利用净水厂废弃泥强化潮汐流反应器脱氮除磷的方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理领域，或环境工程。具体为一种利用净水厂废弃泥强化潮汐流反应器脱氮除磷的方法与系统。
【背景技术】
[0002]随着城镇化快速发展和各类污水排水量不断加大，河流承接了大量生活污水及生产废水。在我国部分城市人口密度过大以及各种排污因素不断增加，城市河流的污染日趋严重，河流整治的压力不断加大。以华北地区来说，多数河流都是典型的生产生活废水和二级污水处理厂尾水为主体的重污染河流。常规二级污水处理厂对氮、磷等营养盐类的去除率约为50%和40%，经处理后的尾水氮磷含量仍普遍较高，导致纳污河流内营养盐浓度超标。其中，氨氮作为氮素存在的主要形态，是导致河流富营养化的重要诱因之一。河流具有天然的自净功能，其本质是指自然条件下，通过生物氧化、光氧化分解以及植物吸收分解等途径分解各类污染物。但污染河流中大量存在的氨氮会明显降低水体中溶解氧，导致厌氧条件充分，良性自净功能消失或严重受损。如此往复，氨氮超标，河流缺氧，形成恶性循环，对水生生物的危害和河流生态系统的破坏日益加重。因此，为进一步实现水资源的保护和推动生态环境的可持续发展，开发易行、低耗、高效的水污染处理技术显得尤为紧迫和至关重要。
[0003]人工湿地是上世纪发展起来的重要的污水净化技术，因其具有效果好、能耗低等特点广泛应用于生活污水处理以及污染自然水体(如河流、湖泊、河口湿地等)的生态修复中。潮汐流人工湿地是近年来发展起来的一种新型人工湿地，有室内实验表明，潮汐流人工湿地内总氮去除率在85%，最大氮负荷达到28gN HT2Clay'潮汐流人工湿地通过设置不同的反应和闲置时间，使湿地内部周期性地进行牦氧和复氧，并不断形成好氧一厌氧过程。这种周期性的变化能够产生强大的基质孔隙吸力，极大地增强了氧的传输速率和消耗量，进而提高人工湿地内污染物去除效率。有研究者提出潮汐流与其他类型人工湿地的组合系统，如:申请(专利)号CN201010565595.7公开了一种潮汐流与水平潜流组合湿地处理污水的方法和系统，以及申请(专利)号201210487252.2公布号CN102923860A公开了潮汐流-水平潜流组合人工湿地强化脱氮的方法及其系统，均是在潮汐流人工湿地内实现好氧硝化作用，在水平潜流人工湿地内实现反硝化作用，分别在两个系统内实现好氧和厌氧环境进而达到氮素污染物去除的目的。相似的，如申请(专利)号200910040219.3公开号CN101575157A公开了一个复合潮汐流人工湿地处理污水的方法及其处理系统。其特点是设置两个潮汐流人工湿地进行串联，并在二级潮汐流人工湿地不运行期间达到厌氧环境。部分研究者也提出了更加复杂的组.合型潮汐流人工湿地，如申请(专利)号200910093528.7公开号CN101671092A公开了一种组合潮汐流人工湿地污水处理系统及方法。系统内采用虹吸的方法较好地实现了淹水吸附和排空复氧两个阶段，但系统自下向上包括排水层、反硝化强化层、强化复氧层和好氧生态砂层，构筑稍显复杂。相似的如申请(专利)号201210487252.2公布号CN102923860A公开了捆绑式强化潮汐流人工湿地污水处理方法及系统，内容包括由多个独立小型潮汐流人工湿地组成的捆绑式强化好氧湿地床体和置于其下层补充碳源型厌氧湿地床体，结构稍显复杂，且运行维护困难。此外，有研究者考虑辅助使用电化学的方法更好地实现脱氮除磷，但运行成本相对较高，如申请(专利)号201210519479.0公布号CN102942293A公开了一种潮汐流湿地耦合电化学强化脱氮除磷的方法和系统。