CN104512967B - 协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置及净水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置及净水方法。所述装置由湿地生态型曝气池、布水系统、活性污泥好氧区和湿地生态净水区构成，湿地生态型曝气池的底部设置有布水系统，活性污泥好氧区位于湿地生态型曝气池下部，湿地生态净水区悬壁安装在湿地生态型曝气池顶部；所述净水方法为：污水经湿地生态型曝气池底部进入布水系统，均匀布水后依次进入活性污泥好氧区和湿地生态净化区，在活性污泥好氧区、湿地生态净水区内经过充分厌氧、兼氧、好氧净化后达标排放。本发明将生态湿地与曝气池结合，构造成湿地生态型曝气池，在有效净化水质的同时，可以同步脱总氮除磷，提高氮磷的去除效率，实现协同强化脱氮除磷和污水中的资源回收。

Description

协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置及净水方法

技术领域

本发明属于污水生态处理领域，涉及一种由生物曝气池和人工湿地立体组合而成的生态型曝气池及利用其进行处理污水的方法。

背景技术

曝气池：活性污泥法污水处理技术的核心构筑物，它遵循生物化学原理，利用悬浮生长的活性污泥絮体中的丰富的好氧、兼养微生物菌群在有氧的条件下，吸附、吸收、降解水体中的有机污染物、氮、磷等，实现水质净化。活性污泥法是污水处理的最传统的工艺，具有技术成熟，可靠，有机物净化效果好的优点，是国内外城市生活污水处理的首选技术，曝气池是污水处理厂的最重要的构筑物之一。

人工湿地生态污水处理原理：人工湿地生态污染治理技术主要是利用湿地基质、微生物以及植物这个复合生态系统对污水进行物理、化学和生物三重作用，通过湿地基质过滤、吸附、湿地植物吸收分解以及湿地微生物降解来实现污水净化的方法。植物根系菌群以及湿地基质中的微生物将水体中大颗粒、大分子的有机污染物分解成为小颗粒和离子态的小分子被植物同化吸收，成为植物生长的营养物质，促进植物生长的同时净化水质，实现生态净化水质。

将生态湿地与曝气池结合，在曝气池的顶部悬挂多组湿地模块，构造成湿地生态型曝气池，协同强化脱氮除磷，提高出水水质，降低运行成本。

目前公知的曝气池为简单的矩形顶部开口池体，前端进水，后端出水，底部曝气充氧。目前公知的曝气池存在以下问题：

1、虽然结构简单，但是由于在该池中运行的好氧活性污泥工艺的主要菌群为好氧菌，主要支持好氧生物净化工艺过程，好氧降解有机物COD，好氧硝化脱氨氮，聚磷菌好氧噬磷，但是由于脱总氮需要反硝化配合，需要缺氧环境，而好氧噬磷也需要厌氧释磷配合。没有厌氧池的配合，没有有效的缺氧条件单一的好氧环境，脱氮除磷效果差，很难达到城市污水处理厂污水排放1A的标准。因此必须增加配合池体，或者增加化学除磷。

2、传统的活性污泥工艺运行过程中出现最多的问题就是污泥膨胀，污泥膨胀的问题出现往往是由于进水水质波动，污水中的有机物、氮、磷比不配合，或者溶解氧不满足生化工艺的需求，而造成的污泥膨胀，这是由于好氧工艺本身菌群结构单一，抗冲击负荷、自调节能力差，一旦水质或溶解氧出现波动就会出现污泥膨胀，影响污水厂运行的稳定性。

3、传统的曝气池，一般为上开口设计，溶解氧以微小气泡的形式从底部上升，被活性污泥吸附，被好氧菌吸收利用，到达顶部释放进入大气，这种形式的池体结构，导致溶解氧的浪费严重，曝气能耗成为污水处理成运行成本的最大构成。

4、对于北方地区而言，敞口的曝气池，冬季散热快，导致水池温度低，不利于生化工艺的进行，但是如果加盖保温，增加建设成本，不利于设备检修。

发明内容

针对公知曝气池存在的问题，本发明提供了一种协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置及净水方法。本发明提出的协同生态型污水处理装置的主体为曝气池，在上开口的位置悬放潜流型人工湿地模块，形成湿地生态型曝气池，实现协同强化脱氮除磷，优化菌群结构，提供多菌群复合多结构形式，提高抗冲击负荷的能力，提高溶解氧的利用效率，在冬季还具有保温的作用，确保任何温度下出水水质达标。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种协同强化脱氮除磷生态型曝气池污水处理装置，包括湿地生态型曝气池、布水系统、活性污泥好氧区和湿地生态净水区，其中：湿地生态型曝气池的底部设置有布水系统，活性污泥好氧区位于湿地生态型曝气池下部，湿地生态净水区悬壁安装在湿地生态型曝气池顶部；所述活性污泥好氧区内设置有均匀布置的曝气头和曝气送风管，曝气头与曝气送风管相连；所述湿地生态净水区由湿地底板、湿地砾石基质层、湿地混合基质层、湿地砾石保护基质层、湿地壁面和湿地植物构成，湿地底板和湿地壁面构成湿地槽体，湿地底板之上依次为湿地砾石基质层、湿地混合基质层和湿地砾石保护基质层，湿地槽体内水培湿地植物。

