低碳氮比污染水的脱氮除磷处理装置及水处理方法与流程

1.本发明属于水处理领域，具体涉及低碳氮比污水的处理装置及水处理方法。


背景技术：

2.随着我国工农业生产发展和人民生活水平的不断提高，大量的生活污水、工业废水和农业生产的面源水携带含氮污染物排入到环境水体中，导致水体中氮含量升高，不仅使水体富营养化，还会引起居民饮用水的安全问题。在供水管网中含有的nh
4 -n能使硝化细菌生长繁殖，硝化细菌在代谢过程中产生臭气，过量的硝酸氮会在胃中还原胃亚硝酸氮，进而形成致癌性物质。
3.农村地区由于农田中大量使用化学肥料，导致农村生活污水、农业生产污水、坡面径流和地下径流水体中含有高氮磷污染物，而形成低碳氮比的污水，传统脱氮工艺，例如a/o工艺、a2/o工艺和sbr工艺由于水体中有机碳源含量低，使反硝化生化反应效率明显降低，反硝化细菌活性低，从而导致低碳氮比的农村污水脱氮除磷效果不好。
4.而为了提高脱氮效果，现有技术中有采用活性污泥工艺，但随着微生物的不断生长，会产生大量剩余污泥，在厌氧发酵过程中还容易引入二次污染，产生的大量剩余污泥需要再处理才能排放到环境中。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决农村低碳氮比污水脱氮除磷效果不好的问题，而提供一种低碳氮比污染水的脱氮除磷处理装置及水处理方法。
6.本发明低碳氮比污染水的脱氮除磷处理装置包括生态处理室、强化脱氮室和厌氧反应室，在生态处理室的水面上漂浮有浮板，在浮板的下表面设置有多个种植篮，种植篮内种植有水生植物，在每个种植篮的下方挂设有人工水草，在生态处理室的底部设置有曝氧装置，生态处理室的一侧室壁上开有进水口，生态处理室的上部开有排水管，强化脱氮室位于排水管的下方，在强化脱氮室的水面下方沿设置有沸石填料层和贝壳粉填料层；
7.所述的厌氧反应室包括上盖、隔网、悬浮生物炭填料和布水器，在厌氧反应室的顶部盖设有上盖使厌氧反应室内形成厌氧环境，沿厌氧反应室的高度方向间隔设置有三层隔网，上层隔网与中层隔网之间填充有悬浮生物炭填料，下层隔网与中层隔网之间也填充有悬浮生物炭填料，且上部悬浮生物炭填料的填充率高于下部悬浮生物炭填料的填充率，布水器设置在厌氧反应室的底部，连接管的一端与强化脱氮室的出水口相连通，连接管的另一端与布水器相连，厌氧反应室的上部设置有出水口。
8.本发明低碳氮比污染水的脱氮除磷处理方法按照以下步骤实现：
9.一、低碳氮比污染水由进水口流入生态处理室中，利用曝氧装置对水体曝气，增加污染水的溶氧量，控制生态处理室中水力停留时间为8～16h，得到预处理的污水；
10.二、预处理的污水由排水管流入强化脱氮室，通过沸石填料层和贝壳粉填料层强化脱氮处理，控制强化脱氮室的水力停留时间为2～6h，得到脱氮处理后的水；
11.三、脱氮处理后的水经过连接管流入厌氧反应室内，通过布水器上升流过悬浮生物炭填料区，控制厌氧反应室中的水力停留时间为10～20h，从出水口排出净化后的水，完成低碳氮比污染水的脱氮除磷处理。
12.本发明低碳氮比污染水的脱氮除磷处理装置及水处理方法主要针对农村低碳氮比污水，如农田坡面径流、生活污水或者经过沉淀处理后的污水，水体中氮(有机氮、氨氮和硝酸盐)磷含量较高，而碳源不足，碳氮比较低(0.8-4.5)，影响反硝化生化反应。
13.本发明碳氮比污染水的脱氮除磷处理装置将生态处理室、强化脱氮室和厌氧反应室相结合，在生态处理室中设置有水生植物和人工水草，水生植物能够利用水体中的氮磷营养元素，使水生植物长势良好，并提供一定的有机碳源。水生植物对氮磷元素吸收和截留，植物根系微生物还能使有机磷矿化，而人工水草表面上生物膜中的聚磷菌也能对水体中的磷进行吸收，并通过生物膜中的微生物的硝化作用去除水体中的nh
