一種低能耗的反硝化生物濾池裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，屬于廢水處理領(lǐng)域。其包括調(diào)節(jié)池、反應(yīng)器本體和儲水池，還包括第一加藥器、第二加藥器、反沖洗泵、進水泵和風(fēng)機，能夠有效減少進水溶解氧對反硝化的抑制作用，在保證出水總氮濃度基本不變的前提下可減少外加碳源的反硝化生物濾池裝置。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以在較高的水力負荷、低能耗條件下保證出水TN低于3mg/L，具有占地面積小、處理效果穩(wěn)定、高效低耗等優(yōu)點。
【專利說明】一種低能耗的反硝化生物濾池裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，具體地說，涉及一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，更具體地說，涉及一種新型反硝化濾池裝置及方法，能夠有效減少進水溶解氧，在保證出水總氮濃度基本不變的前提下減少外加碳源的反硝化生物濾池裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著中國城市化速度的加快，我國城市的水污染問題日益嚴重。城市污水處理廠能有效去除COD、BOD5, NH3-N等有害物質(zhì)，但污水處理廠二級出水中往往含有一定濃度的硝酸氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，直接排入河道及湖泊時，會造成水體營養(yǎng)物質(zhì)的積累，存在引發(fā)水華及水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險。目前我國正在執(zhí)行的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918— 2002)標準一級A標準，對處理后污水水質(zhì)提出了更高要求。《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年(2011 - 2015年)規(guī)劃綱要》確定“十二 ?五”期間，國家將加大重點地區(qū)、行業(yè)水污染物減排力度，氨氮要求削減比例較2010年不低于10%，并且在已富營養(yǎng)化的湖泊水庫實施總氮或總磷排放總量控制。全國各地也相繼出臺了一系列有關(guān)節(jié)能減排的政策和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。日益嚴格的環(huán)境管理政策和標準以及污染物總量削減等約束性指標的實施，對現(xiàn)有污水處理設(shè)施的處理效果提出了新的要求，迫切需要進行技術(shù)升級改造。
[0003]城市污水的深度處理是減輕水體氮、磷營養(yǎng)物污染負荷的有效途徑。其中反硝化生物濾池由于占地面積小 、易操作、運行管理方便靈活，處理效果穩(wěn)定等特點被用于氮的深度處理。其原理是:利用反應(yīng)器內(nèi)濾料上所附著的生物膜在缺氧(不存在分子態(tài)溶解氧)的條件下，將亞硝酸根和硝酸根還原成氮氣、一氧化氮或氧化二氮。
[0004]反硝化細菌多數(shù)是兼性細菌，當有溶解氧存在時，反硝化菌分解有機物利用分子態(tài)氧作為最終電子受體。在無溶解氧的情況下，反硝化菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽作為能量代謝中的電子受體，O2作為受氫體生成H2O和OIT堿度，有機物作為碳源及電子供體提供能
量并被氧化穩(wěn)定。
[0005]M.A.Gomez 等人(Effect of dissolved oxygen concentration on nitrateremoval from groundwater using a denitrifying submerged filter.Journal ofHazardous Materials2002 (90):267-278.)發(fā)現(xiàn)氧的存在會抑制反硝化脫氮效果，并且存在著出水亞硝酸鹽的增加。由于二級出水普遍存在溶解氧，進水中的溶解氧會導(dǎo)致反硝化生物濾池外加碳源的大量消耗，增加了運行成本。另外，傳統(tǒng)反硝化生物濾池對廢水中氨氮的去除率有限，出水總氮濃度往往受進水氨氮負荷的影響而不穩(wěn)定。
