一种高氮低碳污水处理装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种高氮低碳污水处理装置及方法，尤其是设及一种藻类氧化塘-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】
[0002] 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、憐等营养物质浓度仍然较高，且W可生 物降解有机物含量低、总氮浓度高为主要特征，运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。
[0003] 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W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W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、运行溫度、溶解氧、微生物群落W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。为了解决运个问题，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运 一问题的技术瓶颈。
[0004] 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 W及可生物降解的聚合物等。W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，W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W高 等植物纤维如作物賴杆、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、脱氮效果受溫度影响较大。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。 阳0化]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：污水厂尾水一石灰石滤油一沉水植物氧化塘一垂直流湿 地一表流湿地一复合基质滤油一生态复氧池一接纳水体。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 利化201310195378. 7公开了一种W热塑性可生物降解聚醋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】
[0006] 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。
[0007] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[0008] 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。
[0009] 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揽拌装置，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。
[0010] 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。
[0011] 所述的藻类氧化塘内的微藻为斜生栅藻、小球藻等。
[0012] 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。
[0013]所述的填料层沿污水流动方向依次分为=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，=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W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。
[0014] 所述的排水层由碱石构成，其粒径为32~16mm。
[0015] 所述的防渗层可W采用不渗水材料，如果湿地范围内底部为透水率很低的黏上 层，亦可作为防渗层。
[0016] 所述的挺水植物为芦韦、富蒲、再力花、水生尊尾、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憐去除，并 增强景观效果。
[0017] 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。
[0018] 一种采用高氮低碳污水处理装置的处理污水的方法，包括W下步骤：
[0019] 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；
[0020] 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；
[0021] 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。
[0022] 污水在藻类氧化塘单元的停留时间为4~7天。
[0023] 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、憐，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W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。
[0024] 藻类可W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憐等营养元素。旺盛的藻类生长使得氧化 塘具有更高的溶解氧与抑值，W及更强的氮憐去除功能。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憐等营养物质，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0)2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%W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W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。
[0025] 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。
【附图说明】
[00%] 图1为本发明的高氮低碳污水处理装置的结构示意图；
[0027]图2为本发明的实施例2中藻类氧化塘的俯视图；
[0028] 图中，1-藻类氧化塘，2-氧化塘进水口，3-连续揽拌装置，4-氧化塘出水口，5-水 平潜流人工湿地，6-集水区，7-挺水植物，8-填料层，9-排水层，10-防渗层，11-排水管道。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例W本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。 阳〇3〇] 实施例1
[0031]使用本发明处理污水处理厂尾水，具体包括W下步骤：
[0032] (1)构建藻类氧化塘作为尾水深度处理的第一单元。接受污水处理厂尾水8000m7 d，设定系统最大处理量为10000m7d。水力停留时间5天，则藻类氧化塘容积50000m3,池深 1. 6m，建设面积31250m2。共建设4块藻类氧化塘，每块占地8000m2,长宽比8:1，并被分成 2m宽的狭窄廊道。
[0033] (2)水平潜流人工湿地水量负荷设置为0.4mVm2 ?d，共占地25000m2,分为五十块 并联单元，每块500m2,长宽比为5:1，深度为1.Om。填料为石英砂，沿每块人工湿地推流方 向均分成S部分，每部分填料粒径分别为16~32mm，8~16mm，4~8mm。排水层由碱石构 成，粒径16~32mm。植物选择再力花和水生尊尾，12株/m。底部均采用±工防渗膜进行防 渗处理。
[0034] (3)氧化塘微藻产率为0.Ig/l，取C含量30%，微藻C/N= 10。则光生物反应器 出水中COD= 80mg/L。假设N、P含量不变，C/N= 5. 33,可视为反硝化碳源充足，硝态氮可 被完全去除。若忽