利用上述装置进行净水的具体过程为：

污水经湿地生态型曝气池底部进入布水系统，均匀布水后依次进入活性污泥好氧区和湿地生态净化区，在活性污泥好氧区、湿地生态净水区内经过充分厌氧、兼氧、好氧净化后达标排放。

本发明具有如下优点：

1、将生态湿地与曝气池结合，构造成湿地生态型曝气池，在有效净化水质的同时，可以同步脱总氮除磷，提高氮磷的去除效率，实现协同强化脱氮除磷和污水中的资源回收；

2、抗冲击负荷，有效抑制污泥膨胀；

3、基质中生物碳具有丰富的比表面积，对溶解氧具有很好的吸附性能，提高溶解氧的利用率；

4、保温效果好，确保冬季运行；

5、安装灵活，有利维修；

6、能够实现从好氧到湿地基质微生态到湿地植物的多形态菌群分层组合的复合生态运行模式，是其他公知曝气生化池所不具备的；

7、结构简单，生物生态协同处理污水，脱氮除磷效果好，景观效果好，不需要增加建设额外的池体，不需要增加占地和投入较大的建设成本，充分满足国家对污水处理厂提标改造的要求，是下一阶段污水处理厂提标改造的首选技术。

附图说明

图1为生态型曝气池立面布置图；

图2为图1的1-1剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1-2所示，本发明提供的协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置主要由湿地生态型曝气池1、布水系统2、活性污泥好氧区3和湿地生态净水区4构成。它具有从好氧菌到湿地基质微生态系统及湿地植物多菌种分层组合，多生态组合的运行模式能够在处理污水的同时强化脱氮除磷，并能够把部分氮磷吸收进入植物体达到资源回收的目的。

所述湿地生态型曝气池1为矩形池体，底部设置有进水口，顶部设置有出水口6，采用顶位排水。

所述布水系统2由位于湿地生态型曝气池底部的进水管2-1和与之垂直相连的多组平行布水管2-2组成，可实现进水均匀。进水管2-1与进水口相连通并于湿地生态型曝气池1底部紧贴底板穿入，污水由进水管2-1进入池内经平行布水管2-2排入池体底部，形成由下向上的水力升流。湿地生态型曝气池1根据污水处理的水量及水力停留时间进行尺寸设计。

所述活性污泥好氧区3位于湿地生态型曝气池1下部，该区域为传统的活性污泥工艺。活性污泥好氧区3内设置有均匀布置的曝气头3-1和曝气送风管3-2，曝气头3-1与曝气送风管3-2相连，为曝气池提供溶解氧，确保好氧区的溶解浓度在3mg/L，形成好氧生化，有利于有机物降解。活性污泥好氧区3根据进水水质设计停留时间及区域尺寸，污水在好氧区进行好氧生化，实现污水的净化作用。

所述湿地生态净水区4为悬壁安装的模块化湿地槽体，位于湿地生态型曝气池1的顶部，根据脱氮除磷需要可以布满整个曝气池也可以部分放置。湿地生态净水区由湿地底板4-2、湿地砾石基质层4-3、湿地混合基质层4-4、湿地砾石保护基质层4-5、湿地壁面4-6和湿地植物5构成。湿地槽体为2m×2m的方形结构，通过槽钢4-1固定在湿地生态型曝气池1的壁面上，实现悬壁安装。该湿地槽体的安装不需要改变原曝气池的结构和尺寸。湿地底板4-2为不锈钢网结构，网孔孔径为3mm，厚度为5mm，起到支撑湿地基质的作用，保证污水能够进入湿地基质层；湿地壁面4-6为由PVC板围成的四框，高度大于湿地砾石保护基质层4-5 5mm；湿地砾石基质层4-3位于湿地底板4-2之上，厚度不小于10cm，砾石的粒径为3-5mm，具有布水均质、支持上层湿地混合基质层4-4保护根系的作用；湿地混合基质层4-4位于湿地砾石基质层4-3之上，厚度不小于30cm，由粒径为1-2mm的麦秸生物碳与粒径为1-2mm的沙壤土1:1（体积比）混合而成，该基质层具有重量轻、吸附性能好的优点；湿地砾石保护基质层4-5位于湿地混合基质层4-4之上，厚度不小于10cm，砾石的粒径为3-5mm，起到保护湿地混合基质层4-4，防止湿地混合基质层4-4小颗粒流失的作用；湿地槽体内水培根系发达、耐污、景观效果好的美人蕉等湿地植物5。

