自养反硝化人工塘、构建方法及利用人工塘对污水进行脱氮的方法技术

本发明专利技术公开了一种人工塘、构建方法及利用人工塘进行污水深度脱氮的方法，属于环境工程水处理工艺及理论的创新。在待处理污水地挖掘人工塘床体，并在底部的硫磺填料区铺设包括硫磺、石灰石、沸石、火山岩的填料块；在人工塘的水体内设置漂浮于水体的生态浮岛，水面以上部分种植植物，水面以下部分悬挂生物载体填料；将待处理污水引入人工塘，挂膜处理至出水水质稳定且总氮去除率达到75％以上。人工塘对污水氨氮进行硝化和反硝化处理达到深度脱氮；人工塘内的填料可拆卸填料，方便人工塘的构建、拆除；本发明专利技术方法处理后的出水浊度明显降低、造价成本低廉、脱氮效率高，氨氮、总氮、硝态氮的去除率均达到80％以上。

【技术实现步骤摘要】
自养反硝化人工塘、构建方法及利用人工塘对污水进行脱氮的方法
本专利技术涉及对污水厂尾水中氮素的深度去除，属于污水深度处理技术应用领域，尤其涉及对水质中硝态氮(NO3-N)及氨氮(NH4-N)的去除。确切地说该系统分为好氧硝化区和兼性厌氧自养反硝化区，好氧区主要通过微生物硝化作用使氨氮转化为硝态氮；兼性厌氧区主要利用硫磺作为电子供体，硝态氮(NO3-N)及亚硝态氮(NO2-N)作为电子受体，通过硫自养反硝化菌对污水厂尾水进行深度脱氮。专利技术背景氮、磷元素是污水厂尾水排入湖泊、河流等地表水重要水质指标，氮素是引起水体富营养化的重要因素，根据GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》，总氮<＝5mg/L，总磷<＝0.5mg/L；而根据GB3838-2002《地表水环境质量标准》IV类标准，总氮<＝1.5mg/L，总磷<0.3mg/L，因此针对C\N比低，且氮素以硝态氮为主，不能满足地表水规定的国家标准的污水厂尾水，一般需通过深度处理才可排入湖泊，因此如何对污水厂尾水进行深度脱氮具有重要意义。污水厂尾水具有排放量大、含碳量低、总氮(TN)偏高且污水厂尾水氮素主要以硝态氮为主，氨氮偶尔超标等特点，目前对污水厂尾水常用的深度处理技术为过滤、生物滤池、传统人工湿地、膜分离等，其中膜分离、人工湿地等技术处理效果较好。但因污水厂尾水排放量大，通过膜分离技术进行深度处理往往会造成处理成本偏高，而人工湿地因其对污水处理负荷大、运行维护方便等优点得到国内广泛关注。污水厂尾水量大、总氮(TN)超标、C/N比低，通过异养反硝化系统很难对污水厂尾水进行深度脱氮。人工塘又称为稳定塘，主要是通过自然地形或者人工挖掘形成池塘，利用水中的植物、浮游生物、藻类等物理、生物、化学综合作用对污水实现深度净化，其具有处理量大、运行管理方便等诸多优点。人工塘根据塘体水深可分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘三大类，好氧塘主要是去除水中的氨氮(NH4-N)，往往需要曝气设施来增强硝化过程；兼性塘与厌氧塘处理污水负荷大，但处理效率低，一般不作为污水深度处理设施。硫自养反硝化过程利用硫磺(S)作为电子供体，硝态氮(NO3-N)及亚硝态氮(NO2-N)作为电子受体对尾水进行深度脱氮。沸石表面的阳离子极易与水中的阳离子发生离子交换有助于维持体系的酸碱度平衡。因此，以硫磺(S)作为反应器填料有利于弥补异养反硝化脱氮过程中电子供体的不足和稳定系统pH值。根据研究，普通氧化塘对污水中总氮(TN)的去除率为30％～35％，处理效果并不是十分理想。
技术实现思路
本专利技术的目的针对现有污水长尾水处理存在的技术问题，提供一种污水厂尾水脱氮人工塘，该脱氮人工塘能对污水同步进行硝化、反硝化处理，通过将载体填料进行模块化填装，可以有效的控制污水在人工塘内的水力停留时间，便于在不同的水质条件下进行灵活的拆卸与安装，突破了传统的人工塘只能提供硝化作用的局限性，将硝化与反硝化作用在人工塘中实现较好的结合，有效进行低C/N比污水厂尾水的深度脱氮处理，提高对污水总氮的去除率、减少运行成本及管理费用，使出水总氮(TN)水质达到地表水IV类排放标准，并且对环境起到良好的美化作用。为实现本专利技术的目的，本专利技术一方面提供一种自养反硝化人工塘的构建方法，包括如下顺序进行的步骤：1)在待处理污水地挖掘人工塘床体，并在人工塘床体底部铺设填料块，其中填料块中的填料包括硫磺、石灰石、沸石、火山岩，形成硫磺填料区；人工塘的底部设置出水口与出水管相连通，排出处理后的污水；2)在人工塘的水体内设置生态浮岛，生态浮岛漂浮于水面，生态浮岛水面以上部分种植植物，生态浮岛水面以下部分悬挂生物载体填料；3)将待处理污水引入人工塘，进行挂膜处理，直至人工塘出水水质稳定，污水的总氮去除率达到并保持在75％以上，即得自养反硝化人工塘。其中，步骤1)中所述填料块为长方体型或正方体型。填料块整齐排列在人工塘的底部。特别是，沿着人工塘的长度方向，在人工塘内设置N个隔板将人工塘分成N+1个反应区，其中N为整数，N＝0、1、2、3、……的整数。尤其是，在隔板靠近人工塘长度方向侧壁的一侧从上至下沿着人工塘的深度方向均匀设置多个均匀配水的导流孔，形成导流区，而另一侧不设置导流孔。特别是，导流区的宽度与隔板的宽度之比为20-60：100，优选为30-35：100，进一步优选为35：100；导流孔孔径为(10±1)mm。特别是，所述硫磺填料区的高度与人工塘的有效深度之比为10-50：100，优选为30-50：100，进一步优选为30-35：100，更进一步优选为30：100。尤其是，所述硫磺填料区的有效体积与人工塘有效总体积之比为(0.1-0.5):1，优选为(0.3-0.5)：1，进一步优选为(0.3-0.35)：1，更进一步优选为0.3：1。人工塘有效深度是指人工塘内部水体的实际深度；所述有效体积(容积)是指人工塘内部实际容纳的水体体积。特别是，所述填料块中硫磺、石灰石、沸石、火山岩的体积之比为1：(0.8-1.2)：(0.9-1.2)：(0.7-1.2)，优选为1:1:1:1。尤其是，所述硫磺为颗粒状，粒径为10-20mm；石灰石为颗粒状，其粒径为20-25mm；沸石为颗粒状，其粒径为10-15mm；火山岩为颗粒状，其粒径为25-28mm。将硫磺、石灰石、沸石、火山岩混匀后，装填于网状外壳中，制成长方体型或正方体形的填料块。硫自养反硝化菌通过自养反硝化会产生大量的酸，通过添加石灰石、沸石等填料，可有效地控制出水pH。其中，步骤1)中所述污水为C/N<2且NO3-N质量浓度≥16mg/L的污水。特别是，步骤1)中所述人工塘床体呈长方体形或正方体形，优选为长方体形。尤其是，所述人工塘床体的有效深度≤3m，优选为0.8-1.5m，进一步优选为0.9-1.1m，更进一步优选为1m。本专利技术的人工塘在水深0.4～0.6m，该区域为好氧区，主要是进行硝化作用，水深0.6～1m为兼性厌氧及厌氧区，主要是为自养反硝化菌提供良好的生存环境。好氧区(即主要为生态浮岛及水面以下悬挂生物载体填料的区域)主要是在阳光照射充足，利用人工塘池体内的挺水植物、好氧微生物等共同作用，对尾水进行硝化作用；兼性厌氧区及厌氧区(即主要是在人工塘底部填装模块化硫磺固体填料的区域部分)主要是利用硫自养反硝化菌进行反硝化，将低价态硫氧化为硫酸盐的同时将水中的NO3--N或NO2--N转化为氮气。其中，步骤1)中所述污水选择C/N比≤2的污水，优选为C/N比为1～2的污水。特别是，所述污水选择C/N比低于2，优选为C/N比为1～2的污水处理厂尾水、市政污水处理厂污水、生活污水。其中，所述污水为C/N<2且NO3-N质量浓度≥16mg/L的污水。特别是，所述污水为C/N<2且NO3-N质量浓度≥16mg/L的污水厂尾水、市政污水处理厂污水或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自养反硝化人工塘的构建方法，其特征是，包括如下顺序进行的步骤：/n1)在待处理污水地挖掘人工塘床体，并在人工塘床体底部铺设填料块，其中填料块中的填料包括硫磺、石灰石、沸石、火山岩，形成硫磺填料区；人工塘的底部设置出水口与出水管相连通，排出处理后的污水；/n2)在人工塘的水体内设置生态浮岛，生态浮岛漂浮于水面，生态浮岛水面以上部分种植植物，生态浮岛水面以下部分悬挂生物载体填料；/n3)将待处理污水引入人工塘，进行挂膜处理，直至人工塘出水水质稳定，污水的总氮去除率达到并保持在75％以上，即得自养反硝化人工塘。/n

