CN114590900A - 一种节能高效脱氮型潜流湿地工艺 - Google Patents

一种节能高效脱氮型潜流湿地工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种节能高效脱氮型潜流湿地工艺，包括：(1)、原城市生活污水进入第一潜流湿地内后，污水中有机物先被水生植物吸收利用，然后调整第一潜流湿地内曝气时间和溶解氧控制硝化过程，使出水中氨态氮与亚硝酸盐氮维持在1:1.2‑1.3之间；(2)、步骤(1)出水进入第二潜流湿地，在第二潜流湿地内上层利用第二填料层实现氮的去除，下层利用第三填料层对未完全生化去除的氨态氮及其他污染物进行深度净化处理；(3)、步骤(2)出水用作市政杂用水、娱乐景观用水或农业灌溉及其他。城市生活污水流入第一潜流湿地后，湿地内水生植物生长吸附去除部分COD，同时实现部分短程硝化；污水流入第二潜流湿地，利用湿地内厌氧氨氧化菌实现脱氮目标。

Description

一种节能高效脱氮型潜流湿地工艺
技术领域
本发明属于城市污水处理领域，具体涉及一种节能高效脱氮型潜流湿地工艺。
背景技术
人工湿地技术是通过模拟自然湿地的结构和功能，人为地将低污染水投配到由填料(含土壤)与水生植物、动物和微生物构成的独特生态系统中，通过物理、化学和生物等协同作用使水质得以改善的工程。或利用河滩地、洼地和绿化用地等，通过优化集布水等强化措施改造的近自然系统，实现水质净化功能提升和生态提质。人工湿地按照填料和水的位置关系，分为表面流人工湿地和潜流人工湿地，潜流人工湿地按照水流方向，分为水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。
潜流人工湿地作为一种投资经济性高、运维便捷性高、污染物去除效率高的工艺，越来越多的应用于污水处理中，尤其是提标改造工程。其去除污染物主要是利用填料的吸附作用、微生物的代谢作用及水生植物根系的阻截吸附与代谢吸收作用，可有效降低污水中的COD、N和P等污染物。
湿地对污染物的高效去除与湿地内的填料紧密相关。湿地内填料为微生物提供生长附着的场所，保证微生物的正常发育繁殖，微生物吸附在其表面形成生物膜，使得系统内微生物维持在较高浓度水平，从而高效降低污水中污染物。
城市生活污水碳氮比低，传统的硝化反硝化生化脱氮过程无法满足排放标准，而20世纪90年代发现的厌氧氨氧化工艺无需有机碳源，是目前最经济高效的污水脱氮技术，然而至今未在城市生活污水中规模化应用，其长期面临的瓶颈问题为反应基质亚硝酸盐氮难以稳定获取。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种节能高效脱氮型潜流湿地工艺，选取锌、铁含量高的矿渣、钢渣作为填料，再结合溶解氧和曝气控制，可有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)，为后续厌氧氨氧化提供稳定的亚硝酸盐氮基质，同时前段水生植物吸收COD后，也有利于后段厌氧氨氧化菌的生长。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种节能高效脱氮型潜流湿地工艺，采用节能高效脱氮型潜流湿地系统，所述节能高效脱氮型潜流湿地系统包括通过第一出水管依次连接的第一潜流湿地和第二潜流湿地，所述第一潜流湿地下部设置有第一承托层，第一承托层上设置有第一填料层，第一填料层上端设置有水生植物；
位于第一承托层下方在第一潜流湿地内设置有曝气装置，位于第一承托层下方在第一潜流湿地内还设置有用以监测溶解氧和pH的第一探头以及用以监测氨态氮和亚硝酸盐氮的第二探头；
所述第二潜流湿地下部设置有第二承托层，第二承托层上端从下至上依次设置有第三填料层和第二填料层；所述第一填料层为粒径在15-35mm的矿渣、钢渣中一种或其等比例混合；所述第二填料层为厌氧氨氧化生物膜；所述第三填料层为粒径在15-25mm的活性炭、陶粒中一种或其等比例混合；具体步骤如下：
(1)、城市生活污水经进水管流入第一潜流湿地后，污水中有机物优先被水生植物吸收利用，接着利用第一填料层上微生物实现部分短程硝化；
