申请日2015.09.18
公开(公告)日2015.12.30
IPC分类号C02F3/32
摘要
本发明涉及一种高氮低碳污水处理装置及方法，该装置包括沿污水流动方向依次串联连接的至少一个藻类氧化塘(1)和至少一个水平潜流人工湿地(5)，其中，沿污水流动方向的最后一个藻类氧化塘(1)的出水口与第一个水平潜流人工湿地(5)的进水口通过管道连接，所述的藻类氧化塘(1)内培养有藻类，藻类对污水进行脱氮汇碳处理，并作为外加碳源随污水从藻类氧化塘(1)的出水口流入水平潜流人工湿地(5)。与现有技术相比，本发明具有脱氮增碳效果好，成本低，运行维护方便等优点。
摘要附图
权利要求书
1.一种高氮低碳污水处理装置，其特征在于，该装置包括沿污水流动方向依 次串联连接的至少一个藻类氧化塘(1)和至少一个水平潜流人工湿地(5)，其中， 沿污水流动方向的最后一个藻类氧化塘(1)的出水口与第一个水平潜流人工湿地 (5)的进水口通过管道连接，所述的藻类氧化塘(1)内培养有微藻，微藻对污水 进行脱氮汇碳处理，并作为外加碳源随污水从藻类氧化塘(1)的出水口流入水平 潜流人工湿地(5)。
2.根据权利要求1所述的一种高氮低碳污水处理装置，其特征在于，所述的 藻类氧化塘(1)按纵剖面方向分为多条狭窄廊道，所述的藻类氧化塘(1)中靠近 氧化塘进水口处设有推动水流的连续搅拌装置(3);
所述的藻类氧化塘(1)的池深为0.8～1.6m。
3.根据权利要求1所述的一种高氮低碳污水处理装置，其特征在于，所述的 藻类氧化塘(1)内的微藻为斜生栅藻或小球藻。
4.根据权利要求1所述的一种高氮低碳污水处理装置，其特征在于，所述的 水平潜流人工湿地(5)按污水流动方向依次分为相互隔开的集水区(6)与污水净 化区两部分，待净化污水通过管道进入集水区(6)，所述的污水净化区从上到下分 为挺水植物(7)、填料层(8)、排水层(9)和防渗层(10)，所述的挺水植物(7) 种植在填料层(8)上，所述的填料层(8)通过管道连接集水区(6)，所述的排水 层(9)在水平潜流人工湿地(5)尾端设有排水管道(11)。
5.根据权利要求4所述的一种高氮低碳污水处理装置，其特征在于，所述的 填料层(8)沿污水流动方向依次分为三段：填料层(8)前段、填料层(8)中段 和填料层(8)后段，所述的填料层(8)前段的填料粒径为32～16mm，所述的填 料层(8)中段的填料粒径为16～8mm，所述的填料层(8)后段的填料粒径为8～4mm， 三段填料层(8)的填料的均为石英砂填料，填料孔隙率均为30～50%。
6.根据权利要求4所述的一种高氮低碳污水处理装置，其特征在于，所述的 排水层(9)由砾石构成，其粒径为32～16mm。
7.根据权利要求4所述的一种高氮低碳污水处理装置，其特征在于，所述的 挺水植物(7)为芦苇、菖蒲、再力花、水生鸢尾、美人蕉中的一种或几种，挺水 植物(7)的种植密度为12～20株/m2。
8.根据权利要求4所述的一种高氮低碳污水处理装置，其特征在于，所述的 水平潜流人工湿地(5)的长宽比为3～5:1，其深度为1.0～1.2m。
9.一种采用权力要求1～8任一所述的高氮低碳污水处理装置处理污水的方法， 其特征在于，包括以下步骤：
1)选择合适用地，构建串联连接的至少一个藻类氧化塘(1)，并在其中培养 微藻;
2)与藻类氧化塘(1)沿污水流动方向串联搭建至少一个水平潜流人工湿地(5)， 其中，最后一个藻类氧化塘(1)与第一个水平潜流人工湿地(5)通过管道连接;
3)污水汇集后进入藻类氧化塘(1)停留，藻类对污水进行脱氮汇碳处理，并 随污水进入水平潜流人工湿地(5)进行脱氮增碳处理，处理后的污水从排水管道 (11)流出。
10.根据权利要求9所述的一种高氮低碳污水处理方法，其特征在于，污水在 藻类氧化塘(1)的停留时间为4～7天。
说明书
一种高氮低碳污水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种高氮低碳污水处理装置及方法，尤其是涉及一种藻类氧化塘- 人工湿地组合脱氮的高氮低碳污水处理装置及方法。