[0006]為了保證效果和節(jié)約成本，現(xiàn)在更多的思路是怎么嚴格的控制碳源的添加量，例如中國專利號:201110161740.X，
【公開日】2012年01月25日，公開了一份名稱為反硝化生物濾池工藝碳源投加優(yōu)化控制裝置與方法的專利申請文件，該發(fā)明涉及一種反硝化生物濾池工藝碳源投加優(yōu)化控制裝置，設(shè)有反硝化生物濾池，該濾池中設(shè)有在線進水硝酸鹽傳感器、在線進水溶解氧傳感器和在線出水硝酸鹽傳感器，還設(shè)有硝酸鹽測定儀和溶解氧測定儀、過程控制器、工控機；設(shè)有碳源箱、變頻碳源泵、碳源流量計；碳源投加優(yōu)化控制的方法，其特征包括以下步驟:1)進水；2)參數(shù)處理判斷；3)變頻器處理頻率ft ；4)防控碳源過量投加過程；5)穩(wěn)定運行過程；6)故障診斷；7)反沖洗過程。該發(fā)明適用于污水深度處理和含氮工業(yè)廢水處理。中國專利申請?zhí)?201110161733.X，公布日2011年11月23日，公開了一份名稱為城市污水二級處理出水深度處理的裝置及工藝的專利申請文件，該發(fā)明涉及的反硝化生物濾池裝置設(shè)有碳源箱、可調(diào)流量變頻投加泵及管路。通過在線硝酸鹽氮濃度計和在線COD濃度計的數(shù)據(jù)進行變頻投加泵的調(diào)節(jié)來控制碳源的添加量。以上這些專利通過優(yōu)化碳源添加量來控制成本，但并未能減少進水溶解氧而導(dǎo)致碳源消耗大，還是存在成本高，浪費大量碳源的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中進水溶解氧會導(dǎo)致反硝化生物濾池外加碳源的大量消耗，增加了運行成本，而且傳統(tǒng)反硝化生物濾池對廢水中氨氮的去除率有限，出水總氮濃度往往受進水氨氮負荷的影響而不穩(wěn)定的問題，提供一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，能夠有效減少進水溶解氧，在保證出水總氮濃度基本不變的前提下減少外加碳源的經(jīng)濟高效、穩(wěn)定的反硝化生物濾池裝置。
[0009]2.技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。[0011]一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，包括調(diào)節(jié)池、反應(yīng)器本體和儲水池，還包括第一加藥器、第二加藥器、反沖洗泵、進水泵和風(fēng)機，所述的第一加藥器設(shè)有一個加藥管，加藥管伸入調(diào)節(jié)池內(nèi)；所述的調(diào)節(jié)池包括原水進水口和出水口，調(diào)節(jié)池的出水口通過管道依次與進水泵、反應(yīng)器本體的頂部連接；所述的反應(yīng)器本體為柱狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部從上到下依次包括均勻布水器、沸石填料層、緩沖層、海砂濾料層和承托層；所述的沸石填料層和緩沖層之間還設(shè)有填料承托板；所述的緩沖層的側(cè)壁上還開有反沖洗出水口 ；所述的反應(yīng)器本體的底部設(shè)有處理水出水口和反沖洗水進水口，處理水出水口和反沖洗水進水口分別通過管道與儲水池連接；所述的反沖洗泵位于反沖洗水進水口與儲水池之間的管道上；所述的第二加藥器通過管道連接到緩沖層的側(cè)壁上；所述的沸石填料層由沸石組成，選擇粒徑4-8_、密度1.9-2.6g/cm3、孔隙率≥48%以及比表面積570_670m2/g的沸石。由于高比表面積以及空隙率提供了巨大的棲息空間，使大量微生物附著在填料上，并在填料表面大量繁殖。
[0012]優(yōu)選地，所述的均勻布水器由主管-支管-布水孔組成，每根支管的下側(cè)均勻布置多個等孔距等直徑的小孔。