当溶解氧大于3.5mg/L时关闭曝气装置，当溶解氧小于2.5mg/L时开启曝气装置，保证溶解氧控制在2.5-3.5mg/L之间，pH控制在7-8之间；控制第一潜流湿地出水氨态氮与亚硝酸盐氮比例维持在1:1.2-1.3之间；
(2)、步骤(1)出水进入第二潜流湿地，在第二潜流湿地内上层利用第二填料层实现氮的去除，下层利用第三填料层对未完全生化去除的氨态氮及其他污染物进行深度净化处理；
(3)、步骤(2)出水用作市政杂用水、娱乐景观用水或农业灌溉及其他。
可选的，所述第一潜流湿地的最上端高于第二潜流湿地最上端。
可选的，位于所述第二填料层上方在第二潜流湿地内设置有布水干管，若干个布水支管与布水干管同层，且垂直于布水干管并与布水干管连接，其上开有小孔。
可选的，所述进水管位于第一填料层上方并与所述第一潜流湿地连通，第二出水管位于第二承托层下方并与所述第二潜流湿地连通。
可选的，所述第一探头、第二探头通过线路与外部的监测系统连接；所述曝气装置通过线路与外部的曝气控制系统连接。
优选的，所述第一承托层和第二承托层分别固定于第一潜流湿地和第二潜流湿地的池壁预留卡槽内。
优选的，所述第一承托层和第二承托层均为透水钢板，钢板上开有直径5mm的网孔，开孔率为60％。
优选的，所述水生植物为菖蒲、水葱、黄花鸢尾中一种或其等比例混合。
本发明关键点在于：利用锌、铁等填料抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)，同时控制溶解氧(Do)和出水氨氮和亚硝酸盐氮，实现部分短程硝化，为后续厌氧氨氧化提供反应基质。其中，溶解氧(Do)来源，部分由曝气装置提供、部分由水生植物提供，可节省能耗。脱氮途径为短程硝化厌氧氨氧化，能耗低，效率高。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.利用锌、铁含量较高的矿渣、钢渣作为潜流湿地内填料，再结合溶解氧和曝气控制，可有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)，使填料上生物膜中氨氧化菌(AOB)成为优势菌，为后续厌氧氨氧化提供稳定的亚硝酸盐氮基质。
2.部分短程硝化较全短程硝化对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制更彻底，使得亚硝酸盐氮来源更加稳定，有利于系统稳定。
3.第一潜流湿地内水生植物一方面可提供部分氧气，节约曝气能耗，另一方面可吸收进水中COD，降低COD对第二潜流湿地内厌氧氨氧化菌的副作用。
4.将潜流湿地分成两部分，可有效降低和避免填料堵塞频率及风险。
5.第二潜流湿地中第三填料层的设置可深度净化前端未被完全生化处理的污染物，保证出水稳定达标。
附图说明
图1为本发明一种节能高效脱氮型潜流湿地系统图；
图中：1-第一潜流湿地；101-进水管；102-水生植物；103-第一填料层；104-第一承托层；105-曝气控制系统；106-曝气装置；107-监测系统；108-第一探头；109-第二探头；110-第一出水管；
2-第二潜流湿地；201-布水干管；202-布水支管；203-第二填料层；204-第三填料层；205-第二承托层；206-第二出水管。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例来详细说明本发明，其中具体实施例及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
一种节能高效脱氮型潜流湿地工艺，参看图1，采用节能高效脱氮型潜流湿地系统，该节能高效脱氮型潜流湿地系统包括通过第一出水管110依次连接的第一潜流湿地1和第二潜流湿地2，第一潜流湿地1的最上端高于第二潜流湿地2最上端，第一潜流湿地1的最下端高于第二潜流湿地2最下端。
第一潜流湿地1下部设置有第一承托层104，第一承托层104上设置有第一填料层103，第一填料层103上设置有水生植物102；第二潜流湿地2下部设置有第二承托层205，第二承托层205上端从下至上依次设置有第三填料层204和第二填料层203。
