基于潜流人工湿地的污水厂尾水处理系统与处理方法

摘要

本发明涉及一种基于潜流人工湿地的污水厂尾水处理系统与处理方法，污水厂尾水通过进水管进入静态混合器，反硝化外加硫源通过反硝化外加硫源输送管进入静态混合器，并与污水厂尾水在静态混合器内进行混合；然后混合液流入水平潜流人工湿地进行反硝化处理，完成反硝化过程的水可进入地表水受纳水体。与现有技术相比，本发明将污水厂尾水与外加硫源相混合，在水平潜流人工湿地中进行充分的反硝化反应，硝酸盐氮污水在人工湿地反应区中以水平潜流的方式，微生物利用硫代硫酸钠为电子供体进行反硝化解决了人工湿地的堵塞和二次污染问题。本发明能够快速高效地去除尾水中的硝酸盐，提高处理后水的水质，降低受纳地表水体中富营养化程度。

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，尤其是涉及一种基于潜流人工湿地的污水厂尾水处理系统与处理方法。

背景技术

根据《2012国民经济和社会发展统计公报》中显示2012年末我国城市污水处理厂日处理能力已达11255万立方米，城市污水处理率达到82.6％。由此可见，每年需处理污水量十分巨大。根据我国《城镇污水处理厂排放标准》(GB18989-2002)的一级A标显示：总氮排放标准为15mg/L，而《地表水环境质量标准》(GB3838-200)中V类水的总氮标准为2mg/L。很显然，经过污水处理厂的生化处理可以削减掉污水中大部分的氮类污染物，但处理后水总氮含量与受纳地表水体相比仍然较高，因此并不能从根本上解决受纳水体的富营养化问题。为了改善受纳水体的水环境质量，此类富含硝酸盐污染水亟待处理。

潜流人工湿地广泛应用于水体水质的净化与恢复、面源污染的控制、初期降雨的处理以及城市污水处理厂尾水的深度处理。但是，将潜流人工湿地应用于此类低碳高氮类污染水的处理会因碳源不足而存在较大的难度，如果添加碳源，不仅会提高处理成本，还有可能造成二次污染。除此之外，潜流人工湿地的堵塞很大程度上是由于异养菌生长过快而造成的生物性堵塞。因此如何提高脱氮效能、解决碳源不足、防止人工湿地堵塞成为水处理界关注的重点。

发明内容

本发明的目的在于针对污水厂尾水人工湿地脱氮效率的不足，提供一种基于潜流人工湿地的污水厂尾水处理系统与处理方法，本发明通过将以反硝化外加硫源为电子供体的硫自养反硝化技术与水平潜流人工湿地工艺相结合，实现对污水厂尾水中硝酸盐氮的脱除，降低受纳水体中富营养化程度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于潜流人工湿地的污水厂尾水处理系统，其特征在于，包括用以引入污水厂尾水的进水管、与进水管相连接用以对污水厂尾水进行处理的水平潜流人工湿地，所述的进水管上设有静态混合器，所述的静态混合器上连接有反硝化外加硫源进水管。

所述的进水管上设有用于提升污水厂尾水的进水泵。

所述的水平潜流人工湿地包括前端的布水区、中间的反应区及后端的出水区，所述的进水管接通到布水区内，所述的出水区外接溢流管，溢流管用于将处理后的水引出，处理后水可以直接进入地表水受纳水体。

所述的反应区内以砾石作为反应基质，用于附着生长反硝化微生物。砾石的直径控制在20～30mm之间。

所述的反应区底部还设置放空管。

一种基于潜流人工湿地的污水厂尾水处理方法，包括以下步骤：污水厂尾水通过进水管进入静态混合器，反硝化外加硫源通过反硝化外加硫源输送管进入静态混合器，并与污水厂尾水在静态混合器内进行混合；然后混合液流入水平潜流人工湿地进行反硝化处理，完成反硝化过程的水可进入地表水受纳水体。

所述的反硝化外加硫源选自硫代硫酸钠。

所述的硫代硫酸钠投加量摩尔比为S₂O₃^2-：NO₃^--N＝1：1。

具体而言，污染水由进水泵输送到布水区，在布水区内经过整流布水板均匀配水后进入反应区。污染水进入反应区后，以水平流的形式向前推动，微生物利用外加的反硝化外加硫源完成氨氮的吸附、硝化与反硝化作用。经反应区处理完后的污染水通过整流板进入出水区，以溢流出水的形式排出装置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1、以硫自养反硝化技术与人工湿地生态系统相结合的技术方式，实现尾水中硝酸盐的去除，既能够高效去除硝酸盐，又能够体现生态、健康的理念。