[0013]優(yōu)選地，所述的承托層由鵝卵石組成，鵝卵石粒徑2-6cm，密度2.65g/cm3。
[0014]優(yōu)選地，所述的海砂濾料層由海砂組成，海砂的粒徑2_3mm。海砂耐腐蝕、粒形圓整，含硅高，硬度強，具有較好的過濾效果，可延長更換濾料時間的特點。
[0015]優(yōu)選地，所述的反應(yīng)器本體總高度2.02m,沸石填料層厚度0.5m,海砂濾料層
0.9m。
[0016]優(yōu)選地，所述的填料承托板的四周與濾池內(nèi)壁接觸處開有4個弧度為1.05rad,寬度為4mm的等寬度的上下對稱的弧形孔；所述的4個弧形孔均勻分布，沿填料承托板的中心成對稱分布。多數(shù)重力流反硝化濾池變水位控制，進水瀑流過進水堰槽，此方式進水過程易夾氣，會增加進水的D0，降低反硝化效果，增加碳源的投加量?？紤]該不良因素，本發(fā)明設(shè)計的填料承托板中間不開孔，在與濾池壁接觸處沿壁開4個弧度為1.05rad,寬度為4mm的等寬度對稱弧形孔，使水流層流式通過弧形孔沿濾池壁進入緩沖層，該特殊形狀的孔型設(shè)計，能避免空氣中的氧氣進入水中，降低后續(xù)處理的碳源消耗。
[0017]該裝置的使用作為低能耗的對廢水反硝化生物處理，其方法的步驟為:
[0018]A)向調(diào)節(jié)池中加入待處理的廢水，打開第一加藥器，通過第一加藥器向調(diào)節(jié)池中加入氯化銨溶液，使得氨氮濃度為1.6±0.3mg/L ；
[0019]B)進水泵啟動，水流通過均勻布水器進入沸石填料層，沸石吸附進水中的NH4+-N，硝化細菌利用水中的nh4+-n和溶解氧進行硝化作用,將nh4+-n轉(zhuǎn)化為硝酸氮、亞硝酸氮；
[0020]C)流出沸石填料層的水流經(jīng)過填料承托板周邊的孔反應(yīng)器本體的側(cè)壁進入緩沖層后再直接流入海砂濾料層，與此同時第二加藥器同時運行，將外加碳源乙酸鈉打入緩沖層中。用外加的碳源和廢水中原有的BOD作為海砂濾料層中反硝化細菌的有機碳源將亞硝酸根和硝酸根還原成氮氣；
[0021]D)經(jīng)過海砂濾料層處理后的水經(jīng)過承托層后流入儲水池中；
[0022]E)儲水池中的水一部分用于打開反沖洗泵時，完成對海砂濾料層的反沖洗，其余部分達標排放。
[0023]優(yōu)選地，所述的步驟C)中加入的是易于生物降解有機物乙酸鈉，其量是使得外加乙酸鈉中碳含量/進水中的氮等于1.86。
[0024]本發(fā)明的裝置頂部含有沸石填料層，能減少進水溶解氧對反硝化的影響。原水流經(jīng)沸石填料層，沸石吸附原水中的nh4+-n，附著在沸石上的硝化細菌利用水中的nh4+-n和溶解氧進行硝化作用。即使在低進水氨氮濃度下(0.78mg/L)，硝化作用也能將進水溶解氧從6.70mg/L降低到4.15mg/L。由于硝化作用減少了原水中的溶解氧，海砂濾料層進行的反硝化所需碳源大大減少，在保證出水總氮濃度不變的前提下，可減少外加碳源投加量，外加碳氮比可由C/N=3減少到C/N=l.86 ;硝化作用減少了溶解氧對反硝化的抑制作用，適當提高水力負荷，出水總氮濃度基本不變，水力負荷提高到也可以保證出水總氮濃度低于3mg/L ;由于沸石對NH/-N的強烈吸附作用，即使污水廠二級出水不穩(wěn)定，氨氮負荷提高的情況下，反硝化生物濾池總氮去除率仍穩(wěn)定。其具有節(jié)省占地面積，運行成本低、出水穩(wěn)定等優(yōu)點。
[0025]3.有益效果
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下顯著優(yōu)點:
[0027](I)本發(fā)明的裝置設(shè)有沸石填料層，能減少進水溶解氧對反硝化的影響，海砂濾料層進行的反硝化所需碳源大大減少，在保證出水總氮濃度不變的前提下，可減少外加碳源投加量；從而減少運行成本；
[0028](2)本發(fā)明的裝置中設(shè)計的填料承托板中間不開孔，在與濾池壁接觸處沿壁開等寬度對稱弧形孔，使水流層流式通過弧形孔沿濾池壁進入緩沖層，水流下降的過程中不產(chǎn)生微小的水流漩渦，有效避免空氣中的氧氣進入水中；
