公布日：2023.12.22
申请日：2023.11.09
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统。本发明中，根据不同基质的粒径和功能，配合折流式人工湿地好氧-缺氧-厌氧区域，对砾石、沸石、石灰石和污泥生物炭基质进行合理的分区分层组合，通过好氧区中沸石基质的吸附作用及硝化菌的降解作用来去除氨氮；通过缺氧区和厌氧区中石灰石和污泥生物炭可为反硝化菌提供有机/无机碳源的能力，配合反硝化菌的降解作用达到脱氮效果；通过污泥生物炭的孔隙结构、矿物质和表面官能团的吸附、离子交换、沉淀和络合等作用来强化氮磷的去除；四种基质协同作用，通过自身的吸附净化作用及其在人工湿地中形成的生物膜结构，最大程度地提高了人工湿地的脱氮除磷效果。
权利要求书
1.一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统，其特征在于：所述低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统包括：好氧区、缺氧区和厌氧区的折流式人工湿地，采用砾石基质、沸石基质、石灰石基质以及体积配比为1:1的污泥生物炭与石灰石组合基质形成湿地组合基质系统；所述沸石基质填充于好氧区，利用沸石对氨氮、磷良好的吸附能力，结合微生物好氧硝化和聚磷菌好氧吸磷作用来去除氮磷；将石灰石基质及污泥生物炭与石灰石组合基质填充于缺氧区及厌氧区，利用石灰石缓释无机碳源和污泥生物炭缓释有机碳源的能力，为反硝细菌提供碳源，强化脱氮效果，并通过污泥生物炭的孔隙结构、矿物质和表面官能团的吸附、离子交换、沉淀和络合等作用来强化氮磷的去除。
2.如权利要求1所述的一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统，其特征在于：所述折流式人工湿地通过两个折流板将传统垂直流人工湿地分为三个区域，最前端区域池体底部加入曝气盘，使其形成好氧区，中间区域和最末端区域依次为缺氧区和厌氧区。
3.如权利要求1所述的一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统，其特征在于：所述组合基质由砾石、沸石、石灰石和污泥生物炭组成，所述好氧区在填料柱底部填充粒径20-40mm的砾石基质，在砾石基质上填充8-16mm的沸石基质，在沸石基质上再填充3-5mm的沸石基质。
4.如权利要求1所述的一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统，其特征在于：所述缺氧区和厌氧区在填料柱底部填充粒径20-40mm的砾石基质，在砾石基质上填充6-13mm的石灰石基质，在石灰石基质上再粒径3-5mm，体积比为1:1的污泥生物炭和石灰石混合基质，在所述的好氧区砾石层底部安装进水管；在所述的厌氧区污泥生物炭和石灰石组合基质层顶部安装出水管。
5.如权利要求1所述的一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统，其特征在于：所述污泥生物炭选择生活污水处理厂的二沉池剩余污泥制备而成，来源广泛，价格低廉，将用其制备的污泥生物炭再次用于污水处理中，可起到以废治废的目的。
6.如权利要求5所述的一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统，其特征在于：所述污泥生物炭的制备方法包括：污泥经自然风干后，在80℃条件下烘干6h，干化后磨碎至5-10mm，在500℃的炭化炉中炭化3h，炭化炉升温速率为15℃·min-1，筛分获得3-5mm粒径、含水率小于5％的污泥生物炭。
7.如权利要求1所述的一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统，其特征在于：所述污泥生物炭的孔隙结构可为厌氧菌提供丰富的缺氧-厌氧环境，增加湿地中微生物群落的多样性；其次，污泥生物炭的较大比表面积及多孔结构可增对污染物的吸附作用，丰富的矿物质和官能团也可以与污染物发生离子交换、沉淀及络合作用。
