基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置及方法。所述装置包括沼液池或混凝沉淀出水池，和人工湿地；人工湿地采用垂直流和潮汐流叠置方式，以沸石为主体填料，沼液均匀喷洒于湿地表面，向下渗滤穿过垂直流湿地时，部分氨氮被沸石吸附，填料表面生物膜上的氨氧化菌将氨氮氧化成亚硝态氮；废水向下渗滤进入潮汐流湿地，排水管上的电动阀关闭，潮汐流湿地水位升高，直到将其全部淹没；在淹水期填料进一步吸附氨氮，同时进行缺氧脱氮，之后开启电动阀排水，系统处于落干环境，中压风机为系统供氧。本发明专利技术结构简单，水力负荷大，运行能耗低，无需调控废水DO和pH，可低成本的为后续厌氧氨氧化等脱氮工艺提供底物。

【技术实现步骤摘要】
基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置及方法
本专利技术属于环境工程中的污水处理
，具体涉及一种基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置及方法。
技术介绍
近年来，我国生猪产量占全球生猪总产量的比例均超过50％，是世界生猪出产第一大国。然而，伴随而来的是环保的巨大压力。养猪废水含有高浓度有机物、氨氮和磷等物质，如不经有效处理排放到环境水体或回用于种植业，会对环境和农业生态造成直接危害，进而威胁人类健康。目前，大部分规模化养猪场均建有厌氧沼气池。养猪废水经过厌氧发酵处理后，大量COD被去除，有机态氮转化为无机态氮，因而养猪场沼液具有高氨氮、低有机碳/氮比的特点。此外，常规生物处理工艺的脱氮路径为氨氮→硝酸盐氮→氮气，由于有机物矿化菌以异养菌为主，繁殖能力强，而氨氧化菌为自养菌，繁殖能力弱，导致在好氧生物处理过程中有机物被优先分解矿化，反硝化反应因缺少有机碳源而被抑制。因此，采用常规生物处理工艺处理脱氮性能较差，对高氨氮浓度、低有机碳/氮比值的养猪场废水尤其如此。人工湿地作为一种污水生态处理技术在国内外有大量研究和应用，但用于处理养猪场废水(沼液)，仍存在诸多问题。首先，由于养猪场废水的污染物浓度很高，日处理1吨养殖废水所需人工湿地面积高达数十平方米，在我国很难推广应用。此外，将人工湿地用于养猪场沼液处理时，由于进水氨氮浓度过高、系统供氧不足等原因，自养氨氧化效果不佳，氨氮去除效果差，而有机物的异养矿化效果较好，因有机碳源短缺抑制反硝化脱氮的问题同样存在，导致出水水质很差。厌氧氨氧化作为一种新型脱氮工艺，使污水自养脱氮成为可能，从而能大幅降低对有机碳的需求，因此特别适合低有机碳高氨氮养猪场沼液的处理。实现厌氧氨氧化工艺的关键是能够稳定实现短程硝化，即将氨氮氧化控制到亚硝态氮阶段，不产生或少产生硝态氮。目前，短程硝化作用的研究和应用均基于活性污泥法(A2O、SBR等)、生物接触氧化法、生物流化床法(MBBR)、曝气生物滤池法(BAF)等生物处理工艺，淹水曝气供氧，通过调节溶解氧(DO)、pH等参数来实现短程硝化。因此，该类工艺存在能耗较高、管理维护复杂、短程硝化率受水质水量影响大等问题。为了克服常规技术的缺陷，本专利技术提供了一种基于人工湿地原理的短程硝化工艺及方法。
技术实现思路
针对养猪场沼液采用人工湿地等生态处理技术难以稳定生成亚硝态氮以及水力负荷低的难题，本专利技术的首要目的在于提供一种基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述装置的基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的方法。本专利技术目的通过以下技术方案实现：基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置，其特征在于，包括沼液储存池或混凝沉淀出水池，以及人工湿地；所述人工湿地包括上下叠置的湿地I和湿地II，其中：所述湿地I和湿地II的高度比为2:1～10:1；所述湿地I和湿地II高度之和为1.0～3.0m；所述湿地I为垂直流湿地；所述湿地II为潮汐流湿地；所述湿地I在湿地II的正上方，竖向叠置，两者填料直接接触，分界面为淹水高度界面；所述湿地I包括第一沸石功能层；所述湿地II包括第二沸石功能层和碎石层；所述装置还包括中压风机、散水装置和排水-通风管；所述散水装置设置在湿地I上部；所述排水-通风管设置在湿地II的碎石层中；所述排水-通风管在湿地外侧设置三通，三通竖直方向通过进风管与中压风机相连，三通水平方向安装有电动阀。优选的，所述第二沸石功能层设置在碎石层上方；所述第一沸石功能层装填沸石或沸石与碎石的混合填料；所述第二沸石功能层装填沸石或沸石与碎石的混合填料；所述碎石层装填碎石填料。优选的，所述第一沸石功能层和第二沸石功能层均由粒径为0.2～1.0cm的沸石组成，或由粒径为0.2～1.0cm的沸石与粒径为0.5～1.0cm的碎石混合组成；所述碎石层由粒径为2～5cm的碎石组成。更优选的，所述第一沸石功能层和第二沸石功能层由沸石与碎石混合组成时，沸石与碎石的体积比为1:9～9:1。优选的，所述进风管最高点高于湿地II，防止后者淹水时废水进入中压风机；所述中压风机风压为1100～2600Pa，风量为5m3/min～30m3/min。优选的，所述散水装置为喷淋装置，能够将废水均匀喷洒于湿地I表面。优选的，所述人工湿地的池体为砖混结构，底部和池壁做防渗处理。本专利技术所述的基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置的运行模式为一天运行6～12个周期，每个周期2～4小时，包括进水、淹水、排水、落干四个阶段；落干期间通风1～2次，每次10～30min。