一种季节性曝气生活污水深度脱氮工艺和装置

摘要

本发明涉及一种季节性曝气生活污水深度脱氮工艺及装置。由厌氧酸化池、曝气垂直潜流湿地、无曝气垂直潜流湿地和水平潜流湿地组成。生活污水进入厌氧酸化池；厌氧池出水经分流后分别进入曝气垂直潜流湿地和无曝气垂直潜流湿地；曝气垂直潜流湿地和无曝气垂直潜流湿地的出水混合后进入水平潜流人工湿地。水平潜流湿地出水可用作补充静止景观水体等用途。本发明设置分流阀、曝气和无曝气垂直流湿地，成功解决了NH4+-N与NO3--N比例控制问题，降低了处理系统的监测与管理难度，本发明维护方便，周平均温度高于或等于15℃时垂直流湿地连续曝气，系统TN去除率可达95%以上，污染物去除效果稳定，出水水质可达地表水Ⅳ类标准；周平均温度低于15℃时，垂直流湿地曝气停止，系统出水水质亦可达到污水厂出水一级B标准。

权利要求

1.一种季节性曝气生活污水深度脱氮工艺，其特征在于具体步骤如下：(1)原生生活污水经厌氧酸化池处理后，由厌氧酸化池出水口通过分流阀分流后，由第一出水口和第二出水口分别流入曝气垂直流人工湿地和无曝气垂直流人工湿地，水流自上而下流过湿地填料；

(2)曝气垂直潜流人工湿地采取季节性曝气的运行方式：

当周平均温度高于12 – 15℃时，控制曝气垂直流人工湿地进水和无曝气垂直流人工+湿地进水体积比为1:1，曝气垂直潜流人工湿地进行充分曝气，使污水中的NH4-N得以完全- + 3硝化为NO3-N，控制垂直潜流湿地容积负荷为0.09-0.16 kgNH4-N/ m·d，曝气氨氮负荷为+ 3

1.0-2.5g NH4-N/ m空气；

周平均温度低于12 – 15℃时，调节分流阀，控制曝气垂直流人工湿地进水和无曝气垂直流人工湿地进水体积比为1:3，关闭曝气垂直潜流人工湿地中的曝气装置，适当增加水+ 3力停留时间，控制垂直潜流湿地容积负荷为0.03-0.06 kgNH4-N/ m·d；

(3)步骤(1)中第二出水口的出水进入无曝气垂直潜流人工湿地，进一步去除污水中残留的SS，并去除多余生物可降解有机物，为后续自养微生物提供有利进水条件，控制其容+ 3积负荷为0.03-0.06 kgNH4-N/ m·d；

(4)将步骤(2)和步骤(3)中的出水经混合后，进入水平潜流湿地，为厌氧氨+ - + -氧化过程提供良好的NH4-N与NO3-N比例，经混合后的出水实际NH4-N与NO3-N的比例为1:1-1.4:1，BOD5与N比例为0.2：1-0.5：1；水平潜流湿地容积负荷为+ 3

0.004-0.011kgNH4-N/ m·d；

(5)步骤(4)出水，可用作市政杂用水或直接排入附近天然或景观水体。

2.根据权利要求1所述的一种季节性曝气生活污水深度脱氮工艺，其特征在于步骤(1)中所述原生生活污水进入厌氧酸化池进行预处理，调节污水水质及水量，控制水力停留3

时间为5-6小时，厌氧酸化池容积负荷为0.65-1.74kgCOD/m·d，以去除污水中固体悬浮+物，降解部分有机物，显著提高NH4-N/TN的比例。

3.一种如权利要求1所述的季节性曝气生活污水深度脱氮工艺使用的装置，其特征在于由厌氧酸化池(23)、分流阀(7)、曝气垂直潜流人工湿地(24)、无曝气垂直流人工湿地(25)、水平潜流人工湿地(26)依次经管道和阀门连接组成，其中：厌氧酸化池(23)出水口设有分流阀(7)，分流阀(7)设有两个出水口，所述分流阀的两个出水口分别连接曝气垂直流湿地(24)和无曝气垂直流湿地(25)的上部一侧进水口；曝气垂直流湿地(24)和无曝气垂直流湿地(25)内均设有穿孔布水管，曝气垂直流湿地(24)底部设有曝气管，所述曝气管通过空气阀门(9)、空气流量计(10)和管道连接曝气机(8)；

