CN101264973A

CN101264973A - 生物复合床水处理工艺

Info

Publication number: CN101264973A
Application number: CNA2008100234668A
Authority: CN
Inventors: 陆剑鸣
Original assignee: NANJING SHENGKAFU SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING SHENGKAFU SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2008-09-17

Abstract

本发明涉及一种生物复合床水处理工艺，属于水处理技术领域。本发明将被污染的水以潜流方式连续或间歇地通入敞口容器，经过容器内填料、微生物、植物、微孔曝气管的共同作用而被净化。填料为植物提供生长基，填料和植物根系附着大量微生物，并富集污染物以维持微生物养料浓度；压缩空气通过曝气管释放，为微生物提供氧气，另一方面气泡上浮，可清理填料间隙。污染物经微生物降解和转化形成代谢产物，部分随空气排出，部分被植物所吸收并形成植物有机体，最终通过人工采收方式使污染物单向脱离水体。本发明水质适应性广、耐候性好、低能耗、无二次污染、占地小、效率高、操作弹性大，处理成本低，运行维护方便。

Description

生物复合床水处理工艺

技术领域

本发明涉及一种生物复合床水处理工艺，属于水处理技术领域。

背景技术

目前对于中低度污染的水体如富营养化地表水、城市中水、湖泊景观水等，采用的方法主要有物理吸附法、化学氧化法、微生物法和人工湿地法等。

吸附处理技术目前多采用活性炭和改性粘土等作为吸附材料，并根据所处理原水的浊度大小和产生嗅味物质的浓度调整投加量，利用其对水中有机物的吸附作用实现净水效果，该技术对有机物(COD)的去除率可达60％～70％，但吸附材料或者使用周期短，或者难以回收再利用，使用成本相对较高，不适合于大规模水体处理过程。同时，吸附处理对氨氮的去除作用总体较差，不适用于高氨氮含量的富营养水体。

化学氧化处理目前常采用氯、高锰酸钾和臭氧等作为氧化剂或利用紫外光结合光触媒的氧化作用，主要用于氧化分解水中的有机污染物。由于氯化氧化容易导致新的卤化有机物的生成，且易与重金属盐结合，因此可能导致出水的毒理学安全性下降。高锰酸钾、紫外光和臭氧氧化预处理虽然能够有效降低水中有机污染物的含量，但对水中的氨氮以及毒性(包括重金属离子)物质没有明显的去除能力，同时这三种方法均会导致出水氯化后的致突变活性大幅度提高，同样降低了用水的安全性。

针对物理与化学方法对水中氨氮无法有效去除的缺点，近年来各种生物处理技术被越来越多地应用于中低度污染水的处理过程中。国内外目前大多采用构建生物膜的方式进行生物处理的研究和工程实践。目前研究较多、应用较为广泛的生物膜处理工艺主要采用生物滤池反应器。生物滤池对有机物的去除率达10.4～43.1％，对氨氮去除率达81～99％，同时可降低出水的浊度、色度，并对铁、锰等重金属离子也有一定的去除作用。生物滤池反应器的特点是运行费用低，处理效果稳定，污染物去除率较高，但总体负荷较低，占地面积大，且微生物载体的比表面积在一定程度上限制了有机物及氨氮的去除效率。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法(用于污水处理)和生物滤池之间的水处理工艺，对有机物去除率约为20％，氨氮去除率80％左右。生物接触氧化法的主要优点是处理能力较大，对冲击负荷有一定的适应性，污泥生成量较少，但由于填料间水流缓慢，生物膜更新速度慢易引起堵塞，维护管理不便，且填料昂贵，系统投资费用较高。

综上所述，微生物膜处理技术在中低度污染水处理中的作用效果较为显著，但单一技术的应用显然具有处理时间长、处理量小，对水质变化的适应能力较差，维护复杂，管理不便等缺点。研究者们也已经意识到生物膜处理本身并不能使污染物真正完全脱离水体，必须通过脱除污泥的方式将污染物从水中移除，而要将污泥完全从水体中移除成本巨大。

因此在工程实践中可将生物膜技术和其他水处理技术综合应用，以实现中低度污染水的大规模生态化处理。与此有关的综合处理技术是主要应用于工农业和生活污水处理领域的人工湿地净化技术。

