CN111908612A - 一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,包括由上至下顺序排列的种植区、填料区、阳极区、反硝化区及出水区,所述反硝化区设置有不锈钢网,设计科学合理,通过人工湿地上部好氧,下部厌氧的特点,为微生物提供反硝化所需要的厌氧条件,且利用不锈钢网增加微生物与污水的接触面积及电子传递效率,外接电路为微生物反硝化反应提供电子并利用阳极区降低污水的COD含量,实现对碳源含量较低城市污水的脱氮处理。

Description

一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统
技术领域
本发明涉及一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,属于城市污染水体净化技术领域。
背景技术
目前,污水脱氮技术以生物法和化学沉淀法为主,但是这些技术在实际运行过程会产生大量难以处理的污泥,而且常规的反硝化过程所使用到的反硝化细菌为兼性异养菌,需要提供有机物作为电子供体,同时水体中的硝酸根、亚硝酸根作为电子受体还原成N2,使N得以去除。因此反硝化过程需要添加碳源。
现有技术中为反硝化细菌所利用的碳源主要分为以下三类:
一、原污水中所含的碳源:对于城市污水,生活污水作为其主要成分,当原污水BOD5/TKN>3~5时,认为碳源充足。随着经济的发展,人们的饮食结构、生活水平等发生了很大的变化,对肉禽类等蛋白质的摄入增多导致生活污水中氮素含量显著增加,并且目前很多城市内部设置化粪池,致使生活污水中的有机物在进入污水处理厂之前被消耗,降低了进水中的有机物含量,该两点导致了生活污水中C/N较低,即通常所说的碳源不足;
二、外加碳源:污水处理厂常用的外加碳源有甲醇、乙酸钠和葡萄糖等。甲醇由于其分子小易被微生物代谢,反硝化速率高是非常理想的碳源,但是因其高毒性、易燃易爆、运输安全及成本等问题限制了其广泛应用。醋酸钠作为碳源,反硝化速率较快,目前市场使用最为广泛,但成本高仍是其限制条件。并且葡萄糖作为碳源,反硝化速率相对乙酸钠和甲醇较慢,以上几点限制了外加碳源的相关使用。
三、利用微生物组织进行内源反硝化,但反应效率较低,在实际使用中并不可取。
人工湿地是通过人为的设计和建造模拟的自然湿地,是利用基质、植物和微生物三者间物理、化学和生物三重协调作用进行脱氮,为了提高人工湿地脱氮效率,有研究者提出通过增加有机碳源这一措施来加强反硝化作用,虽然能够取得一定效果,但是添加有机碳源使得人工湿地的成本大大增加。因此对于碳源较少的城市污水来说,如何研究一种城市污水脱氮处理工艺,具有工艺简单,处理效果好,同时能耗与运行费用较低,满足使用寿命较长,维修方便,是目前急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有背景技术中的不足,提供一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,设计为微生物提供反硝化所需要的厌氧条件,具有脱氮处理操作简单且效果好的特点。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,包括由上至下顺序排列的种植区2、填料区4、阳极区5、反硝化区6及出水区8,所述反硝化区6设置有不锈钢网7,所述反硝化区6作阴极,与阳极区5、外加电阻连接构成闭合电路,为微生物反硝化反应提供电子,并利用阳极区降低污水的COD含量,所述外加电阻也可以是照明设备、小型电机等设备。
进一步的,所述种植区2种植挺水植物3。
进一步的,所述挺水植物3包括芦苇、菖蒲及美人蕉中的任意一种或多种。
进一步的,所述填料区4填充沸石、陶粒及火山岩中的任意一种或多种。
进一步的,所述阳极区5的填充材料包括石墨毡。
进一步的,所述反硝化区6的填料包括石墨颗粒。
进一步的,所述种植区2还包括有与泵相连的进水管1。
进一步的,所述进水管内部填充有滤网。
进一步的,所述不锈钢网7水平等间隔设置在反硝化区6内部,与电路连接。
进一步的,所述出水区8的出水端与出水管9连接。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:
1.本发明设计科学合理,通过人工湿地上部好氧,下部厌氧的特点,为微生物提供反硝化所需要的厌氧条件;
2.本发明以反硝化区作阴极,与阳极区连接外加电阻,为微生物反硝化反应提供电子并利用阳极区降低污水的COD含量,实现对碳源含量较低的城市污水的脱氮处理;
3.在反硝化区设置多个不锈钢网,增加微生物与污水的接触面积以及提高电子传递效率。
附图说明
图1是本发明实施例一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统结构示意图;
图中:1、进水管;2、种植区;3、挺水植物;4、填料区;5、阳极区;6、反硝化区;7、不锈钢网;8、出水区;9、出水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示,为本发明实施例一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统结构示意图,该系统包括种植区2、填料区4、阳极区5、反硝化区6以及出水区8,所述种植区2、填料区4、阳极区5、反硝化区6、出水区8按照由上至下顺序竖直排列,所述反硝化区6水平等间隔设置不锈钢网7,其中以石墨颗粒作填料。
一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其工作过程具体为:通过外加水泵将城市污水从进水口1注入,污水中的悬浮物通过进水管1中内部填充的滤网,进行筛滤去除;过滤后的污水依次通过人工湿地所形成的上部好氧,下部厌氧的环境中,使污水先在种植区2内完成污水的氨化处理,后经过填料区4完成污水的硝化处理;反硝化区6能够为微生物提供反硝化所需要的厌氧环境,通过外加电阻使得污水经过阳极区5后COD含量降低,在反硝化区6设置多个不锈钢网7,增加微生物与污水的接触面积以及传递电子。
一般的反硝化反应是NO3-得到电子还原成N2,以甲醇做碳源为例,反硝化过程就是:6NO3- + 5CH3OH →3N2+5CO2 + 6OH-,CH3OH提供电子,NO3- 接受电子,本发明通过以反硝化区6作阴极,将其与阳极区5外接电路,为微生物反硝化反应提供电子并利用阳极区降低污水的COD含量,实现对碳源含量较低的城市污水的脱氮处理。利用不锈钢网7为微生物反硝化反应提供电子,实现对碳源含量较低的城市污水的脱氮处理。
本发明一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合电化学反硝化系统,利用人工湿地,通过人为的设计和建造模拟的自然湿地,是由植物、基质、微生物和水体组成的一种生态系统,实现脱氮的氨化、硝化、反硝化过程,具有效率高、运行费用低及方便维护的优点。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,包括由上至下顺序排列的种植区(2)、填料区(4)、阳极区(5)、反硝化区(6)及出水区(8),所述反硝化区(6)内部设置有不锈钢网(7),所述反硝化区(6)作阴极,与阳极区(5)、外加电阻连接构成闭合电路,为微生物反硝化反应提供电子。
2.根据权利要求1所述的一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,所述种植区(2)种植挺水植物(3)。
3.根据权利要求2所述的一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,所述挺水植物(3)包括芦苇、菖蒲及美人蕉中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,所述填料区(4)填充沸石、陶粒及火山岩中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,所述阳极区(5)的填充材料包括石墨毡。
6.根据权利要求1所述的一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,所述反硝化区(6)的填料包括石墨颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,所述种植区(2)还包括有与泵相连的进水管(1)。
8.根据权利要求7所述的一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,所述进水管内部填充有滤网。
9.根据权利要求1所述的一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,所述不锈钢网(7)水平等间隔设置在反硝化区(6)内部,与闭合电路连接。
10.根据权利要求1所述的一种用于城市污水脱氮的人工湿地耦合系统,其特征在于,所述出水区(8)的出水端与出水管(9)连接。
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