CN1884140A - 光合供碳生态脱氮工艺 - Google Patents

Abstract

光合供碳生态脱氮工艺，涉及一种利用生物法脱除景观水、再生水等有机微污染水中氮素的工艺。该方法首先使待处理水进入潜流潜流湿地，然后经曝气植物藻类生长池，进入沉淀池，污泥回流至首段潜流湿地，沉淀池出水流入下末一级潜流湿地，经消毒后流出处理系统。本发明充分利用植物与藻类的光合作用的自然属性，固定空气中的碳，并通过植物和藻类的代谢产物和生物体降解产物等形式，供给反硝化过程所需要的碳源，满足反硝化条件，达到氮的去除。碳素实现循环利用，不产生二次污染。系统具有负反馈功能，具有很好的稳定性。该方法对城市污水处理厂中水处理后可达到地表水III类标准。

Description

光合供碳生态脱氮工艺

技术领域

本发明涉及一种利用生物法脱除景观水、再生水等有机微污染水中氮素的工艺方法，属于水处理技术领域。

背景技术

富含磷酸盐和某些形式氮素的水在光照和其它环境条件适宜的情况下使水体中浮游生物如藻类等过量生长，随后藻类死亡并伴随着异养微生物的代谢，耗尽了水体中的溶解氧，造成了水体质量恶化和水生生态环境结构破坏，这就是所谓的水体富营养化。湖泊学家认为天然富营养化是水体衰老的一种表现，过量的植物性营养元素氮、磷进入水体则是人为加速了水体的富营养化过程。

目前城市供水量不足，景观水的补给依赖再生水，再生水中含有一定数量的氮等营养物质，会导致水系水体发生富营养化，如果直接排入，会造成水质恶化，这不但破坏了水系的景观效果，在严重的情况下还会出现水体恶臭现象。水体富营养化是继需氧型污染后又一严重的水环境污染问题。再生水或景观水不同于生活污水，具有氨态氮含量低，硝态氮含量高的特点，并且C与N的比值很低。

世界各国环保工作者进行了大量的研究工作，在废水脱氮方面，主要有物化脱氮方法，传统的生物处理脱氮方法和生物法脱氮等。

物化法中氨的吹脱主要去除水中氨态氮，并且能耗高。很显然不适用于处理中水。天然沸石脱氮，可以迅速降低出水氮的含量，但是存在饱和问题，使用时间较短，需要更换填料。

传统的生物处理脱氮方法对氮的去除主要是靠微生物细胞的同化作用将氮转化为细胞原生质成分，所以传统的生物处理方法只能去除生活污水中约40％的氮。如传统的活性污泥法(或生物膜法)和生物稳定塘等。条件是需要较高的有机物浓度。

生物法脱氮是在好氧、低基质浓度条件下通过硝化菌的作用将氨氮氧化为硝酸盐，在缺氧、可利用碳源及碱度充足的条件下，反硝化菌将硝酸盐还原成气态氮从水中去除。如A/O工艺、A2/0工艺、氧化沟以及SBR工艺等。许多研究者认为，在实际废水生物脱氮过程中，只有当C与N质量比大于4时，才能满足反硝化菌对碳源的需要，达到完全脱氮的目的。对于低碳源废水，目前采取的办法主要是人工投加电子供体。投加的物质主要有甲醇、乙醇、葡萄糖、乙酸、天冬氨酸、乳清废水等。主要存在投加费用高，存在二次污染。

由于废水中C与N质量比偏低，废水中本身所能提供的碳源不能满足反硝化要求，因此总氮去除率不高，这是传统脱氮工艺低碳源废水遇到的最大的困难。

目前研究的生物法脱氮，荷兰Delft技术大学开发出的SHARON(高效简捷硝化-反硝化单一反应器)其基本原理是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化。ANAMMOX(厌氧氨氧化)其原理为厌氧条件下，以NO₃ ^-为电子受体，将氨转化为N₂，以及它们的联合等几种生物脱氮新工艺，从一定程度上解决了传统硝化-反硝化工艺存在的问题，但由于反应条件苛刻，目前还处于实验室研究阶段，很难应用于工程中。

发明内容

本发明的目的是针对水中C/N比小于反硝化要求的水质特点以及反硝化过程中碳源偏低的症结，提供一种光合供碳生态脱氮工艺，即充分利用植物与藻类的光合作用的自然属性，固定空气中的碳，并通过植物和藻类的代谢产物和生物体降解产物等形式，供给反硝化过程所需要的碳源，满足反硝化条件，达到氮的去除。

本发明的技术方案如下：

一种光合供碳生态脱氮工艺方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)首先使待处理的水进入首段潜流湿地，然后流入由一个或多个植物藻类曝气生长池组成的植物藻类曝气生长池系统，所述的植物藻类曝气生长池中生长有挺水植物、浮水植物和藻类，池内装有固定植物的填料，下部装有曝气头；