人工湿地主要由基质和水生植物组成，通过基质过滤、吸附，沉淀、植物吸收和微生物分解来实现对污水的有效净化，充分利用了系统中基质-水生植物-微生物的物理、化学、生物三重协同作用。人工湿地对污水的处理效率较高，一般BOD的去除率约为85～95％，COD去除率在80％以上，N的去除率可达60％，P的去除率90％以上，对农药类、细菌总数以及重金属离子等的去除率90％以上。而且人工湿地系统的建设和运营成本低廉，易于维护，效益显著。

人工湿地净化技术的不足之处在于：人工湿地的净化效果受气候条件影响较大，季节性差异显著；生态系统脆弱，对水质变化的适应性较差；处理时间长，占地面积大，约为传统污水处理系统的3～5倍；维护不当容易产生淤积、阻塞现象，使水力传导性下降，降低其处理效果和运行寿命；生物量后续处理困难，植物体死亡后形成的腐殖质依然留存于水体中，从而容易形成滞后累积污染。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种综合生物膜处理、人工湿地处理和微氧水处理等技术的优势，具有良好水质适应性、耐候性，低能耗、无二次污染且具有较高操作弹性的生物复合床水处理工艺。

本发明是通过以下技术方案来实现的：生物复合床水处理工艺，其特征在于被污染的水以潜流方式连续或间歇式进入，经过多孔填料、微生物、植物和微孔曝气管的共同作用被净化，其中多孔填料为植物提供生长基；多孔填料和植物根系附着大量微生物，并富集污染物以维持微生物养料浓度；压缩空气通过微孔曝气管释放，清理填料间隙，为微生物提供氧气；微生物将污染物降解和转化形成代谢产物，部分随空气排出，部分被植物吸收形成植物有机体；最终人工采收植物使污染物单向脱离水体。

前述生物复合床水处理工艺，其特征在于所述多孔填料是经烧制而成的无机多孔材料，呈颗粒状，颗粒粒度从0.5～30毫米，颗粒内部呈疏松多孔形状，其显气孔率范围5％～60％，微孔的平均直径为0.2～500微米，可针对不同水体的处理要求选择或搭配使用不同规格的多孔填料。

前述生物复合床水处理工艺，其特征在于所述的多孔填料被淤泥堵塞后，通过洗涤或灼烧处理循环利用。

前述生物复合床水处理工艺，其特征在于所述微孔曝气管由无机材料烧制而成，截面形状是圆管或矩形，数量为一支或一支以上，通入其中的压缩空气的压力范围为0.01～0.5MPa，构成微孔曝气管的多孔材料的显气孔率为5％～50％，微孔的平均直径为0.2～50微米。

前述生物复合床水处理工艺，其特征在于所述植物须根发达，生长迅速，适合密集种植，优选禾本科稻属、禾本科黑麦草属和灯心草科。

前述生物复合床水处理工艺，其特征在于所述植物的生长、采收由人工控制。

前述生物复合床水处理工艺，其特征在于控制水流速度和水流路程实现连续进出水。

本发明的有益效果是：本发明兼具物理吸附、生物膜反应、植物吸收、微氧曝气功能，具有良好水质适应性、耐候性，低能耗、无二次污染，占地小、效率高、操作弹性大，运行维护方便，保障了中低污染水体大规模生态处理的可行性。植物的人工移除不改变自然生态，满足环保要求，彻底解决了生物量的滞后累积污染问题。本发明可以广泛用于以下水体的处理：富营养地表水，城市中水，部分工、农、畜牧业污水，以及其他轻度污染的自然水体如景观水、公园湖泊等。本发明规模化应用后可作为人文景观，具有良好的社会效益。

附图说明

图1是依据本发明生物复合床水处理工艺构建的装置示意图；

图2是本发明生物复合床水处理工艺的原理图。

具体实施方式

如图1-2所示，生物复合床水处理工艺，通过控制进水速度和路程，使被污染的水以潜流方式连续或间歇地输入，经多孔填料A、微生物B、植物C和微孔曝气管D的共同作用而被净化。其中多孔填料A为植物C提供生长基(作用①)，多孔填料A和植物C根系附着大量微生物，并富集污染物，能够维持微生物养料浓度(作用②、③)；压缩空气通过微孔曝气管D释放，气泡上浮，为微生物提供氧气(作用④)，同时可清理多孔填料间隙(作用⑤)。多孔填料A和植物C为微生物B营造兼氧环境，其中多孔填料外表面为有氧环境，内部接近厌氧环境，而微孔曝气管提供氧气，因此复合床内整体为兼氧环境。本发明所选用的微生物为好氧、兼氧型，通过多孔填料和植物根系提供的附着面形成巨大的生物膜接触面积。水中污染物经微生物降解和转化，代谢产物部分随空气排出(作用⑥)，部分被植物吸收形成植物有机体(作用⑦)，植物最终由人工采收，将污染物单向脱离水体(作用⑧)。

