提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿地系统.pdf

本发明涉及提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿地系统，包括依次设置的配水区、净化区及集水区，配水区连接进水管，集水区连接出水管，净化区中按水流方向从前至后依次放置硫磺/石灰石混合基质、砾石基质及沸石基质。与现有技术相比，本发明将潜流湿地与硫自养反硝化相结合，脱除进水中的硝酸盐，由于脱氮硫杆菌生长缓慢，增殖速率远远低于异养菌，因此，该潜流湿地系统在高效反硝化脱氮的同时，也不会由于微生物的大量繁殖而造成潜流湿地系统堵塞。同时利用混合基质中的石灰石，实现对进水中磷酸盐的去除。

权利要求书
1.  提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿地系统，包括依次设置 的配水区、净化区及集水区，配水区连接进水管，集水区连接出水管，
其特征在于，所述的净化区中按水流方向从前至后依次放置硫磺/石灰石混合 基质、砾石基质及沸石基质。

2.  根据权利要求1所述的提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿 地系统，其特征在于，所述的配水区与净化区之间设置使水流均匀分布的穿孔花墙。

3.  根据权利要求1所述的提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿 地系统，其特征在于，所述的净化区与集水区之间设置使水流均匀分布的穿孔花墙。

4.  根据权利要求1所述的提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿 地系统，其特征在于，所述的硫磺/石灰石混合基质为硫磺与石灰石按体积比为1∶ 1构成的混合基质，该混合基质的粒径为5-8cm。

5.  根据权利要求1所述的提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿 地系统，其特征在于，所述的砾石基质的粒径为10-12cm。

6.  根据权利要求1所述的提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿 地系统，其特征在于，所述的砾石基质内设置穿孔曝气管。

7.  根据权利要求6所述的提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿 地系统，其特征在于，所述的穿孔曝气管的管径为20mm，在曝气管上每隔150mm 开设孔径为4mm的曝气孔。

8.  根据权利要求1所述的提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿 地系统，其特征在于，所述的沸石基质的粒径为5-8cm。

9.  根据权利要求1-8中所述的提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜 流湿地系统，其特征在于，所述的硫磺/石灰石混合基质、砾石基质及沸石基质区 域的体积比为1∶1∶1。

10.  根据权利要求9所述的提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿 地系统，其特征在于，所述的集水区还通过回流管与回水泵与配水区连通。

