CN203284289U

CN203284289U - 生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置

Info

Publication number: CN203284289U
Application number: CN2013201737891U
Authority: CN
Inventors: 王宇晖; 宋新山; 牛瑞华; 王苑; 廖卫红; 高品; 丁怡; 周斌; 王玮
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2023-04-09

Abstract

本实用新型提供了一种生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，包括多介质滤床，多介质滤床中分布有至少两个活性炭纤维电极组件，活性炭纤维电极组件连接直流电供电系统，多介质滤床的两侧分别设有入流布水器和出流布水器，多介质滤床中种植有挺水植物组，入流布水器和出流布水器连接供排水系统。本实用新型采用能够形成微电场促进植物生长、根系泌氧，有利于形成好氧硝化环境。同时，活性炭纤维柱能形成异养-自养联合反硝化菌生物膜，降低了对有机碳源的需求，提高反硝化脱氮速率。本实用新型结构简单，无需投加碳源，能同时形成有利于硝化和反硝化环境，脱氮速率高，能耗低，不易堵塞，活性炭纤维电极组件维修更换方便。

Description

生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置

技术领域

本实用新型涉及生活污水处理技术领域，更具体涉及一种低碳氮比(C/N)生活污水高效脱氮的水平潜流人工湿地生态处理技术方法，同时还涉及一种低C/N生活污水高效脱氮的水平潜流人工湿地装置，适用于低C/N生活污水的净化处理。

背景技术

城市化进程不断加快，城市生活污水排放量持续增加。南方城市生活污水C/N较低，污水处理设施往往不能有效脱氮，出水总氮不能达标排放，污染水体，造成湖泊河流富营养化，蓝藻暴发，威胁饮水安全。

人工湿地是一种新型的污水生态处理技术，具有高效率、低沉本、易管理等特点，特别适合于生活污水的净化处理，并且在工业废水、农业畜牧污水、垃圾渗滤液等废水的处理方面有较广泛的应用。然而，C/N过低会造成人工湿地床体后段基质异养反硝化过程受阻，影响出水脱氮效果。常用的解决方案是通过提高进水C/N或后段外加碳源来提升反硝化脱氮效果。但是进水C/N调节过高或外加碳源过多都将导致有机物含量超过微生物对有机碳源的需求，使出水有机物浓度过高，影响COD达标排放；反之，进水C/N提升不够或外加碳源不足，将导致反硝化不彻底。此外，外加碳源会在湿地上层发生好氧分解，造成碳源浪费，增加处理成本。因此，通过调节C/N或补充碳源解决人工湿地脱氮问题存在较大弊端，而实现人工湿地低C/N生活污水高效脱氮的方法非常值得探索。

发明内容

本实用新型的目的是研发一种能同时提高人工湿地前段硝化能力，后段低C/N反硝化能力的复合电极水平潜流人工湿地装置，解决人工湿地不能对低C/N生活污水有效脱氮问题，并提高人工湿地脱氮效果。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，包括多介质滤床，多介质滤床中分布有至少两个活性炭纤维电极组件，活性炭纤维电极组件连接直流电供电系统，多介质滤床的两侧分别设有入流布水器和出流布水器，多介质滤床中种植有挺水植物组，入流布水器和出流布水器连接供排水系统。

优选地，所述的直流电供电系统包括稳压器、交直流转换器、阴极防水导线网和阳极防水导线网，稳压器连接220V电源以及交直流转换器，交直流转换器的阴极与阴极防水导线网相连，交直流转换器的阳极与阳极导线网相连，阴极防水导线网与80％-90％个数的活性炭纤维电极组件相连，阳极防水导线网与剩余的活性炭纤维电极组件相连。

优选地，所述的供排水系统包括原水箱、节流阀、沉淀池、污水泵、流量控制阀、流量计和出水槽，原水箱与节流阀相连，节流阀与沉淀池相连，沉淀池与污水泵相连，污水泵连接入水管，入水管连接入流布水器，入水管上设有流量控制阀和流量计，出流布水器与出水管相连，出水管上设有流量控制阀和流量计，出水管与出水槽连接。

优选地，所述的入流布水器包括穿孔布水管、布水槽和多孔布水板，穿孔布水管与入水管连接，并设于布水槽的上方，布水槽填充粗制石英砂，多孔布水板设于布水槽与多介质滤床之间。

