专利名称：一种人工湿地有机碳源的补充方法
技术领域：
本发明涉及一种人工湿地有机碳源的补充方法，尤其是特别涉及一种适用 于处理低碳氮比污水的人工湿地植物有机碳源的补充方法，属于资源环境保护 技术领域。
背景技术：
人工湿地处理低C/N比污水时遇到由于有机碳源不足而影响氮去除效率的 问题。已有的解决方法主要是向人工湿地系统中补充有机碳源，通过在进水中 投加甲醇、乙醇、葡萄糖或果糖等易于生物降解的有机物，提高进水的碳氮比， 促进反硝化脱氮。也有方法是在人工湿地处理工艺的中端直接输送未处理原水 以达到补充有机碳的效果。由于这些有机碳生化反应速度快，为了保持较高的 脱氮效果需要不断地补充碳源，从而增加了人工湿地系统运行成本和后续管理 的难度。为了降低运行成本，人们又尝试向人工湿地的进水中投加城市污水或 含较高有机物浓度的工业废水，但是由于这些废水的水质成分复杂，很容易引 入其他污染物质，使人工湿地出水水质恶化，运行不稳定。理想的有机碳源应 该具有价廉易得、 一次或少次投加而长期有效的特点。
各种植物碳源材料是可资利用的有机碳源，如湿地植物的枯枝落叶、废弃 的木材、落下的树枝、麦秆或玉米秆等各种植物桔秆材料。这些材料来源广泛， 价格低廉，均含有丰富的有机物质，经过分解可以释放出一定量的有机碳。基 于此，可以将植物材料添加到污水厂的生化反应器中，作为反硝化所需的有机 碳源，提高污水中氮的去除率。
但是，将植物材料作为有机碳源以提高人工湿地脱氮效率在工程应用上遇 到的关键问题是，由于植物材料的分解是先快后慢，导致有机碳的释放是前期 短时间内的大量释放及后期稳定、緩慢的释放，从而导致氮去除效率不稳定及 出水水质恶化。采用何种植物材料或者植物材料的组合？植物材料补充在人工
3湿地的什么位置？补充多少量的植物材料才能既发挥提高氮的去除效率又不会 造成出水水质的恶化？这些问题的解决是补充植物材料提高人工湿地脱氮效果 的关4建。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人工湿地有机碳源的补充方法，针对上述存在 的难点问题，解决植物材料的筛选、有机碳源的添加方式等技术问题，达到既 能提高脱氮效率又不影响出水水质的效果，是一种解决上述困扰补充植物材料 作为有机碳源所存在的关键难题的人工湿地植物碳源补充方法。
本发明的技术解决方案是
一种人工湿地有机碳源的补充方法，其特征在于将树枝、木屑或植物秸 秆中的一种或几种切碎后作为有机碳源加入人工湿地，当进水水质稳定时，将 所述有机碳源直接加入到人工湿地的填料中；当进水水质不稳定时，将所述有 机碳源加入有机碳释放池，将释》文池中的分解液输入人工湿地中。
本发明根据植物材料的释放特点，筛选出脱氮效果好又不影响出水水质的 植物材料或不同植物材料的组合形式，作为有机碳源的植物材料包括树枝、木 屑或植物秸秆，所述的植物秸秆包括玉米秸秆、芦苹秸秆、香蒲秸秆、美人蕉 秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆等富含有机质的秸秆。植物碳源优选下列组合之一
1) 树枝10 50°/。，,萃秸秆20~60%,玉米秸秆10~30%;
2) 木屑10~50%，香蒲桔秆20~60°/。，玉米秸秆10~30%;或
3) 树枝10~50%,美人蕉秸秆20~40%，芦苹秸秆20 60%。 植物碳源应先行切碎，以利于其添加或分解以释放有机碳。长度较大的树
枝或植物秸秆等材料应剪碎至接近填料粒径大小，或是〈10cm,以利于有机碳成 分快速的释放。
本发明有机碳源的添加方式，可根据人工湿地待处理水的水质特点，确定 植物有机碳源的添加方式是直接添加还是间接添加。间接补充的方式是在其进入湿地系统之前让有机碳释放，根据需要用溶解态的碳源和污水混合进入湿地； 直接补充方式是直接把植物材料放入湿地的填料中，然后随着湿地的运行，让 植物材料随运行时间不断地释放出有机碳。
