申请日2013.04.09
公开(公告)日2013.07.24
IPC分类号C02F3/32; C02F101/16; C02F3/30
摘要
本发明提供了一种低C/N生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，包括多介质滤床，多介质滤床中分布有至少两个活性炭纤维电极组件，活性炭纤维电极组件连接直流电供电系统，多介质滤床的两侧分别设有入流布水器和出流布水器，多介质滤床中种植有挺水植物组，入流布水器和出流布水器连接供排水系统。本发明能够形成微电场促进植物生长、根系泌氧，有利于形成好氧硝化环境。同时，活性炭纤维柱能形成异养-自养联合反硝化菌生物膜，降低了对有机碳源的需求，提高反硝化脱氮速率。本发明结构简单，无需投加碳源，能同时形成有利于硝化和反硝化环境，脱氮速率高，能耗低，不易堵塞，活性炭纤维电极组件维修更换方便。
权利要求书
1.一种复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，包括多介质滤床，多介质滤床 中分布有至少两个活性炭纤维电极组件(1)，活性炭纤维电极组件(1)连接直流电供电 系统，多介质滤床的两侧分别设有入流布水器和出流布水器，多介质滤床中种植有挺水植 物组，入流布水器和出流布水器连接供排水系统。
2.如权利要求1所述的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的直流电 供电系统包括稳压器(8)、交直流转换器(9)、阴极防水导线网(10)和阳极防水导线网 (11)，稳压器(8)连接220V电源以及交直流转换器(9)，交直流转换器(9)的阴极与 阴极防水导线网(10)相连，交直流转换器(9)的阳极与阳极导线网(11)相连，阴极防 水导线网(10)与80%-90%个数的活性炭纤维电极组件(1)相连，阳极防水导线网(11)与 剩余的活性炭纤维电极组件(1)相连。
3.如权利要求1所述的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的供排水 系统包括原水箱(12)、节流阀(13)、沉淀池(14)、污水泵(15)、流量控制阀(16)、流量计(17) 和出水槽(18)，原水箱(12)与节流阀(13)相连，节流阀(13)与沉淀池(14)相连，沉淀池(14)与 污水泵(15)相连，污水泵(15)连接入水管，入水管连接入流布水器，入水管上设有流量控制 阀(16)和流量计(17)，出流布水器与出水管相连，出水管上设有流量控制阀(16)和流量计 (17)，出水管与出水槽(18)连接。
4.如权利要求1所述的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的入流布 水器包括穿孔布水管(19)、布水槽(20)和多孔布水板(21)，穿孔布水管(19)与入水管连接， 并设于布水槽(20)的上方，布水槽(20)填充粗制石英砂(22)，多孔布水板(21)设于布水槽(20) 与多介质滤床之间。
5.如权利要求1所述的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的出流布 水器包括布水槽(20)和多孔布水板(21)，布水槽(20)填充粗制石英砂(22)，多孔布水板(21) 设于布水槽(20)与多介质滤床之间，布水槽(20)连接出水管。
6.如权利要求1所述的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的挺水植 物组的种植密度为15株/m2～20株/m2。
7.如权利要求1所述的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的挺水植 物组包括芦苇(26)和美人蕉(25)。
8.如权利要求1所述的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的多介质 滤床下部填充有平均粒径为0.7cm～1.2cm的小粒径石英砂(23)，上部填充有平均粒径为 1.5cm～1.8cm的大粒径石英砂(24)，多介质滤床中小粒径石英砂(23)和大粒径石英砂(24) 的总填充高度为85cm-95cm。
