采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是采用OAAO渗滤湿地技术的污水处理方法。

背景技术

好氧生物处理工艺包括缺氧和好氧(A/O)两部分反应组成的污水生物处理系统，以及缺氧、缺氧和好氧(A/A/O)三部分反应组成的工艺，还有MBR等。但实际上均为城镇生活污水处理厂的缩小版，均为强动力淹水曝气供氧，能耗高，机电设备多，且基本上都是每天24小时连续运转(曝气风机、调节池污水泵、消化液回流泵、污泥回流泵等)，尤其是使用1-2年后故障率高，需要高强度专业维护，对于规模小、数量多、分布广的农村生活污水处理设施，运维费用高，容易被闲置甚至废弃。MBR工艺还需要负压排水、滤膜反冲洗，并定期更换膜组件，运维费用更高。在冬季低温气候条件下，水温低，气温更低，微生物活性下降甚至失活，处理效果大幅下降，这已经在多地区的农村生活污水处理中显现。

普通人工湿地主要依靠植物根际和填料表面的微生物分解转化污染物，水生植物主要通过根际分泌物促进微生物的生长繁殖，同时分泌少量氧气。由于泌氧能力很小，因此需要很大的湿地面积和栽种大量水生植物。否则，将在湿地内部形成厌氧环境，发黑发臭，基本丧失好氧处理功能。常见日处理1吨生活污水的人工湿地面积约20㎡，即使降低排放标准，日处理1吨生活污水的湿地面积不应该小于10㎡。如此，不仅用地面积大，而且投资也高。运维管理包括清理水生植物的枯枝烂叶、收割植物、防治虫害，费用不低。在冬季低温气候条件下，由于微生物的活性很低，处理效果差，甚至失效。

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/m

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1m

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/m

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A

(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。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1是本发明一个实施例1提供的OAAO高负荷微生物湿地处理技术的原理图；

图2是本发明一个实施例1提供的OAAO高负荷微生物湿地处理技术的工艺流程图；

图3(a)是本发明一个实施例1提供的微生物多孔滤料层工作图；

图3(b)是本发明一个实施例1提供的多孔生物脱氮除磷滤料净化污染物原理图；

图4是本发明一个实施例2工程处理前的实景图；

图5是本发明一个实施例2工程处理后的实景图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中，如未特别说明，“％”是指重量百分比，份是指重量份。

以下使用的测试方法包括：

测定氨氮方法：采用纳氏试纸比色法或水杨酸分光光度法或蒸馏-中和滴定法。

测定磷的方法：钼酸铵分光光度法。

实施例1

参考图1和图2，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，

所述污水通过分布均匀、垂直向上暴露在空气中的配水喷头均匀喷洒在湿地表面层，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硝化反应生成亚硝态(硝态)氮，形成二级污水；

所述亚硝态(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依次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，所述四级污水采用自由出流的方式从所述集水管排出，即处理完成。

所述调节池采用间歇性进水，进水时间为45min，所述进水时间与停水时间比例控制为1:3；整体进水按全天的表面水力负荷控制最大达到1m

步骤(2)中，所述面层，采用10-20mm粒径的机制砂进行滤料填充；

所述面层的厚度为50-300mm，优选为100-150mm。

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；

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800℃加热进行12h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/m

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；

所述干管的管径为D150-D200，所述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；

所述支管的管径为D100-D150。

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；

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。

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。

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。

根据上述方法的具体操作原理如下：

污水经过沉砂池、厌氧池、沉淀池预处理后，为了提高NH

其中，在微生物湿地中为提高微生物多孔滤料层微生物挂载富集量，将多孔脱氮除磷湿地滤料制备工艺进行改进，将混凝土、稻壳粉末与水按照质量比2:1:3混合，经过800℃加热8小时及以上蒸汽密闭蒸腾的生产工艺，促使滤料内部孔隙保持在平均不大于0.3mm的直径，硝化微生物及反硝化微生物能大量富集于填料颗粒内部。滤料的孔隙率不小于40％，堆积密度在0.3-0.6g/cm

多孔脱氮除磷湿地滤料的具体性能参数如下表1：

表1多孔脱氮除磷湿地滤料的具体性能参数

实施例2

参考实施例1的具体方案进行操作，针对厦门市翔安区新圩镇某生态湿地工程中处理站出水进行处理，如图4和图5图所示。

通过不同时期进行水体测验，实验结果如下表2：

表2采用OAAO高负荷微生物湿地技术处理前后的水体数据

根据上述结果，可以表明，针对现状农村污水分散式处理设施运维费用高、管理困难、水质不稳定等痛点，本发明提供的“OAAO高负荷微生物湿地”工艺，通过间歇进水、自由出水方式，使得湿地具备无动力自然复氧的功能，让自供氧量满足硝化耗氧量的需求。同时结合钙基脱氮除磷湿地滤料，不加药便可实现出水总磷的达标，建设完成后水质稳定达到地表水Ⅲ类。

实施例3

参照实施例1的具体操作方法，区别仅在于本实施例的间歇性进水的时间为30min，所述进水时间与停水时间比例控制为1:2。

实施例4

参照实施例1的具体操作方法，区别仅在于本实施例的间歇性进水的时间为60min，所述进水时间与停水时间比例控制为1:4。

实施例5

参照实施例1的具体操作方法，区别仅在于本实施例的采用30-50mm粒径的卵石进行填充面层。

实施例6

参照实施例1的具体操作方法，区别仅在于本实施例多孔脱氮除磷湿地滤料制备中将混凝土、稻壳粉末与水按照质量比3:2:4混合。

对比例1

参考实施例1记载方法具体操作，区别仅在于本对比例采用的多孔脱氮除磷湿地滤料的孔隙率为50％。

对比例2

参考实施例1记载方法具体操作，区别仅在于本对比例采用的多孔脱氮除磷湿地滤料的孔隙率为95％。

对比例3

参考实施例1记载方法具体操作，区别仅在于本对比例采用的多孔脱氮除磷湿地滤料的粒径为10mm。

对比例4

参考实施例1记载方法具体操作，区别仅在于本对比例采用的多孔脱氮除磷湿地滤料的粒径为40mm。

由表2可知，本发明在采用粒径为20-30mm、孔隙率为72-82％的多孔脱氮除磷湿地滤料可以有效去除污水中的氮磷。这是因为多孔脱氮除磷湿地滤料具有轻质、多孔、孔隙均匀、钙基材料含量丰富、初始挂膜时间短等特点，能够承载大量的微生物，而且微生物不仅仅在滤料与滤料之间，还生长在滤料的孔隙内部，大大的增加了微生物数量及抵抗被水流带走的程度。

但是，由对比例1-4可知，湿地填料的多孔脱氮除磷湿地滤料颗粒内部空隙率过小，会造成的多孔脱氮除磷湿地滤料颗粒比表面积不足，微生物附着生长的环境不佳，不能形成大量微生物富集的状态；反之空隙率过大，会造成多孔脱氮除磷湿地滤料颗粒自身强度降低，整体填装后容易受压损坏塌陷，破坏自身高空隙率的结构，微生物附着生长的环境被破坏，降低了整体处理效果；然而，对于粒径而言，多孔脱氮除磷湿地滤料的粒径过小，会造成滤料之间的孔隙容易被杂质堵塞；反之，粒径过大会造成污水无法达到均匀配水，多孔脱氮除磷湿地滤料颗粒无法充分完成充水吸水和落干。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。