优选地，所述的出流布水器包括布水槽和多孔布水板，布水槽填充粗制石英砂，多孔布水板设于布水槽与多介质滤床之间，布水槽连接出水管。

更优选地，所述的入流布水器和出流布水器的多孔布水板采用聚酯板制作，开孔孔径1.0cm～1.5cm，并覆盖有尼龙窗纱，入流布水器和出流布水器的的布水槽中粗制石英砂的平均粒径为2.0cm～2.5cm。

优选地，所述的挺水植物组的种植密度为15株/m²～20株/m²。

所述的挺水植物组可以是根系发达的挺水植物，也可以是长势较好的挺水植物，优选为包括芦苇和美人蕉。

更优选地，所述的多介质滤床下部填充有平均粒径为0.7cm～1.2cm的小粒径石英砂，上部填充有平均粒径为1.5cm～1.8cm的大粒径石英砂，多介质滤床中小粒径石英砂和大粒径石英砂的总填充高度为85cm-95cm。

更优选地，所述的多介质滤床高度方向上大粒径石英砂占的比例从进水端至出水端递减，每次减少5％～8％，进水端小粒径石英砂占多介质滤床高度方向上的75％～80％，所述的芦苇种植于大粒径石英砂占40％～45％高度以上的多介质滤床床体上，剩余多介质滤床空间种植美人蕉。

优选地，所述的活性炭纤维电极组件均匀并垂直排布于多介质滤床中，体积占多介质滤床体积的35％～40％。

优选地，所述的活性炭纤维电极组件包括多孔PVC圆管，多孔PVC圆管的侧壁覆盖有尼龙窗纱，多孔PVC圆管的顶端设有密封顶盖，多孔PVC圆管的底端设有固定底座，多孔PVC圆管内设有活性炭纤维柱，活性炭纤维柱的中部设有硬质合金导线，硬质合金导线的上端露出密封顶盖，硬质合金导线的下端连接球形悬垂重物，固定底座与多介质滤床的底板相连。

更优选地，所述的多孔PVC圆管的外径为10cm～12cm，高为100cm～110cm，开孔孔径为1.5cm～1.8cm，开孔率为70％～80％，孔间距为1.5cm～2.0cm，硬质合金导线为裸线，直径为0.5cm～0.8cm，长为75cm～80cm，活性炭纤维柱使用活性炭纤维毡蜷曲而成，直径为5cm～6cm，长为70cm～75cm，比表面积为1100m²/g～1230m²/g，孔隙率为90％～95％，固定底座采用聚酯材料，厚2.0cm～2.5cm，直径为10cm～12cm，外径与多孔PVC圆管一致，密封顶盖采用PVC塑料制成，所述的球形悬垂重物的重量为1.0kg～1.3kg。

本实用新型的工作原理是：将储存于原水箱中的生活污水通入沉淀池中，经过1.5小时～2.0小时沉淀后，由污水泵提升至入流布水器，并由流量控制阀控制流量。交直流转换器输出电流强度15mA～20mA。本实用新型由活性炭纤维电极组件产生的微电场刺激植物生长，加速对硝态氮的吸收，并刺激植物根系泌氧，创造多介质滤床好氧区有利硝化条件。阴极活性炭纤维电极组件中富有自养-异养反硝化生物膜，能在低C/N条件下快速反硝化脱氮。经过1天～2天的停留时间，出水即可达标排放，脱氮速率将大大提高。

本实用新型的复合电极水平潜流人工湿地装置的启动方法是：将取自污水处理厂厌氧消化池中的浓缩活性污泥稀释，通入复合电极水平潜流人工湿地的多介质滤床中，另取活性污泥接种于活性炭纤维柱上。种植芦苇和美人蕉幼苗于多介质滤床内。等待3周～4周，待植物长势平稳，活性炭纤维柱上出现生物膜，复合电极水平潜流人工湿地则启动完毕。