9.如权利要求8所述的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的多介质 滤床高度方向上大粒径石英砂(23)占的比例从进水端至出水端递减，每次减少5%～8%，进 水端大粒径石英砂(23)占多介质滤床高度方向上的75%～80%，所述的芦苇(26)种植于大粒 径石英砂占40%～45%高度以上的多介质滤床床体上，剩余多介质滤床空间种植美人蕉 (25)。
10.如权利要求1所述的复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于，所述的活性 炭纤维电极组件(1)包括多孔PVC圆管(5)，多孔PVC圆管(5)的侧壁覆盖有尼龙窗 纱(27)，多孔PVC圆管(5)的顶端设有密封顶盖(2)，多孔PVC圆管(5)的底端设有 固定底座(7)，多孔PVC圆管(5)内设有活性炭纤维柱(4)，活性炭纤维柱(4)的中部 设有硬质合金导线(3)，硬质合金导线(3)的上端露出密封顶盖(2)，硬质合金导线(3) 的下端连接球形悬垂重物，固定底座(7)与多介质滤床的底板相连。
说明书
低C/N生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置
技术领域
本发明涉及生活污水处理技术领域，更具体涉及一种低碳氮比(C/N)生活污水高效 脱氮的水平潜流人工湿地生态处理技术方法，同时还涉及一种低C/N生活污水高效脱氮的 水平潜流人工湿地装置，适用于低C/N生活污水的净化处理。
背景技术
城市化进程不断加快，城市生活污水排放量持续增加。南方城市生活污水C/N较低， 污水处理设施往往不能有效脱氮，出水总氮不能达标排放，污染水体，造成湖泊河流富营 养化，蓝藻暴发，威胁饮水安全。
人工湿地是一种新型的污水生态处理技术，具有高效率、低沉本、易管理等特点，特 别适合于生活污水的净化处理，并且在工业废水、农业畜牧污水、垃圾渗滤液等废水的处 理方面有较广泛的应用。然而，C/N过低会造成人工湿地床体后段基质异养反硝化过程受 阻，影响出水脱氮效果。常用的解决方案是通过提高进水C/N或后段外加碳源来提升反硝 化脱氮效果。但是进水C/N调节过高或外加碳源过多都将导致有机物含量超过微生物对有 机碳源的需求，使出水有机物浓度过高，影响COD达标排放;反之，进水C/N提升不够 或外加碳源不足，将导致反硝化不彻底。此外，外加碳源会在湿地上层发生好氧分解，造 成碳源浪费，增加处理成本。因此，通过调节C/N或补充碳源解决人工湿地脱氮问题存在 较大弊端，而实现人工湿地低C/N生活污水高效脱氮的方法非常值得探索。
发明内容
本发明的目的是研发一种能同时提高人工湿地前段硝化能力，后段低C/N反硝化能力 的复合电极水平潜流人工湿地装置，解决人工湿地不能对低C/N生活污水有效脱氮问题， 并提高人工湿地脱氮效果。
为了达到上述目的，本发明提供了一种复合电极水平潜流人工湿地装置，其特征在于， 包括多介质滤床，多介质滤床中分布有至少两个活性炭纤维电极组件，活性炭纤维电极组 件连接直流电供电系统，多介质滤床的两侧分别设有入流布水器和出流布水器，多介质滤 床中种植有挺水植物组，入流布水器和出流布水器连接供排水系统。
优选地，所述的直流电供电系统包括稳压器、交直流转换器、阴极防水导线网和阳极 防水导线网，稳压器连接220V电源以及交直流转换器，交直流转换器的阴极与阴极防水 导线网相连，交直流转换器的阳极与阳极导线网相连，阴极防水导线网与80%-90%个数的 活性炭纤维电极组件相连，阳极防水导线网与剩余的活性炭纤维电极组件相连。
优选地，所述的供排水系统包括原水箱、节流阀、沉淀池、污水泵、流量控制阀、流 量计和出水槽，原水箱与节流阀相连，节流阀与沉淀池相连，沉淀池与污水泵相连，污水 泵连接入水管，入水管连接入流布水器，入水管上设有流量控制阀和流量计，出流布水器 与出水管相连，出水管上设有流量控制阀和流量计，出水管与出水槽连接。
优选地，所述的入流布水器包括穿孔布水管、布水槽和多孔布水板，穿孔布水管与入 水管连接，并设于布水槽的上方，布水槽填充粗制石英砂，多孔布水板设于布水槽与多介 质滤床之间。
优选地，所述的出流布水器包括布水槽和多孔布水板，布水槽填充粗制石英砂，多孔 布水板设于布水槽与多介质滤床之间，布水槽连接出水管。
更优选地，所述的入流布水器和出流布水器的多孔布水板采用聚酯板制作，开孔孔径 1.0cm～1.5cm，并覆盖有尼龙窗纱，入流布水器和出流布水器的的布水槽中粗制石英砂的 平均粒径为2.0cm～2.5cm。
优选地，所述的挺水植物组的种植密度为15株/m2～20株/m2。
所述的挺水植物组可以是根系发达的挺水植物，也可以是长势较好的挺水植物，优选 为包括芦苇和美人蕉。