[0029](3)本發(fā)明由于沸石填料層硝化作用的存在，對于現(xiàn)有反硝化生物濾池去除率有限的氨氮也有很好的去除效果；[0030](4)本發(fā)明由于沸石對NH4+-N的強烈吸附作用，即使污水廠二級出水不穩(wěn)定，氨氮負荷提高5mg/L的情況下，出水氨氮濃度仍仍然較小，從而保證了反硝化生物濾池出水的穩(wěn)定性；
[0031](5)本發(fā)明充分利用廢水中原有的有害物質(zhì)(氨氮)通過生化方式保證出水總氮濃度，經(jīng)濟環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明裝置填料承托板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明裝置圖2中的A-A剖面圖。
[0035]圖中:1、調(diào)節(jié)池；2、第一加藥器；3、第二加藥器；4、均勻布水器；5、沸石填料層；
6、反沖洗出水口 ；7、緩沖層；8、海砂濾料層；9、承托層；10、反沖洗泵；11、進水泵；12、填料承托板、13、反應(yīng)器本體；14、儲水池；15、風(fēng)機。
【具體實施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步描述。
[0037]實施例1
[0038]如圖1所示，一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，包括調(diào)節(jié)池1、反應(yīng)器本體13和儲水池14，還包括第一加藥器2、第二 加藥器3、反沖洗泵10、進水泵11和風(fēng)機15，第一加藥器2設(shè)有一個加藥管，加藥管伸 入調(diào)節(jié)池I內(nèi)；調(diào)節(jié)池I包括原水進水口和出水口，調(diào)節(jié)池I的出水口通過管道依次與進水泵11、反應(yīng)器本體13的頂部連接；反應(yīng)器本體13為柱狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部從上到下依次包括均勻布水器4、沸石填料層5、緩沖層7、海砂濾料層8和承托層9 ;沸石填料層5和緩沖層7之間還設(shè)有填料承托板12 ;緩沖層7的側(cè)壁上還開有反沖洗出水口 6 ;反應(yīng)器本體13的底部設(shè)有處理水出水口和反沖洗水進水口，處理水出水口和反沖洗水進水口分別通過管道與儲水池14連接；反沖洗泵10位于反沖洗水進水口與儲水池14之間的管道上；第二加藥器3通過管道連接到緩沖層7的側(cè)壁上；沸石填料層5由沸石組成，選擇粒徑4-8mm、密度1.9-2.6g/cm3、孔隙率≤48%以及比表面積570_670m2/g的沸石。均勻布水器4由主管-支管-布水孔組成，每根支管的下側(cè)均勻布置15個等孔距等直徑的小孔。承托層9由鵝卵石組成，鵝卵石粒徑2-6cm，密度2.65g/cm3。海砂濾料層8由海砂組成，海砂的粒徑2-3mm。本發(fā)明設(shè)計的填料承托板中間不開孔，填料承托板12的四周與濾池13內(nèi)壁接觸處開有4個弧度為1.05rad,寬度為4mm的等寬度的上下對稱的弧形孔；弧形孔的中間位置(離濾池13內(nèi)壁最近的距離處)距離濾池13內(nèi)壁的距離為0.5mm,4個弧形孔沿填料承托板12的中心成對稱分布。這個形狀的設(shè)計能使得廢水向下流動的時候使水流層流式通過弧形孔沿濾池壁進入緩沖層，不會像常規(guī)的流水孔那樣產(chǎn)生渦流，避免空氣中的氧氣進入水中；反硝化生物濾池由進水泵恒定進水，恒定水位操作可降低瀑流，亦可減少DO的形成。
[0039]一種低能耗的廢水反硝化生物處理方法，其步驟為:
[0040]A)向調(diào)節(jié)池I中加入待處理的廢水，打開第一加藥器2，通過第一加藥器2向調(diào)節(jié)池I中加入氯化銨溶液，使得氨氮濃度為1.6±0.3mg/L ；22天后沸石填料層5上氨氮去除率達到76%，并穩(wěn)定；穩(wěn)定后關(guān)閉第一加藥器2 ;在進水氨氮濃度為0.78mg/L時，本發(fā)明沸石填料層5能夠?qū)⑦M水溶解氧從6.70mg/L降到4.15mg/L ；
