序批式人工濕地污水處理脫氮過程氧化亞氮減排控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種序批式人工濕地污水處理脫氮過程氧化亞氮減排控制系統(tǒng)，它包括調(diào)節(jié)池、第一好氧人工濕地、缺氧池和第二好氧人工濕地，調(diào)節(jié)池的出水口經(jīng)過管道和控制閥門連接第一好氧人工濕地頂部的進水口，第一好氧人工濕地為并列的四組序批式好氧人工濕地，在調(diào)節(jié)池與第一好氧人工濕地之間的管道上又設有分支管道和控制閥門，分支管道的出水口與第一好氧人工濕地的出水口結合，連接缺氧池底部的進水口，缺氧池上部側壁的出水口經(jīng)控制閥門連接第二好氧人工濕地的頂部的進水口，第二好氧人工濕地為并列的單級序批式好氧人工濕地，第二好氧人工濕地底部的出水管排出合格的處理水。本發(fā)明的優(yōu)點是：能夠減少N2O的產(chǎn)生，同時提高TN去除率，且能降低能耗。
【專利說明】序批式人工濕地污水處理脫氮過程氧化亞氮減排控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理、環(huán)境保護【技術領域】，具體涉及一種減排溫室氣體N2O的強化生物脫氮的組合式人工濕地中水處理系統(tǒng)。
【背景技術】 [0002]20世紀70年代以來，世界范圍內(nèi)的水體富營養(yǎng)化問題日漸突現(xiàn)，這使得廢水脫氮除磷問題成為水污染控制中廣泛關注的熱點。針對污水脫氮問題，研究者開展了生物脫氮的微生物學機理研究，產(chǎn)生了很多切實有效的工藝，其中包括傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝、短程硝化反硝化工藝以及厭氧氨氧化工藝等。隨著研究的不斷深入，研究者們發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)的污水生物脫氮處理工藝中不但會產(chǎn)生氮氣，而且會產(chǎn)生氣態(tài)氮氧化物一氧化二氮(N2O)。N2O是一種強力的溫室氣體，大氣中N2O體積分數(shù)每增加一倍，將會使全球地表氣溫平均上升
0.30C，且N2O的全球增溫潛勢，分別為CO2的320倍、CH4的4_21倍，對全球溫室效應的貢獻約占5%-6%。所以，開發(fā)一種適用的能控制N2O氣體減排同時具有很好脫氮效果的污水處理技術對減少污水處理中溫室氣體的產(chǎn)生及緩解全球溫室效應具有重大意義。
[0003]人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制地投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動的過程中，利用土壤、人工介質、植物及微生物的物理、化學和生物三重協(xié)同作用，對污水和污泥進行處理的一種技術。人工濕地中水處理以其有機負荷高、投資少、不會產(chǎn)生污泥膨脹、氧傳輸效率高等優(yōu)點受到人們的青睞，近年來以人工濕地為核心的中水處理工藝得到了廣泛應用。
[0004]污水脫氮處理中N2O主要產(chǎn)生于微生物的硝化和反硝化階段，硝化階段溶解氧含量低，會促進氧飽和常數(shù)較低的氨氧化菌(AOB)的快速增長，從而使亞硝酸鹽(MOf)大量積累，使得AOB利用HO:為電子受體產(chǎn)生N20。反硝化階段溶解氧含量過高，反硝
化菌優(yōu)先利用O2為電子受體進行呼吸，導致反硝化不徹底，反硝化最終產(chǎn)物為N2O,而且O2含量過高會抑制N2O還原酶的活性，致使N2O還原為N2的過程受阻；由于反硝化過程中N2O還原酶對有機電子供體的親和力較其他反硝化還原酶低，C0D/N過低或碳源不足時，N2O還原酶無法競爭獲得足夠的電子供體而使得N2O釋放通量增加。