本实用新型的复合电极水平潜流人工湿地装置的运行方法是：将原水通入沉淀池中，停留时间为1，5小时～2.0小时。沉淀池出水进入入流布水器，由流量调控阀控制流量，多介质滤床控制水位75cm～80cm。开启直流电源，调节电流强度为15mA～20mA。污水在多介质滤床中的停留时间达到18小时～24小时后，出水即可达到排水要求。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1.本实用新型反硝化能力有很大提高。本实用新型中采用了活性炭纤维电极组件，利用人工湿地基质底部提供的厌氧环境，通过异养-自养反硝化共生菌生物膜进行反硝化脱氮。阴极活性炭纤维柱比表面积大，并可通过多孔PVC圆管加强与水流的接触面积。此外，可通过打开多孔PVC圆管密封顶盖观察生物膜生长情况，防止生物膜堵塞。较先前的人工湿地技术，在反硝化脱氮效率上有很大的提高，可达到60％～70％。

2.本实用新型挺水植物吸收氮素能力显著提高。通过活性炭纤维电极作用，产生微电场，进一步刺激植物生长，加强了对硝态氮的吸收。本实用新型在人工湿地前段种植根系泌氧能力较强的芦苇，后段种植生长速度较快的美人蕉，强化了硝化条件和挺水植物对氮素的吸收。

3.本实用新型多介质滤床采用不同粒径的石英砂填充，多介质滤床前段以大粒径石英砂为主，多介质滤床后段以小粒径石英砂为主，有利于人工湿地前段好氧硝化，后段厌氧反硝化过程。

4.本实用新型不需要外置碳源，也不需要调节进水C/N，且具有一定的生态美学价值。

5.本实用新型与常规人工湿地脱氮技术方法相比，具有不需要调节进水C/N和外置碳源，且具有高效脱氮效果的特点。复合电极水平潜流人工湿地装置可广泛应用于南方城市生活污水处理厂尾水深度处理，农村生活污水处理，农田面源污染等领域，具有广阔的发展前景。

附图说明

图1是本实用新型复合电极水平潜流人工湿地装置结构正视图；

图2是本实用新型复合电极水平潜流人工湿地装置结构(图1的)俯视图；

图3是本实用新型复合电极水平潜流人工湿地装置(图1的)左视图；

图4是活性炭纤维电极组件细部结构示意图；

图5是布水器中的多孔布水板细部结构示意图。

图中：箭头表示水流方向；其中，1-活性炭纤维电极组件；2-密封顶盖；3-硬质合金导线；4-活性炭纤维柱；5-多孔PVC圆管；6-悬垂重物；7-固定底座；8-稳压器；9-交直流转换器；10-阴极防水导线网；11-阳极防水导线网；12-原水箱；13-节流阀；14-沉淀池；15-污水泵；16-流量控制阀；17-流量计；18-出水槽；19-穿孔布水管；20-布水槽；21-多孔布水板；22-粗制石英砂；23-小粒径石英砂；24-大粒径石英砂；25-美人蕉；26-芦苇；27-尼龙窗纱。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本实用新型。

实施例

如图1所示，为本实用新型复合电极水平潜流人工湿地装置结构正视图，所述的复合电极水平潜流人工湿地装置包括长2.0m，宽1.2m，高1.0m的多介质滤床，多介质滤床填充高度90cm，控制水位80cm。多介质滤床中分布有18个活性炭纤维电极组件1，以3横6纵均匀布置于多介质滤床中，活性炭纤维电极组件1连接直流电供电系统，多介质滤床的两侧分别设有入流布水器和出流布水器，多介质滤床中种植有挺水植物组，入流布水器和出流布水器连接供排水系统。

所述的直流电供电系统包括稳压器8、交直流转换器9、阴极防水导线网10和阳极防水导线网11，稳压器8连接220V电源以及交直流转换器9，交直流转换器9的阴极与阴极防水导线网10相连，交直流转换器9的阳极与阳极导线网11相连，如图2所示，阴极防水导线网10与89％个数的活性炭纤维电极组件1相连，阳极防水导线网11与剩余的活性炭纤维电极组件1相连。

所述的供排水系统包括原水箱12、节流阀13、沉淀池14、污水泵15、流量控制阀16、流量计17和出水槽18，原水箱12与节流阀13相连，节流阀13与沉淀池14相连，沉淀池14与污水泵15相连，污水泵15连接入水管，入水管连接入流布水器，入水管上设有流量控制阀16和流量计17，出流布水器与出水管相连，出水管上设有流量控制阀16和流量计17，出水管与出水槽18连接。