2、本发明中以硫代硫酸钠作为硫自养反硝化电子供体，其具有易溶于水，无毒性，反硝化效率高等优点。

3、硫自养反硝化技术目前主要被应用于硝酸盐污染地下水修复中，在地表水水环境处理技术领域则被关注较少，本发明采用硫自养型人工湿地技术，能够实现对硝酸盐高效去除；电子供体容易提供，管理简单，能够有效地应用于我国的污水处理厂尾水的净化工程。

4、硝酸盐氮污水在人工湿地反应区中以水平潜流的方式，微生物利用硫代硫酸钠为电子供体进行反硝化解决了人工湿地的堵塞和二次污染问题。

附图说明

图1为本发明基于潜流人工湿地的污水厂尾水处理系统的结构示意图；

图中，1为污水厂尾水，2为进水管，3为进水泵，4为反硝化外加硫源进水管，5为静态混合器，6为水平潜流人工湿地，7为布水区，8为反应区，9为出水区，10为溢流管，11为放空管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种基于潜流人工湿地的污水厂尾水处理系统，如图1所示，包括用以引入污水厂尾水1的进水管2、与进水管2相连接用以对污水厂尾水进行处理的水平潜流人工湿地6，进水管2上设有静态混合器5，静态混合器5上连接有反硝化外加硫源进水管4。进水管2上设有用于提升污水厂尾水1的进水泵3。水平潜流人工湿地6包括前端的布水区7、中间的反应区8及后端的出水区9，进水管2接通到布水区7内，出水区9外接溢流管10，溢流管10用于将处理后的水引出，处理后水可以直接进入地表水受纳水体。反应区8内以砾石作为反应基质。砾石的直径控制在20～30mm之间。反应区8底部还设置放空管11。

一种基于潜流人工湿地的污水厂尾水处理方法，包括以下步骤：污水厂尾水1通过进水管2进入静态混合器5，反硝化外加硫源通过反硝化外加硫源输送管4进入静态混合器5，并与污水厂尾水1在静态混合器5内进行混合；然后混合液流入水平潜流人工湿地6进行反硝化处理，完成反硝化过程的水可进入地表水受纳水体。

反硝化外加硫源选自硫代硫酸钠。硫代硫酸钠投加量摩尔比为S₂O₃^2-：NO₃^--N＝1：1。

具体而言，污染水由进水泵输送到布水区，在布水区内经过整流布水板均匀配水后进入反应区。污染水进入反应区后，以水平流的形式向前推动，微生物利用外加的反硝化外加硫源完成氨氮的吸附、硝化与反硝化作用。经反应区处理完后的污染水通过整流板进入出水区，以溢流出水的形式排出装置。

以下为本发明的一个具体应用实施例，此实施例不对本发明的技术方案构成限定。

在上海市闵行区某污水处理厂中建立一个生态土壤系统，进水管直径为30mm，硫代硫酸钠溶液输送管直径为15mm，静态混合器直径为25mm。水平潜流人工湿地装置采用PVC材料制成，整体长度为1000mm，宽度为2400mm，高度为750mm。其中布水区、反应区和出水的长度分别为150mm、700mm和150mm。布水区前段设有直径为30mm的进水接口，出水区后端设有直径为30mm的溢流出水口。反应区填充砾石，粒径范围为20～30mm，填充高度为350mm。采用硫代硫酸钠作为反硝化外加硫源，硫代硫酸钠投加量摩尔比为S₂O₃^2-：NO₃^--N＝1：1。

该硫自养型人工湿地于2014年9月初开始启动，水力停留时间为12h。15天后系统启动完成，稳定运行后人工湿地系统对TN、NO₃^--N、NO₂^--N和NH₃-N出水浓度分别为：1.62mg/L、0.46mg/L、0.66mg/L和0.50mg/L。之后的2个月时间维持S/N＝1，HRT＝12h的工况继续运行。系统对TN的去除率可以达到92％，在进水TN浓度维持在17～18mg/L的条件下，其出水TN浓度可以满足我国《地表水环境质量标准》(GB8989-2002)V类地表水的要求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。