背景技术
近些年，随着研究的不断深入和技术的提升，我国污水经二级生物处理后虽然 大部分污染物已得到削减，但二级出水排放量大，氮、磷等营养物质浓度仍然较高， 且以可生物降解有机物含量低、总氮浓度高为主要特征，这对自净能力有限或已受 到污染的受纳水体来说，并不能从根本上解决受纳水体的富营养化问题。因此，为 了改善受纳水体水质，针对污水处理厂二级出水现状，特别是其高氮特性，亟待深 度处理。
人工湿地作为典型的生态处理技术，已被广泛应用于污染水体的水质净化与恢 复、面源污染控制、雨水处理与利用以及污水处理等领域。然而，随着人工湿地工 程实例的逐年增多，其在处理典型南方城市污水、污水处理厂尾水以及河流、湖泊、 水库等水体富营养化问题时，脱氮效果不理想的现状也日益凸显。此外，在实际运 行中，不同湿地对氮的去除效果存在很大的差异，其中最低的只有30%，而最高 可超过90%。人工湿地脱氮效率与其水力条件、运行温度、溶解氧、微生物群落 以及湿地中的碳源量及种类等有关。其中，碳源不足是人工湿地脱氮效果的主要限 制性因素。为了解决这个问题，现阶段采用的措施主要是通过投加外源性碳源来增 强湿地的脱氮效率，而如何经济有效地添加碳源则成为解决这一问题的技术瓶颈。
目前应用于人工湿地的外加碳源主要有：污水、低分子碳水化合物、天然有机 底物以及可生物降解的聚合物等。以污水作为外碳源时反硝化速率很大程度上受到 了原污水中低分子有机物含量的限制，如果原污水中低分子有机物含量低将不会有 效的提高湿地系统的反硝化效率。低分子碳水化合物碳源(如乙酸、葡萄糖)也存 在一些不容忽视的缺点，运营成本高，出水的COD往往也较高。同时，以低分子 碳水化合物作为外碳源时，微生物的氧化作用也会增强，从而消耗更多的碳源，降 低碳源的有效利用率。并且由于低分子碳水化合物通常为水溶性物质，很容易随水 流失。此外，碳源投加系统的维护和运行成本高。而以高等植物纤维如作物秸秆、 湿地植物枯叶等为主的固态碳源虽然相对经济，但是现阶段同样陷入碳源释放缓 慢、波动幅度大，且需要进行预处理等困境。此外，可生物降解的聚合物碳源市场 价格较高、脱氮效果受温度影响较大。因此，筛选新的、多途径的碳源是研究提升 人工湿地脱氮效率的重要方向。
中国专利201210066443.1公开了一种处理低碳氮比污水的装置及方法，该装 置由生化处理单元、磁性阴离子交换树脂处理单元、接触过滤单元、消毒单元通过 管道依次串联。本发明还公开了利用该装置处理低碳氮比污水的方法，通过生化处 理、离子交换、接触过滤、消毒排放等步骤高效处理低碳氮比污水。该专利的低碳 氮比污水处理效果较好，但是装置相对复杂，且装置的生态保护能力不足。中国专 利200810195128.2公开了一种用于污水厂尾水深度净化的湿地工艺：污水厂尾水 →石灰石滤油→沉水植物氧化塘→垂直流湿地→表流湿地→复合基质滤油→生态 复氧池→接纳水体。该专利的工艺将污水处理与城市绿地及湿地公园建设融为一 体，生态性好，但是工艺步骤多，污水处理程序复杂。中国专利ZL201310195378.7 公开了一种以热塑性可生物降解聚酯为固体碳源的强化脱氮水平潜流人工湿地系 统。该系统包括进水管、布水区、湿地粗填料区、湿地细填料区、固体碳源投加管、 固体碳源强化反硝化区、湿地植物、集水区、放水孔、排水区和排放管。该系统的 持续脱氮能力强，但是其外加碳源的方式增加了运行成本，同时也存在二次污染的 可能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种藻类氧化塘- 人工湿地组合脱氮的高氮低碳污水处理装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高氮低碳污水处理装置，该装置包括沿污水流动方向依次串联连接的至少 一个藻类氧化塘和至少一个水平潜流人工湿地，其中，沿污水流动方向的最后一个 藻类氧化塘的出水口与第一个水平潜流人工湿地的进水口通过管道连接，所述的藻 类氧化塘内培养有微藻，微藻对污水进行脱氮汇碳处理，并作为外加碳源随污水从 藻类氧化塘的出水口流入水平潜流人工湿地。