曝气垂直流湿地(24)和无曝气垂直流湿地(25)的出水口分别通过上弯出水管连接水平潜流湿地(26)上部进水口；

所述曝气垂直流湿地(24)和无曝气垂直流湿地(25)内设有第一湿地填料；

所述水平潜流湿地(26)内设有第二湿地填料(20)，第二湿地填料(20)两侧设有布水区填料，第二湿地填料与布水区填料连接处设有穿孔布水板。

4.根据权利要求3所述的一种季节性曝气生活污水深度脱氮工艺使用的装置，其特征在于所述厌氧酸化池(23)内设有3个折流板；其底部设有第一放空管(2)和第二放空管(6)。

说明书

一种季节性曝气生活污水深度脱氮工艺和装置

技术领域

[0001] 本发明属于水处理领域，具体涉及一种季节性曝气生活污水深度脱氮工艺和装置。

背景技术

[0002] 人工湿地(Constructed Wetlands，CWs)是一种由填料、植物和微生物共同组成的污水处理系统。系统中的污染物经由过滤、吸附、植物吸收、微生物的同化降解等物理、化学、生物作用去除。因其运行投资费用低，管理维护方便，对氮、磷等植物营养元素去除效果好，目前被广泛应用于二级处理水的深度脱氮除磷及分散生活污水处理。

[0003] 有机氮和氨氮为生活污水中总氮的主要组成部分，有机氮经消化后变为氨氮。利用湿地进行分散生活污水处理时，氨氮的硝化需要消耗大量的氧气，单纯利用自然复氧实现氨氮的硝化，处理负荷太低，需要采用预曝气强化措施。曝气作为一种常用的污水处理方法，可以用以去除污水中的有害气体及挥发性物质，增加水中溶解氧，促进好氧微生物生长富集，提高还原性有机物的降解速率。

[0004] 已公开的发明专利文件（CN 102260021 A），针对湿地脱氮过程中碳源不足的问+题，提出了一种无需外加碳源的生活污水深度脱氮工艺方法，通过NH4-N电极监测，控制合+ -
适的NH4-N与NO3-N的比例，成功实现了厌氧氨氧化过程在人工湿地中的应用。但低温条件下，垂直流湿地中曝气氧化氨氮的负荷极低，费用效益比低。且厌氧氨氧化菌为中温菌，温度的降低会直接影响其活性及处理效率。另外，居民生活用水量季节性较明显，并与温度有一定的相关性，冬季的生活用水量要明显少于夏季，生活污水排放量季节性波动大。因+
此，采用单一的运行方式会影响处理系统的运行效果，造成资源的浪费。另外，利用NH4-N+ -
电极监测控制预处理系统出水中NH4-N与NO3-N的比例，也在一定程度上增加了运行管理难度。

[0005] 本发明针对上述问题，创新性地提出季节性曝气的方法，在有效减少能耗的同时，保证系统在低温条件下的处理效果。本发明亦同时提出了一种污水分流的方法，成功解决+ - +了NH4-N与NO3-N的比例控制的问题，无需NH4-N电极监测，降低了处理系统的监测与管理难度，大大增加了技术的实用性。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种季节性曝气生活污水深度脱氮工艺方法和装置。

[0007] 本发明提出的季节性曝气生活污水深度脱氮工艺，具体步骤如下：

[0008] (1)原生生活污水经厌氧酸化池处理后，由厌氧酸化池出水口通过分流阀分流后，由第一出水口和第二出水口分别流入曝气垂直流人工湿地和无曝气垂直流人工湿地，水流自上而下流过湿地填料；

