根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方法，采用人工混合介质的潜流湿地对二级出水进行深度处理，使得潜流湿地的出水N/P为20～30；其中潜流湿地的混合介质的不同区域含有不同配比的沸石与钢渣。与现有技术相比，本发明利用钢渣高效吸附除磷效能，通过与其他介质按比例混合，达到对进水磷定量去除的效能，实现湿地出水氮磷优化比例，进而促进受纳水体无毒绿藻生长，抑制有毒微藻增殖。
【专利说明】根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种污水处理方法，尤其是涉及一种根据二级出水氮含量进行氮磷适 量去除的污水处理方法，属于环境工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 目前城市污水二级处理后的出水仍然含有相当多的氮、磷，主要存在形式中大部 分为硝酸盐氮、小部分为氨氮，还有正磷酸根的磷，浓度水平基本为：硝酸盐氮为l〇_15mg/ L，氨氮为3-5mg/L，总磷为1-1. 5mg/L左右，进而造成受纳水体的持续污染。如果直接排放 到湖泊和河流或者水体回用会造成水体破坏和水体富营养化。
[0003] 人工湿地作为典型的生态处理技术，具有效率高、投资少、能耗低和维护简单的特 点，可以适应低浓度污染物去除的要求，将人工湿地处理系统作为常规生物处理工艺的补 充，能够最大限度地消减受纳水体的污染物负荷。研究表明，TP在低浓度下就能满足有毒 或者引起水华的藻类的生存，经过人工湿地处理后的水质还是能够满足有毒藻类的生长， 所以控制N/P值是一种抑制有毒藻而促进无毒藻生长的有效措施。有文献指出，在N、P浓 度满足藻类生长的情况下，低N/P (5-15)时，有毒藻（蓝藻）生长良好，高N/P (50-150)也 会促进有毒藻（铜绿微囊藻）的生长。一些有益藻（蛋白小球藻）对N/P有适宜的要求范 围（20-30)，研究考虑通过构造混合介质的人工湿地，利用介质对氮、磷有控制的去除以达 到后期需要的N/P (20-30)。
[0004] 钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，数量约为钢产量的15%?20%，它含有丰 富的游离氧化钙、胶体氧化铁和氧化铝等物质，在理论上具备较大的磷吸附容量。2008建成 的铁岭莲花湖钢渣人工湿地水质净化工程至今去除效果良好，上海崇明县前卫村前小河通 过钢渣人工湿地的处理，水体生态系统有了很大改善。
[0005] 但是目前对于污水处理都是尽可能的除尽氮磷或同时对氮磷进行消除，其出水N/ P难以控制，其出水的N/P跟进水N/P有很大关系，目前缺少对出水N/P精确控制的工艺方 法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服现有技术存在的出水N/P难以控制的缺陷而提供一 种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方法。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] -种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方法，采用人工混合介质 的潜流湿地对二级出水进行深度处理，使得潜流湿地的出水N/P为20?30,潜流湿地的出 水N/P处于一个适合无毒绿藻生长，抑制有毒藻类的范围；其中潜流湿地的混合介质的不 同区域含有不同配比的沸石与钢渣。
[0009] 处理方法包括以下步骤：
[0010] (1)测定二级出水的氮含量，包括氨氮浓度与硝酸盐氮浓度；
[0011] (2)测试沸石对一定浓度的氨氮的吸附速率和吸附效果，钢渣对磷的吸附效率和 吸附效果，确定一段时间内沸石和钢渣对氮和磷的平均吸附量；
[0012] (3)根据二级出水的氨氮含量、总氮含量和总磷含量以及出水N/P，并根据潜流湿 地对反硝化脱氮效能，得出潜流湿地的出水氨氮和总磷量，计算去除的氨氮和磷含量；
[0013] (4)确定潜流湿地沿程脱氮、除磷速率和脱氮、除磷负荷，依据沸石和钢渣分别对 不同浓度的氨氮和磷的动态吸附容量和吸附速率，确定沿程各区沸石和钢渣用量；
[0014] (5)根据步骤（4)确定的沸石与钢渣用量构建人工混合介质的潜流湿地，并利用 该潜流湿地对二级出水进行深度处理。