3-n，生态处理室整体对碳源的消耗较少，经过生态处理室预处理的污水流入强化脱氮室，强化脱氮室中设置有沸石填料层和贝壳粉填料层，沸石和贝壳粉对水中的氨氮离子选择吸附性强，强效脱除水体中的氨氮和总氮，同时增加水体的碱度，并通过回流管流回生态处理室，促进其中的硝化反应，提高了碳氮比，脱氮处理后的水再流入厌氧反应室，以悬浮生物炭填料作为载体和缓释碳源，进一步提高碳氮比，通过悬浮生物炭填料上的厌氧生物膜进行反硝化反应进行脱氮。
14.本发明低碳氮比污染水的脱氮除磷处理装置及水处理方法将生态处理室、强化脱氮室和厌氧反应室相结合，通过阶梯性除氮，提高厌氧反应室进水的碳氮比，结合缓释碳源，强化反硝化生化反应，提高低碳氮比污染水的脱氮除磷效果，使污水的cod去除率为85％-90％左右，tp去除率达到95％左右，nh
4 -n去除率达到90％以上。
附图说明
15.图1为本发明低碳氮比污水的脱氮除磷处理装置的结构示意图。
具体实施方式
16.具体实施方式一：本实施方式低碳氮比污染水的脱氮除磷处理装置包括生态处理室1、强化脱氮室2和厌氧反应室3，在生态处理室1的水面上漂浮有浮板5，在浮板5的下表面设置有多个种植篮6，种植篮6内种植有水生植物7，在每个种植篮6的下方挂设有人工水草8，在生态处理室1的底部设置有曝氧装置9，生态处理室1的一侧室壁上开有进水口4，生态处理室1的上部开有排水管11，强化脱氮室2位于排水管11的下方，在强化脱氮室2的水面下方沿设置有沸石填料层2-1和贝壳粉填料层2-2；
17.所述的厌氧反应室3包括上盖16、隔网15、悬浮生物炭填料14和布水器13，在厌氧反应室3的顶部盖设有上盖16使厌氧反应室3内形成厌氧环境，沿厌氧反应室3的高度方向间隔设置有三层隔网15，上层隔网与中层隔网之间填充有悬浮生物炭填料14，下层隔网与中层隔网之间也填充有悬浮生物炭填料14，且上部悬浮生物炭填料14的填充率高于下部悬浮生物炭填料14的填充率，布水器13设置在厌氧反应室3的底部，连接管12的一端与强化脱氮室2的出水口相连通，连接管12的另一端与布水器13相连，厌氧反应室3的上部设置有出水口18。
18.本实施方式曝氧装置9与气泵10相连。
19.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是浮板5上的种植篮6呈矩形阵列排列。
20.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述的水生植物7为芦苇、菖蒲、香蒲、美人蕉、芦苇中的一种或者多种混合植物。
21.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是在连接管12上设置有水泵17。
22.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是回流管19的一端与强化脱氮室2的底部相连通，回流管19的另一端与生态处理室1的进水口4相连通。
23.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是厌氧反应室3中上部悬浮生物炭填料14的填充率为70％-85％，下部悬浮生物炭填料14的填充率为30％-45％。
24.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是悬浮生物炭填料的制备按照以下步骤实施：