所述的入流布水器包括穿孔布水管19、布水槽20和多孔布水板21，如图3所示，穿孔布水管19与入水管连接，并设于布水槽20的上方，布水槽20填充粗制石英砂22，多孔布水板21设于布水槽20与多介质滤床之间。

所述的出流布水器包括布水槽20和多孔布水板21，布水槽20填充粗制石英砂22，多孔布水板21设于布水槽20与多介质滤床之间，布水槽20连接出水管。如图5所示，所述的入流布水器和出流布水器的多孔布水板21采用聚酯板制作，开孔孔径1.0cm，并覆盖有尼龙窗纱27，入流布水器和出流布水器的的布水槽20中粗制石英砂的平均粒径为2.5cm。

所述的挺水植物组的种植密度为20株/m²。所述的挺水植物组为芦苇26和美人蕉25。所述的多介质滤床下部填充有平均粒径为1.0cm的小粒径石英砂23，上部填充有平均粒径为1.5cm的大粒径石英砂24，多介质滤床中小粒径石英砂23和大粒径石英砂24的总填充高度为85cm。所述的多介质滤床高度方向上大粒径石英砂23占的比例从进水端至出水端递减，每次减少8％，有利于多介质滤床进水端形成好氧硝化环境，有利于多介质滤床出水端形成厌氧反硝化环境，进水端大粒径石英砂24占多介质滤床高度方向上的75％～80％，所述的芦苇26种植于大粒径石英砂占40％高度以上的多介质滤床床体上，剩余多介质滤床空间种植美人蕉25。

所述的活性炭纤维电极组件1均匀并垂直排布于多介质滤床中，体积占多介质滤床体积的40％。如图4所示，所述的活性炭纤维电极组件1包括多孔PVC圆管5，多孔PVC圆管5的侧壁覆盖有尼龙窗纱27，尼龙窗纱27的孔径应小于多介质滤床中使用的小粒径石英砂平均粒径。多孔PVC圆管5的顶端连接密封顶盖2，起到与大气隔绝作用，多孔PVC圆管5的底端连接固定底座7，多孔PVC圆管5内设有活性炭纤维柱4，活性炭纤维柱4的中部设有硬质合金导线3，硬质合金导线3穿过活性炭纤维柱4，硬质合金导线3的上端露出密封顶盖2，硬质合金导线3的下端连接球形悬垂重物，球形悬垂重物起拉伸作用，固定底座7下端与多介质滤床的底板相连，起到固定活性炭纤维电极组件的作用。所述的多孔PVC圆管5的管壁均匀开孔，其外径为12cm，高为110cm，开孔孔径为1.5cm，管壁厚2mm，开孔率为80％，孔间距为2.0cm，硬质合金导线3为裸线，直径为0.5cm，长为80cm，活性炭纤维柱使用活性炭纤维毡蜷曲而成，直径为5cm，长为75cm，比表面积为1100m²/g，孔隙率为90％，固定底座采用聚酯材料，厚2.0cm，直径为12cm，外径与多孔PVC圆管5一致，密封顶盖2采用PVC塑料制成，所述的球形悬垂重物的重量为1.0kg。所述复合电极水平潜流人工湿地装置采用PVC聚酯、混凝士等建筑材料构建。所述复合电极水平潜流人工湿地装置中，植物长势可通过收割方式控制。所述复合电极水平潜流人工湿地装置以水平流方式运行。

本实用新型的复合电极水平潜流人工湿地装置的启动方法是：将取自污水处理厂厌氧消化池中的浓缩活性污泥稀释，通入复合电极水平潜流人工湿地的多介质滤床中，另取活性污泥接种于活性炭纤维柱4上。种植芦苇26和美人蕉25幼苗于多介质滤床内。等待3周～4周，待植物长势平稳，活性炭纤维柱4上出现生物膜，复合电极水平潜流人工湿地则启动完毕。

本实用新型的复合电极水平潜流人工湿地装置的运行方法是：将原水通入沉淀池14中，停留时间为1.5小时。沉淀池14出水进入入流布水器，由流量调控阀16控制流量，多介质滤床控制水位75cm。开启直流电源，调节电流强度为15mA。污水在多介质滤床中的停留时间达到24小时后，出水即可达到排水要求。