[0005]中國專利文獻CN103214100A于2013年7月24日公開了一種序批式運行的人工濕地中水處理系統(tǒng)，該技術只是單一控制硝化階段的好氧條件，雖然可以有效地控制硝化階段溫室氣體的產(chǎn)生，但是該工藝并沒有設置缺氧段，所以對TN的去除率不高，并且該技術并沒有提供控制缺氧段溫室氣體減排的方法。中國專利文獻CN102633366A于2012年8月15日公開了一種“能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)”，該技術利用跌水曝氣進行富氧控制甲烷排放，但是該工藝只是單一的控制甲烷的產(chǎn)生，并沒有涉及到強溫室氣體N2O的減排，并沒有設置缺氧段強化反硝化，對總氮(TN)的去除效果并不高。中國專利文獻CN102642990A于2012年8月22日公開了人工濕地污水處理氧化亞氮排放控制系統(tǒng)，該技術整個過程為連續(xù)運行，通過人為調(diào)節(jié)PH和表面富氧來控制N2O的產(chǎn)生，但是該技術第二段反硝化階段沒有進入原污水，碳源不足，TN去除率不高，而且表面水平流富氧效果并不明顯，N2O減排量有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種序批式人工濕地污水處理脫氮過程氧化亞氮減排控制系統(tǒng)，它在出水水質滿足《城市污水再生利用-城市雜用水水質》(GB/T18920— 2002)標準的前提下，能夠減少N2O的產(chǎn)生，同時提高TN去除率，且能降低能耗。
[0007]為了解決的上述技術問題，本發(fā)明包括調(diào)節(jié)池、第一好氧人工濕地、缺氧池和第二好氧人工濕地，調(diào)節(jié)池的出水口經(jīng)過管道和控制閥門連接第一好氧人工濕地頂部的進水口，第一好氧人工濕地為并列的序批式好氧人工濕地，在調(diào)節(jié)池與第一好氧人工濕地之間的管道上又設有分支管道和控制閥門，分支管道的出水口與第一好氧人工濕地的出水口結合，連接缺氧池底部的進水口，缺氧池為上向流生物濾池，缺氧池上部側壁的出水口經(jīng)控制閥門連接第二好氧人工濕地的頂部的進水口，第二好氧人工濕地為并列的序批式好氧人工濕地，第二好氧人工濕地底部的出水管排出合格的處理水。
[0008]調(diào)節(jié)池存儲污水有兩支分流，一支分流進入第一好氧人工濕地，另一支分流向缺氧池；第一好氧人工濕地由四組并排的人工濕地組成，總體上連續(xù)進水連續(xù)出水，每組好氧人工濕地由四級好氧人工濕地通過階梯式跌水構成，每級人工濕地采用序批式運行；最后一級好氧人工濕地的出水與調(diào)節(jié)池的一部分原污水混合后，從時間上連續(xù)進入缺氧池；缺氧池為連續(xù)流運行，缺氧池為上向流生物濾池，混合液從底部進入，從缺氧池頂部旁側流出；污水從缺氧池的出水管跌水進入第二好氧人工濕地，處理后的合格水由出水管排出；第二好氧人工濕地為并排的四組人工濕地組成整體上是連續(xù)進水、連續(xù)出水，每組由一級人工濕地組成，單級人工濕地為序批式運行。
[0009]由于第一好氧人工濕地的進水采用跌水的方式，跌水過程中增大了污水與空氣接觸面積，污水攜帶空氣進入好氧人工濕地，且進水管與基質有一定距離，可以起到水力曝氣的作用；好氧人工濕地采用序批式運行，反應時間短，當溶解氧(DO)含量降到0.5mg/L發(fā)生缺氧前，開始排水，進入下一級人工濕地，排水過程中池內(nèi)基質與大氣全方位接觸，為下一次進水提供高的D0。同時，好氧人工濕地種植的根系發(fā)達的水生植物，可以向人工濕地輸送D0。缺氧池采用上向流生物濾池，好氧人工濕地的出水與一部分原污水混合后從底部進入缺氧池，缺氧池始終保持連續(xù)流狀態(tài)，不曝氣，用蓋子罩住，且缺氧池不種植水生植物，富氧效果差，保持為缺氧狀態(tài)。調(diào)節(jié)池的原污水一部分與硝化液混合后進入缺氧池，可以為缺氧池中的反硝化提供碳源，既有利于提高脫氮效率，也可以調(diào)節(jié)原污水與硝化液的比例控制C/N比在5-10之內(nèi)，從而減排N2O的產(chǎn)生。