[0015] 所述的二级出水为工业污水或城市污水的二级出水，其氨氮浓度为5-10mg/L，硝 酸盐氮浓度为l〇 -15mg/L，磷浓度为l-1.5mg/L。
[0016] 潜流湿地的出水总氮浓度在10_15mg/L，总磷浓度在0. 3-0. 5mg/L。
[0017] 本发明依据短时间（4h)内单位量钢渣对低浓度磷的平均吸附速率趋于定值的试 验结论，将人工湿地沿程划分为3个区域，根据各区域所承担的一定的除磷任务，即每个区 域所去除TP量。除以单位量钢渣在各区域磷浓度水平下的平均吸附速率，得出各区域所需 配比的钢渣用量。
[0018] 所述的潜流湿地包括处理池，处理池的前后方分别设置进水口与出水口，处理池 内部由上到下依次为湿地植物层、土壤层及填料介质层，所述的填料介质层按水流方向分 为前处理区、中间处理区及后处理区，前处理区、中间处理区及后处理区分别含有不同配比 的沸石与钢渔。
[0019] 前处理区、中间处理区及后处理区中分别填充刺激生物膜生长的页岩陶粒，通过 页岩陶瓷使得前处理区、中间处理区及后处理区体积相同。
[0020] 所述的处理池的水力停留时间为12?24小时。
[0021] 所述的填料介质层的底部坡度为1%。
[0022] 所述的处理池的前方设有缓冲区，所述的进水口设在缓冲区上部区域，所述的出 水口设在后处理区的下部区域。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0024] (1)本发明提供了一种根据进水氮含量来进行氮磷适量去除的污水处理方法，通 过该方法能够调节出水的氮磷比，使得出水能够抑制有毒微藻增殖，并可促进无毒绿藻生 长，无毒绿藻可作为水生物饲料。
[0025] (2)为控制出水N/P，填料介质层沿程不同配比沸石和钢渣保证湿地完成一定的 除氨氮和磷任务。沸石在一定时间内对一定浓度范围内的氨氮的吸附速率趋于一个值，钢 渣在一定时间内对一定浓度范围内的磷的吸附速率也趋于一个值，通过前处理区、中间处 理区与后处理区中沸石与钢渣的配比不同，并控制合适的水力停留时间，使得出水N/P得 到要求。
[0026] (3)本发明方法实现对二级处理后不达标的废水定向深度处理的目的，方法方便， 其出水总氮浓度在l〇_15mg/L ;总磷浓度在0. 3-0. 5mg/L，N/P在20-30, N/P在20-30。其 出水适合有益藻类的生长，不利于有毒藻类的生长，可作为饲养有益经济藻类的原水，具有 良好的经济价值。因此，本发明处理水水质不仅利于从源头控制受纳水体的富营养化，也可 通过生态资源化而具有一定的经济价值。同时本发明对二级处理后的废水进一步处理后， COD进一步降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明方法进行污水处理时的潜流湿地结构示意图；
[0028] 图2为二级出水进入潜流湿地后，钢渣对TP去除速率计算图。
【具体实施方式】
[0029] -种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方法，采用人工混合介质 的潜流湿地对二级出水进行深度处理，使得潜流湿地的出水N/P为20?30,潜流湿地的出 水N/P处于一个适合无毒绿藻生长，抑制有毒藻类的范围；其中潜流湿地的混合介质的不 同区域含有不同配比的沸石与钢渣。
[0030] 处理方法包括以下步骤：
[0031] (1)测定二级出水的氮含量，包括氨氮浓度与硝酸盐氮浓度；
[0032] (2)测试沸石对一定浓度的氨氮的吸附速率和吸附效果，钢渣对磷的吸附效率和 吸附效果，确定一段时间内沸石和钢渣对氮和磷的平均吸附量；
[0033] (3)根据二级出水的氨氮含量、总氮含量和总磷含量以及出水N/P，并根据潜流湿 地对反硝化脱氮效能，得出潜流湿地的出水氨氮和总磷量，计算去除的氨氮和磷含量；
[0034] (4)确定潜流湿地沿程脱氮、除磷速率和脱氮、除磷负荷，依据沸石和钢渣分别对 不同浓度的氨氮和磷的动态吸附容量和吸附速率，确定沿程各区沸石和钢渣用量；
[0035] (5)根据步骤（4)确定的沸石与钢渣用量构建人工混合介质的潜流湿地，并利用 该潜流湿地对二级出水进行深度处理。
[0036] 二级出水为工业污水或城市污水的二级出水，其氨氮浓度为5-10mg/L，硝酸盐氮 浓度为l〇-15mg/L，磷浓度为1-1. 5mg/L。
[0037] 潜流湿地的出水总氮浓度在10_15mg/L，总磷浓度在0· 3-0. 5mg/L。