25.一、将植物秸秆置于管式炉中，在氮气氛围下以800℃的温度热解处理2-3h，得到秸秆生物炭；
26.二、将秸秆生物炭浸泡在葡萄糖或者淀粉溶液中，得到复合碳源生物炭；
27.三、将聚乙烯醇和海藻酸钠加热溶于水中，得到交联剂溶液，再加入硅藻土，得到含有硅藻土的交联剂；
28.四、将复合碳源生物炭加入到含有硅藻土的交联剂中，挤压成复合材料，再放入cacl2饱和硼酸溶液中进行交联反应，干燥后得到悬浮生物炭填料。
29.具体实施方式八：本实施方式低碳氮比污染水的脱氮除磷处理方法按照以下步骤实现：
30.一、低碳氮比污染水由进水口4流入生态处理室1中，利用曝氧装置9对水体曝气，增加污染水的溶氧量，控制生态处理室1中水力停留时间为8～16h，得到预处理的污水；
31.二、预处理的污水由排水管11流入强化脱氮室2，通过沸石填料层2-1和贝壳粉填料层2-2强化脱氮处理，控制强化脱氮室2的水力停留时间为2～6h，得到脱氮处理后的水；
32.三、脱氮处理后的水经过连接管12流入厌氧反应室3内，通过布水器13上升流过悬浮生物炭填料区，控制厌氧反应室3中的水力停留时间为10～20h，从出水口18排出净化后的水，完成低碳氮比污染水的脱氮除磷处理。
33.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤一中控制生态处理室1中的溶解氧浓度为4.3～5mg/l。
34.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤一中控制生态处理室1中水力停留时间为10～12h。
35.具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤三中控制厌氧反应室3中的水力停留时间为14～18h。
36.实施例一：本实施例低碳氮比污染水的脱氮除磷处理装置包括生态处理室1、强化脱氮室2和厌氧反应室3，在生态处理室1的水面上漂浮有浮板5，在浮板5的下表面设置有多个种植篮6，种植篮6内种植有水生植物7，水生植物7为菖蒲、美人蕉和芦苇混合种植，在每
个种植篮6的下方挂设有人工水草8，在生态处理室1的底部设置有多个曝氧装置9，生态处理室1的一侧室壁上开有进水口4，生态处理室1的上部开有排水管11，强化脱氮室2位于排水管11的下方，在强化脱氮室2的水面下方沿高度方向依次设置有沸石填料层2-1和贝壳粉填料层2-2；
37.所述的厌氧反应室3包括上盖16、隔网15、悬浮生物炭填料14和布水器13，在厌氧反应室3的顶部盖设有上盖16使厌氧反应室3内形成厌氧环境，沿厌氧反应室3的高度方向间隔设置有三层隔网15，上层隔网与中层隔网之间填充有悬浮生物炭填料14，上部悬浮生物炭填料14的填充率为85％；下层隔网与中层隔网之间也填充有悬浮生物炭填料14，下部悬浮生物炭填料14的填充率为40％，布水器13设置在厌氧反应室3的底部，连接管12的一端与强化脱氮室2的出水口相连通，连接管12的另一端与布水器13相连，厌氧反应室3的上部设置有出水口18；回流管19的一端与强化脱氮室2的底部相连通，回流管19的另一端与生态处理室1的进水口4相连通。
38.本实施例菖蒲、美人蕉和芦苇生长良好，根系浓密。
39.本实施例通过强化脱氮室中的贝壳粉填料层，保证厌氧反应室进水的为弱碱性，保证厌氧反硝化在最佳的ph条件。
40.本实施例中人工水草8和悬浮生物炭填料14上分别挂有生物膜。
41.本实施例厌氧反应室中上部悬浮生物炭填料的填充率高，相当于固定床；下部悬浮生物炭填料的填充率低，相当于移动床，下部悬浮生物炭填料受到布水器的水流冲击，悬浮生物炭填料表面的生物膜厚度较薄，但生物活性更高。