本发明的多孔填料是以污泥为原料经烧制而成的无机多孔材料，呈颗粒状，颗粒粒度为0.5～30毫米，颗粒内部呈疏松多孔形状，显气孔率范围5％～60％，微孔的平均直径为0.2～500微米。可针对不同水体的处理要求选择或搭配使用不同规格的多孔填料。多孔填料被淤泥堵塞后，通过洗涤或灼烧处理实现循环利用。

本发明的微孔曝气管是由无机多孔材料烧制而成，截面形状是圆管或者其他形状，例如矩形。构成微孔曝气管的多孔材料的显气孔率为5％～50％，微孔的平均直径为0.2～50微米。数量是一支或一支以上，通入其中的压缩空气的压力在0.01～0.5MPa范围进行调节，满足不同水体所需的气量，曝气时能够形成细密的气泡。

本发明的水生植物需为须根发达、生长迅速、适合密集种植的水生草本植物，优选禾本科稻属、禾本科黑麦草属和灯心草科。植物的生长、采收均由人工控制，以获得高效率的净水效果。

实施例1：

某湖泊富营养化水，属于劣V类水质(主要水质指标见表1)。

利用本发明处理，其中：

搭配使用三种不同技术指标的多孔填料A：

1#填料颗粒平均粒径2毫米、孔隙率40％、微孔的平均直径15微米；

2#填料颗粒平均粒径5毫米、孔隙率30％、微孔的平均直径10微米；

3#填料颗粒平均粒径1厘米、孔隙率20％、微孔的平均直径5微米。进水依次流经1#、2#和3#填料。

微生物B投放后经过三天培养。多孔填料上种植黑麦草C。微孔曝气管D显气孔率为33％，微孔的平均直径为15微米。压缩空气以0.03MPa的压力鼓入。

富营养水进入系统后停留180分钟，排出水的水质可达到III类水质标准(见表1)。

表1水处理前后水质对比单位：mg/L

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1、生物复合床水处理工艺，其特征在于被污染的水以潜流方式连续或间歇式进入，经过多孔填料、微生物、植物和微孔曝气管的共同作用被净化，其中多孔填料为植物提供生长基；多孔填料和植物根系附着大量微生物，并富集污染物以维持微生物养料浓度；压缩空气通过微孔曝气管释放，清理填料间隙，为微生物提供氧气；微生物将污染物降解和转化形成代谢产物，部分随空气排出，部分被植物吸收形成植物有机体；最终人工采收植物使污染物单向脱离水体。

2、根据权利要求1所述的生物复合床水处理工艺，其特征在于所述多孔填料是烧制而成的无机多孔材料，呈颗粒状，颗粒粒度从0.5～30毫米，颗粒内部呈疏松多孔形状，显气孔率范围5％～60％，微孔的平均直径为0.2～500微米，可针对不同水体的处理要求选择或搭配使用不同规格的多孔填料。

3、根据权利要求1或2所述的生物复合床水处理工艺，其特征在于所述多孔填料被淤泥堵塞后，通过洗涤或灼烧处理循环利用。

4、根据权利要求1所述的生物复合床水处理工艺，其特征在于所述微孔曝气管由无机材料烧制而成，截面形状是圆管或矩形，数量为一支或一支以上，通入其中的压缩空气的压力范围为0.01～0.5MPa，构成微孔曝气管的多孔材料的显气孔率为5％～50％，微孔的平均直径为0.2～50微米。

5、根据权利要求1所述的生物复合床水处理工艺，其特征在于所述植物须根发达，生长迅速，适合密集种植，优选禾本科稻属、禾本科黑麦草属和灯心草科。

6、根据权利要求1或5所述的生物复合床水处理工艺，其特征在于所述植物的生长、采收由人工控制。

7、根据权利要求1所述的生物复合床水处理工艺，其特征在于控制水流速度和水流路程实现连续进出水。