[0010]所以本發(fā)明的技術效果是:好氧人工濕地中保持高的溶解氧含量，使得亞硝酸鹽完全氧化為硝酸鹽，保證硝化過程徹底的進行，減少N2O的產(chǎn)生；缺氧池保持為缺氧狀態(tài)，且碳源充足，使得反硝化過程徹底進行，反硝化最終產(chǎn)物為N2,從而減排N2O,同時，充足的碳源促進了反硝化效率，提高TN去除率；全過程為重力流，降低了能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明平面示意圖；圖2為本發(fā)明的立面圖；
圖3為缺氧池的剖面圖。
[0012]圖中:1.調(diào)節(jié)池，2.第一好氧人工濕地，3.缺氧池，4.第二好氧人工濕地，5.控制閥門，11.礫石，12.覆土層，13.水生植物，14.蓋子，15.出水管，16.玻璃布蜂窩濾料，17.承托層，18.排泥管，19.配水管。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0014]本發(fā)明的構思是:由序批式好氧人工濕地和連續(xù)流缺氧生物濾池組合而成，用于中水處理系統(tǒng)。[0015]如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括調(diào)節(jié)池1、第一好氧人工濕地2、缺氧池3和第二好氧人工濕地4，調(diào)節(jié)池I的出水口經(jīng)過管道和控制閥門連接第一好氧人工濕地2頂部的進水口，第一好氧人工濕地2為并列的序批式好氧人工濕地，在調(diào)節(jié)池I與第一好氧人工濕地2之間的管道上又設有分支管道和控制閥門，分支管道的出口與第一好氧人工濕地2的出水口結合，接入缺氧池3底部的進水口，缺氧池3為上向流生物濾池，缺氧池3上部側壁的出水口經(jīng)控制閥門連接第二好氧人工濕地4的頂部的進水口，第二好氧人工濕地4為并列的序批式好氧人工濕地，第二好氧人工濕地4底部的出水管排出合格的處理水。
[0016]所述的第一好氧人工濕地2有四組并列的序批式好氧人工濕地，每組好氧人工濕地具有四級階梯式跌水的好氧人工濕地，上一級好氧人工濕地底部的出水口經(jīng)過管道和控制閥門，連接下一級好氧人工濕地頂部的進水口，四組并列的最后一級好氧人工濕地底部的出水口合并一起。
[0017]所述的第二好氧人工濕地4有四個并列的單級序批式好氧人工濕地。
[0018]所述好氧人工濕地從下向上依次為粒徑40_60mm的礫石11，覆土層12和水生植物
13。水生植物13根系發(fā)達、輸氧能力強，種植密度15株/m2。
[0019]如圖3所示，缺氧池3的底部為礫石承托層17，承托層17中埋有進水的配水管19，池底面設有排泥管18，承托層17之上為玻璃布蜂窩濾料16，池體上部側壁裝有出水管15，頂部加設有蓋子14。缺氧池3為上向流運行方式，污水從池底進入，通過承托層17中的配水管19均勻進水，向上流動通過玻璃布蜂窩濾料16，處理水從池體上部的出水管15，老化污泥定期從池底的排泥管18排出。
[0020]第一好氧人工濕地2以四組好氧人工濕地為例，其具體進出水方式為:
0—Ih:第一組第一級人工濕地進水；
1—2h:第二組第一級人工濕地進水；第一組第一級人工濕地反應；