[0009] (2)曝气垂直潜流人工湿地采取季节性曝气的运行方式：

[0010] 当周平均温度高于12 – 15℃时，控制曝气垂直流人工湿地进水和无曝气垂直流+人工湿地进水体积比为1:1，曝气垂直潜流人工湿地进行充分曝气，使污水中的NH4-N得以— + 3
完全硝化为NO3 N，控制垂直潜流湿地容积负荷为0.09-0.16 kgNH4-N/ m·d，曝气氨氮负+ 3
荷为1.0-2.5g NH4-N/ m空气；

[0011] 周平均温度低于12 - 15℃时，调节分流阀，控制曝气垂直流人工湿地进水和无曝气垂直流人工湿地进水体积比为1:3，关闭曝气垂直潜流人工湿地中的曝气装置，适当增加+ 3水力停留时间，控制垂直潜流湿地容积负荷为0.03-0.06 kgNH4-N/ m·d；

[0012] (3)步骤(1)中第二出水口的出水进入无曝气垂直潜流人工湿地，进一步去除污水中残留的SS，并去除多余生物可降解有机物，为后续自养微生物提供有利进水条件，控制+ 3其容积负荷为0.03-0.06 kgNH4-N/ m·d；

[0013] (4)将步骤(2)和步骤(3)中的出水经混合后，进入水平潜流湿地，为厌氧氨氧+ — +化过程提供良好的缺氧/厌氧环境与NH4-N与NO3 N比例，经混合后的进水实际NH4-N-
与NO3-N的比例为1:1-1.4:1，BOD5与N比例为0.2：1-0.5：1；水平潜流湿地容积负荷为+ 3
0.004-0.011kgNH4-N/ m·d；

[0014] (5)步骤(4)出水，可用作市政杂用水或直接排入附近天然或景观水体。

[0015] 本发明中，步骤(1)中所述原生生活污水进入厌氧酸化池进行预处理，调节污水水质及水量，控制水力停留时间为5-6小时，厌氧酸化池容积负荷为0.65-1.74kgCOD/3 +
m·d，以去除污水中固体悬浮物，降解部分有机物，显著提高NH4-N/TN的比例。

[0016] 本发明提出一种季节性曝气生活污水深度脱氮装置，由厌氧酸化池23、分流阀7、曝气垂直潜流人工湿地24、无曝气垂直流人工湿地25、水平潜流人工湿地26依次经管道和阀门连接组成，其中：

[0017] 厌氧酸化池23出水口设有分流阀7，分流阀7设有两个出水口，所述分流阀的两个出水口分别连接曝气垂直流湿地24和无曝气垂直流湿地25的上部一侧进水口；曝气垂直流湿地24和无曝气垂直流湿地25内均设有穿孔布水管，曝气垂直流湿地24底部设有曝气管，所述曝气管通过空气阀门9、空气流量计10和管道连接曝气机8；曝气垂直流湿地24和无曝气垂直流湿地25的出水口分别通过上弯出水管连接水平潜流湿地26上部进水口；

[0018] 所述曝气垂直流湿地24和无曝气垂直流湿地25内设有第一湿地填料；

[0019] 所述水平潜流湿地26内设有第二湿地填料20，第二湿地填料20两侧设有布水区填料，第二湿地填料与布水区填料连接处设有穿孔布水板。

[0020] 本发明中，所述厌氧酸化池23内设有3个折流板；其底部设有第一放空管2和第二放空管6。

[0021] 曝气垂直流人工湿地24、无曝气垂直流人工湿地25和水平潜流人工湿地26中均种植适合亚热带气候的观赏性植物菖蒲19。

[0022] 本发明的有益效果在于：

[0023] 1.对已公开“一种无需外加碳源的生活污水深度脱氮工艺方法及装置”进行了改+良。通过设置分流阀、曝气和无曝气垂直流湿地，成功解决了水平潜流湿地进水NH4-N与- +
NO3-N的比例控制的问题，无需NH4-N电极监测，降低了处理系统的运行管理难度，增加了技术的实用性。