[0038] 本发明依据短时间（4h)内单位量钢渣对低浓度磷的平均吸附速率趋于定值的试 验结论，将人工湿地沿程划分为3个区域，根据各区域所承担的一定的除磷任务，即每个区 域所去除TP量。除以单位量钢渣在各区域磷浓度水平下的平均吸附速率，得出各区域所需 配比的钢渣用量。
[0039] 潜流湿地包括处理池，处理池的前后方分别设置进水口与出水口，处理池内部由 上到下依次为湿地植物层、土壤层及填料介质层，填料介质层按水流方向分为前处理区、中 间处理区及后处理区，前处理区、中间处理区及后处理区分别含有不同配比的沸石与钢渣。
[0040] 前处理区、中间处理区及后处理区中分别填充刺激生物膜生长的页岩陶粒，通过 页岩陶瓷使得前处理区、中间处理区及后处理区体积相同。
[0041] 处理池的水力停留时间为12?24小时。
[0042] 填料介质层的底部坡度为1%。
[0043] 处理池的前方设有缓冲区，进水口设在缓冲区上部区域，出水口设在后处理区的 下部区域。
[0044] 二级出水进入人工湿地后，TP主要通过钢渣吸附去除；TN主要通过生物作用和植 物吸收去除。由于二级出水中C/N比低，故人工湿地内反硝化碳源不足，反硝化脱氮对TN 去除率一般仅为20% -30%。为控制出水N/P，以沿程不同配比钢渣保证湿地完成一定的除 磷任务。以下实施例采用钢渣为宝钢炼钢炉渣。实施例中，通过测定人工湿地进水N、P含 量，在TN去除率为25%和控制出水目标N/P(20-30)的条件下，计算湿地所要除磷量。
[0045] 磷浓度在0-0· 5mg/L、0. 5-lmg/L和1-L 5mg/L时，一定时间内钢渣对这3个浓度 水平的磷吸附速率分别趋于3个平均值。城市二级出水TP浓度在1-1. 5mg/L。当二级出水 TP浓度分别以lmg/L和1.5mg/L流入到人工湿地，TP浓度不同，在人工湿地中钢渣对其吸 附速率不一样，一定时间内总的吸附量不一样，人工湿地出水TP浓度介于进水浓度为lmg/ L和1. 5mg/L情况的中间水平。
[0046] 人工湿地覆土层为0. lm，钢渔粒径4_7mm，页岩陶粒粒径8-10mm。当lmg/L < TP浓 度< 1. 5mg/L时，0-4h内，钢渣对磷的平均吸附速率趋于定值，为1. 8mg. Kg_7h ;当0. 5mg/L < TP浓度< lmg/L时，0-4h内，钢渣对磷的平均吸附速率趋于定值为1. lmg. Kg_7h ;当TP 浓度< 0. 5mg/L时，0-4h内，钢渣对磷的平均吸附速率趋于定值为0. 6mg. Kg_Vh。
[0047] 人工湿地水力负荷和水力停留时间由城市二级出水水量确定。
[0048] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0049] 实施例
[0050] 本实施例用潜流湿地，如图1所示，包括处理池，处理池的前后方分别设置进水口 2与出水口 8,处理池内部由上到下依次为湿地植物层3、土壤层4及填料介质层，填料介质 层按水流方向分为前处理区5、中间处理区6及后处理区7,前处理区5、中间处理区6及后 处理区7分别含有不同配比的沸石与钢渣。处理池的前方设有缓冲区1，进水口 2设在缓冲 区1上部区域，出水口 8设在后处理区7的下部区域。
[0051] 本实施例的工作参数如下：
[0052] 并联的人工湿地18 X 4. 5 X lmlO个
[0053] 处理水量400-500m3/d，其中每个人工湿地处理水量40-50m 3/d。
[0054] 进水 TP 1-1. 5mg/L，N03-N 10-15mg/L，NH4+-N 3-5mg/L，COD 50-80mg/L。
[0055] 水力停留时间12h，水力负荷为0· 5-0. 6m3/m2 · d
[0056] 混合填料孔隙率为35%
[0057] 出水 TN 为 10_15mg/L
[0058] 人工湿地出水饲养小球藻等有益淡水藻类对N/P的最适比例为20-30,要求城市 二级出水经过人工湿地后出水TP浓度在0. 3-0. 5mg/L。
[0059] 将每个人工湿地沿程分为3个区域，每段区域长度为6m，每段区域水力停留时间 为4h。当进水TP浓度为1. 5mg/L时，这段时间设计中控制前处理区出水TP浓度为lmg/L， 相应的钢渣对TP平均吸附量为1. 8mg. Kg_7h ;中间处理区出水TP浓度为0. 5mg/L左右，此 时钢渣对TP的平均吸附量为1. lmg. Kg4/h ;当水流经过后处理区后，可实现出水TP浓度在 0. 3-0. 5mg/L，后处理区中钢渣对TP平均吸附量为0. 6mg. Kg_7h。初步计算得到单个人工 湿地前处理区钢渣量为0. 6t，中间处理区含钢渣量为lt，后处理区含钢渣量为0. 7t。在此 条件下计算进水TP浓度为1. 5mg/L时，此时出水理论TP浓度为0. 45mg/L。在此条件下计 算进水TP浓度为lmg/L时，出水理论TP浓度为0. 3mg/L。设计理论如图2。