2—3h:第三組第一級人工濕地進水；第二組第一級人工濕地反應；第一組第一級人工濕地反應；
3—4h:第四組第一級人工濕地進水；第三組第一級人工濕地反應；第二組第一級人工濕地反應；第一組第一級人工濕地反應排水，同時第一組第二級人工濕地進水；
各級循環(huán)方式同第一組第一級人工濕地，相當于每級運行4h，每組運行13h后，開始排
水:
12 — 13h，第一組第四級人工濕地排水進入缺氧池；13— 14h，第二組第四級人工濕地排水進入缺氧池；
14一 15h，第三組第四級人工濕地排水進入缺氧池；
15 — 16h，第四組第四級人工濕地排水進入缺氧池；
缺氧池為連續(xù)流運行方式，各級人工濕地為序批式運行方式，對整個反應系統(tǒng)而言為連續(xù)流運行。
[0021 ] 第四級好氧人工濕地出水硝化液與調(diào)節(jié)池I分流的原污水比為100%~300%。硝化液與原污水在缺氧池前充分混合后，進入缺氧池。
[0022]上述第一好氧人工濕地2、第二好氧人工濕地4內(nèi)均種植根系發(fā)達的水生植物，用于向人工濕地內(nèi)部輸送氧氣；缺氧池3不種植植物，同時加設蓋子蓋住。
[0023]本發(fā)明的第一好氧人工濕地2工作過程是:
進水:調(diào)節(jié)池進水控制閥門5開啟，污水分別進入第一級好氧人工濕地，經(jīng)過反應后依次跌水進入下級人工濕地；第一組第一級人工濕地進水Ih后，污水進入第二組第一級好氧人工濕地；第二組第一級人工濕地進水Ih后，第三組第一級人工濕地開始進水；第三組第一級人工濕地進水Ih后，第四組第一級人工濕地開始進水。每一組第四級人工濕地的排水在時間上間隔lh，連續(xù)進入缺氧池3，這樣就保證缺氧池為連續(xù)流，缺氧池的出水依次排入后面第二好氧人工濕地4的每個單級的好氧人工濕地。
[0024]反應:污水由進水管進入下一級好氧人工濕地的過程中攜帶大量氧氣，同時，在排水過程中池內(nèi)介質與大氣全方位接觸,保證濕地內(nèi)部始終保持很高的D0，使硝化反應充分的進行，N2O通量減少，污水在微生物的反應、填料和植物的吸附作用下，得到凈化。每組好氧人工濕地的出水通過時間間隔依次進入缺氧池，缺氧池保持為連續(xù)流，不曝氣，不種植植物，上方用蓋子蓋住，保證缺氧池的缺氧狀態(tài)，使反硝化的中間產(chǎn)物N2O轉化為最紅產(chǎn)物為N2 ;好氧硝化液和調(diào)節(jié)池的原污水混合后進入缺氧池，原污水提供碳源作為電子供體，硝化液為電子受體，進行充分的反硝化，提高TN的去除效率。
[0025]排水:缺氧池前面的每組每一級人工濕地在反應2h后，利用地形高差跌水進入下一級人工濕地。每組第四級人工濕地的出水從時間上連續(xù)進入缺氧池。缺氧池的出水跌水進入下一級好氧人工濕地。排水過程基質與大氣全方位接觸，富氧效果好。
[0026]與現(xiàn)有技術比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點如下:
1、好氧人工濕地采用序批式運行方式，濕地干濕交替過程，排水過程基質與大氣全方位接觸，可以保障人工濕地內(nèi)DO含量很高，硝化過程完全氧化，溫室氣體N2O釋放量少；
2、好氧人工濕地采用跌水進水的方式，跌水過程增加污水與空氣的接觸面積，同時起到水力曝氣的作用，可以提高好氧人工濕地DO含量，促使硝化反應徹底，N2O釋放量低；
3、缺氧池前面的第一好氧人工濕地2的四組好氧人工濕地采用并列運行，四組好氧人工濕地進水時間間隔lh，出水時間也間隔lh，所以四組好氧人工濕地的出水從時間上連續(xù)進入缺氧池，保證缺氧池為連續(xù)流，防止大氣富氧，保持缺氧池為缺氧狀態(tài)，使得反硝化過程釋放的N2O通量降低；