42.本实施例悬浮生物炭填料的制备按照以下步骤实现：
43.一、将植物秸秆(玉米秸秆或者小麦秸秆)置于管式炉中，在氮气氛围下以800℃的温度热解处理2h，控制氮气流量为1l/min，得到秸秆生物炭；
44.二、将秸秆生物炭浸泡在葡萄糖或者淀粉溶液中，得到复合碳源生物炭；
45.三、将聚乙烯醇和海藻酸钠加热溶于水中，得到交联剂溶液，再加入硅藻土，得到含有硅藻土的交联剂；
46.四、将复合碳源生物炭加入到含有硅藻土的交联剂中，挤压成复合材料(块)，复合材料放入cacl2饱和硼酸溶液中，交联反应30h，干燥得到悬浮生物炭填料。
47.本实施例聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为(5-6)：1，每毫升交联剂溶液加入0.5g硅藻土。
48.本实施例制备得到的悬浮生物炭填料的释碳效果稳定，在15天内toc释放量均值为20-35mg/g。
49.应用实施例一：本实施例应用实施例一的处理装置对低碳氮比污染水进行脱氮除磷处理方法按照以下步骤实现：
50.一、低碳氮比污染水由进水口4流入生态处理室1中，利用曝氧装置9对水体曝气，控制生态处理室1中的溶解氧浓度为4.6mg/l，增加污染水的溶氧量，控制生态处理室1中水力停留时间为12h，得到预处理的污水；
51.二、预处理的污水由排水管11流入强化脱氮室2，通过沸石填料层2-1和贝壳粉填料层2-2强化脱氮处理，控制强化脱氮室2的水力停留时间为3h，得到脱氮处理后的水；
52.三、脱氮处理后的水(ph＝7.8)经过连接管12流入厌氧反应室3内，通过布水器13
上升流过悬浮生物炭填料区，控制厌氧反应室3中的水力停留时间为18h，从出水口18排出净化后的水，完成低碳氮比污染水的脱氮除磷处理。
53.本实施例在厌氧反应室3中通过悬浮生物炭填料缓释碳源，可使厌氧反应室中污水碳氮比为6～7。
54.本实施例原水为农田坡面径流，原水cod
cr
为255mg/l，tn为153mg/l，nh
4 -n为128mg/l，tp为18mg/l，ss为132mg/l；脱氮处理后的水的cod
cr
为158mg/l，tn为48mg/l；净化后的水cod
cr
为38mg/l，tn为11.8mg/l，nh
4 -n为8.1mg/l，tp为0.8mg/l，ss为12mg/l。
55.应用实施例二：本实施例应用实施例一的处理装置对低碳氮比污染水进行脱氮除磷处理方法按照以下步骤实现：
56.一、低碳氮比污染水由进水口4流入生态处理室1中，利用曝氧装置9对水体曝气，控制生态处理室1中的溶解氧浓度为4.6mg/l，增加污染水的溶氧量，控制生态处理室1中水力停留时间为9h，得到预处理的污水；
57.二、预处理的污水由排水管11流入强化脱氮室2，通过沸石填料层2-1和贝壳粉填料层2-2强化脱氮处理，控制强化脱氮室2的水力停留时间为3h，得到脱氮处理后的水；
58.三、脱氮处理后的水(ph＝7.6)经过连接管12流入厌氧反应室3内，通过布水器13上升流过悬浮生物炭填料区，控制厌氧反应室3中的水力停留时间为14h，从出水口18排出净化后的水，完成低碳氮比污染水的脱氮除磷处理。
59.本实施例原水为农田坡面径流，原水cod
cr
为283mg/l，tn为118mg/l，nh
4 -n为97mg/l，tp为12mg/l，ss为152mg/l；净化后的水cod
cr
为30.5mg/l，tn为13.5mg/l，nh
4 -n为11.4mg/l，tp为0.7mg/l，ss为16.5mg/l。