CN101269897A - 缺氧—好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缺氧—好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法，生活污水先进入沉淀池去除砂粒和较大颗粒的悬浮物后，再经垂直流人工湿地处理，去除大部分SS、COD、BOD₅，并进行废水的硝化作用，接着流向贮水池，经水泵提升至缺氧池反硝化再次流入垂直流人工湿地处理，并在去除有机物和脱氮的同时完成对废水中磷的去除。本发明同时公开了实现上述方法的系统。本发明方法处理生活污水成本低，占地面积小，去除磷氮效果好。

Description

缺氧-好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法及其系统

技术领域

本发明涉及污水处技术领域，具体涉及一种缺氧-好氧(A/O型)垂直流人工湿地处理生活污水的方法及其系统。

背景技术

生活污水人工湿地处理方法主要有表面流、水平流和垂直流三种。

表面流床体高约30cm，采用普通土壤为处理介质，并在介质层中种植有泌氧能力的大型挺水植物如芦苇、茭白、香蒲、再力花、美人蕉、菖蒲、水葱和野生稻等，该系统与自然湿地最接近，污水在填料的表面流动，水位较浅，绝大部分有机物的去除是利用水生植物的泌氧能力为人工湿地基质上的生物膜提供氧气。

水平流人工湿地系统：水平流床体高80cm，一般填充砾石基质。污水先经过垂直流床去除大部分有机物和硝化处理后，自流进入水平流床，水在填料表面下渗流，水位较深，因而可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其各种作用处理污水，处理效果较好。

垂直流人工湿地系统，一般垂直流床体高100cm以上，通常采用较细的基质如砂等作为渗滤介质，污水经过输水管道进入垂直流床表层均匀布水，在垂直下渗的过程中得到处理，干湿交替的运行方式使基质中的微生物能获得充足的氧气，从而提高了其耗氧处理能力和处理效果。在垂直流床中种植有美人蕉、再力花、月季和香根草等。

现有生活污水人工湿地处理方法都存在着不足之处：

表面流人工湿地方法投资少，但不能充分利用丰富的植物根系，填料也不能充分发挥其作用，且负荷小，冬季寒冷地区表层易结冰，夏季会滋长蚊蝇，产生臭味。表面流设计的时候必须要保障水中有充足的溶解氧以完成NH₄ ⁺-N的硝化，同时又要使反硝化细菌有适宜的缺氧与好氧交替环境和充足的有机物作为碳源，以保障反硝化脱氮途径的顺利进行；表面流人工湿地系统对生活污水中磷的去除能力也较差。

水平流因供氧条件较差导致硝化效果不是很强，总氮去除率也不高，仅为30～45％；其次，水平流人工湿地采用石灰石、大理石或白云石基质的除磷效果不高，仅为30～50％。不能满足实际的需要。

垂直流人工湿地的处理方法有较强的氧转移能力。但不能很好的提供反硝化所需要的缺氧的环境，国此垂直流人工湿地对污水中总氮的去除效果不佳。

发明内容

本发明的目的是克服现有生活污水人工湿地处理方法的技术不足，提供一种缺氧-好氧(A/O型)垂直流人工湿地处理生活污水的方法。

本发明的另一目的是提供实现所述方法的系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

提供一种缺氧-好氧(A/O型)垂直流人工湿地处理生活污水的方法，包括以下步骤：

(1)污水经过沉淀除去砂粒和悬浮颗粒物质；

(2)沉淀处理后的污水引入缺氧池(A)，由缺氧池进入布水管，通过布水管投配在垂直流人工湿地(O)基质上；

(3)经垂直流人工湿地基质的过滤截留和吸附，微生物降解去除大部分耗氧有机物以及植物根系的摄取去除污水中部分氮和TP，进行硝化反应；硝化反应后的硝化水于垂直流人工湿地的底部与内碳源污水混和进行部分反硝化反应后流进贮水池；

(4)将贮水池中的硝化水抽至缺氧池；引入一部分经步骤(1)处理的污水作为碳源，硝化水与碳源污水在缺氧池混合，进行反硝化反应；

(5)反硝化反应后的污水再次经过垂直流人工湿地，开始下一循环。

所述垂直流人工湿地基质为高炉渣和草炭的混合物。所述高炉渣和草炭的体积比优选为4～19∶1。

步骤(3)所述硝化水与内碳源污水的体积比为4～6∶1。

步骤(3)所述植物根系为美人蕉根系。可以在垂直流人工湿地中种植美人蕉，利用美人蕉的植物摄取作用去除部分磷。

步骤(4)所述硝化水与碳源污水的体积比为4∶1。

本发明同时提供了一种实现所述复合人工湿地处理生活污水方法的系统，包括沉淀池、高位水箱、缺氧池、垂直流人工湿地和贮水池；所述沉淀池与高位水箱之间设有水泵和连接水管；所述沉淀池通过水管分别与缺氧池和垂直流人工湿地底部相连；所述垂直流人工湿地设有出水阀门与贮水池相通；所述缺氧池和贮水池通过水管相连。