4、調(diào)節(jié)池的一部分源污水與好氧人工濕地的硝化液充分混合后進入缺氧池，原污水提供的碳源作為電子供體，使反硝化過程反應徹底，提高TN去除率；
5、該裝置的運行過程為重力流，無需污水提升設備，可以降低能耗。
[0027]第二好氧人工濕地的并排的單級人工濕地主要是處理缺氧池出水，因為缺氧池出水不能直接排出。
[0028]該實施例的主要技術參數(shù)為:
水力負荷:0.6~lm3/m2.d
水力停留時間:好氧人工濕地的HRT為2h，缺氧池的HRT為Ih 進水時間、排水時間:序批式人工濕地進水時間為lh，排水時間為Ih 溶解氧:缺氧池為0.5~1.0mg/L,好氧人工濕地為2~3mg/L。
[0029]構造參數(shù):
人工濕地長寬比大于1:1 覆土層高度為0.1m 出水管管徑為30mm
好氧人工濕地進水管距離覆土層為0.2m
缺氧池高度為3~4 m，玻璃布蜂窩濾料層高為2.5~3 m。
[0030]所述人工濕地出水水質滿足《城市污水再生利用-城市雜用水水質》(GB/T18920—2002)的標準。
[0031] 該實施例在最佳水力負荷時，相對于常規(guī)脫氮除磷工藝，本發(fā)明的N2O減排量提高5%~10%，與現(xiàn)有的單一序批式好氧人工濕地相比，其TN去除效果更佳。
【權利要求】
1.序批式人工濕地污水處理脫氮過程氧化亞氮減排控制系統(tǒng)，其特征是:包括調(diào)節(jié)池(I)、第一好氧人工濕地(2 )、缺氧池(3 )和第二好氧人工濕地(4)，調(diào)節(jié)池(I)的出水口經(jīng)過管道和控制閥門連接第一好氧人工濕地(2)頂部的進水口，第一好氧人工濕地(2)為并列的序批式好氧人工濕地，在調(diào)節(jié)池(I)與第一好氧人工濕地(2)之間的管道上又設有分支管道和控制閥門，分支管道的出口與第一好氧人工濕地(2)的出水口結合，接入缺氧池(3)底部的進水口，缺氧池(3)為上向流生物濾池，缺氧池(3)上部側壁的出水口經(jīng)控制閥門連接第二好氧人工濕地(4)的頂部的進水口，第二好氧人工濕地(4)為并列的序批式好氧人工濕地，第二好氧人工濕地(4)底部的出水管排出合格的處理水。
2.根據(jù)權利要求1所述的序批式人工濕地污水處理脫氮過程氧化亞氮減排控制系統(tǒng)，其特征是:所述的第一好氧人工濕地(2)有四組并列的序批式好氧人工濕地，每組好氧人工濕地具有四級階梯式跌水的好氧人工濕地，上一級好氧人工濕地底部的出水口經(jīng)過管道和控制閥門，連接下一級好氧人工濕地頂部的進水口，四組并列的最后一級好氧人工濕地底部的出水口合并一起。
3.根據(jù)權利要求1所述的序批式人工濕地污水處理脫氮過程氧化亞氮減排控制系統(tǒng)，其特征是:所述的第二好氧人工濕地(4)有四個并列的單級序批式好氧人工濕地。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的序批式人工濕地污水處理脫氮過程氧化亞氮減排控制系統(tǒng)，其特征是:所述好氧人工濕地從下向上依次為粒徑40-60mm的礫石(11 )，覆土層(12)和水生植物(13)。
5.根據(jù)權利要求1、2或3所述的序批式人工濕地污水處理脫氮過程氧化亞氮減排控制系統(tǒng)，其特征是:缺氧池(3)的底部為礫石承托層(17)，承托層(17)中埋有進水的配水管(19)，池底面設有排泥管(18)，承托層(17)之上為玻璃布蜂窩濾料(16)，池體上部側壁裝有出水管(15),頂部加 設有蓋子(14)。
【文檔編號】C02F3/32GK103936233SQ201410183438
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權日:2014年5月4日
【發(fā)明者】柴宏祥, 何強, 艾南平, 廖宇, 方俊華, 康威 申請人:重慶大學