公布日：2023.12.12
申请日：2023.10.26
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本发明采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，主要包括以下步骤：(1)污水经过沉砂、厌氧、沉淀预处理后，通过调节进入高负荷微生物湿地处理单元中；(2)所述高负荷微生物湿地处理单元是由滤料填充层和底部集水层组成，所述滤料填充层从上到下依次分为面层和微生物多孔滤料层，经过所述高负荷微生物湿地处理单元后获得三级污水；(3)所述三级污水通过集水管收集，再向所述集水管中通入含氧空气，形成四级污水；(4)将所述四级污水从所述集水管末端排到水体环境中，即处理完成。本发明提供的方案具有运行电耗低、维护简便、效果稳定、气候适应性强等优点。
权利要求书
1.采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：主要包括以下步骤：(1)污水经过沉砂池、厌氧池、沉淀池预处理后，通过调节池进入高负荷微生物湿地处理单元中；(2)所述高负荷微生物湿地处理单元是由滤料填充层和底部集水层组成，所述滤料填充层从上到下依次分为面层和微生物多孔滤料层，其中，将所述污水引入所述面层后，进行氨氮转化反应生成硝态氮，形成一级污水；所述硝态氮随着所述一级污水持续往下渗滤进入所述微生物多孔滤料层发生反硝化反应生成亚硝态氮和硝态氮，形成二级污水；所述微生物多孔滤料层采用的填充滤料孔隙率为60-90％、堆积密度为0.25-0.65(10kg/m3)、磷吸附容量为6000-10000mg/kg；所述亚硝态氮和硝态氮随着所述二级污水持续往下渗滤进入所述底部集水层发生缺氧和厌氧反应，生成氮气，形成三级污水，进行下一步；(3)所述三级污水通过集水管收集，再向所述集水管中通入含氧空气，形成四级污水；(4)将所述四级污水从所述集水管末端排到水体环境中，即处理完成。
2.根据权利要求1所述采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述调节池采用间歇性进水，进水时间为30-60min，所述进水时间与停水时间比例控制为1:2-4，优选为1:3；任选地，整体进水按全天的表面水力负荷控制最大达到1m3/(m2·d)。
3.根据权利要求1所述采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：步骤(2)中，所述面层，采用30-50mm粒径的卵石或10-20mm粒径的机制砂进行滤料填充；任选地，所述面层的厚度为50-300mm，优选为100-150mm。
4.根据权利要求1所述采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：步骤(2)中，所述微生物多孔滤料层，采用20-30mm粒径、孔隙≤0.3mm的多孔脱氮除磷湿地滤料进行填充；任选地，所述微生物多孔滤料层的厚度为600-1000mm，优选为800-900mm；其中，所述多孔脱氮除磷湿地滤料的制备方法，包括以下步骤：S1将混凝土和稻壳粉末、水按照质量比约(2:1:3)-(3:2:4)混合，获得混合物；S2所述混合物采用700-900℃加热进行6-24h蒸汽密闭蒸腾，获得所述多孔脱氮除磷湿地滤料；S3所述多孔脱氮除磷湿地滤料内部孔隙直径≤0.3mm；所述多孔脱氮除磷湿地滤料的孔隙率为72-82％、堆积密度0.31-0.57(10kg/m3)、磷吸附容量8000mg/kg。
5.根据权利要求1所述采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：步骤(2)中，所述底部集水层由干管、支管或通气管道组成；所述集水管道由干管和支管组成；任选地，干管管道的管径为D150-D200，干管表面有长方形空隙，宽度3-5mm，长度为50mm，以防止沙粒堵塞；任选地，支管管道的管径为D100-D150。