2)流经植物藻类曝气生长池系统后的水进入沉淀池，污泥回流至首段潜流湿地；

3)沉淀池出水流入末段潜流湿地，经消毒后流出处理系统。

本发明所述潜流湿地的水力负荷为0.6-1.2m³/m²；所述的植物藻类曝气生长池气水比为0.5∶1～2∶1，填充率为20％～60％。

本发明的技术特征还在于：在所述的首段潜流湿地前设置植物藻类曝气生长池，在系统进水和首段潜流湿地之间设置直通管，通过阀门调节进入该植物藻类曝气生长池的水量。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：城市污水处理厂的中水经本方法处理后可达到地表水IV类标准，也可达到III类标准，实现氮素脱出，节省投加有机物费用，同时可实现污泥降解，碳素实现循环利用，不产生二次污染。系统具有负反馈功能，即当水中氮素升高时，光合作用将固定较多的碳，回流污泥含碳量增高，湿地具有更高的反硝化效率，将使氮素下降。因此本系统具有很好的稳定性。在冬季温度较高的南方地区或者冬季不运行的系统，可设置在室外。在寒冷的北方地区，为保证系统常年运行，需要在温室中运行。

附图说明

图1为本发明提供的光合供碳生态脱氮工艺流程图。

图2为植物藻类曝气生长池的结构示意图。

图中：1-待处理水；2-阳光；3-首段潜流湿地；4-空气管；5-植物藻类曝气生长池；6-水管；7-沉淀池；8-污泥回流管；9-末段潜流湿地；10-回流泵；11-出水；12-挺水植物；13-浮水植物；14-填料；15-藻类；16-曝气头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理及工艺作进一步的说明。

图1为本发明提供的光合供碳生态脱氮工艺流程图。待处理水1首先进入首段潜流湿地3，然后流入由一个或多个植物藻类曝气生长池5组成的植物藻类曝气生长池系统，流经植物藻类曝气生长池系统后的水经水管6进入沉淀池7，经污泥回流管8和回流泵10再流至首段潜流湿地3；沉淀池出水流入末段潜流湿地9，经消毒后流出处理系统。

首段潜流湿地中种有植物，如美人蕉、芦苇或香蒲等，主要功能是实现反硝化脱氮。这一功能的实现依赖于拦截有机物、降解有机物，为反硝化提供碳源和厌氧环境。有机物来源于回流液中所含的植物和藻类代谢产物、残体、生物体，还包括一部分菌类代谢产物和生物体。末段湿地为潜流湿地，功能主要为进一步去除水中的氮素，过滤去除悬浮物。

植物藻类曝气生长池系统可根据处理出水的要求，由一个或多个植物藻类曝气生长池5组成，生长池中生长浮水植物13、挺水植物12和藻类15。根据水质和地域不同选用当地适合的供碳、脱氮植物和藻类。池内加有固定植物的填料14，下部装有曝气头16。第一个功能是为首段、末段潜流湿地提供反硝化所需碳源。在阳光2充足的条件下，植物与藻类利用光能和水中的营养盐进行光合作用，固定空气中的碳，并通过植物和藻类的代谢产物和生物体降解产物等形式，供给首段和末段潜流湿地反硝化过程所需要的碳源。第二个功能为氨氧化，氧化水中的氨氮，为首段和末段潜流湿地反硝化提供硝态氮。第三个功能为脱氮，在生物膜不同部位发生反硝化，这个功能的实现主要依赖于填料以及植物根系都为生物膜的生长提供了载体。

植物藻类曝气生长池出水经过沉淀池7后，污泥回流至首段潜流湿地，出水进入末段潜流湿地9。末段潜流湿地的功能主要为进一步去除水中的氮素，过滤去除悬浮物。最后经过消毒后排入水体。

潜流湿地和植物藻类曝气生长池系统面积的大小，主要根据进水中需要去除的氮量和固碳速率来确定。产碳量范围较宽，一般为1-50gC/(m².d)，影响因素较多，需要现场测定。湿地水力负荷一般为0.6-1.2m³/m²。植物藻类曝气生长池气水比一般为0.5∶1～2∶1，填充率为20％～60％。

根据水质不同，在上述方案的基础上，本发明还可在首段潜流湿地3的前面设置植物藻类曝气生长池。在系统进水和首段潜流湿地之间设置直通管，以达到调节进入该植物藻类曝气生长池的水量。

Claims (3)

1.一种光合供碳生态脱氮工艺方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)首先使待处理的水进入首段潜流湿地，然后流入由一个或多个植物藻类曝气生长池组成的植物藻类曝气生长池系统，所述的植物藻类曝气生长池中生长有挺水植物、浮水植物和藻类，池内装有固定植物的填料，下部装有曝气头；

2)流经植物藻类曝气生长池系统后的水进入沉淀池，污泥回流至首段潜流湿地；

3)沉淀池出水流入末段潜流湿地，经消毒后流出处理系统；

2.按照权利要求1所述的光合供碳生态脱氮工艺方法，其特征在于：所述潜流湿地的水力负荷为0.6-1.2m³/m²；所述的植物藻类曝气生长池气水比为0.5∶1～2∶1，填充率为20％～60％。

3.按照权利要求1或2所述的光合供碳生态脱氮工艺方法，其特征在于：在所述的首段潜流湿地前设置植物藻类曝气生长池，在系统进水和首段潜流湿地之间设置直通管，通过阀门调节进入该植物藻类曝气生长池的水量。

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