[0024] 2.针对低温条件下，垂直流湿地中的曝气氨氮负荷极低，费用效益比低，且厌氧氨_氧化作用受到低温的抑制、水平潜流湿地系统内出现的冬季NO3N积累的情况，创新性地提出季节性曝气的运行方式，在有效减少冬季曝气能耗的同时，与分散生活污水用水量随温度下降而降低的特性配合，可保证系统在低温条件下仍能达到较好的处理效果。

[0025] 3.本工艺系统结构进一步简化，运行管理更为简便。周平均温度高于或等于15℃时，系统运行稳定，污染物去除效果好，出水水质可达地表水Ⅳ类标准。周平均温度低于15℃时，采用无曝气运行模式。湿地中高度富集的自养菌仍可有效去除水中污染物，出水水质可达一级B标准。

附图说明

[0026] 图1为一种季节性曝气生活污水深度脱氮工艺方法的流程示意图。

[0027] 图2为利用本发明中所述工艺方法对原生生活污水进行处理的生物生态组合装置流程图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图。

[0028] 图中标号： 1为进水口，2、6分别为第一放空管和第二放空管，3为污水流， 7为分流阀，4和5为分流阀的第一出水口和第二出水口，8为曝气机，9为空气阀门，10为空气流量计，11、12分别为第一、第二穿孔布水管，13、20分别为第一、第二湿地填料，14、15和22为第一上弯出水管（出水口）、第二上弯出水管（出水口）和第三上弯出水管，16为布水管，17为布水区填料，18、21分别为第一穿孔布水板和第二穿孔布水板，19为湿地植物菖蒲，23为厌氧酸化池，24为曝气垂直流湿地，25为无曝气垂直流湿地，26为水平潜流湿地。

具体实施方式

[0029] 下面通过实施案例结合附图进一步说明本发明。

[0030] 实施案例1：本实施案例是利用所述季节性曝气生活污水深度脱氮的工艺方法，对分散型生活污水进行深度脱氮除磷处理。具体实施方式如下：

[0031] 处理装置包括：厌氧酸化池23、曝气垂直潜流人工湿地24、无曝气垂直流人工湿地25、水平潜流湿地26、污水泵、曝气机8、空气流量计10、湿地填料、湿地植物菖蒲19。其中厌氧酸化池23采用透明PVC板制作，厌氧水解池23的尺寸为0.55m×0.25m×0.7m，装置内部各填充约50%容积、直径80mm的球形悬浮填料；水解池出水口处设分流阀7。曝气垂直流人工湿地24为PVC圆柱，直径40cm、高65cm，底部设有曝气头，内部设有第一湿地填料13，从下至上填有50mm粒径为20-30mm石子、50mm粒径为10-15mm砾石、450mm粒径为3-9mm的砾石。无曝气垂直流人工湿地25为PVC圆柱，直径70cm、高65cm，无曝气设备，其内设有第二湿地填料20，所述第二湿地填料20同曝气垂直流人工湿地24内的第一湿地填料13。水平潜流人工湿地26尺寸为1.5m×0.4m×0.7m，其内设有第三湿地填料，所述第三湿地填料为铺设550mm粒径为3-9mm的砾石。曝气垂直流人工湿地24、无曝气垂直流人工湿地25和水平潜流人工湿地26中均种植适合亚热带气候的观赏性植物菖蒲19。

[0032] 各装置及设备的具体连接方式参照图2（生物生态组合装置流程图 – 侧视图和俯视图）：

[0033] 厌氧酸化池23与以公开的发明专利文件（CN 102260021 A）中所述的相同，厌氧酸化池23中的水流方式为折流，污水由上部进水口1泵入，经由3个折流板，最后从上部出水口经由分流阀7分流。厌氧酸化池23前、后的底部设有第一放空管2和第二放空管6，放空管用于剩余污泥及沉积物的定期清空、排放；

