申请日2017.09.22
公开(公告)日2018.01.05
IPC分类号C02F3/28; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，包括：外墙体，其为上表面开口的中空方体;脱氮床床体，其由外墙体包围而成，脱氮床床体从上到下依次分布为草皮层、土壤层、碳源层和砾石层;控水系统，包括进水管、出水管、排空管以及多根排气管，所述进水管水平穿过外墙体一侧再垂直从草皮层、土壤层延伸至碳源层，所述出水管水平穿过外墙体的另一侧再垂直穿过碳源层、砾石层，所述排空管位于砾石层的底部，并水平穿出到外墙体外，多根排气管在碳源层内均匀分布，并垂直穿过土壤层、草皮层且上端凸出于草皮层外。本发明结构简单，使用方便，解决了反硝化过程中碳源不足和不稳定的问题，大幅度提高了污水中硝态氮的去除效率。
权利要求书
1.一种处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，其特征在于，包括：
外墙体，其为砖混结构且为上表面开口的中空方体;
脱氮床床体，其由外墙体包围并位于中空方体中，脱氮床床体从上到下依次分布为草皮层、土壤层、碳源层和砾石层;
控水系统，包括进水管、出水管、排空管以及多根排气管，所述进水管水平穿过外墙体一侧再垂直从草皮层、土壤层延伸至碳源层，所述出水管水平穿过外墙体的另一侧再垂直穿过碳源层、砾石层，所述排空管位于砾石层的底部，并水平穿出到外墙体外，多根排气管在碳源层内均匀分布，并垂直穿过土壤层、草皮层且上端凸出于草皮层外。
2.如权利要求1所述的处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，其特征在于，所述草皮层为移植或种植的观赏草本植物，所述土壤层为沙土或壤土，所述碳源层由竹制生物炭颗粒、松木木屑和工业葡萄糖块剂按体积比5：4：1均匀混合而成。
3.如权利要求1所述的处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，其特征在于，所述土壤层厚度为10～15cm，所述碳源层厚度为70～100cm，所述砾石层厚度为30～50cm，所述进水管和排气管的下端均延伸至碳源层中8～12cm。
4.如权利要求2所述的处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，其特征在于，所述竹制生物炭颗粒的粒径为1～3cm，所述砾石层的砾石粒径为0.5～2cm。
5.如权利要求1所述的处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，其特征在于，所述排气管的管径为6cm，长度为40～70cm，并在凸出草皮层外的开口安装阀门，所述排空管在外墙体外的开口也设置有阀门。
6.如权利要求1所述的处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，其特征在于，所述土壤层与碳源层之间还设置有一层地膜，所述地膜为塑料膜。
7.如权利要求1所述的处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，其特征在于，所述土壤层与碳源层之间还设置有保温隔绝层，所述保温隔绝层由两层土工膜构成，两层土工膜的边缘密封且紧贴外墙体的内壁固定，两层土工膜绕过进水管和排气管的部分也密封。
8.如权利要求7所述的处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，其特征在于，两层土工膜之间还铺设有一层稻麦秸秆，所述稻麦秸秆厚度为3～5cm。
说明书
处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统
技术领域
本发明涉及污水处理领域。更具体地说，本发明涉及一种处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，该系统适用于处理农村生活污水、农田排水和养殖废水等分散式污水。
背景技术
