一种强化处理低CN比污水的厌氧好氧人工湿地组合系统及方法与流程

一种强化处理低c/n比污水的厌氧/好氧人工湿地组合系统及方法
技术领域
1.本发明涉及一个低碳氮比污水同步脱碳氮除磷的厌氧/好氧人工湿地组合系统(hssf
‑
vssf)系统及方法。属于水污染控制领域。


背景技术：

2.传统生物脱氮除磷途径虽在污水处理过程中起到一定作用，但仍存在很多瓶颈。如：氨氮完全转化为硝态氮需消耗水中大量溶解氧，增加了曝气成本；低c/n比污水或高碳氮磷污水的处理，需依靠外加有机碳源提高污染物去除效率；好氧生物除磷过程增加了动力消耗且会产生大量的剩余污泥；整个处理工艺流程较长，占地面积大且投资成本高等。
3.近年来几种新型的生物脱氮除磷工艺虽低能耗、节省碳源，污泥产量少占地小，但对污水水质条件要求苛刻，处理设备构造和操作较复杂，投运成本依然很高，且系统生物持有量较低，运行不稳定，易受外界环境变化影响且系统中各功能微生物间易相互影响，污染物处理性能低下。而人工湿地作为上世纪70年代发展起来的新型污水处理工艺引起了广泛关注，逐渐发展成为新型实用技术。但其建设面积大、氮、磷去除负荷低等问题，且单级人工湿地系统已难以满足对于污水深度净化的需求。传统二级处理工艺因其能耗高、运行费用以及投资建设费用较大等缺点，因此，对传统的工艺流程进行改进以及新技术研究。微生物硝化/反硝化作用通常被认为是人工湿地脱氮的主要途径。鉴于此，在相关研究中，强化系统的硝化/反硝化作用一度被认为是提高人工湿地脱氮效果的最有效措施。人工湿地中硝化/反硝化作用的强化可通过调控系统中溶解氧(do)和有机碳源的浓度与分布来实现，进而可影响系统的脱氮性能。研究表明，人工湿地系统中do的浓度与分布主要可通过改进系统结构和运行方式、建立湿地组合系统、湿地植物优选等措施进行优化，而人工湿地系统中有机碳源的浓度与分布则主要可通过改善系统进水方式、填充反硝化填料和湿地植物优选等措施进行优化。
4.上述强化措施实施后的人工湿地系统对废水的脱氮效果仍不理想，而且此类强化措施的实施还会引起湿地系统建设运行费用的提高以及占地面积的增大。为此，研究者们都在尝试通过一定的技术手段和调控措施改变人工湿地中传统的微生物脱氮途径，进而缓解对人工湿地脱氮效果的制约。
5.随着节能减排和生态处理的理念不断深入人心，处理低c/n比污水，同步脱碳氮除磷的新型多级复合式人工湿地、实现运行稳定、高效低成本处理性能的污水处理系统，已成为污水脱碳氮除磷生态处理发展的必然途径。通过将不同类型的人工湿地系统复合，将各自优势处理性能串联，从而实现对污水的强化处理。