在厌氧电解床内设置石墨极板和金属极板，通过启动直流电源和定时交换直流电源正负极，实现硝酸盐电解还原和磷酸盐絮凝沉淀。还有部分研究者提出了人工湿地内基质选择的重要性，如申请(专利)号200910191513.4公布号CN101700945A公开了一种前置酸化-潮汐流多形态湿地组群污水处理系统及方法。池体内的基质为碎石、煤渣及钢渣的单一或多样组合。申请(专利)号201010225270.4公布号CN101891304A公开了强复氧潮汐流人工湿地，基质是细沙、粗砂、砾石、卵石、碎石、沸石、陶粒、碎瓦片、灰渣、高炉渣、钢渣中的一种或几种。
[0004]WTRs作为给水处理厂中一种安全的废弃物，含有丰富的Fe / Al。这些Fe / Al在WTRs主要以无定形态存在，并使其具有较大的比表面积，且对各种物质有较好的吸附能力。不仅如此，WTRs对沉积物中活性P以及金属均具有较好的固定能力。微生物的脱氮作用在不同程度上受到磷酸盐、重金属和硫化氢的抑制作用，而Fe(III)在一定浓度范围内，会增强部分微生物活性，如好氧硝化作用和厌氧氨氧化作用。因此，综合以上因素，将WTRs与沉积物混合并应用于潮汐流人工湿地中，将有助于构建好氧及厌氧环境，改善氮功能菌群的生境，消除其生长障碍，增强微生物活性，进而强化潮汐流人工湿地的脱氮除磷效果。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种以净水厂废弃泥(WTRs)为基质强化潮汐流反应器内脱氮除磷效果的方法和系统，克服现有潮汐流反应器污水处理方法中的氮磷去除率不高的问题。
[0006]本发明以WTRs为基质填充入潮汐流反应器内，加入沉积物对潮汐流反应器进行微生物接种，然后，向潮汐流反应器内加入氮磷含量丰富的合成废水进行处理。目的是模拟富营养化河水，通过潮汐流反应器对其中氮磷污染同时高效进行去除。
[0007]本发明通过以下技术措施实现:
[0008]首先，将新鲜的WTRs制成l-3cm的圆球，并自然晾干，称取一定量的制备的WTRs，填充至潮汐流反应器内，之后加入一定比例的沉积物至潮汐流反应器内。通过电动阀控制进水泵运行时间，以自下向上的方式，向系统内补给合成废水至特定水面，在此缺氧状态下进行微生物反硝化作用，同时WTRs实现对磷的吸附去除。通过电动阀控制排水泵，快速排干污水，实现系统内的基质干化和微生物的复氧，并在此状态下实现硝化作用。整个过程由时间控制器控制完成。
[0009]上述的利用净水厂废弃泥强化潮汐流反应器脱氮除磷效果的方法及系统，其特征在于:潮汐流反应器内基质全部为晾干后的l-3cm的WTRs，形状不限，立方形、圆形及不规则形状均能达到理想效果，尤以圆形为佳，仅在系统底部布设不同粒径的卵石和石英砂。
[0010]上述的利用净水厂废弃泥强化潮汐流反应器脱氮除磷效果的方法及系统，其特征在于:潮汐流反应器内进水口高于反应液面，反应液面高于基质表明，水力负荷为
0.2-0.3m3m 2day 1O
[0011]上述的利用净水厂废弃泥强化潮汐流反应器脱氮除磷效果的方法及系统，其特征在于:潮汐流反应器运行方式为“进水-反应-排水-富氧”。为实现好氧-缺氧环境交替，系统采用I周期每天的运行方式，具体时间为:进水4min,反应21h53min,排空3min,干化2h。
[0012]上述的利用净水厂废弃泥强化潮汐流反应器脱氮除磷效果的方法及系统，其特征在于:潮汐流反应器内氮素去除以微生物作用为主，硝化反应发生在反应阶段初期和干化阶段，反硝化反应主要发生在反应阶段中后