一种基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预处理：为减少人工湿地堵塞风险和除磷，对养猪场沼液进行混凝沉淀得到混凝沉淀出水；也可以直接处理养猪场沼液，不影响系统短程硝化的实现；(2)系统运行方法：混凝沉淀出水或沼液由潜污泵和散水装置均匀喷洒于湿地表面，每次进水量为0.05～0.16m3/m2；进水时排水-通风管上的电动阀关闭，潮汐流湿地水位不断升高，进水结束后下部潮汐流湿地被水淹没，在淹水期填料进一步吸附氨氮，同时进行缺氧脱氮；淹水特定时间后电动阀打开，整个装置向外排水，系统处于落干环境，采用中压风机通风，为系统供氧，吸附在填料表面的氨氮继续被氨氧化菌氧化为亚硝态氮；由于游离氨(FA)或游离亚硝酸(FNA)对亚硝酸盐氧化菌的抑制，使系统氨氧化产物主要为亚硝态氮，从而实现短程硝化。本专利技术中的人工湿地上部以垂直流方式运行，下部以潮汐流方式运行；废水均匀穿过上部垂直流湿地时，部分氨氮被填料吸附；填料表面生物膜上的氨氧化菌利用填料空隙中的氧气进行短程硝化，将氨氮氧化成亚硝态氮；当系统运行稳定后，形成了亚硝酸盐氧化菌被抑制的现象，其原因为，养猪场沼液出水pH均高于7，甚至超过8，游离氨浓度较高，对亚硝酸盐氧化菌产生抑制作用；其次，随着氨氧化的进行，填料表面生物膜呈弱酸性(pH<7)，此时，游离亚硝酸也会对亚硝酸盐氧化菌产生一定抑制作用，因此系统形成了稳定的短程硝化；下渗的废水将之前运行周期产生的亚硝态氮和少部分硝态氮带入到下部潮汐流湿地，潮汐流湿地中的沸石进一步吸附氨氮；之后排水-通风管上的电动阀开启，潮汐流湿地向外排水，同时吸入部分空气给系统供氧；在系统落干期，采用中压风机给系统短时间通风供氧1～2次，将填料空隙中的缺氧空气更换为新鲜空气，给系统提供氨氧化所需的氧气，此时，上部垂直流湿地和下部潮汐流湿地均发生短程硝化反应。本专利技术具有以下优点及有益效果：(1)本系统将垂直流人工湿地与潮汐流人工湿地竖向叠置，并选用对氨氮吸附能力强的沸石作为主体填料，可以充分发挥两种湿地的优点，提高系统的水力负荷。(2)本系统的短程硝化避免了淹水曝气，无需精确控制通风量，也无需调节系统内pH，与传统生物处理工艺通过调控水体溶解氧(DO)和pH的方法相比，本系统方法简单，所需设备少，能耗很低，无需添加药剂。(3)本系统能够实现稳定的短程硝化，为高效自养脱氮提供合适底物。附图说明图1为本专利技术基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置的结构示意图。图中1为沼液储存池，2为人工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置，其特征在于，包括沼液储存池或混凝沉淀出水池，以及人工湿地；所述人工湿地包括上下叠置的湿地I和湿地II，其中：所述湿地I和湿地II的高度比为2:1～10:1；所述湿地I和湿地II高度之和为1.0～3.0m；所述湿地I为垂直流湿地；所述湿地II为潮汐流湿地；所述湿地I在湿地II的正上方，竖向叠置，两者填料直接接触，分界面为淹水高度界面；所述湿地I包括第一沸石功能层；所述湿地II包括第二沸石功能层和碎石层；所述装置还包括中压风机、散水装置和排水‑通风管；所述散水装置设置在湿地I上部；所述排水‑通风管设置在湿地II的碎石层中；所述排水‑通风管在湿地外侧设置三通，三通竖直方向通过进风管与中压风机相连，三通水平方向安装有电动阀。

【技术特征摘要】
2018.11.23 CN 201811403757X1.基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置，其特征在于，包括沼液储存池或混凝沉淀出水池，以及人工湿地；所述人工湿地包括上下叠置的湿地I和湿地II，其中：所述湿地I和湿地II的高度比为2:1～10:1；所述湿地I和湿地II高度之和为1.0～3.0m；所述湿地I为垂直流湿地；所述湿地II为潮汐流湿地；所述湿地I在湿地II的正上方，竖向叠置，两者填料直接接触，分界面为淹水高度界面；所述湿地I包括第一沸石功能层；所述湿地II包括第二沸石功能层和碎石层；所述装置还包括中压风机、散水装置和排水-通风管；所述散水装置设置在湿地I上部；所述排水-通风管设置在湿地II的碎石层中；所述排水-通风管在湿地外侧设置三通，三通竖直方向通过进风管与中压风机相连，三通水平方向安装有电动阀。2.根据权利要求1所述的基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置，其特征在于，所述第二沸石功能层设置在碎石层上方；所述第一沸石功能层装填沸石或沸石与碎石的混合填料；所述第二沸石功能层装填沸石或沸石与碎石的混合填料；所述碎石层装填碎石填料。3.根据权利要求1所述的基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液实现短程硝化的装置，其特征在于，所述第一沸石功能层和第二沸石功能层均由粒径为0.2～1cm的沸石组成，或由粒径为0.2～1cm的沸石与粒径为0.5～1cm的碎石混合组成；所述碎石层由粒径为2～5cm的碎石组成。4.根据权利要求3所述的基于沸石填料的人工湿地处理养猪场沼液...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，孙晓文，李宁，吴世军，陈繁荣，
申请(专利权)人：中国科学院广州地球化学研究所，广州中科碧疆环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44