8.如权利要求1所述的一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统，其特征在于：所述污泥生物炭可以缓释有机碳源来弥补湿地反硝化过程中碳源不足等问题，为反硝化菌的生长提供能量，促进反硝化脱氮过程的进行。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统。
本发明采用的技术方案如下：一种低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统，所述低成本折流式高效脱氮除磷湿地组合基质系统包括：好氧区、缺氧区和厌氧区的折流式人工湿地，采用砾石基质、沸石基质、石灰石基质以及体积配比为1:1的污泥生物炭与石灰石组合基质形成湿地组合基质系统；
所述沸石基质填充于好氧区，利用沸石对氨氮、磷良好的吸附能力，结合微生物好氧硝化和聚磷菌好氧吸磷作用来去除氮磷；将石灰石基质及污泥生物炭与石灰石组合基质填充于缺氧区及厌氧区，利用石灰石和污泥生物炭缓释有机碳源的能力，为反硝细菌提供碳源，强化脱氮效果，并通过污泥生物炭的孔隙结构、矿物质和表面官能团的吸附、离子交换、沉淀和络合等作用来强化氮磷的去除。
在一优选的实施方式中，所述折流式人工湿地通过两个折流板将传统垂直流人工湿地分为三个区域，最前端区域池体底部加入曝气盘，使其形成好氧区，中间区域和最末端区域依次为缺氧区和厌氧区。
在一优选的实施方式中，所述组合基质由砾石、沸石、石灰石和污泥生物炭组成，所述好氧区在填料柱底部填充粒径20-40mm的砾石基质，在砾石基质上填充8-16mm的沸石基质，在沸石基质上再填充3-5mm的沸石基质。
在一优选的实施方式中，所述缺氧区和厌氧区在填料柱底部填充粒径20-40mm的砾石基质，在砾石基质上填充6-13mm的石灰石基质，在石灰石基质上再粒径3-5mm，体积比为1:1的污泥生物炭和石灰石混合基质。在所述的好氧区砾石层底部安装进水管；在所述的厌氧区污泥生物炭和石灰石组合基质层顶部安装出水管。
在一优选的实施方式中，所述污泥生物炭选择生活污水处理厂的二沉池剩余污泥制备而成，来源广泛，价格低廉，将用其制备的污泥生物炭再次用于污水处理中，可起到以废治废的目的。
在一优选的实施方式中，所述污泥生物炭的制备方法包括：污泥经自然风干后，在80℃条件下烘干6h，干化后磨碎至5-10mm，在500℃的炭化炉中炭化3h，炭化炉升温速率为15℃·min-1，筛分获得3-5mm粒径、含水率小于5％的污泥生物炭。
在一优选的实施方式中，所述污泥生物炭的孔隙结构可为厌氧菌提供丰富的缺氧-厌氧环境，增加湿地中微生物群落的多样性；其次，污泥生物炭的较大比表面积及多孔结构可增对污染物的吸附作用，丰富的矿物质和官能团也可以与污染物发生离子交换、沉淀及络合作用。
在一优选的实施方式中，所述污泥生物炭可以缓释有机碳源来弥补湿地反硝化过程中碳源不足等问题，为反硝化菌的生长提供能量，促进反硝化脱氮过程的进行。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，采用的组合基质为天然基质和污泥废弃物制备获得，具有来源广泛、价格低廉，无二次污染等优势，并起到以废治废的作用。
2、本发明中，将折流式人工湿地通过折流板，结合间歇性曝气方式将人工湿地分为好氧-缺氧-厌氧三个区域，可提高湿地脱氮效果，节约能耗、减少投资，有效解决传统湿地溶解氧不足、氨氮去除效果差以及曝气湿地能耗高、投资大等问题。
3、本发明中，根据不同基质的粒径和功能，配合折流式人工湿地好氧-缺氧-厌氧区域，对砾石、沸石、石灰石和污泥生物炭基质进行合理的分区分层组合，通过好氧区中沸石基质对氨氮的吸附作用及硝化菌对氨氮的降解来去除氨氮；通过缺氧区和厌氧区中石灰石和污泥生物炭为反硝化菌提供有机碳源，达到脱氮效果；通过污泥生物炭的孔隙结构、矿物质和表面官能团的吸附、离子交换、沉淀和络合等作用来强化氮磷的去除；四种基质协同作用，通过自身的吸附净化作用及其在人工湿地中形成的生物膜结构，最大程度地提高了人工湿地的脱氮除磷效果。
（发明人：马洁晨;汪军;陈建;龚明杰;刘程;徐汝民;伍毅贤;杨明）