所述垂直流人工湿地填充有基质并配有布水管；所述缺氧池在垂直流人工湿地上方位置，其底部设置有孔与垂直流人工湿地的布水管相连；所述贮水池在垂直流人工湿地下方位置，贮水池中装有潜水泵，池底部设有排水阀门。

所述布水管由布水主管和多条布水支管组成“王”字形，分布于垂直流人工湿地基质表面下5～10cm处；所述布水主管分布在垂直流人工湿地的中间，其长度与基质长度相同；所述布水支管长度为基质宽度的一半，其一端固定在布水主管的两旁并与布水主管相连通，另一端密封，布水支管向下部位开有小孔。

所述缺氧池内设置有隔板。

本发明将污水先经过先经沉淀池去除砂粒和较大颗粒的悬浮物(SS)后，抽入高位水箱，再自流进入垂直流人工湿地，去除大部分SS、COD、BOD₅，并进行废水的硝化作用，通过垂直流人工湿地的出水阀门到达垂直流人工湿地下方的贮水池，贮水池的作用是暂时贮水，硝化水由此被水泵抽升至垂直流上方的缺氧池，与作为碳源的污水在缺氧池混合反应，再自流至垂直流人工湿地，最后经贮水池出水。缺氧池在垂直流人工湿地的上面，其底部有孔与垂直流人工湿地的配水管相连；垂直流人工湿地填充有处理介质，并且湿地床上种有美人蕉；贮水池在垂直流人工湿地的下方，贮水池中装有潜水泵，池底部有排水阀门，可人为地控制是否排水。所述垂直流人工湿地中填充的处理介质为高炉渣和草炭的混合基质。垂直流人工湿地的作用是对耗氧有机物的大部分去除和对生活污水的完全硝化；缺氧池的作用是经垂直流人工湿地排出的硝化水和提供碳源的污水在这里进行反硝化，进一步完成对NH₄ ⁺-N的去除。

沉淀池接出的一条污水管将一部分污水通至垂直流人工湿地的底部，污水作为内碳源，进一步完成对NH₄ ⁺-N的去除。

沉淀池接出的污水管将一部分污水直接流入缺氧池作为碳源，与从贮水池抽入的水在缺氧池中混合，污水与从贮水池抽入的水的体积比优选为1∶4。目的是利用生活污水中的有机物(BOD)作为碳源，在缺氧池的缺氧条件下，完成垂直流人工湿地处理出水中的硝酸盐在缺氧池中的反硝化脱氮过程。

沉淀池接出的污水管将另一部分污水直接引入垂直流人工湿地的底部作为碳源，与经过垂直流人工湿地填料处理的水在垂直流人工湿地的底部混合，污水与经垂直流人工湿地填料处理的水的体积比优选为1∶4～6。目的是利用生活污水中的有机物(BOD)作为碳源，在垂直流人工湿地底部淹水缺氧条件下，完成硝酸盐的反硝化脱氮过程。在垂直流人工湿地中也经历了一次反硝化反应，通过反硝化作用和水生植物等的吸收完成对氮的部分去除。

综上所述，缺氧-好氧(A/O型)垂直流人工湿地处理生活污水中有机物和脱氮方法是：生活污水先进入沉淀池去除砂粒和较大颗粒的悬浮物(SS)后，再经垂直流人工湿地处理后，去除大部分SS、COD、BOD₅，并进行废水的硝化作用，接着流向贮水池，经水泵提升至缺氧池反硝化再次流入垂直流人工湿地处理，在垂直流人工湿地中也经历了一次反硝化反应，通过反硝化作用和水生植物等的吸收完成对氮的部分去除。

A/O型垂直流人工湿地去除生活污水中磷方法是：利用上述有机物和脱氮方法的流程，在去除有机物和脱氮的同时完成对废水中磷的去除。具体方法是：在垂直流人工湿地中填充对磷具有很强固定能力的高炉渣和草炭混合基质，可以去除污水中绝大部分磷；此外，美人蕉的植物摄取作用可去除污水中的一部分磷。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

①利用垂直流人工湿地去除部分TN、TP、COD、BOD₅、SS和废水的绝大部分硝化，利用缺氧池废水的反硝化作用；污水经垂直流人工湿地硝化后进入缺氧池在缺氧环境条件下，利用污水中有机物(BOD)作为碳源完成反硝化脱氮作用。A/O型垂直流人工湿地对城市污水中COD、BOD₅、NH₄ ⁺-N和TN的去除率分别达到75～85％、70～80％、70～90％和50～60％以上，处理出水中COD和BOD₅的浓度分别小于60和20mg/L，基本上达到城市污水处理厂一级排放标准。

