一种污水脱氮除污方法及其装置制造方法及图纸

一种污水脱氮除污方法及其装置，在表层泥土上种植木本或草本植物，引入流动污水形成人工湿地。一污水引入区，用于絮凝和过滤沉淀污水以及含碳、氮有机物的初步分解；一塔式瀑布区，用于含碳、氮有机物的进一步好氧分解和氨氮的硝化作用，由二层以上的湿地堆叠成塔形，污水引入区的提升水管延伸至顶层塔中部；一污水汇合区，与塔式瀑布区下层连成一体，用于硝态氮的反硝化作用和剩余有机物的继续分解以及排出脱氮除污后的出水。塔式瀑布污水脱氮除污处理装置建成城镇居民休闲式的景观造型，作为环境教育的基地之一。既可改善农村城镇卫生状况，又可美化环境，减缓地表水紧张趋势，节省土地资源和污水处理费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种污水脱氮除污的生态化处理技术，特别是关于污水处理的过程中高效脱氮除污的技术方法及其装置。
技术介绍
随着污水排放量的增加，我国大部分地表水和部分浅层地下水污染日益严重，如果水污染得不到有效控制，将直接影响经济可持续发展和供水安全。即使在资金有保障的前提下，单纯靠污水处理厂也不可能实现水生态系统的根本好转。由于高昂的投资和运行费用，使得各种二级、三级水处理技术难以大面积推广。调查显示，湖泊与河流中的氮有50％以上来源于面源污染，农业面源污染已成为湖泊、河流、库塘等水环境污染的主要因素。农村地区的污水处理基本上是空白，大量未经处理就直接排入河流。江浙一带河网、湖泊众多，水体富营养化严重，很多饮用水水库尽管其它所有污染物水平都很低，但氮含量却超标。有效控制工农业生产和生活所带来的氮等污染物对于控制水体富营养化具有重要意义。人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择地植入植物的污水处理生态系统。通过自然生态系统中物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。基质表面和植物根际吸附大量微生物形成生物膜，污水流经生物膜时，大量的悬浮固体被基质和植物根系截留，有机污染物通过生物膜的吸收、同化及异化作用被去除。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态，保证了污水中的氮磷不仅能被植物和微生物作为营养而吸收，还可通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的吸附积累将其从污水中去除。人工湿地作为一种新型生态污水处理技术，具有投资和运行费用低、抗冲击负荷、处理效果稳定、出水水质好、水生植物可利用等诸多优点。虽然人工湿地已经在污水处理中得到了一些应用，取得了比较好的效果，但还存在一些问题，如污水中的氨氮难以去除，氮去除率低，一般不超过60％，而且不能持续稳定地去除，水质难以达标。由于氨氮是造成水体富营养化的限制因子之一，必须强化人工湿地的脱氮能力。刘超翔等人对氮去除途径的分析表明，微生物的硝化—反硝化作用是人工湿地去除氮的主要途径，水生植物对氮的吸收量分别占总投加量的10％以上。张甲耀等人的研究也表明，要提高湿地的脱氮效果，关键在于改善湿地的氧环境，从而改善硝化作用，以便保证湿地硝化—反硝化这一重要去氮机制的畅通。国外研究也发现，硝化—反硝化是湿地脱氮的主要方式，除氮量占总脱氮量的60-95％。而植物对氮的吸收量很低，为0.03-0.3g/m2d，并且要通过收割植物来最终完成氮的去除。有研究表明人工湿地在中等负荷情况下，通过植物收割对氮的去除率小于20％。可见，硝化—反硝化是人工湿地脱氮的主要机制。宋铁红等人研究发现，人工湿地内氧含量对湿地去除效率有较大影响，提高湿地床体内的含氧量，有利于微生物的好氧代谢和硝化作用。在许多湿地中硝化速率要比反硝化速率慢很多，并事实上成为控制氮去除的限制因素。每转化1g NH4+-N成NO3--N，需要消耗4.3g氧气。对于1.0mg/L的NH4+-N，系统中溶解氧大于4.6mg/L时，硝化过程才能顺利进行。无论是表面流湿地，还是潜流湿地，氧含量都是碳和氮氧化的限制因素]，而湿地中植物传输的氧气是有限的，芦苇、沉水植物、浮水植物分别为0.02-12、0.5-5.2、0.25-9.6g/m2d。为了提高人工湿地去除氨氮的效率，Green采取人工充气的办法来增加湿地中的溶解氧，以此提高硝化能力，结果大大提高了氨氮的去除率，但溶解氧增加的同时，抑制了反硝化作用的进行，从而使硝态氮的去除率有所下降。如何提高氨氮去除率的同时保证硝态氮的去除率是增强人工湿地脱氮效果的一个难点。每反硝化1g NO3-N成N2，需要消耗相当于2.86gBOD的有机物，可能发生反硝化的最小碳氮质量比为1。然而COD的降解主要发生在湿地床体的前段，造成床体后段反硝化所需有机碳源不足和后段降解能力的浪费。当污水有机物含量很低时，反硝化过程又不易进行，解决这一矛盾是提高人工湿地对氮去除率的另一难点。因此，要有效去除污水中的氮，必须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适宜的缺氧环境和充足的有机物来源，以保障反硝化作用的顺利进行。
