì)菌的接種和培養(yǎng)，植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)耦合強化脫氮水平潛流或表面流人工 濕地裝置以逐漸增加進(jìn)水NOx和適量甲醇的方式培養(yǎng)，有機質(zhì)碳與NOx-N的比C:N(mg/mg) =3.5，以磷酸鹽緩沖維持體系pH在中性，約14天后可在反應(yīng)器填料表面觀察到層狀生物膜， 逐漸減少甲醇為0;進(jìn)水逐漸穩(wěn)定為城市污水廠尾水或農(nóng)田退水等高比例NOx低C/N比污水 模擬水，植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)耦合強化脫氮水平潛流人工濕地隨后按附圖1-2所示的方式進(jìn) 水：污水由進(jìn)水口進(jìn)入本發(fā)明所述污水處理池，處理一段時間后，到達(dá)出水口，從出水口溢 出;其中HRT≥4h，HRT為水力停留時間。
本發(fā)明中NOX為NO2或NO3。
本發(fā)明的有益效果為：
資源利用合理，成本低廉：將植物碳源異養(yǎng)和硫自養(yǎng)反硝化耦合運用，當(dāng)植物碳源釋放 較多時，異養(yǎng)反硝化占比增多，硫自養(yǎng)反硝化占比減少;當(dāng)碳源釋放較少時，異養(yǎng)反硝化占 比減少，硫自養(yǎng)反硝化占比增多，有效解決了植物碳源釋放不能有效控制的問題;
操作簡便：可根據(jù)被處理水的情況調(diào)節(jié)植物碳源和硫填料體積比例，滿足出水水質(zhì)要求
整個反應(yīng)過程無需投加有機碳源和堿度;
處理效果理想：植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)混養(yǎng)反硝化耦合處理高比例NOx低C/N比污水脫氮效率高，出水水質(zhì)好;出水水質(zhì)可以達(dá)到地表水III類或II標(biāo)準(zhǔn)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明人工濕地脫氮污水處理裝置作進(jìn)一步說明。