②利用垂直流人工湿地填充的高炉渣和草炭混合基质完成污水中绝大部分磷的去除功能；同时利用垂直流人工湿地中栽种美人蕉的植物摄取作用去除部分磷，从而可使A/O型垂直流人工湿地对城市污水中TP的去除率达到80～85％以上，处理出水中的TP浓度小于1mg/L，基本达到了城市污水处理厂一级排放标准，并且本发明创造技术对磷的使用寿命达到10年以上。

③为了进一步提高总氮的去除效果，将一部分污水直接加入垂直流人工湿地底部，利用垂直流床的缺氧与好氧交替条件和污水中有机物(BOD)作为碳源，将来自垂直流床上部处理出水中的硝酸盐态氮在垂直流床底部缺氧的环境下还原成N₂O和N₂。

④垂直流人工湿地、缺氧池、贮水池在空间上上下设置，相当于仅需要一个垂直流人工湿地床面积，节省了占地面积，同时也降低基建投资和处理成本。

附图说明

图1为A/O型垂直流人工湿地缺氧池结构图；

图2为A/O型垂直流人工湿地垂直流床结构图；

图3为A/O型垂直流人工湿地贮水池结构图；

图4为A/O型垂直流人工湿地系统整体结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步说明本发明。

实施例1

按照以下步骤处理生活污水：

(1)污水经过沉淀除去砂粒和悬浮颗粒物质；

(2)沉淀处理后的污水引入缺氧池，由缺氧池进入布水管，通过布水管投配在垂直流人工湿地基质上；

(3)经垂直流人工湿地基质的过滤截留和吸附，微生物降解去除大部分耗氧有机物以及植物根系的摄取去除污水中部分氮和TP，进行硝化反应；硝化反应后的硝化水于垂直流人工湿地的底部与内碳源污水混和进行部分反硝化反应后流进贮水池；

(4)将贮水池中的硝化水抽至缺氧池；引入一部分经步骤(1)处理的污水作为碳源，硝化水与碳源污水在缺氧池混合，进行反硝化反应；

(5)反硝化反应后的污水再次经过垂直流人工湿地，开始下一循环。

实现上述方法的系统包括沉淀池、高位水箱、缺氧池、垂直流人工湿地和贮水池。

垂直流人工湿地由床体和布水管组成，床体的床壁用不渗漏材料做成，床壁为水泥抹面的砖结构，底部为混凝土结构。床体为混合基质层，厚度为85cm，填充高炉渣和草炭混合基质。布水管分布在混合基质层表面以下5～10cm处，并在垂直流床体中种植植物美人蕉。

作为本发明的典型设计，系统结构如附图1～4所示，图中：沉淀池1、水泵2、高位水箱3、污水管4、阀门水表5、布水主管6、布水支管7、缺氧池污水碳源加入管8、垂直流床污水碳源加入管9、硝化水回流管10、水泵11、混合基质层12、缺氧池出水阀门13、垂直流人工湿地出水阀门14、贮水池出水阀门15、隔板16。

“王”字形布水管分布在混合基质表面以下5～10cm处，布水管由布水主管6和多条布水支管7组成，布水主管6分布在床体的中间，其长度与床体长度相当，其中一端密封，另一端与缺氧池出水口13相连接，布水支管7固定连接在布水主管的两旁，另一端密封，其长度为床体宽度的一半，布水支管向下部位开有小孔。

在入水口上安装污水管4，在污水管4上设有阀门和水表5，以控制污水的进水速度。

缺氧池内在靠近垂直流床的1/3处，设一水泥隔板16。

垂直流污水碳源加入管9上设有水表5，一端直接与污水管4连接，另一端沿着池壁插入垂直流床混合基质层12底部。

硝化水回流管10上设有水表5，一端直接与水泵11连接，另一端沿着池壁插入缺氧池。

缺氧池出水阀门13和垂直流出水阀门14可以控制出水的速度。

日设计处理水量0.32-1.28m³/d。

设计参数：

格栅：采用2cm×2cm铁丝网，直立于化粪池出水口与地下引水管相接的检查井中。

沉淀池：设计尺寸为2.0m×1.8m×2.0m，有效水深1.0m，有效容积3.6m³，砖结构水泥抹面。

缺氧池设计长×宽×高为1.0m×0.80m×2.0m，砖结构水泥抹面。

垂直流人工湿地设计尺寸可参照长×宽×高为1.6m×1.0m×1.0m，砖结构水泥抹面。单池实用尺寸可参照长×宽1.0m×1.0m×0.85m。其中，混合基质层厚1.00m，由高炉渣和草炭混合组成。