技术实现要素：

6.本发明由沉淀池、水平潜流人工湿地(hssf)、垂直潜流人工湿地(vssf)和回流池组成污水处理系统。水平潜流人工湿地(hssf)采用穿孔管布水，其前后端分别填充砾石作
为布水区和蓄水区。布水区、基质填料层和蓄水区之间设置导流板均匀布水，其后水平推流至湿地出水端。在水平潜流人工湿地(hssf)进水端设置回流管与回流池中的回流泵相连接。湿地当中种植芦苇等根系泌氧能力强的草本植物。垂直潜流人工湿地(vssf)用穿孔管表面均匀布水，出水利用出水水位调节管，可在垂直潜流人工湿地(vssf)的基质层中营造浸没区与非浸没区。回流池当中设置回流泵，可将垂直潜流人工湿地(vssf)的出水(硝化液)回流入水平潜流人工湿地(hssf)强化其反硝化的能力。回流比可由回流泵流量控制。污水和回流硝化液分别从沉淀池和回流池由计量泵泵入水平潜流人工湿地(hssf)。为了防止雨季时暴雨对系统的冲击，系统设置有溢流管，当暴雨导致水力负荷过大时，污水可直接从溢流管流走，以保护本污水处理系统免受冲击。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种强化处理低c/n比污水的厌氧/好氧人工湿地组合系统；包括依次排序的沉淀池、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和回流池；沉淀池设置有出水泵，回流池设置有回流泵。
9.所述的组合系统；在沉淀池、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和回流池上设置有溢流管。
10.所述的组合系统；水平潜流人工湿地长宽比为3:1～2:1，基质层自上而下为：河砂层、复合基质层、砾石层；在水平潜流人工湿地依次设置有通过进水管、布水区、导流板、蓄水区和出水管。
11.所述的组合系统；垂直潜流人工湿地高度应≥60cm，基质填料层分为三层，自上而下分别为：河砂层、多功能复合填料层、砾石层；垂直潜流人工湿地依次设置有布水管、基质层、蓄水区和水位调节管。
12.利用本发明的组合系统进行强化处理低c/n比污水的厌氧/好氧方法；沉淀池出水经出水管由出水泵泵入水平潜流人工湿地，在布水区均匀布水后导流至导流板进入基质层，通过出水管将蓄水区污水送至布水管均匀布水垂直潜流人工湿地；污水进入垂直潜流人工湿地之后污水经基质层于蓄水区利用水位控制阀流入回流池由回流泵泵入水平潜流人工湿地，进而进行反硝化作用。
13.所述回流泵控制出水回流液的出水速率，实现湿地中不同出水回流比。
14.当系统遭受暴雨冲击或水力负荷较大时，沉淀池、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和回流池均可利用各自的溢流管降低系统抗冲击能力。
15.该设备在运行过程中，进水泵将沉淀池中的底物(低碳氮比污水或者高碳氮磷污水)泵入水平潜流人工湿地(hssf)的进水口，水平推流经基质层后出水进入垂直潜流人工湿地(vssf)，利用出水水位调节管出水进入回流池，回流泵将出水回流至水平潜流人工湿地(hssf)。在设备运行过程中，一些污染物指标如cod、bod、nh
4
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n、no3‑
‑
n、no2‑
‑
n、po
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p、tn和tp等参数可反映本发明对污水的处理效果和运行状态，通过监测可从宏观判断系统对污染去除情况及随控制条件的变化情况。nh
4
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n、no3‑
‑
n、no2‑
‑
n、tn和n2o可反映垂直潜流人工湿地(vssf)当中氮素的去除能力和迁移转化路径。
16.本发明中污水依次流经水平潜流和垂直潜流人工湿地，出水回流到水平潜流人工湿地，通过出水水位调节和利用溶解氧(do)梯度在垂直潜流人工湿地中实现好氧氨氧化菌(aob)、亚硝酸盐氧化菌(nob)和厌氧氨氧化菌(anammox)耦合，以提高复合湿地系统对低c/
n比污水的脱氮效率。系统中填充碎砖块和沸石等比表面积大，孔隙发达，吸附能力好的填料，大大提高系统的生物持有量，保证较高磷氮素去除效率。该设备具有结构简单、高效低成本、易操作，能实现同步脱碳氮除磷等优点，出水回用提高系统处理性能。
附图说明
17.图1本发明的平面图。
18.图2本发明的截面图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，如图1、2所示：包括沉淀池1、出水泵2、水平潜流人工湿地(hssf)3、垂直潜流人工湿地(vssf)4、回流池5、回流泵6、溢流管7、多孔水样采集管。
20.本发明的一种强化处理低c/n比污水的厌氧/好氧人工湿地组合系统；包括依次排序的沉淀池1、水平潜流人工湿地(hssf)3、垂直潜流人工湿地(vssf)4和回流池5；沉淀池1设置有出水泵2，回流池5设置有回流泵6。在沉淀池1、水平潜流人工湿地(hssf)3、垂直潜流人工湿地(vssf)4和回流池5上设置有溢流管7。水平潜流人工湿地(hssf)长宽比为3:1～2:1，基质层自上而下为：河砂层、复合基质层、砾石层；在水平潜流人工湿地依次设置有通过进水管3
‑
1、布水区3
‑
2、导流板3
‑
3、蓄水区3
‑
5和出水管3
‑
6。垂直潜流人工湿地(vssf)高度应≥60cm，基质填料层分为三层，自上而下分别为：河砂层、多功能复合填料层、砾石层；垂直潜流人工湿地依次设置有布水管4