说明书提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿地系统
技术领域
本发明属于污水厂尾水生态处理技术领域，尤其是涉及一种提高污水厂尾水 脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿地系统。
背景技术
根据《2012国民经济和社会发展统计公报》]中显示2012年末我国城市污水处 理厂日处理能力已达11255万立方米，城市污水处理率达到82.6％。由此可见，每 年需处理污水量十分巨大。根据我国《城镇污水处理厂排放标准》(GB18989-2002) 的一级A标显示：总氮、总磷排放标准分别为15mg/L、0.5mg/L，而《地表水环 境质量标准》(GB3838-200)中V类水的总氮总磷标准为2mg/L、0.4(0.2)mg/L。 很显然，经过污水处理厂的生化处理可以削减掉污水中大部分的氮磷类污染物，但 处理后水总氮总磷含量与受纳地表水体相比仍然较高，因此并不能从根本上解决受 纳水体的富营养化问题。为了改善受纳水体的水环境质量，此类富含硝酸盐、磷酸 盐污染水亟待处理。
研究表明，人工湿地广泛应用于水体水质的净化与恢复、面源污染的控制、初 期降雨的处理以及城市污水处理厂尾水的深度处理。但是，将人工湿地应用于此类 低碳高氮类污染水的处理会因碳源不足而存在较大的难度，如果添加异养碳源，不 仅会提高处理成本，还有可能造成二次污染。除此之外，相关研究表明人工湿地的 堵塞很大程度上是由于异养菌生长过快而造成的生物性堵塞。因此如何提高脱氮效 能、解决碳源不足、防止人工湿地堵塞成为水处理界关注的重点。
近年来，硫自养反硝化由于具有反硝化效率高、污泥产量低等特点越来越受到 人们的关注。因此，通过将潜流人工湿地与硫自养反硝化技术相结合，应该能够解 决以硝酸盐为主的污染水体的净化难题。
中国专利CN101993150A公开了复式潜流人工湿地系统，包括湿地池及湿地 床体，湿地床体表层为小粒径填料层，表层至池底为大粒径填料层，设进水管，收 水槽，收水槽的收水侧为连接细格栅的收水花墙并设出水管，湿地植物分布于湿地 床体表面；特征是进水端与出水端设置在湿地床体的同一端，进水管为沿短边堤坝 方向水平设置在大粒径填料层和小粒径填料层之间的穿孔管；收水槽与进水管平行 设置在进水管远离短边堤坝一侧；沿长边堤坝向湿地床体斜下方设置一隔水层，其 上端与收水花墙底部连接，下端与后端短边堤坝及池底保有距离，两侧长边与堤坝 连接，湿地床体设放气管，与传统潜流湿地构型相比，该专利能够在一定程度上提 高湿地系统的脱氮效果，但是对于处理低碳氮比污染水而言，该专利无法实现湿地 系统的高效脱氮除磷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有污水厂尾水硝酸盐含量较高、有效碳源不足等问 题，提供一种潜流湿地与硫自养反硝化相结合的技术方法，实现有效脱氮的同时， 还能够避免潜流湿地普遍存在的生物堵塞问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿地系统，包括依次设置的配 水区、净化区及集水区，配水区连接进水管，集水区连接出水管，
所述的净化区中按水流方向从前至后依次放置硫磺/石灰石混合基质、砾石基 质及沸石基质。
所述的配水区与净化区，以及净化区与集水区之间设置使水流均匀分布的穿孔 花墙。
所述的硫磺/石灰石混合基质为硫磺与石灰石按体积比为1∶1构成的混合基 质，该混合基质的粒径为5-8cm。硫磺上吸附的脱氮硫杆菌利用溶解在水中的单质 硫还原硝酸盐，单质硫被氧化成硫酸盐，而混合基质中的石灰石可以防止反硝化过 程中的pH下降，同时对进水中含有的磷酸盐具有良好的去除效果，水体在此区域 停留时间为4小时。
所述的砾石基质的粒径为10-12cm，在砾石基质内设置穿孔曝气管，穿孔曝气 管的管径为20mm，在曝气管上每隔150mm开设孔径为4mm的曝气孔。反硝化后 水体进入砾石基质区域，在此区域进行穿孔管曝气，营造好氧环境，利用砾石上附 着生长的微生物降解进水中的难降解有机物，并将进水中的部分氨氮氧化成硝酸 盐，且能够将上一区域中未反应完全的单质硫氧化成硫酸盐，水体在此区域停留时 间为4小时。
所述的沸石基质的粒径为5-8cm，水体最后进入沸石基质区域，在此区域，利 用沸石基质，将水体中残余的少量氨氮吸附，进一步降低进水中的氮含量，水体在 此区域停留时间为4小时。
所述的硫磺/石灰石混合基质、砾石基质及沸石基质区域的体积比为1∶1∶1。
所述的集水区还通过回流管与回水泵与配水区连通，处理后出水进入集水区， 部分水体通过回流系统重新进入配水区，回流比为100％。
与现有技术相比，本发明针对尾水低碳高氮的水质特征，结合自养生物反硝化 原理，通过在传统的潜流湿地中放置硫磺/石灰石混合基质，能够实现高效反硝化 以及除磷，且由于自养微生物生长缓慢，在水力停留时间较长的湿地中不会造成系 统的生物堵塞，与异养反硝化相比更具有优势，能够实现湿地系统长期的高效脱氮 除磷。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为本发明的平面结构示意图；