6.根据权利要求1所述采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：步骤(4)中，所述四级污水采用自由出流的方式从所述集水管排出。
7.根据权利要求3-5任一所述采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：所述面层中填充滤料的粒径小于所述微生物多孔滤料层的填充滤料，所述微生物多孔滤料层的填充滤料的粒径小于所述底部集水层的填充滤料；任选地，所述面层中填充滤料相对密度重于所述微生物多孔滤料层的填充滤料，以便能够对所述面层之下的结构进行固定，以及配水均匀和隔离垃圾浮泥的污染，避免污染物进入所述微生物多孔滤料层。
8.根据权利要求1-6任一所述采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：所述高负荷微生物湿地处理单元每处理一吨水所需的湿地面积1-2平方米/天·吨；氨氮的污染负荷达到20-30g/㎡·d，为传统垂直流湿地处理效率的4-5倍。
9.根据权利要求7所述采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：所述高负荷微生物湿地处理单元所需渗滤面积≥1㎡/t·d；氨氮的污染负荷达到20-30g/㎡·d，为传统垂直流湿地处理效率的4-5倍。
10.权利要求1任一所述采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，其特征在于：所述污水包括处理站尾水、生活污水或池塘污水中一种或多种。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的传统生物处理技术运行能耗大、维护管理复杂，以及传统人工湿地所需土地面积很大、投资高、处理效果不稳定的缺陷，本发明提供一种高负荷微生物湿地技术，结合OAAO构架湿地处理可达到每处理一吨水所需的湿地面积1-2平方米/天·吨(简称1㎡/d·t，)，运行电耗约0.1度/吨，机电设备少且间歇短时工作(4-8小时/天)，故障很少，且不排放有机污泥，地面可规划为绿地公园，具有维护简便、效果稳定、气候适应性强等优势。
具体方案如下：
采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法，主要包括以下步骤：
(1)污水经过沉砂池、厌氧池、沉淀池预处理后，通过调节池进入高负荷微生物湿地处理单元中；
(2)所述高负荷微生物湿地处理单元是由滤料填充层和底部集水层组成，所述滤料填充层从上到下依次分为面层和微生物多孔滤料层，其中，
将所述污水引入所述面层后，进行氨氮转化反应生成硝态氮，形成一级污水；
所述硝态氮随着所述一级污水持续往下渗滤进入所述微生物多孔滤料层发生反硝化反应生成亚硝态氮和硝态氮，形成二级污水；
所述微生物多孔滤料层采用的填充滤料孔隙率为60-90％、堆积密度为0.25-0.65(10kg/m3)、磷吸附容量为6000-10000mg/kg；
所述亚硝态氮和硝态氮随着所述二级污水持续往下渗滤进入所述底部集水层发生缺氧和厌氧反应，生成氮气，形成三级污水，进行下一步；
(3)所述三级污水通过集水管收集，再向所述集水管中通入含氧空气，形成四级污水；
(4)将所述四级污水从所述集水管末端排到水体环境中，即处理完成。
进一步地，步骤(1)中，所述调节池采用间歇性进水，进水时间为30-60min，所述进水时间与停水时间比例控制为1:2-4，优选为1:3；
任选地，整体进水按全天的表面水力负荷控制最大达到1m3/(m2·d)。
进一步地，步骤(2)中，所述面层，采用30-50mm粒径的卵石或10-20mm粒径的机制砂进行滤料填充；
任选地，所述面层的厚度为50-300mm；
优选地，所述面层的厚度为100-150mm。
进一步地，步骤(2)中，所述微生物多孔滤料层，采用20-30mm粒径、孔隙≤0.3mm的多孔脱氮除磷湿地滤料进行填充；