‑
1、基质层4
‑
2、蓄水区4
‑
3和水位调节管4
‑
4；根据采集水样需要的位置设定多孔水样采集管8，可采集水样用于进行水质检测。
21.利用权利要求1所述的组合系统进行强化处理低c/n比污水的厌氧/好氧方法；沉淀池(1)出水经出水管(1
‑
1)由出水泵(2)泵入水平潜流人工湿地(hssf)(3)，在布水区(3
‑
2)均匀布水后导流至导流板(3
‑
3)进入基质层(3
‑
4)，通过出水管(3
‑
6)将蓄水区(3
‑
5)污水送至布水管(4
‑
1)均匀布水垂直潜流人工湿地(vssf)(4)；污水进入垂直潜流人工湿地(vssf)(4)之后污水经基质层(4
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2)于蓄水区(4
‑
3)利用水位控制阀(4
‑
4)流入回流池(5)由回流泵(6)泵入水平潜流人工湿地(hssf)(3)，进而进行反硝化作用。
22.回流泵(6)控制出水回流液的出水速率，实现湿地中不同出水回流比。
23.当系统遭受暴雨冲击或水力负荷较大时，沉淀池(1)、水平潜流人工湿地(hssf)(3)、垂直潜流人工湿地(vssf)(4)和回流池(5)均可利用各自的溢流管(7)降低系统抗冲击能力。
24.水平潜流人工湿地(hssf)3复合基质层(混合沸石颗粒、碎砖块)、砾石层。复合基质层3
‑
4(碎砖块)和4
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2(沸石颗粒)，上层填料3
‑
4铺设碎砖块、下层填料4
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2铺设沸石颗粒。保证了较高的磷氮素去除率，且所选用基质比表面积较大，有利于微生物生长附着，大大提高了系统的微生物群落丰度。通过进水管3
‑
1均匀布水至布水区3
‑
2，再经导流板3
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3导流之后均匀布水进入基质层3
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4。在蓄水区3
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5通过出水管3
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6进入垂直潜流人工湿地(vssf)4。
25.垂直潜流人工湿地(vssf)高度应≥60cm，基质填料层分为三层，自上而下分别为：河砂层(混合红壤和腐殖土)、多功能复合填料层(混合沸石颗粒、碎砖块)、砾石层。其表面布水管4
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1均匀布水流经基质层4
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2之后于蓄水区4
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3通过出水水位调节管4
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4调节水位进
入回流池5，可在垂直潜流人工湿地(vssf)4中的填料层4
‑
2中创造非饱和层和饱和层，从而实现好氧氨氧化菌(aob)、亚硝酸盐氧化菌(nob)和厌氧氨氧化菌(anammox)三种功能微生物的有效协同，丰富系统当中氮素脱除的途径，大大提高本发明的氨氮去除效率。
26.回流液通过回流管3
‑
7由回流泵6泵出出水回流至水平潜流人工湿地(hssf)3进行反硝化作用。回流泵6可调节回流液量，控制系统不同的回流比，优化水平潜流人工湿地(hssf)3的反硝化能力，并充分利用进水当中的有机碳源，进一步保证本发明较高的脱氮效率。
27.本实施方式增加有溢流管7，当系统遭受暴雨冲击或水力负荷较大时，沉淀池1、水平潜流人工湿地(hssf)3、垂直潜流人工湿地(vssf)4和回流池5均可利用各自的溢流管7降低系统受冲击程度，保证本发明的有效运行。
28.本发明与现有技术相比具有以下优点：
29.1.氮素去除率高，运行成本低，无需外加碳源。本发明在运行过程中，水平潜流人工湿地(hssf)进水当中的有机碳源进行反硝化作用，充分利用进水中的有机碳源。系统中的出水水位调节管将湿地分为浸没区和非浸没区，氨氮因湿地当中溶解氧浓度(do)的差异，部分氨氮分别转化为硝酸盐和亚硝酸盐，此时，好氧氨氧化菌(aob)、亚硝酸盐氧化菌(nob)和厌氧氨氧化菌(anammox)通过协同作用将大部分的氨氮氧化去除。因此，本发明可将有机碳源的消耗量降到较低的水平，且实现了三种功能微生物的有效协同，大大增强了氨氮的脱除效率，且无需人工曝气，大大减少了运行费用。
30.2.磷素去除率高，微生物群落丰度高。本发明在hssf
‑
vssf系统中设复合基质层(沸石颗粒、碎砖块)，这些基质填料层当中分别含有较高的al、fe和ca元素，有利于污水当中磷素的吸附沉淀去除，且基质比表面积均较大，有利于微生物生长附着，提高了本发明微生物群落丰度高，沸石和废砖块的表面微结构更有利于生物膜的生长,废砖块含有一定量的fe,致使其在系统运行时可释放一定量的fe3 /fe2 于间隙水中。适当浓度的fe2 或fe3 均可刺激并增强anammox菌的活性，从而提高了本发明对污水的处理性能。
31.本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。