图中，1-进水管、2-配水区、3-净化区、31-硫磺/石灰石混合基质、32-砾石基 质、33-沸石基质、34-穿孔曝气管、4-集水区、5-出水管、6-回流泵、7-回流管、8- 穿孔花墙。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
提高污水厂尾水脱氮除磷效果并免生物堵塞潜流湿地系统，其结构和如图1-2 所示，包括依次设置的配水区2、净化区3及集水区4，配水区2连接进水管1， 集水区4连接出水管5，配水区2与净化区3之间，以及净化区3与集水区4之间 均设置使水流均匀分布的穿孔花墙8。
净化区3中按水流方向从前至后依次放置硫磺/石灰石混合基质31、砾石基质 32及沸石基质33。硫磺/石灰石混合基质31、砾石基质32及沸石基质33区域的体 积比为1∶1∶1。
其中，硫磺/石灰石混合基质31为硫磺与石灰石按体积比为1∶1构成的混合 基质，该混合基质的粒径为5-8cm，本实施例中基质的粒径为6cm。硫磺上吸附的 脱氮硫杆菌利用溶解在水中的单质硫还原硝酸盐，单质硫被氧化成硫酸盐，而混合 基质中的石灰石可以防止反硝化过程中的pH下降，同时对进水中含有的磷酸盐具 有良好的去除效果，水体在此区域停留时间为4小时。
砾石基质32的粒径为10-12cm，本实施例中选用粒径为10cm的砾石。在砾石 基质32内设置穿孔曝气管34，穿孔曝气管34的管径为20mm，在曝气管上每隔 150mm开设孔径为4mm的曝气孔。反硝化后水体进入砾石基质区域，在此区域进 行穿孔管曝气，营造好氧环境，利用砾石上附着生长的微生物降解进水中的难降解 有机物，并将进水中的部分氨氮氧化成硝酸盐，且能够将前一区域中未反应完全的 单质硫氧化成硫酸盐，水体在此区域停留时间为4小时。
沸石基质33的粒径为5-8cm，本实施例中选用粒径为6cm的沸石。水体最后 进入沸石基质区域，在此区域，利用沸石基质，将水体中残余的少量氨氮吸附，进 一步降低进水中的氮含量，水体在此区域停留时间为4小时。
除此之外，集水区4还通过回流管7与回水泵6与配水区2连通，处理后出水 进入集水区，部分水体通过回流系统重新进入配水区，回流比为100％。
污水厂出水具有硝酸盐含量较高的特点，通过进水管1被输送进入潜流湿地的 配水区2，通过穿孔花墙8均匀分配进入潜流湿地净化区3，首先与硫磺/石灰石混 合基质31相接触，在该区域，附着生长的脱氮硫杆菌利用溶解在水体中的单质硫， 将进水中的硝酸盐还原成氮气，同时进水中的磷酸盐也能够与石灰石发生反应而得 以去除；反硝化后的水流进入砾石基质32域，在此区域，通过曝气措施，将进水 中含有的部分氨氮转化成硝酸盐，以及将水中含有的没有反应完全的单质硫氧化成 硫酸盐；最后水流进入沸石基质33区域，通过沸石将水体中残余的氨氮吸附，并 将进水中含有的细小悬浮颗粒物截留下来，能够提高出水透明度。进入集水区4 的水体中会含有一些硝酸盐，通过回流泵6、回流管7回流到配水区2，与进水混 合后，进入硫磺/石灰石混合基质区完成反硝化脱氮。
本技术方法将潜流湿地与硫自养反硝化相结合，脱除进水中的硝酸盐，由于脱 氮硫杆菌生长缓慢，增殖速率远远低于异养菌，因此，该潜流湿地系统在高效反硝 化脱氮的同时，也不会由于微生物的大量繁殖而造成潜流湿地系统堵塞。同时利用 混合基质中的石灰石，实现对进水中磷酸盐的去除。
实施例2
实验地点为某污水处理厂的出水侧绿地，构建潜流湿地系统，处理污水处理厂 出水，处理水量为2000m3/d，主要污染物为硝酸盐、氨氮、总磷。测定进水中硝 酸盐氮含量为6～10mg/L，氨氮含量0.3～5mg/L，总磷含量0.32～0.48g/L。潜流湿 地的设计水力停留时间为12小时，三段区域的水力停留时间均设置为4小时。设 置2组潜流湿地，单组平面尺寸为10x51m，深度为1m；
潜流湿地中分级设置了硫磺/石灰石混合基质区域、砾石基质区域和沸石基质 区域，在砾石介质区域，设置了穿孔曝气管。硫磺/石灰石混合基质的颗粒直径为 5-8cm，混合比例为1：1，混合层高度为1m；砾石基质的颗粒直径为10-12cm， 高度为1m；沸石基质的颗粒直径为5-8cm，高度为1m。砾石区域设置的穿孔曝气 管管径为DN20，敷设在湿地底部的曝气管上开孔，孔径为4mm，间距为150mm， 运行过程中保持该区域的溶解氧为3-5mg/L；回流泵稳定地控制回流比为100％， 回流管为DN150。
系统建成后运行1个月后达到稳定，到目前已经持续运行2年时间，潜流湿地 出水硝酸盐含量下降至2.5～4.2mg/L，氨氮含量0.12～2mg/L，总磷含量 0.12～0.22mg/L；硫酸盐的含量为120～180mg/L，没有超过地表水水质标准中的 250mg/L的限值，系统的建设对于削减污水厂尾水的氮磷营养盐起到了良好的效 果，且湿地系统运行过程中阻力维持稳定，没有发生堵塞现象。