所述的藻类氧化塘由水泥挡板构成，按纵剖面方向分为多条狭窄廊道，有助于 实现推流和较浅的池深，从而提高藻类氧化塘内的微藻密度，所述的藻类氧化塘中 靠近氧化塘进水口处设有推动水流的连续搅拌装置，使藻类在污水中混匀，并在一 定程度上为藻类光合作用提供二氧化碳。
所述的藻类氧化塘的池深0.8～1.6m。藻类氧化塘中水深在一定程度上的减小 能使得光照充足，藻密度增加。
所述的藻类氧化塘内的微藻为斜生栅藻、小球藻等。
所述的水平潜流人工湿地按污水流动方向依次分为相互隔开的集水区与污水 净化区两部分，待净化污水通过管道进入集水区，集水区通过管路连接藻类氧化塘 或上一级的水平潜流人工湿地的出水口，所述的污水净化区从上到下分为挺水植 物、填料层、排水层和防渗层，所述的挺水植物种植在填料层上，所述的填料层通 过管道连接集水区，所述的排水层在水平潜流人工湿地尾端设有排水管道。
所述的填料层沿污水流动方向依次分为三段：填料层前段、填料层中段和填料 层后段，所述的填料层前段的填料粒径为32～16mm，所述的填料层中段的填料粒 径为16～8mm，所述的填料层后段的填料粒径为8～4mm，三段填料层的填料的均 为石英砂填料，填料孔隙率均为30～50%。填料粒径循序减小，可以避免藻类在基 质中造成堵塞，并使藻类在人工湿地中分解，碳源在反硝化过程中被更充分地利用。
所述的排水层由砾石构成，其粒径为32～16mm。
所述的防渗层可以采用不渗水材料，如果湿地范围内底部为透水率很低的黏土 层，亦可作为防渗层。
所述的挺水植物为芦苇、菖蒲、再力花、水生鸢尾、美人蕉中的一种或几种， 挺水植物的种植密度为12～20株/m2，在人工湿地中种植植物可在一定程度上提高 氮磷去除，并增强景观效果。
所述的水平潜流人工湿地的长宽比为3～5:1，其深度为1.0～1.2m。
一种采用高氮低碳污水处理装置的处理污水的方法，包括以下步骤：
1)选择合适用地，构建串联连接的至少一个藻类氧化塘，并在其中培养藻类;
2)与藻类氧化塘沿污水流动方向串联搭建至少一个水平潜流人工湿地，其中， 最后一个藻类氧化塘与第一个水平潜流人工湿地通过管道连接;
3)污水汇集后进入藻类氧化塘停留，藻类对污水进行脱氮汇碳处理，并随污 水进入水平潜流人工湿地进行脱氮增碳处理，处理后的污水从排水管道流出。
污水在藻类氧化塘单元的停留时间为4～7天。
本发明的高氮低碳污水的处理装置即为一藻类氧化塘-水平潜流人工湿地组合 系统，处理生活污水或深度处理污水厂尾水。藻类生物塘作为系统第一个单元，微 藻吸收的氮、磷，此外，藻类具有强大的碳汇能力，在其中能够大量繁殖，藻类随 氧化塘出水流入水平潜流湿地，成为外加碳源，藻类残体在基质中被分解利用，可 以有效提高人工湿地的脱氮能力，从而解决人工湿地处理高氮低碳污水时碳源不足 的问题。
藻类可以进行光合作用，适当地提高了氧化塘内的溶解氧，强化好氧微生物的 降解作用，同时藻类自身的生长会吸收水体中的氮磷等营养元素。旺盛的藻类生长 使得氧化塘具有更高的溶解氧与pH值，以及更强的氮磷去除功能。一方面藻类在 氧化塘中通过生长繁殖能够吸收污水中大量的氮磷等营养物质，而其中一部分藻类 死亡后会沉降至底泥起到固定营养元素的作用。另一方面，绝大部分藻类生长周期 短，光合效率高，其CO2固定效率为一般陆生植物的10～50倍。氧化塘的出水进 入人工湿地后，水体中的藻类会被湿地拦截下来(98%以上)。被截留的藻类在基 质中衰亡分解释放一定量的碳源，进而可以作为外加碳源促进湿地微生物进行消化 反硝化强化湿地脱氮作用。
与现有技术相比，本发明利用藻类氧化塘与人工湿地功能互为补充、相互促进 的关系，既解决了人工湿地反硝化碳源问题不足，又使藻类氧化塘出水含藻的难题 得到解决，同时，污水处理的成本极低。经过本发明的装置处理后的生活污水水质 指标达到一级A排放标准，污水处理厂尾水达到地表水V类标准。整个装置造价 低廉、运行维护简便，并具有良好的景观效果和生态价值。