实验系统分两个垂直流床并联运行，一个垂直流床为不种植植物的对照，另一个垂直流床种植植物，种植的植物为美人蕉。

本发明是这样实现：生活污水首先经过沉淀池1除去污水中的砂粒和悬浮颗粒物质，然后用水泵2提升进入高位水箱3，再沿着污水管4进入缺氧池，污水经缺氧池底部设置的孔进入布水主管6，在进入布水主管6前有控制阀门和计量水表5，布水支管7直接放置在垂直流床混合基质的表面上，污水从布水支管7均匀开设的小孔投配在垂直流床混合基质层12上，污水经过混合基质层12垂直向下渗滤，由于基质的过滤截留和吸附作用以及植物根系的摄取作用完成对耗氧有机物和TP的大部分去除和硝化。内碳源污水经管道9进入垂直流床的底部，与下渗的已经混和基质处理过的水混和，在垂直流床的底部停留一段时间，完成部分反硝化反应。垂直流人工湿地的处理出水可利用垂直流人工湿地床体与贮水池之间的落差，打开阀门14，出水自流进入贮水池。硝化水经过水泵11通过管道10提升至缺氧池，管道10上装有水表5，同时从高水位箱3引入一部分污水通过管道4直接加到缺氧池作为碳源，与垂直流床的硝化出水在缺氧池混合，进行反硝化，然后溢流通过隔板16，再进入布水主管6，此为一个完整的循环。

处理效果(mg/L，％)如表1、表2、表3、表4和表5所示。

其中，表1为不同回流比下A/O型垂直流人工湿地系统对生活污水的处理效果情况；

表2为垂直流内反硝化对生活污水的处理效果情况；

表3为缺氧池内随回流量的增加NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N的浓度的动态变化；

表4为缺氧池内随停留时间NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N和TN的浓度的动态变化；

表5为A/O型垂直流人工湿地系统对生活污水的处理效果。

表1：不同回流比下系统对生活污水的处理效果情况

表4：缺氧池内随停留时间NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N和TN的浓度的动态变化

表5：A/O型垂直流人工湿地系统对生活污水的处理效果

Claims (10)

1、一种缺氧-好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)污水经过沉淀除去砂粒和悬浮颗粒物质；

(2)沉淀处理后的污水引入缺氧池，由缺氧池进入布水管，通过布水管投配在垂直流人工湿地基质上；

(3)经垂直流人工湿地基质的过滤截留和吸附，微生物降解去除大部分耗氧有机物以及植物根系的摄取去除污水中部分氮和TP，进行硝化反应；硝化反应后的硝化水于垂直流人工湿地的底部与内碳源污水混和进行部分反硝化反应后流进贮水池；

(4)将贮水池中的硝化水抽至缺氧池；引入一部分经步骤(1)处理的污水作为碳源，硝化水与碳源污水在缺氧池混合，进行反硝化反应；

(5)反硝化反应后的污水再次经过垂直流人工湿地，完成一个循环。

2、根据权利要求1所述缺氧-好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法，其特征在于所述垂直流人工湿地基质为高炉渣和草炭的混合物。

3、根据权利要求2所述缺氧-好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法，其特征在于所述高炉渣和草炭的体积比为4～19∶1。

4、根据权利要求1所述缺氧-好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法，其特征在于步骤(3)所述硝化水与内碳源污水的体积比为4～6∶1。

5、根据权利要求1所述缺氧-好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法，其特征在于步骤(3)所述植物根系为美人蕉根系。

6、根据权利要求1所述缺氧-好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法，其特征在于步骤(4)所述硝化水与碳源污水的体积比为4∶1。

7、一种实现权利要求1所述缺氧-好氧垂直流人工湿地处理生活污水的方法的系统，其特征在于包括沉淀池、高位水箱、缺氧池、垂直流人工湿地和贮水池；所述沉淀池与高位水箱之间设有水泵和连接水管；所述沉淀池通过水管分别与缺氧池和垂直流人工湿地底部相连；所述垂直流人工湿地设有出水阀门与贮水池相通；所述缺氧池和贮水池通过水管相连。

8、根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述垂直流人工湿地填充有基质并配有布水管；所述缺氧池在垂直流人工湿地上方位置，其底部设置有孔与垂直流人工湿地的布水管相连；所述贮水池在垂直流人工湿地下方位置，贮水池中装有潜水泵，池底部设有排水阀门。

9、根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述布水管由布水主管和多条布水支管组成“王”字形，分布于垂直流人工湿地基质表面下5～10cm处；所述布水主管分布在垂直流人工湿地的中间，其长度与基质长度相同；所述布水支管长度为基质宽度的一半，其一端固定在布水主管的两旁并与布水主管相连通，另一端密封，布水支管向下部位开有小孔。

10、根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述缺氧池内设置有隔板。

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