第一潜流湿地1主要功能为去除污水中COD和实现部分短程硝化作用，即控制出水氨态氮与亚硝酸盐氮维持在1:1.2-1.3之间，其中：
第一承托层104固定于第一潜流湿地1的池壁预留卡槽内，为透水钢板，钢板上开有直径5mm的网孔，开孔率为60％；
水生植物102选取对COD去除能力强的种类，如菖蒲、水葱、黄花鸢尾等一种或其等比例混合；主要功能为去除污水中COD和部分氨态氮，同时为第一填料层103提供氧气；
第一填料层103为锌、铁含量较高的的矿渣、钢渣等一种或其等比例混合，粒径在15-35mm之间；第一填料层103主要功能为利用填料中锌、铁等抑制亚硝酸盐氧化菌活性，限制亚硝酸盐氧化菌的生长，实现第一潜流湿地1内短程硝化目的。
第二潜流湿地2主要功能为去除污水中氮，其中：
第二承托层205固定于第二潜流湿地2的池壁预留卡槽内，为透水钢板，钢板上开有直径5mm的网孔，开孔率为60％；
第二填料层203为已经富集驯化好的厌氧氨氧化生物膜，合成塑料纤维材质；主要功能为通过厌氧氨氧化作用将第一潜流湿地1出水中氨态氮和亚硝酸盐氮还原为氮气；
第三填料层204为吸附能力强的活性炭、陶粒等一种或其等比例混合，粒径在15-25mm之间，主要功能利用填料的高吸附性深度净化前端未被完全生化处理的污染物，保证出水稳定达标。
更为具体的，位于第一承托层104下方在第一潜流湿地1内设置有曝气装置106，曝气装置106通过线路与外部的曝气控制系统105连接，曝气装置106主要功能为湿地供给氧气。
位于第一承托层104下方在第一潜流湿地1内还设置有第一探头108以及第二探头109，第一探头108和第二探头109通过线路与外部的监测系统107连接；第一探头108可监测溶解氧和pH，第一潜流湿地pH控制在7-8之间，溶解氧控制在2.5-3.5mg/L之间；第二探头109可监测氨态氮和亚硝酸盐氮；
第一探头108、第二探头109和监测系统107结合曝气控制系统105可实现第一潜流湿地1内部分短程硝化目的，即控制出水氨态氮与亚硝酸盐氮维持在1:1.2-1.3之间的目的。
更为具体的，在第二潜流湿地2内设置有一根布水干管201，若干个布水支管202与布水干管201同层，且垂直于布水干管201并与布水干管201连接，其上开有小孔。
进水管101位于第一填料层103上方并与第一潜流湿地1连通，第二出水管206位于第二承托层205下方并与第二潜流湿地2连通。
具体工艺步骤如下：
城市生活污水经进水管流入第一潜流湿地1后，水生植物102生长吸附去除少量COD，接着利用第一填料层103上微生物实现部分短程硝化。当溶解氧大于3.5mg/L时关闭曝气装置106，当溶解氧小于2.5mg/L时开启曝气装置106，保证溶解氧控制在2.5-3.5mg/L之间，pH通过人为增加碱度(碳酸氢钠)控制在7-8之间。控制第一潜流湿地1出水氨态氮与亚硝酸盐氮比例在1:1.2-1.3之间。
部分短程硝化后的污水流入第二潜流湿地2，利用第二填料层203上厌氧氨氧化菌实现脱氮目标，同时利用第三填料层204高吸附性对未完全生化去除的氨态氮及其他污染物进行深度净化处理，保证出水稳定达标。
出水用作市政杂用水、娱乐景观用水或农业灌溉及其他。
实例1：
第一潜流湿地尺寸为，长3m，宽1m，高0.9m，有效水深0.6m。
其中水生植物为菖蒲和黄花鸢尾；
第一填料为钢渣，锌、铁含量均大于40％，粒径在15-35mm之间，厚度0.3m；
第一承托层为厚度3mm钢板，钢板上开有直径5mm网孔，开孔率60％。
第二潜流湿地尺寸为，长3m，宽1m，高0.9m，有效水深0.6m。
其中第二填料为已经富集驯化完成的厌氧氨氧化生物膜，具体材质为合成塑料纤维，尺寸在10-25mm之间，厚度0.4m；
第三填料为吸附能力强的活性炭，粒径在15-25mm之间，厚度0.2m；
第二承托层为厚度3mm钢板，钢板上开有直径5mm网孔，开孔率60％。
本实施例运行参数及各阶段水质如下表所示：
表1第一、二潜流湿地运行参数
运行参数 第一潜流湿地 第二潜流湿地
水力停留时间(d) 1 0.7