在原水槽12的进水中的COD为120mg/L～140mg/L、总氮为60mg/L～65mg/L，C/N约2∶1，水温25℃～29℃，停留时间为1.5天时，出水槽18的出水COD为15mg/L～17mg/L，总氮为7mg/L～10mg/L，总氮去除率约90％。脱氮效果明显，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中的一级A标准。

在原水槽12的进水中的COD为100mg/L～120mg/L、总氮为75mg/L～80mg/L，C/N约1.3∶1，水温为28℃～32℃的模拟生活污水，停留时间设定为2.0天时，出水槽18的出水COD为22mg/L～27mg/L，总氮为15mg/L～23mg/L，总氮去除率约80％。脱氮效果明显，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中的二级标准。

Claims

1.一种生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，包括多介质滤床，多介质滤床中分布有至少两个活性炭纤维电极组件（1），活性炭纤维电极组件（1）连接直流电供电系统，多介质滤床的两侧分别设有入流布水器和出流布水器，多介质滤床中种植有挺水植物组，入流布水器和出流布水器连接供排水系统。

2.如权利要求1所述的生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的直流电供电系统包括稳压器（8）、交直流转换器（9）、阴极防水导线网（10）和阳极防水导线网（11），稳压器（8）连接220V电源以及交直流转换器（9），交直流转换器（9）的阴极与阴极防水导线网（10）相连，交直流转换器（9）的阳极与阳极导线网（11）相连，阴极防水导线网(10)与80%-90%个数的活性炭纤维电极组件（1）相连，阳极防水导线网（11）与剩余的活性炭纤维电极组件（1）相连。

3.如权利要求1所述的生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的供排水系统包括原水箱(12)、节流阀(13)、沉淀池(14)、污水泵(15)、流量控制阀(16)、流量计(17)和出水槽(18)，原水箱(12)与节流阀(13)相连，节流阀(13)与沉淀池(14)相连，沉淀池(14)与污水泵(15)相连，污水泵(15)连接入水管，入水管连接入流布水器，入水管上设有流量控制阀(16)和流量计(17)，出流布水器与出水管相连，出水管上设有流量控制阀(16)和流量计（17），出水管与出水槽(18)连接。

4.如权利要求1所述的生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的入流布水器包括穿孔布水管(19)、布水槽(20)和多孔布水板(21)，穿孔布水管(19)与入水管连接，并设于布水槽(20)的上方，布水槽(20)填充粗制石英砂(22)，多孔布水板(21)设于布水槽(20)与多介质滤床之间。

5.如权利要求1所述的生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的出流布水器包括布水槽(20)和多孔布水板(21)，布水槽(20)填充粗制石英砂(22)，多孔布水板(21)设于布水槽(20)与多介质滤床之间，布水槽(20)连接出水管。

6.如权利要求1所述的生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的挺水植物组的种植密度为15株/m²~20株/m²。

7.如权利要求1所述的生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的挺水植物组包括芦苇(26)和美人蕉(25)。

8.如权利要求1所述的生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的多介质滤床下部填充有平均粒径为0.7cm~1.2cm的小粒径石英砂（23），上部填充有平均粒径为1.5cm~1.8cm的大粒径石英砂（24），多介质滤床中小粒径石英砂（23）和大粒径石英砂（24）的总填充高度为85cm-95cm。

9.如权利要求8所述的生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的多介质滤床高度方向上大粒径石英砂(23)占的比例从进水端至出水端递减，每次减少5%~8%，进水端大粒径石英砂(23)占多介质滤床高度方向上的75%~80%，所述的芦苇(26)种植于大粒径石英砂占40%~45%高度以上的多介质滤床床体上，剩余多介质滤床空间种植美人蕉(25)。

10.如权利要求1所述的生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的活性炭纤维电极组件（1）包括多孔PVC圆管（5），多孔PVC圆管（5）的侧壁覆盖有尼龙窗纱（27），多孔PVC圆管（5）的顶端设有密封顶盖（2），多孔PVC圆管（5）的底端设有固定底座（7），多孔PVC圆管（5）内设有活性炭纤维柱（4），活性炭纤维柱（4）的中部设有硬质合金导线（3），硬质合金导线（3）的上端露出密封顶盖（2），硬质合金导线（3）的下端连接球形悬垂重物，固定底座（7）与多介质滤床的底板相连。