当进水水质比较稳定时采用直接的补充方式。所谓的直接补充方式是把植 物秸秆直接加入到湿地的填料中，随着湿地的运行、植物材料的分解，有机石灰 不断的释放出来，提供反硝化所需的有机碳。这种补充方式根据氮的存在形态 确定适宜的添加补充位置。如果进水中所含氮以硝化完全的NOr-N形态为主， 植物材料可以直接添加在人工湿地填料的表层(垂直流人工湿地)或进水部位。 如果进水中所含氮主要以,+-:^形态为主，植物材料应补充在距离填料表层或 进水部位填料20-30cm的位置，以避免由于植物材料分解耗氧造成抑制NH4+-N 硝化反应，另外由于污染物(包括氮)的去除主要发生在距进水20-30cm以内 的距离，植物材料补充在这个位置可以更适宜地为经过硝化反应后的N03—-N提 供有机碳源，提高TN的去除效率。
当进水水质变化的波动性较大时，为了保证比较稳定的脱氮效果，应采用 间接的补充方式。所述的间接补充方式是将植物材料分解释放有机碳与有机碳 发挥反硝化作用这两个反应在两个不同的装置中进行，也即建立单独的植物材 料的有机碳释放池，将释放池中的植物分解液输送到人工湿地中，提高进水C/N 比，从而提高脱氮效果。当采用间接补充这种方式时，为了保证稳定的氮去除 效果，需要根据进水水质，用计量泵输送分解液到人工湿地中，调整抽入的植 物分解液的量。
本发明对植物碳源补充量的确定，可以根据需进行处理的氮负荷率计算得 到。在湿地处理面积确定的情况下，碳源补充量的最佳范围为0.40~4.0kg/m2。
根据本发明的人工湿地有机碳源的补充方法，添加有机植物碳源后人工湿 地的运行方式可按原来的方式运行。
本发明的优点用于实现本发明方法的植物材料经济、易得；能释放出被 生物利用的有机碳源，保证人工湿地脱氮的有效性；无论是直接添加还是间接添加植物有机碳源，操作和后续维护管理都4艮简单，能够节省大量人力物力。 由此可见，本发明以筒单的方法解决了人工湿地处理低碳氮比污水时脱氮效率
低的技术难题，釆用本发明的方法能够保证TN的去除率提高到70%以上。
下面结合具体实施方式
对本发明进行详细描述。本发明的范围并不以具体 实施方式为限，而是由权利要求的范围加以限定。
具体实施例方式
实施例1
人工湿地植物碳源的补充方法，采用直接投加的方式。此种情况是直接把 植物材料添加到人工湿地填料中，植物材料分解后作为碳源的储存库，释放出 反硝化所需要的有机碳源。因为植物材料是一次性加入的，其添加量根据进水 的7jc质确定，因此该实施例主要针对人工湿地处理水的水质波动性较小的低C/N 比的污水。
植物材料有机碳源的补充方法其步骤如下
1) 筛选和准备好植物材料，其组合配比为树枝30。/。(wt0/。，下同)，芦苹 秸秆40%和玉米秸秆30%,长度较大的树枝和秸秆材料剪碎至接近人工湿地填 料粒径大小。
2) 根据待处理水水质和水量计算植物材料的添加量，并根据待处理水中氮 的存在形态确定植物材料的添加位置
a) 如果进水的氮是已经硝化完全的以N03—-N形态为主，植物材料直接添 加在人工湿地填料的表层(垂直流人工湿地)或进水部位。
b) 如果进水中的氮主要以NH/-N形态为主，植物材料补充在距离表层或 进水部位填料20-30cm的位置。
实施例2
同实施例1,采用直接投加的方式补充人工湿地植物碳源。本实施例釆用垂直力1A工湿地，水力负荷为0.071m3/(m2. d),处理进水COD、 TN (N03—-N)浓度均为10mg/L。选用,萃秸秆作为有机碳源，并剪碎至接近 人工湿地填料粒径大小；将碳源材料补充于填料表层，有机碳源补充量范围为 0.43-0.91kg/m2。
添加有机植物碳源后，人工湿地按原来的方式运行，总氮去除率由未补充 前的15%提高到60%-83%,并且出水中的COD、 TP和其他水质指标均未上升。
实施例3
人工湿地的植物碳源补充方法，采用间接投加方式，其工艺步骤如下