[0034] 厌氧酸化池23的出水经分流阀7分流后，从第一出水口4流入曝气垂直流湿地24，从第二出水口5流入无曝气垂直流湿地25。分别经由第一穿孔布水管11、第二穿孔布水管12进入曝气垂直流湿地24和无曝气垂直流湿地25，水流自上而下经过介质，最后从出水管流入水平潜流人工湿地26。曝气垂直流湿地24底部设有曝气管，外部设有曝气机8，空气经由空气流量计10及空气阀门9进入曝气管。曝气垂直流湿地24和无曝气垂直流湿地25设有第一上弯出水管14和第二上弯出水管15，用以曝气垂直流湿地24和无曝气垂直流湿地25中的有效水位。

[0035] 曝气垂直流湿地24和无曝气垂直流湿地25的出水经由第一上弯出水管14和第二上弯出水管15进入水平潜流湿地26，经布水管16进入水平潜流湿地26的布水区，通过穿孔布水板18均匀流入水平潜流湿地26的有效处理区域，在经后部的穿孔布水板21流入出水区，最后经第三上弯出水管22流出。为保持湿地中有效水位高度，在水平潜流湿地26后部设置第三上弯出水管22。湿地有效处理区域内铺设550mm粒径为3-9mm的砾石，湿地布水、出水区铺设550mm粒径为20-30mm石子，并种植有观赏性植物菖蒲19。

[0036] 生活污水深度脱氮装置采用季节性曝气的运行方式，周平均温度高于或等于15℃时开启曝气装置, 装置运行的具体工艺参数与处理装置总体处理效果如表1、2所示；周平均温度低于15℃时关闭曝气装置，装置的具体运行工艺参数与处理装置总体处理效果见表3、4。

[0037] 表1 各装置工艺运行参数表（周平均温度高于或等于15℃）

[0038]运行参数 厌氧酸化池 曝气垂直流湿地 无曝气垂直流湿地 水平潜流湿地
水力停留时间（HRT/h） 5.5 8 24 36
表面水力负荷（m3/m2·d）2.20 1.85 0.61 0.15
气水比（曝气） / 10 / /

[0039] 表2系统进、出水水质处理与处理效果（周平均温度高于或等于15℃）[0040]水质指标 进水 出水 去除率 (%)
CODcr (mg/L) 219±58 24±8 88±5
TN (mg/L) 26.63±2.86 1.30±0.69 95±4
NH3-N (mg/L) 19.22±2.29 0.63±0.76 97±4
TP (mg/L) 4.49±0.94 0.27±0.14 94±3

[0041] 表3 各装置工艺运行参数表（周平均温度低于15℃）

[0042]运行参数 厌氧酸化池 曝气垂直流湿地 无曝气垂直流湿地 水平潜流湿地
水力停留时间（HRT/h） 5.5 24 24 55
表面水力负荷（m3/m2·d）2.20 0.61 0.61 0.1

[0043] 表4系统进、出水水质处理与处理效果（周平均温度低于15℃）

[0044]水质指标 进水 出水 去除率 (%)
CODcr (mg/L) 260±76 34±15 86±6
TN (mg/L) 31.41±4.57 14.78±6.09 54±14
NH3-N (mg/L) 23.07±3.27 10.35±5.25 56±17
TP (mg/L) 3.20±0.29 0.15±0.09 95±3

[0045] 结合表2、4可知，生活污水经该系统主体处理单元，脱氮过程及效果符合本发明+设计理念，成功实现了低碳源条件下TN、NH4-N的去除：周平均温度高于或等于15℃时，系统出水水质可达地表水Ⅳ类标准，出水可直接作为静止景观水体补充水源；周平均温度低于15℃时，系统出水水质亦可达到污水厂出水一级B标准。