申請日2014.10.17

　　公開(公告)日2015.01.21

　　IPC分類號C02F3/28; C02F3/32

　　摘要

　　本發明公開了一種人工濕地脫氮污水處理裝置，包括污水處理池，所述污水處理池包括反硝化層(3)和土壤層(4);所述土壤層(4)位于所述反硝化層(3)上方或下方;所述污水處理池長度≥1m，并且長寬比≥3;所述污水處理池設有進水口和出水口;所述土壤層(4)上種植有植物;所述反硝化層(3)由硫磺顆粒、植物莖葉碎段和碎石組成。本發明還公開了一種脫氮污水處理的方法。本發明人工濕地脫氮污水處理裝置具有成本低、污水脫氮效果好的優點。

　　權利要求書

　　1.一種人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，包括污水處理池，所述污水處理池 包括反硝化層(3)和土壤層(4);所述土壤層(4)位于所述反硝化層(3)上方或下方;所 述污水處理池長度≥1m，并且長寬比≥3;所述污水處理池兩端分別設有進水口和出水口;所 述土壤層(4)上種植有植物;所述反硝化層(3)由硫磺顆粒、植物莖葉碎段和碎石組成。

　　2.根據權利要求1所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述污水處理池的高 度為65～90cm，所述土壤層(4)位于所述反硝化層(3)上方;所述污水處理池還包括下填 料層(2)，所述下填料層(2)位于所述反硝化層(3)下方;所述進水口位于所述污水處理 池前端上部，所述出水口位于所述污水處理池末端下部;所述污水處理池前端設有布水區(1)， 末端設有集水區(5);所述布水區(1)和所述集水區(5)均占所述污水處理池總長度的 1/15～1/10，所述布水區(1)和所述集水區(5)均由粒徑為20～30mm的碎石填充;所述下 填料層(2)高度為10～15cm，所述反硝化層(3)高度為20～30cm，所述土壤層(4)高度為 20～25cm;所述土壤層(4)內種植有挺水植物;所述下填料層(2)由粒徑為10～15mm的碎 石填充而成;所述挺水植物為蘆葦、香蒲、紙莎草、茭草、梭魚草中的至少一種。

　　3.根據權利要求1所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述污水處理池的高 度為65～101cm，所述污水處理池包括植物污水處理層(6)和碎石層(7);所述土壤層(4) 位于所述反硝化層(3)下方，所述碎石層(7)位于所述反硝化層上方;所述植物污水處理 層(6)為碎石層(7)和進水口之間的空間，其內充滿待處理的污水;所述植物污水處理層 (6)高度為30～50cm，所述碎石層(7)高度為1cm，所述反硝化層(3)高度為10～20cm，; 所述土壤層(4)高度為20～25cm;所述植物污水處理層(6)內種植有浮水植物;所述土壤 層(4)內種植有挺水植物和沉水植物;所述進水口位于所述污水處理池前端上部，所述出水 口位于所述污水處理池末端上部。

　　4.根據權利要求3所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述挺水植物為蘆葦、 香蒲、紙莎草、茭草、梭魚草中的至少一種;所述沉水植物為苦草、狐尾藻、黑藻、金魚藻、 黃絲草、馬來眼子菜、海菜花中的至少一種;所述浮水植物為風眼蓮、睡蓮、槐葉萍沉水植 物中的至少一種。

　　5.根據權利要求2或4所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述土壤層(4) 由磚紅壤、赤紅壤、紅壤、棕壤中的至少一種組成。

　　6.根據權利要求5所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述反硝化層(3) 為植物碳源異養-硫自養反硝化填料層，所述植物碳源異養-硫自養反硝化填料由粒徑為 3～5mm的硫磺顆粒、1～2cm植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石按體積比為1:1:1～4:4:1均 勻混合而成。

　　7.根據權利要求5所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其特征在于，所述反硝化層(3) 為植物碳源異養-硫自養反硝化填料層，所述植物碳源異養-硫自養反硝化填料是由1～2cm植 物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石均勻混合后與粒徑為3～5mm的硫磺顆粒沿推流方向等間 距交替填充而成，所述間距為10cm;所述1～2cm植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石的混 合是按照體積比1:1～4:1均勻混合的，所述碎石層(7)是由粒徑為3～5mm的碎石組成。

　　8.一種采用權利要求6或7所述人工濕地脫氮污水處理裝置處理污水的方法，其特征在 于，污水由所述進水口進入所述人工濕地脫氮污水處理裝置，經處理后的污水由出水口排出， 其中HRT≥4h。