1) 筛选和准备好植物材料(如树枝、木屑、玉米秸秆、,萃、)等，长度 较大的秸秆材料应尽可能剪碎至〈Ocm;
2) 根据待处理的水质和水量，在人工湿地配水池旁边建一个一定容积的池 子，作为有机碳源的释放池，并配置二个计量泵( 一备一用)。根据人工湿地实 际情况，有机碳源的释放池可与配水池合建。为了防止植物碎屑进入湿地引起 堵塞和蚊蝇滋扰，释;^文池中安装过滤网，并加盖。
3) 将步骤1)中的植物材料置于步骤2)中的有机碳源释放池，植物材料 铺满底部一定厚度，加入自来水或待处理水，完全浸泡植物材料并保持一定的 上覆水深。植物材料在其中分解并不断的释放有机碳。
4) 根据待处理水水质和水量计算所需补充的有机碳量，通过释放池中的计 量泵控制进入配水池的分解液流量，以调节人工湿地进水中的C/N比，实现最 优的脱氮效果。
除上述实施例外，本发明还可以有其它变化实施方式。例如，补充的才直物 材料，为各种能通过分解释放出被生物利用的有机碳的植物材料，所述植物材 料单独或者组合使用；以及根据进水水质的情况，植物材料可补充在人工湿地 填料中的不同位置。凡采用本发明的等同替换或等效变换形成的技术方案，均 落在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
1、一种人工湿地有机碳源的补充方法，其特征在于将树枝、木屑或植物秸秆中的一种或几种切碎后作为有机碳源加入人工湿地，当进水水质稳定时，将所述有机碳源直接加入到人工湿地的填料中；当进水水质变化时，将所述有机碳源加入有机碳释放池，将释放池中的分解液输入人工湿地中。
2、 根据权利要求1所述的人工湿地有机碳源的补充方法，其特征在于所述 的植物秸秆为玉米秸秆、,苹秸秆、香蒲秸秆，美人蕉秸秆，小麦秸秆或7jc稻 秸秆。
3、根据权利要求1或2所述的人工湿地有机碳源的补充方法，其特征在于 所述的有机碳源为下列组合之一1) 树枝10~50%，芦苹秸秆20~60°/。，玉米秸秆10~30%;2) 木屑10~50%，香蒲秸秆20~60%，玉米秸秆10~30°/。；或3) 树枝10~50%，美人蕉秸秆20~40%，芦苯秸秆20~60%。
4、 根据权利要求1所述的人工湿地有机碳源的补充方法，其特征在于所述 的有机碳源剪碎至填料粒径大小，或是〈10cm。
5、 根据权利要求1所述的人工湿地有机碳源的补充方法，其特征在于将有 机碳源直接加入到人工湿地的填料中，如果进水中所含氮以NOr-N形态为主， 植物材料直接添加在人工湿地填料的表层或进水部位；如果进水中所含氮以 NH/-N形态为主，植物材料添加在距离填料表层或进水部位填料20-40cm的位 置。
6、 根据权利要求1所述的人工湿地有机碳源的补充方法，其特征在于碳源 补充量的范围为0.40 ~ 4.0kg/m2。
7、 根据权利要求1所述的人工湿地有机碳源的补充方法，其特征在于添加 植物有机碳源后，人工湿地按原来的运行方式运行。
全文摘要
本发明公开了一种人工湿地有机碳源的补充方法，将树枝、木屑或植物秸秆作为有机碳源加入人工湿地，当进水水质稳定时，将有机碳源直接加入到人工湿地的填料中；当进水水质不稳定时，将有机碳源加入有机碳释放池，将释放池中的分解液输入人工湿地中。本发明方法植物材料经济、易得，操作和后续维护管理简单，能够节省大量人力物力。本发明以简单的方法解决了人工湿地处理低碳氮比污水时补充植物材料以提高人工湿地脱氮效率的技术难题，采用本发明的方法能够保证TN的去除率提高到70％以上。
文档编号C02F3/34GK101525184SQ20091002647
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者华国芬, 伟 朱, 婵 董, 赵联芳, 黄靖宇 申请人:河海大学;水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心