[0041]B)進水泵11啟動，水流通過均勻布水器4進入沸石填料層5，沸石吸附進水中的nh4+-n，硝化細菌利用水中的nh4+-n和溶解氧進行硝化作用，將nh4+-n轉(zhuǎn)化為硝酸氮、亞硝酸氮；
[0042]C)流出沸石填料層5的水流經(jīng)過填料承托板12周邊的孔反應(yīng)器本體13的側(cè)壁進入緩沖層7后再直接流入海砂濾料層8，與此同時第二加藥器3同時運行，將外加碳源乙酸鈉打入緩沖層7中。用外加的碳源和廢水中原有的BOD作為海砂濾料層8中反硝化細菌的有機碳源將亞硝酸根和硝酸根還原成氮氣；12天后海砂濾料層8內(nèi)硝酸氮去除率達到84%并穩(wěn)定；
[0043]D)經(jīng)過海砂濾料層8處理后的水經(jīng)過承托層9后流入儲水池14中；
[0044]E)儲水池14中的水一部分用于打開反沖洗泵10時，完成對海砂濾料層8的反沖洗，水/氣同時反沖洗持續(xù)時間3min;反沖洗水強度為8L/(s.m2)、氣強度為14L/(s.m2);其余部分達標排放。
[0045]本發(fā)明由于沸石填料層能夠有效減少進水溶解氧對反硝化的抑制作用，在保證出水總氮濃度不變的前提下，外加碳氮比可由C/N=3減少到C/N=l.86。
[0046]本實施例采用水利負荷2m3/(m2h),外加碳氮比為C/N=l.86,使用該裝置處理的水
質(zhì)前后變化:
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，包括調(diào)節(jié)池(I)、反應(yīng)器本體(13)和儲水池(14)，其特征在于，還包括第一加藥器(2)、第二加藥器(3)、反沖洗泵(10)、進水泵(11)和風(fēng)機(15)，所述的第一加藥器(2)設(shè)有一個加藥管，加藥管伸入調(diào)節(jié)池(I)內(nèi)；所述的調(diào)節(jié)池(I)包括原水進水口和出水口，調(diào)節(jié)池(I)的出水口通過管道依次與進水泵(11)、反應(yīng)器本體(13)的頂部連接；所述的反應(yīng)器本體(13)為柱狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部從上到下依次包括均勻布水器(4)、沸石填料層(5)、緩沖層(7)、海砂濾料層(8)和承托層(9);所述的沸石填料層(5)和緩沖層(7)之間還設(shè)有填料承托板(12);所述的緩沖層(7)的側(cè)壁上還開有反沖洗出水口( 6 );所述的反應(yīng)器本體(13)的底部設(shè)有處理水出水口和反沖洗水進水口，處理水出水口和反沖洗水進水口分別通過管道與儲水池(14)連接；所述的反沖洗泵(10)位于反沖洗水進水口與儲水池(14)之間的管道上；所述的第二加藥器(3)通過管道連接到緩沖層(7)的側(cè)壁上；所述的沸石填料層(5)由沸石組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，其特征在于，所述的均勻布水器(4)由主管-支管-布水孔組成，每根支管的下側(cè)均勻布置多個等孔距等直徑的小孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，其特征在于，所述的承托層(9)由鵝卵石組成，鵝卵石粒徑2-6cm，密度2.65g/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，其特征在于，所述的海砂濾料層(8)由海砂組成,海砂的粒徑2-3_ ;所述的沸石填料層(5)選擇粒徑4-8_、密度1.9-2.6g/cm3、孔隙率≤48%以及比表面積570_670m2/g的沸石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗的反硝化生物濾池裝置，其特征在于，所述的填料承托板(12)的四周與濾池·(13)內(nèi)壁接觸處開有4個弧度為1.05rad,寬度為4mm的等寬度的弧形孔。
【文檔編號】C02F3/28GK203498162SQ201320651184
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】任洪強, 胡海冬, 耿金菊, 許柯 申請人:南京大學(xué)