公布日：2023.12.22
申請日：2023.11.09
分類號：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)。本發(fā)明中，根據(jù)不同基質(zhì)的粒徑和功能，配合折流式人工濕地好氧-缺氧-厭氧區(qū)域，對礫石、沸石、石灰石和污泥生物炭基質(zhì)進(jìn)行合理的分區(qū)分層組合，通過好氧區(qū)中沸石基質(zhì)的吸附作用及硝化菌的降解作用來去除氨氮；通過缺氧區(qū)和厭氧區(qū)中石灰石和污泥生物炭可為反硝化菌提供有機/無機碳源的能力，配合反硝化菌的降解作用達(dá)到脫氮效果；通過污泥生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)、礦物質(zhì)和表面官能團的吸附、離子交換、沉淀和絡(luò)合等作用來強化氮磷的去除；四種基質(zhì)協(xié)同作用，通過自身的吸附凈化作用及其在人工濕地中形成的生物膜結(jié)構(gòu)，最大程度地提高了人工濕地的脫氮除磷效果。
權(quán)利要求書
1.一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)，其特征在于：所述低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)包括：好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的折流式人工濕地，采用礫石基質(zhì)、沸石基質(zhì)、石灰石基質(zhì)以及體積配比為1:1的污泥生物炭與石灰石組合基質(zhì)形成濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)；所述沸石基質(zhì)填充于好氧區(qū)，利用沸石對氨氮、磷良好的吸附能力，結(jié)合微生物好氧硝化和聚磷菌好氧吸磷作用來去除氮磷；將石灰石基質(zhì)及污泥生物炭與石灰石組合基質(zhì)填充于缺氧區(qū)及厭氧區(qū)，利用石灰石緩釋無機碳源和污泥生物炭緩釋有機碳源的能力，為反硝細(xì)菌提供碳源，強化脫氮效果，并通過污泥生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)、礦物質(zhì)和表面官能團的吸附、離子交換、沉淀和絡(luò)合等作用來強化氮磷的去除。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)，其特征在于：所述折流式人工濕地通過兩個折流板將傳統(tǒng)垂直流人工濕地分為三個區(qū)域，最前端區(qū)域池體底部加入曝氣盤，使其形成好氧區(qū)，中間區(qū)域和最末端區(qū)域依次為缺氧區(qū)和厭氧區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)，其特征在于：所述組合基質(zhì)由礫石、沸石、石灰石和污泥生物炭組成，所述好氧區(qū)在填料柱底部填充粒徑20-40mm的礫石基質(zhì)，在礫石基質(zhì)上填充8-16mm的沸石基質(zhì)，在沸石基質(zhì)上再填充3-5mm的沸石基質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)，其特征在于：所述缺氧區(qū)和厭氧區(qū)在填料柱底部填充粒徑20-40mm的礫石基質(zhì)，在礫石基質(zhì)上填充6-13mm的石灰石基質(zhì)，在石灰石基質(zhì)上再粒徑3-5mm，體積比為1:1的污泥生物炭和石灰石混合基質(zhì)，在所述的好氧區(qū)礫石層底部安裝進(jìn)水管；在所述的厭氧區(qū)污泥生物炭和石灰石組合基質(zhì)層頂部安裝出水管。
5.如權(quán)利要求1所述的一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)，其特征在于：所述污泥生物炭選擇生活污水處理廠的二沉池剩余污泥制備而成，來源廣泛，價格低廉，將用其制備的污泥生物炭再次用于污水處理中，可起到以廢治廢的目的。
6.如權(quán)利要求5所述的一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)，其特征在于：所述污泥生物炭的制備方法包括：污泥經(jīng)自然風(fēng)干后，在80℃條件下烘干6h，干化后磨碎至5-10mm，在500℃的炭化爐中炭化3h，炭化爐升溫速率為15℃·min-1，篩分獲得3-5mm粒徑、含水率小于5％的污泥生物炭。
7.如權(quán)利要求1所述的一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)，其特征在于：所述污泥生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)可為厭氧菌提供豐富的缺氧-厭氧環(huán)境，增加濕地中微生物群落的多樣性；其次，污泥生物炭的較大比表面積及多孔結(jié)構(gòu)可增對污染物的吸附作用，豐富的礦物質(zhì)和官能團也可以與污染物發(fā)生離子交換、沉淀及絡(luò)合作用。