更优选地，所述的多介质滤床下部填充有平均粒径为0.7cm～1.2cm的小粒径石英砂， 上部填充有平均粒径为1.5cm～1.8cm的大粒径石英砂，多介质滤床中小粒径石英砂和大粒 径石英砂的总填充高度为85cm-95cm。
更优选地，所述的多介质滤床高度方向上大粒径石英砂占的比例从进水端至出水端递 减，每次减少5%～8%，进水端小粒径石英砂占多介质滤床高度方向上的75%～80%，所述 的芦苇种植于大粒径石英砂占40%～45%高度以上的多介质滤床床体上，剩余多介质滤床空 间种植美人蕉。
优选地，所述的活性炭纤维电极组件均匀并垂直排布于多介质滤床中，体积占多介质 滤床体积的35%～40%。
优选地，所述的活性炭纤维电极组件包括多孔PVC圆管，多孔PVC圆管的侧壁覆盖 有尼龙窗纱，多孔PVC圆管的顶端设有密封顶盖，多孔PVC圆管的底端设有固定底座， 多孔PVC圆管内设有活性炭纤维柱，活性炭纤维柱的中部设有硬质合金导线，硬质合金导 线的上端露出密封顶盖，硬质合金导线的下端连接球形悬垂重物，固定底座与多介质滤床 的底板相连。
更优选地，所述的多孔PVC圆管的外径为10cm～12cm，高为100cm～110cm，开孔孔 径为1.5cm～1.8cm，开孔率为70%～80%，孔间距为1.5cm～2.0cm，硬质合金导线为裸线， 直径为0.5cm～0.8cm，长为75cm～80cm，活性炭纤维柱使用活性炭纤维毡蜷曲而成，直径 为5cm～6cm，长为70cm～75cm，比表面积为1100m2/g～1230m2/g，孔隙率为90%～95%，固 定底座采用聚酯材料，厚2.0cm～2.5cm，直径为10cm～12cm，外径与多孔PVC圆管一致， 密封顶盖采用PVC塑料制成，所述的球形悬垂重物的重量为1.0kg～1.3kg。
本发明的工作原理是：将储存于原水箱中的生活污水通入沉淀池中，经过1.5小时～2.0 小时沉淀后，由污水泵提升至入流布水器，并由流量控制阀控制流量。交直流转换器输出 电流强度15mA～20mA。本发明由活性炭纤维电极组件产生的微电场刺激植物生长，加速 对硝态氮的吸收，并刺激植物根系泌氧，创造多介质滤床好氧区有利硝化条件。阴极活性 炭纤维电极组件中富有自养-异养反硝化生物膜，能在低C/N条件下快速反硝化脱氮。经 过1天～2天的停留时间，出水即可达标排放，脱氮速率将大大提高。
本发明的复合电极水平潜流人工湿地装置的启动方法是：将取自污水处理厂厌氧消化 池中的浓缩活性污泥稀释，通入复合电极水平潜流人工湿地的多介质滤床中，另取活性污 泥接种于活性炭纤维柱上。种植芦苇和美人蕉幼苗于多介质滤床内。等待3周～4周，待植 物长势平稳，活性炭纤维柱上出现生物膜，复合电极水平潜流人工湿地则启动完毕。
本发明的复合电极水平潜流人工湿地装置的运行方法是：将原水通入沉淀池中，停留 时间为1.5小时～2.0小时。沉淀池出水进入入流布水器，由流量调控阀控制流量，多介质 滤床控制水位75cm～80cm。开启直流电源，调节电流强度为15mA～20mA。污水在多介质 滤床中的停留时间达到18小时～24小时后，出水即可达到排水要求。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.本发明反硝化能力有很大提高。本发明中采用了活性炭纤维电极组件，利用人工湿 地基质底部提供的厌氧环境，通过异养-自养反硝化共生菌生物膜进行反硝化脱氮。阴极活 性炭纤维柱比表面积大，并可通过多孔PVC圆管加强与水流的接触面积。此外，可通过打 开多孔PVC圆管密封顶盖观察生物膜生长情况，防止生物膜堵塞。较先前的人工湿地技术， 在反硝化脱氮效率上有很大的提高，可达到60%～70%。
2.本发明挺水植物吸收氮素能力显著提高。通过活性炭纤维电极作用，产生微电场， 进一步刺激植物生长，加强了对硝态氮的吸收。本发明在人工湿地前段种植根系泌氧能力 较强的芦苇，后段种植生长速度较快的美人蕉，强化了硝化条件和挺水植物对氮素的吸收。
3.本发明多介质滤床采用不同粒径的石英砂填充，多介质滤床前段以大粒径石英砂为 主，多介质滤床后段以小粒径石英砂为主，有利于人工湿地前段好氧硝化，后段厌氧反硝 化过程。
4.本发明不需要外置碳源，也不需要调节进水C/N，且具有一定的生态美学价值。
5.本发明与常规人工湿地脱氮技术方法相比，具有不需要调节进水C/N和外置碳源， 且具有高效脱氮效果的特点。复合电极水平潜流人工湿地装置可广泛应用于南方城市生活 污水处理厂尾水深度处理，农村生活污水处理，农田面源污染等领域，具有广阔的发展前 景。