　　說明書

　　一種人工濕地脫氮污水處理裝置及污水處理方法

　　技術領域

　　本發明涉及一種污水處理實驗裝置及污水處理方法，特別是涉及一種人工濕地脫氮污水 處理裝置及污水處理方法。

　　背景技術

　　氮污染是地表水體污染的主要問題之一，城市污水廠尾水、農田退水等高比例NOx低 C/N比污水是地表和地下水體氮污染的主要來源之一，亟需對其進行處理，以防止水體污染 和富營養化，同時也有利于上述種類污水的回用。

　　城市污水廠尾水、農田退水等高比例NOx低C/N比污水具有水質水量波動大、亞硝酸鹽 氮、硝酸鹽氮占比高的特點，由于該種類污水中有機碳源缺乏，制約了其中硝酸鹽氮、亞硝 酸鹽氮的有效去除;如何經濟有效地去除高比例NOx低C/N比污水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽， 成為國內外的研究熱點和難點。

　　去除NOx的常用生物方法有異養反硝化和自養反硝化法。異養反硝化是異養反硝化菌利 用甲醇、乙酸等有機物為碳源，將NOx還原為氮氣，同時產生堿度，需要消耗H+，但其存在 碳源投加成本高、出水水質容易有殘留碳源的問題;自養反硝化中的硫石灰石反硝化系統因 其經濟性和出水水質好成為去除NOx的常用方法，其中硫反硝化菌利用單質硫將NOx還原為 氮氣，同時產生H+，需要消耗堿度(石灰石)，但存在出水硬度和硫酸根增加的問題;因此 將二者結合，研究者開發出了異養-硫自養混養反硝化工藝用于去除污水中的硝酸鹽，二者之 間可以起到相互調節pH值的作用，能夠避免堿度(石灰石)的添加和減少硫酸根的產生， 同時異養和硫自養反硝化占比能夠根據碳源的供給在一定范圍內波動，有利于NOx的有效去 除。

　　為強化低C/N比污水脫氮，多采取外加碳源的方式，碳源種類有三種，一是甲醇、乙酸 等傳統液體碳源，但有添加成本高的缺點;二是可生物降解多聚物碳源，也有成本高的缺點; 三是含纖維素類物質的天然植物碳源，因其廉價易得、操作簡單逐漸被用作強化脫氮的碳源， 但其存在碳源釋放不能有效控制、需要較長的水力停留時間(HRT)，出水水質易受外界溫度 影響等，植物碳源釋放較多時，出水水質易受殘余植物釋放碳源的影響。

　　異養-硫自養混養反硝化工藝中異養反硝化供給的碳源多為甲醇和乙酸等傳統液體碳源， 還未見有植物碳源異養-硫自養混養反硝化處理高比例NOx低C/N比污水的報道。

　　人工濕地具有經濟、簡單等優點，成為低成本污水處理的主要技術之一。除了生物亞硝 化、硝化和反硝化是人工濕地脫氮的主要途徑之外，人工濕地對氮的去除還包括填料吸附、 植物吸收和氨的揮發等。因此如果將植物碳源異養-硫自養混養反硝化耦合于人工濕地中，不 僅可以充分發揮植物碳源異養-硫自養混養反硝化作用，而且也可以發揮濕地的其它脫氮作 用。

　　采用植物碳源異養-硫自養混養反硝化人工濕地處理高比例NOx低C/N比污水，可以實 現異養反硝化和硫自養混養反硝化的耦合，針對植物碳源釋放不能有效控制的問題，當植物 碳源釋放較多時，異養反硝化占比增多，硫自養反硝化占比減少;當碳源釋放較少時，異養 反硝化占比減少，硫自養反硝化占比增多，從而有效保障脫氮效果和出水水質，同時由于與 硫自養反硝化的耦合，可以有效縮短HRT;植物碳源異養反硝化和硫自養反硝化可以相互消 耗堿度，從而保持pH在生物脫氮的有效范圍內，實現高比例NOx低C/N比污水的有效脫氮。

　　發明內容

　　本發明要解決的技術問題是提供一種成本低廉，脫氮效果理想的人工濕地高NOx低C/N 比污水處理裝置。

　　一種人工濕地脫氮污水處理裝置，包括污水處理池，所述污水處理池包括反硝化層和土 壤層;所述土壤層位于所述反硝化層上方或下方;污水處理池長度為≥1m，并且長寬比≥3; 所述污水處理池兩端分別設有進水口和出水口;所述土壤層上種植有植物;所述反硝化層由 硫磺顆粒、植物莖葉碎段和碎石組成。