8.如權(quán)利要求1所述的一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)，其特征在于：所述污泥生物炭可以緩釋有機碳源來彌補濕地反硝化過程中碳源不足等問題，為反硝化菌的生長提供能量，促進(jìn)反硝化脫氮過程的進(jìn)行。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于：為了解決上述提出的問題，提供一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)，所述低成本折流式高效脫氮除磷濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)包括：好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的折流式人工濕地，采用礫石基質(zhì)、沸石基質(zhì)、石灰石基質(zhì)以及體積配比為1:1的污泥生物炭與石灰石組合基質(zhì)形成濕地組合基質(zhì)系統(tǒng)；
所述沸石基質(zhì)填充于好氧區(qū)，利用沸石對氨氮、磷良好的吸附能力，結(jié)合微生物好氧硝化和聚磷菌好氧吸磷作用來去除氮磷；將石灰石基質(zhì)及污泥生物炭與石灰石組合基質(zhì)填充于缺氧區(qū)及厭氧區(qū)，利用石灰石和污泥生物炭緩釋有機碳源的能力，為反硝細(xì)菌提供碳源，強化脫氮效果，并通過污泥生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)、礦物質(zhì)和表面官能團的吸附、離子交換、沉淀和絡(luò)合等作用來強化氮磷的去除。
在一優(yōu)選的實施方式中，所述折流式人工濕地通過兩個折流板將傳統(tǒng)垂直流人工濕地分為三個區(qū)域，最前端區(qū)域池體底部加入曝氣盤，使其形成好氧區(qū)，中間區(qū)域和最末端區(qū)域依次為缺氧區(qū)和厭氧區(qū)。
在一優(yōu)選的實施方式中，所述組合基質(zhì)由礫石、沸石、石灰石和污泥生物炭組成，所述好氧區(qū)在填料柱底部填充粒徑20-40mm的礫石基質(zhì)，在礫石基質(zhì)上填充8-16mm的沸石基質(zhì)，在沸石基質(zhì)上再填充3-5mm的沸石基質(zhì)。
在一優(yōu)選的實施方式中，所述缺氧區(qū)和厭氧區(qū)在填料柱底部填充粒徑20-40mm的礫石基質(zhì)，在礫石基質(zhì)上填充6-13mm的石灰石基質(zhì)，在石灰石基質(zhì)上再粒徑3-5mm，體積比為1:1的污泥生物炭和石灰石混合基質(zhì)。在所述的好氧區(qū)礫石層底部安裝進(jìn)水管；在所述的厭氧區(qū)污泥生物炭和石灰石組合基質(zhì)層頂部安裝出水管。
在一優(yōu)選的實施方式中，所述污泥生物炭選擇生活污水處理廠的二沉池剩余污泥制備而成，來源廣泛，價格低廉，將用其制備的污泥生物炭再次用于污水處理中，可起到以廢治廢的目的。
在一優(yōu)選的實施方式中，所述污泥生物炭的制備方法包括：污泥經(jīng)自然風(fēng)干后，在80℃條件下烘干6h，干化后磨碎至5-10mm，在500℃的炭化爐中炭化3h，炭化爐升溫速率為15℃·min-1，篩分獲得3-5mm粒徑、含水率小于5％的污泥生物炭。
在一優(yōu)選的實施方式中，所述污泥生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)可為厭氧菌提供豐富的缺氧-厭氧環(huán)境，增加濕地中微生物群落的多樣性；其次，污泥生物炭的較大比表面積及多孔結(jié)構(gòu)可增對污染物的吸附作用，豐富的礦物質(zhì)和官能團也可以與污染物發(fā)生離子交換、沉淀及絡(luò)合作用。
在一優(yōu)選的實施方式中，所述污泥生物炭可以緩釋有機碳源來彌補濕地反硝化過程中碳源不足等問題，為反硝化菌的生長提供能量，促進(jìn)反硝化脫氮過程的進(jìn)行。
綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明中，采用的組合基質(zhì)為天然基質(zhì)和污泥廢棄物制備獲得，具有來源廣泛、價格低廉，無二次污染等優(yōu)勢，并起到以廢治廢的作用。
2、本發(fā)明中，將折流式人工濕地通過折流板，結(jié)合間歇性曝氣方式將人工濕地分為好氧-缺氧-厭氧三個區(qū)域，可提高濕地脫氮效果，節(jié)約能耗、減少投資，有效解決傳統(tǒng)濕地溶解氧不足、氨氮去除效果差以及曝氣濕地能耗高、投資大等問題。
3、本發(fā)明中，根據(jù)不同基質(zhì)的粒徑和功能，配合折流式人工濕地好氧-缺氧-厭氧區(qū)域，對礫石、沸石、石灰石和污泥生物炭基質(zhì)進(jìn)行合理的分區(qū)分層組合，通過好氧區(qū)中沸石基質(zhì)對氨氮的吸附作用及硝化菌對氨氮的降解來去除氨氮；通過缺氧區(qū)和厭氧區(qū)中石灰石和污泥生物炭為反硝化菌提供有機碳源，達(dá)到脫氮效果；通過污泥生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)、礦物質(zhì)和表面官能團的吸附、離子交換、沉淀和絡(luò)合等作用來強化氮磷的去除；四種基質(zhì)協(xié)同作用，通過自身的吸附凈化作用及其在人工濕地中形成的生物膜結(jié)構(gòu)，最大程度地提高了人工濕地的脫氮除磷效果。
（發(fā)明人：馬潔晨;汪軍;陳建;龔明杰;劉程;徐汝民;伍毅賢;楊明）