任选地，所述微生物多孔滤料层的厚度为600-1000mm；
优选地，所述微生物多孔滤料层的厚度为800-900mm；
其中，所述多孔脱氮除磷湿地滤料的制备方法，包括以下步骤：
S1将混凝土和稻壳粉末、水按照质量比约(2:1:3)-(3:2:4)混合，获得混合物；
S2所述混合物采用700-900℃加热进行6-24h蒸汽密闭蒸腾，获得所述多孔脱氮除磷湿地滤料；
S3所述多孔脱氮除磷湿地滤料内部孔隙直径≤0.3mm；所述多孔脱氮除磷湿地滤料的孔隙率为72-82％、堆积密度0.31-0.57(10kg/m3)、磷吸附容量8000mg/kg。
进一步地，步骤(2)中，所述底部集水层由干管、支管或通气管道组成；所述集水管道由干管和支管组成；
任选地，干管管道的管径为D150-D200，干管表面有长方形空隙，宽度3-5mm，长度为50mm，以防止沙粒堵塞；
任选地，支管管道的管径为D100-D150。
进一步地，步骤(4)中，所述四级污水采用自由出流的方式从所述集水管排出。
进一步地，所述面层中填充滤料的粒径小于所述微生物多孔滤料层的填充滤料，所述微生物多孔滤料层的填充滤料的粒径小于所述底部集水层的填充滤料；
任选地，所述面层中填充滤料相对密度重于所述微生物多孔滤料层的填充滤料，以便能够对所述面层之下的结构进行固定，以及配水均匀和隔离垃圾浮泥的污染，避免污染物进入所述微生物多孔滤料层。
进一步地，所述高负荷微生物湿地处理单元每处理一吨水所需的湿地面积1-2平方米/天·吨；氨氮的污染负荷达到20-30g/㎡·d，为传统垂直流湿地处理效率的4-5倍。
进一步地，所述污水包括处理站尾水、生活污水或池塘污水中一种或多种。
有益效果：
(1)本发明中，污水在湿地过程中经历了倒置及正置两次A2O的过程，简称OAAO工艺。同时，污水中的污染物被填料拦截、吸附，并在随后的落干期间被附着于填料表面的微生物分解和转化而去除。
(2)相比传统的处理技术，OAAO高负荷微生物湿地技术每处理一吨水所需的湿地面积1-2平方米/天·吨具有运行电耗很低(有地形高差，无动力系统)、机电设备少且间歇短时工作(少故障)、维护简便、效果稳定、气候适应性强等优点。因此克服了其他人工湿地技术所需土地面积很大、投资高、冬季低温条件下无法正常运行的缺陷；克服了一体化处理设备运营能耗高、故障多、冬季低温处理效果大幅下降等缺陷。
(3)本发明通过间歇性进水、控制进水时间，可以如海绵、沙滩一般吸水，排水腾空充气，形成潮汐型的运行模式，避免了淹水曝气，实现了无动力复氧，能耗很低。
(4)本发明中的整体结构池体、布水管系统、集水管系统、填料层表面湿地植物及微生物。污水由布水系统均匀布水后，自上而下流动通过填料层，构建非饱和态，利用反硝化菌把亚硝态氮转化为氮气，同时利用填料表面生长的生物膜、湿地植物丰富的根系以及填料层本身的吸附截流对水中的N、P进行降解和去除。
(5)本发明在微生物湿地中采用的多孔脱氮除磷滤料，是保证湿地高污染负荷兼具高水力负荷的重要载体，具有高污染负荷率，可以减少湿地占地面积；氮磷去除能力强(包括氨氮和总氮)，免加药且不易堵塞；可减少对植物的依赖性，冬季处理效果好；丰富微孔，可供微生物富集生长，挂膜时间快。
常规湿地的填料采用给水处理使用的过滤池，为了提高微生物挂膜载量，其选择的材料粒径相对较小，一般为6-15mm，以提高整体材料的比表面积。造成的问题主要是填料层容易堵塞，即进水悬浮物SS不能过高。由于本发明采用多孔生物脱氮除磷滤料，颗粒外观尺寸可以做的粒径较大，当采用20-30mm以上时，悬浮物本身可以通过滤颗粒之间的缝隙流走，需要反冲洗的流程才可避免堵塞。
总之，本发明提供的技术方案在处理污染物浓度较高的污水时，可以控制表面水力负荷相对较低值，取得较好的处理效果。本技术应用于处理站尾水、农村生活污水的处理，其进水水质没有像工业污水存在高浓度的情况。特殊项目存在偶尔浓度较高时，可以通过配合沉淀池、水质水量调节池等相关预处理设施进行调整进水。
（发明人：曾瑜;蔡宣岭;罗佳欣;肖宇;王祥勇）