【技术特征摘要】
1.一种自养反硝化人工塘的构建方法，其特征是，包括如下顺序进行的步骤：
1)在待处理污水地挖掘人工塘床体，并在人工塘床体底部铺设填料块，其中填料块中的填料包括硫磺、石灰石、沸石、火山岩，形成硫磺填料区；人工塘的底部设置出水口与出水管相连通，排出处理后的污水；
2)在人工塘的水体内设置生态浮岛，生态浮岛漂浮于水面，生态浮岛水面以上部分种植植物，生态浮岛水面以下部分悬挂生物载体填料；
3)将待处理污水引入人工塘，进行挂膜处理，直至人工塘出水水质稳定，污水的总氮去除率达到并保持在75％以上，即得自养反硝化人工塘。


2.如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤3)中所述挂膜处理包括如下步骤：
3-1)在温度为20-30℃的条件下，将待处理污水从人工塘顶部引入，污水依次流经悬挂生物载体填料的区域、硫磺填料区，水流向下流至人工塘底部，经出水口、出水管排出人工塘，进行第一阶段的挂膜处理，其中保持水力停留时间≥15h；
3-2)在温度为20-30℃的条件下，第一阶段挂膜处理至少15天后，加大进水量，保持水力停留时间≥5h，流经悬挂生物载体填料的区域，模块化装填的硫磺载体填料区，水流下行至人工塘底部，经出水口、出水管排出人工塘，进行第二阶段的挂膜处理；其中在第二阶段挂膜处理过程中每天监测人工塘出水水质，直至TN的去除率达到并维持在75％以上，且保持稳定。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王洪杰，李莹莹，宋孟，李棒，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11