随着中国湖泊、河流和水库等水体富营养化程度的加剧，如何高效去除污染水体中的氮成为亟待解决的问题。国务院2015年印发的《水污染防治行动计划》明确规定汇入富营养化湖库的河流应实施总氮排放控制。目前污水中的氮主要通过反硝化、厌氧氨氧化、氨挥发、生物吸收和底泥沉积等途径来固定或者去除，其中反硝化被证明是氮去除的最重要途径。反硝化作用是指在缺氧或厌氧环境下，反硝化微生物将硝态氮经亚硝态氮、一氧化氮逐步还原成氧化亚氮和氮气并释放到大气中的过程。调控反硝化过程的环境因子有很多，包括有机碳含量、温度、溶解氧、pH和盐度等等。反硝化微生物以有机碳为主要电子供体,因此碳源的总量和质量是影响反硝化作用的关键因素之一。目前许多地方的工业、农业和生活污水都存在有机碳含量和碳氮比较低的问题，导致反硝化过程的碳源不足，难以实现污水中硝态氮的高效去除。
通过给污水处理系统投加人工碳源可有效提高污水的碳氮比，并促进污水处理系统的反硝化脱氮效率。人工碳源大体可分为以下两类：一是以葡萄糖、甲醇、乙酸等易生物降解的传统碳源;二是以一些固体有机物为主，包括富含纤维素的天然有机物(如植物秸秆)以及可生物降解多聚物(如PHB)在内的新型碳源。传统碳源的利用率虽然比较高，但价格昂贵，会增加污水处理成本，无法大规模使用。新型碳源虽然价格低廉，来源充足，但需要较长的水力停留时间，而且碳源释放得不到有效控制。因此，选用合适的碳源是提高污水处理系统反硝化脱氮效率的关键所在。
中国集中式污水已基本得到了有效控制，但农村生活污水、农田排水和养殖废水等分散式污水尚未得到有效处置，引起的生态环境问题也日益严重。相比较活性污泥和生物膜法，生态处理技术具有低投资、低能耗、管理维护容易和二次污染少等优点，更适合于农村分散式污水的处理。现有的针对分散式污水的生态处理技术包括人工湿地、氧化塘、生物滤池、土地渗滤等，但这些技术都或多或少存在碳源不足、反硝化速率不高、冷季运行效果差等问题，严重影响了反硝化微生物的脱氮效果。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，其结构简单，使用方便，可大幅度提高污水中硝态氮的去除效率，解决了反硝化过程中碳源不足的问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种处理硝态氮污水的反硝化脱氮床系统，包括：外墙体，其为砖混结构且为上表面开口的中空方体;脱氮床床体，其由外墙体包围并位于中空方体中，脱氮床床体从上到下依次分布为草皮层、土壤层、碳源层和砾石层;控水系统，包括进水管、出水管、排空管以及多根排气管，所述进水管水平穿过外墙体一侧再垂直从草皮层、土壤层延伸至碳源层，所述出水管水平穿过外墙体的另一侧再垂直穿过碳源层、砾石层，所述排空管位于砾石层的底部，并水平穿出到外墙体外，多根排气管在碳源层内均匀分布，并垂直穿过土壤层、草皮层且上端凸出于草皮层外。
优选的是，所述草皮层为移植或种植的观赏草本植物，所述土壤层为沙土或壤土，所述碳源层由竹制生物炭颗粒、松木木屑和工业葡萄糖块剂按体积比5：4：1均匀混合而成。
优选的是，所述土壤层厚度为10～15cm，所述碳源层厚度为70～100cm，所述砾石层厚度为30～50cm，所述进水管和排气管的下端均延伸至碳源层中8～12cm。
优选的是，所述竹制生物炭颗粒的粒径为1～3cm，所述砾石层的砾石粒径为0.5～2cm。
优选的是，所述排气管的管径为6cm，长度为40～70cm，并在凸出草皮层外的开口安装阀门，所述排空管在外墙体外的开口也设置有阀门。
优选的是，所述土壤层与碳源层之间还设置有一层地膜，所述地膜为塑料膜。
优选的是，所述土壤层与碳源层之间还设置有保温隔绝层，所述保温隔绝层由两层土工膜构成，两层土工膜的边缘密封且紧贴外墙体的内壁固定，两层土工膜绕过进水管和排气管的部分也密封。
优选的是，两层土工膜之间还铺设有一层稻麦秸秆，所述稻麦秸秆厚度为3～5cm。
通过以上技术措施，解决了分散式污水中碳源不足的难题，提高了反硝化脱氮速率，本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明以优选的碳源进行合理配比后作为外加碳源，解决了反硝化过程中碳源不足和不稳定的问题，大幅度提高污水中硝态氮的去除效率;
2、本发明的系统中在碳源层和土壤层之间设置了保温绝热层，有利于床体保温，即使在低温环境中也能保证反硝化反应的正常进行;
3、本发明的系统最上层覆盖一层草坪，具有一定的景观效果，同时也避免了现有技术蚊蝇滋生和臭气外逸的缺点;
4、本发明的整个床体能够保持缺氧状态，有利于反硝化过程的进行;
5、本发明通过提高污水碳氮比、诱导缺氧环境以及冷季保温等措施促进了污水处理系统的反硝化速率，具有良好的脱氮效果，对污水中硝态氮的平均去除率约为87.67%，对总氮的平均去除率约为74.84%。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。