[0060] 上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和使用发明。 熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般 原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领 域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方法，其特征在于，采用人 工混合介质的潜流湿地对二级出水进行深度处理，使得潜流湿地的出水N/P为20?30 ;其 中潜流湿地的混合介质的不同区域含有不同配比的沸石与钢渣。
2. 根据权利要求1所述的一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方 法，其特征在于，处理方法包括以下步骤： (1) 测定二级出水的氮含量，包括氨氮浓度与硝酸盐氮浓度； (2) 测试沸石对一定浓度的氨氮的吸附速率和吸附效果，钢渣对磷的吸附效率和吸附 效果，确定一段时间内沸石和钢渣对氮和磷的平均吸附量； (3) 根据二级出水的氨氮含量、总氮含量和总磷含量以及出水N/P，并根据潜流湿地对 反硝化脱氮效能，得出潜流湿地的出水氨氮和总磷量，计算去除的氨氮和磷含量； (4) 确定潜流湿地沿程脱氮、除磷速率和脱氮、除磷负荷，依据沸石和钢渣分别对不同 浓度的氨氮和磷的动态吸附容量和吸附速率，确定沿程各区沸石和钢渣用量； (5) 根据步骤（4)确定的沸石与钢渣用量构建人工混合介质的潜流湿地，并利用该潜 流湿地对二级出水进行深度处理。
3. 根据权利要求1所述的一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理 方法，其特征在于，所述的二级出水为工业污水或城市污水的二级出水，其氨氮浓度为 5-10mg/L，硝酸盐氮浓度为l〇-15mg/L，磷浓度为l-1.5mg/L。
4. 根据权利要求3所述的一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方 法，其特征在于，潜流湿地的出水总氮浓度在l〇-15mg/L，总磷浓度在0. 3-0. 5mg/L。
5. 根据权利要求1所述的一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方 法，其特征在于，所述的潜流湿地包括处理池，处理池的前后方分别设置进水口与出水口， 处理池内部由上到下依次为湿地植物层、土壤层及填料介质层，所述的填料介质层按水流 方向分为前处理区、中间处理区及后处理区，前处理区、中间处理区及后处理区分别含有不 同配比的沸石与钢渣。
6. 根据权利要求5所述的一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方 法，其特征在于，前处理区、中间处理区及后处理区中分别填充刺激生物膜生长的页岩陶 粒，通过页岩陶瓷使得前处理区、中间处理区及后处理区体积相同。
7. 根据权利要求5所述的一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方 法，其特征在于，所述的处理池的水力停留时间为12?24小时。
8. 根据权利要求5所述的一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方 法，其特征在于，所述的填料介质层的底部坡度为1%。
9. 根据权利要求5所述的一种根据二级出水氮含量进行氮磷适量去除的污水处理方 法，其特征在于，所述的处理池的前方设有缓冲区，所述的进水口设在缓冲区上部区域，所 述的出水口设在后处理区的下部区域。
【文档编号】C02F3/32GK104150602SQ201410417876
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】陈秀荣, 赵建国, 赵骏, 江子建, 何怡萱, 王璐, 鲍征, 闫龙, 章斐 申请人:华东理工大学