表面水力负荷(m<sup>3</sup>/(m<sup>2</sup>·d)) 0.6 0.86
表2工艺各阶段水质及去除效果
Figure BDA0003541271140000071
Figure BDA0003541271140000081
由表2可知，城市生活污水经本工艺处理后，脱氮效果较好，完全符合本发明设计理念，成功实现了低碳情况下TN去除。
以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种节能高效脱氮型潜流湿地工艺，其特征在于，采用节能高效脱氮型潜流湿地系统，所述节能高效脱氮型潜流湿地系统包括通过第一出水管(110)依次连接的第一潜流湿地(1)和第二潜流湿地(2)，所述第一潜流湿地(1)下部设置有第一承托层(104)，第一承托层(104)上设置有第一填料层(103)，第一填料层(103)上端设置有水生植物(102)；
位于第一承托层(104)下方在第一潜流湿地(1)内设置有曝气装置(106)，位于第一承托层(104)下方在第一潜流湿地(1)内还设置有用以监测溶解氧和pH的第一探头(108)以及用以监测氨态氮和亚硝酸盐氮的第二探头(109)；
所述第二潜流湿地(2)下部设置有第二承托层(205)，第二承托层(205)上端从下至上依次设置有第三填料层(204)和第二填料层(203)；所述第一填料层(103)为粒径在15-35mm的矿渣、钢渣中一种或其等比例混合；所述第二填料层(203)为厌氧氨氧化生物膜；所述第三填料层(204)为粒径在15-25mm的活性炭、陶粒中一种或其等比例混合；具体步骤如下：
(1)、城市生活污水经进水管(101)流入第一潜流湿地(1)后，污水中有机物优先被水生植物(102)吸收利用，接着利用第一填料层(103)上微生物实现部分短程硝化；
当溶解氧大于3.5mg/L时关闭曝气装置(106)，当溶解氧小于2.5mg/L时开启曝气装置(106)，保证溶解氧控制在2.5-3.5mg/L之间，pH控制在7-8之间；控制第一潜流湿地(1)出水氨态氮与亚硝酸盐氮比例维持在1:1.2-1.3之间；
(2)、步骤(1)出水进入第二潜流湿地(2)，在第二潜流湿地(2)内上层利用第二填料层(203)实现氮的去除，下层利用第三填料层(204)对未完全生化去除的氨态氮及其他污染物进行深度净化处理；
(3)、步骤(2)出水用作市政杂用水、娱乐景观用水或农业灌溉及其他。
2.根据权利要求1所述的节能高效脱氮型潜流湿地工艺，其特征在于，所述第一潜流湿地(1)的最上端高于第二潜流湿地(2)最上端。
3.根据权利要求1所述的节能高效脱氮型潜流湿地工艺，其特征在于，位于所述第二填料层(203)上方在第二潜流湿地(2)内设置有布水干管(201)，若干个布水支管(202)与布水干管(201)同层，且垂直于布水干管(201)并与布水干管(201)连接，其上开有小孔。
4.根据权利要求1所述的节能高效脱氮型潜流湿地工艺，其特征在于，所述进水管(101)位于第一填料层(103)上方并与所述第一潜流湿地(1)连通，第二出水管(206)位于第二承托层(205)下方并与所述第二潜流湿地(2)连通。
5.根据权利要求1所述的节能高效脱氮型潜流湿地工艺，其特征在于，所述第一探头(108)、第二探头(109)通过线路与外部的监测系统(107)连接；所述曝气装置(106)通过线路与外部的曝气控制系统(105)连接。
6.根据权利要求1所述的节能高效脱氮型潜流湿地工艺，其特征在于，所述第一承托层(104)和第二承托层(205)分别固定于第一潜流湿地(1)和第二潜流湿地(2)的池壁预留卡槽内。
7.根据权利要求1所述的节能高效脱氮型潜流湿地工艺，其特征在于，所述第一承托层(104)和第二承托层(205)均为透水钢板，钢板上开有直径5mm的网孔，开孔率为60％。
8.根据权利要求1所述的节能高效脱氮型潜流湿地工艺，其特征在，所述水生植物(102)为菖蒲、水葱、黄花鸢尾中一种或其等比例混合。
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