技术实现思路
本专利技术针对目前人工湿地污水处理中，硝化作用需要好氧环境，而反硝化作用需要缺氧环境和一定的有机物碳源之间的矛盾，解决氮去除率低，从而导致水体的富营养化的技术问题，设计一种塔式污水脱氮除污装置及其处理污水的方法。本专利技术采用以下技术方案实现上述目的。一种污水脱氮除污装置，包括表层泥土、中层砂粒和底层砾石。在表层泥土上种植木本或草本植物，引入流动污水形成人工湿地。其特征是一污水引入区，用于絮凝和过滤沉淀污水以及含碳、氮有机物的初步分解，在污水引入区末端设提升污水的水泵和水管；一塔式瀑布区，用于含碳、氮有机物的进一步好氧分解和氨氮的硝化作用，由二层以上的表面流人工湿地堆叠成塔形，塔下层与污水引入区连成一体，污水引入区的提升水管延伸至顶层塔中部；一污水汇合区，与塔式瀑布区下层连成一体，用于硝态氮的反硝化作用和剩余有机物的继续分解以及排出脱氮除污后的出水。一种污水脱氮除污方法，其特征包括以下步骤a、将人工湿地的污水引入区种植木本植物，在塔式瀑布区和污水汇合区种植草本植物，植物根系提供絮凝和沉淀作用，含碳、氮有机物的污水进行初步降解；b、将要处理的污水引入污水处理人工湿地装置，其中一部分经过污水引入区木本植物人工湿地后，直接进入塔式瀑布区人工湿地的底层，边流动边进行有机物的降解，与由塔式瀑布区顶层下跌至下层的污水一起流入污水汇合区。c、另一部分污水由泵和水管提升进入塔式瀑布区的顶层中部，污水由上层湿地跌落至下一层湿地，经多层阶梯式跌落使污水充分溶解空气中的氧气，进行有机物好氧分解，NH4+-N硝化作用成为NO3--N，流入污水汇合区人工湿地；d、由所述的b步和c步处理后的污水经污水汇合区人工湿地进行反硝化作用，将污水中NO3-N转化为N2而排放到大气中，含碳有机物进一步分解成二氧化碳和水。人工湿地系统在污水引入区和塔式瀑布区采用表面流湿地，在污水汇合区采用潜流湿地。湿地填料由上至下可分3层表层为土壤，中层为煤渣，底层为砾石。湿地内水生草本植物和木本植物可根据当地适生种类选择配置，如具有宁波特色的经济作物蔺草、茭白等。污水先经过种植木本植物的引入区人工湿地，利用木本植物的根系絮凝、沉淀污水中的悬浮固体物质，污水引入区的污染物浓度较高，植物吸收营养物质多，生长快，木本植物比草本植物生物量大，不至造成生长过快而产生的一系列问题。在引入区人工湿地有机物部分分解，然后部分污水从塔式瀑布区顶部小湿地阶梯化跌水进入下层湿地，污水在跌水中充分利用大气富氧，有机物好氧分解加速，有机氮分解产生的氨氮与污水中原有的氨氮在好氧条件下转换为硝态氮的硝化速率大幅度提高；另一部分污水则从引入区人工湿地末端直接进入塔式湿地的底层，与塔式瀑布湿地顶层阶梯跌水而下、硝化作用完全、好氧分解较为彻底的污水一起汇合，这部分不经过塔式湿地跌水而直接进入塔式底层的污水，只进行了初步好氧分解，剩余的有机物可为污水汇合区的反硝化作用提供碳源，保证了硝化—反硝化这一主要脱氮机制的顺利畅通，使硝态氮彻底转化为氮气而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种污水脱氮除污装置，包括表层泥土、中层砂粒和底层砾石。在表层泥土上种植木本或草本植物，引入流动污水形成人工湿地。其特征是：一污水引入区（１），用于絮凝和过滤沉淀污水以及含碳、氮有机物的初步分解，在污水引入区末端设提升污水的水泵和水管；一塔式瀑布区（２），用于含碳、氮有机物的进一步好氧分解和氨氮的硝化作用，由二层以上的表面流人工湿地堆叠成塔形，塔下层（５）与污水引入区连成一体，污水引入区的提升水管（１４）延伸至顶层（７）塔中部；一污水汇合区（３），与塔式瀑布区下层连成一体，用于硝态氮的反硝化作用和剩余有机物的继续分解以及排出脱氮除污后的出水。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶芬霞，李颖，刘新文，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]