　　本發明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述污水處理池的高度為65～90cm，所 述污水處理池還包括下填料層，所述下填料層位于所述反硝化層下方;所述土壤層位于所述 反硝化層上方;所述進水口位于所述污水處理池前端上部，所述出水口位于所述污水處理池 末端下部，所述污水處理池前端設有布水區，末端設有集水區;所述布水區和所述集水區均 占所述污水處理池總長度的1/15～1/10，所述布水區和所述集水區均由粒徑為20～30mm的碎 石填充;所述下填料層高度為10～15cm，所述反硝化層高度為20～30cm，所述土壤層高度為 20～25cm;所述土壤層內種植有挺水植物;所述下填料層由粒徑為10～15mm的碎石填充而成; 所述挺水植物為蘆葦、香蒲、紙莎草、茭草、梭魚草中的至少一種。

　　本發明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述污水處理池的高度為65～101cm，所 述污水處理池包括植物污水處理層和碎石層;所述土壤層位于所述反硝化層下方，所述碎石 層位于所述反硝化層上方，所述植物污水處理層為碎石層(7)和進水口之間的空間，其內充 滿待處理的污水;所述植物污水處理層高度為30～50cm，所述碎石層高度為1cm，所述反硝 化層高度為10～20cm，;所述土壤層高度為20～25cm;所述植物污水處理層內種植有浮水植物; 所述土壤層內種植有挺水植物和沉水植物;所述進水口位于所述污水處理池前端上部，所述 出水口位于所述污水處理池末端上部。

　　本發明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述挺水植物為蘆葦、香蒲、紙莎草、 茭草、梭魚草中的至少一種;所述沉水植物為苦草、狐尾藻、黑藻、金魚藻、黃絲草、馬來 眼子菜、海菜花中的至少一種;所述浮水植物為風眼蓮、睡蓮槐葉萍沉水植物中的至少一種。

　　本發明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述土壤層由磚紅壤、赤紅壤、紅壤、 棕壤中的至少一種組成。

　　本發明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述反硝化層為植物碳源異養-硫自養反 硝化填料層，所述植物碳源異養-硫自養反硝化填料由粒徑為3～5mm的硫磺顆粒、1～2cm的 植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石按體積比為1:1:1～4:4:1均勻混合而成。

　　本發明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述反硝化層為植物碳源異養-硫自養反 硝化填料層，所述植物碳源異養-硫自養反硝化填料是由1～2cm植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm 的碎石均勻混合后與粒徑為3～5mm的硫磺顆粒沿推流方向等間距交替填充而成，所述間距為 10cm;所述1～2cm植物莖葉碎段和粒徑為3～5mm的碎石的混合是按照體積比1:1～4:1均勻 混合的，所述碎石層是由粒徑為3～5mm的碎石組成。

　　本發明所述人工濕地脫氮污水處理裝置，其中，所述污水處理池的外壁為PVC材質或磚 混結構。

　　一種本發明所述人工濕地脫氮污水處理裝置的使用方法，包括如下步驟：

　　首先進行細菌的接種和培養，植物碳源異養-硫自養耦合強化脫氮水平潛流或表面流人工 濕地裝置以逐漸增加進水NOx和適量甲醇的方式培養，有機質碳與NOx-N的比C:N(mg/mg) =3.5，以磷酸鹽緩沖維持體系pH在中性，約14天后可在反應器填料表面觀察到層狀生物膜， 逐漸減少甲醇為0;進水逐漸穩定為城市污水廠尾水或農田退水等高比例NOx低C/N比污水 模擬水，植物碳源異養-硫自養耦合強化脫氮水平潛流人工濕地隨后按附圖1-2所示的方式進 水：污水由進水口進入本發明所述污水處理池，處理一段時間后，到達出水口，從出水口溢 出;其中HRT≥4h，HRT為水力停留時間。

　　本發明中NOX為NO2或NO3。

　　本發明的有益效果為：

　　資源利用合理，成本低廉：將植物碳源異養和硫自養反硝化耦合運用，當植物碳源釋放 較多時，異養反硝化占比增多，硫自養反硝化占比減少;當碳源釋放較少時，異養反硝化占 比減少，硫自養反硝化占比增多，有效解決了植物碳源釋放不能有效控制的問題;

　　操作簡便：可根據被處理水的情況調節植物碳源和硫填料體積比例，滿足出水水質要求

　　整個反應過程無需投加有機碳源和堿度;

　　處理效果理想：植物碳源異養-硫自養混養反硝化耦合處理高比例NOx低C/N比污水脫氮效率高，出水水質好;出水水質可以達到地表水III類或II標準。

　　下面結合附圖對本發明人工濕地脫氮污水處理裝置作進一步說明。