本发明的湿地生态净水区除具有公知潜流湿地的净水特点外，它的结构采用两层大颗粒的砾石层夹一层麦秆生物碳混合沙壤土的高效吸附基质层，这一结构特点即能够保证污水由底部进入顶部流出的升流式潜流湿地的水力流态要求，又能利用基质中麦秸生物碳丰富的比表面积的优良吸附效能，有效吸附溶解氧、有机物、硝酸盐氮和磷等，为湿地植物提供营养物质。同时顶层砾石层的保护作用，防止小颗粒的基质流失。这样的三明治结构是公知湿地所不具备的。同时这样的基质结构也能够充分发挥麦秆生物碳吸附，碳表面生物膜生化、根系菌群生化等多重功效，实现分解有机物，吸收氮磷，净化水质。

利用上述装置进行净水的具体过程为：

污水经过格栅、沉淀等预处理后，经污水提升泵从湿地生态型曝气池底部进入布水系统，均匀布水后进入活性污泥好氧区，在活性污泥区进行好氧生化处理，使80%有机质得到降解，40%氨氮转化为硝酸盐氮，部分降解磷。污水上升进入湿地生态净化区，首先通过大颗粒的砾石区均质布水，在湿地内通过湿地基质的吸附，尤其是生物碳的高效吸附，湿地基质中微生物的好氧、兼氧、厌氧生化充分降解有机物，并实现同步反硝化，同时由于麦秆生物碳具有较高的比表面积能有效吸附污水中的有机物，硝酸盐，磷酸盐，同时麦秆生物碳中K离子的含量高，能够为微生物和湿地植物提供丰富的矿物质盐。污水经过湿地生态系统的充分净化后，由位于顶部的出水口排出。污水分别在活性污泥好氧区、湿地生态净水区内经过多菌种、多生态形式充分厌氧、兼氧、好氧净化后达标排放。

Claims (9)

1.一种协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置，其特征在于所述装置由湿地生态型曝气池、布水系统、活性污泥好氧区和湿地生态净水区构成，其中：湿地生态型曝气池的底部设置有布水系统，活性污泥好氧区位于湿地生态型曝气池下部，湿地生态净水区悬壁安装在湿地生态型曝气池顶部；所述湿地生态净水区由湿地底板、湿地砾石基质层、湿地混合基质层、湿地砾石保护基质层、湿地壁面和湿地植物构成，湿地底板和湿地壁面构成湿地槽体，湿地底板之上依次为湿地砾石基质层、湿地混合基质层和湿地砾石保护基质层，湿地槽体内水培湿地植物，所述湿地混合基质层由麦秸生物碳与沙壤土混合而成。

2.根据权利要求1所述的协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置，其特征在于所述湿地生态型曝气池为矩形池体，采用顶位排水。

3.根据权利要求1或2所述的协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置，其特征在于所述布水系统由位于湿地生态型曝气池底部的进水管和与之垂直相连的多组平行布水管组成。

4.根据权利要求1所述的协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置，其特征在于所述活性污泥好氧区内设置有曝气头和曝气送风管，曝气头与曝气送风管相连。

5.根据权利要求1所述的协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置，其特征在于所述湿地底板为不锈钢网结构，湿地壁面为由PVC板围成的四框。

6.根据权利要求1所述的协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置，其特征在于所述湿地砾石基质层厚度不小于10cm，湿地混合基质层厚度不小于30cm，湿地砾石保护基质层厚度不小于10cm。

7.根据权利要求1所述的协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置，其特征在于所述麦秸生物碳与沙壤土的粒径为1-2mm，其混合体积比为1:1。

8.根据权利要求1所述的协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置，其特征在于所述湿地植物为美人蕉。

9.一种利用权利要求1所述的协同强化脱氮除磷生态型污水处理装置进行净水的方法，其特征在于所述净水方法具体过程为：污水经湿地生态型曝气池底部进入布水系统，均匀布水后依次进入活性污泥好氧区和湿地生态净化区，在活性污泥好氧区、湿地生态净水区内经过充分厌氧、兼氧、好氧净化后达标排放。