CN101298349A - 一种利用太阳能加温的污水同步脱氮装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用太阳能加温的污水同步脱氮方法及装置。由太阳能加温系统和生物反应器组成，其中太阳能加温系统由太阳能集热器、储水箱、热交换器、水泵、温度探头、PLC组成，太阳能集热器采用市售板式太阳能集热器，盖于生物反应器上部，热交换器设计成蛇形或环形换热管，平铺固定于反应器的曝气管上部而浸没于生物反应器污泥中，设定生物反应器反应温度区间，PLC控制热交换量。本发明利用可再生能源太阳能转化为热能来进行生化代谢反应温度补偿，特别用于维持脱氮微生物的高代谢活性，解决了由于环境温度偏低导致脱氮微生物代谢活性受抑制的难题。
Description
技术领域：
本发明涉及一种脱氮装置及方法，尤其涉及一种利用太阳能加温的污水同步脱氮装置及方法，属于能源、环境、生物及化工领域。
背景技术：
氨氮是引起自然水体富营养化的重要因素之一，随着工业生产的高速发展和人民经济生活水平的提高，高浓度氨氮工业废水和生活污水排放量日益激增，更由于现有污水脱氮处理技术的弊端，使得污水处理厂排放水中氨氮和总氮浓度远远超过国家规定的排放标准，这种现状大大增加了水体营养物的负荷，导致湖泊、河流、水库等自然水体频繁爆发蓝藻，出现富营养化现象，进而引起水体发黑发臭，严重破坏自然湿地生态系统，丧失了自净功能。针对污水中氨氮和总氮的去除，学者们已进行了若干有意义的研究，开发出多条污水脱氮的技术和组合工艺，特别是生物脱氮技术，由于其处理成本低，而成为研究的热点。马勇(环境科学学报，2006，26(5)：703-709)研究了A/O生物短程硝化反硝化脱氮技术，试验温度控制在室温20～22℃，长期控制低DO浓度(0.3～0.7mg/L)可以导致亚硝酸盐氧化菌(NOB)的淘洗，实现稳定的亚硝酸盐积累率，试验获得平均亚硝酸氮积累率为85％。蒋燕(环境工程学报，2007，1(3)：62-65)研究了MBR工艺短硝化反硝化处理生活污水，在中温(25～30℃)条件下，膜生物反应器短硝化反硝化生物脱氮总氮去除率平均为86.2％。操家顺(南京理工大学学报，2007，31(6)：775-779)采用序批式生物反应器研究低浓度氨氮条件下厌氧氨氧化反应途径及其影响因素，厌氧氨氧化反应pH值为7.5～8.0、温度为30～35℃时反应达到最佳状态。刘长青(水处理技术，2006，32(8)：18-21)研究了在低温条件下，生物脱氮除磷倒置A2/O工艺，当进水温度下降到15～7℃时，硝化及除磷效果会随之明显下降。高大文(环境科学，2005，26(1)：63-67)采用序批式活性污泥法(SBR)处理实际豆制品废水，系统研究了温度和曝气时间对短程硝化反硝化生物脱氮工艺稳定性，反应器内温度只有超过28℃时，利用温度实现的短程硝化反硝化生物脱氮工艺才能稳定地运行。虽然上述生物脱氮效率高，运行成本低，但存在一个普遍的问题就是对反应温度的要求比较苛刻，低温成为制约脱氮效率的瓶颈，就目前来讲，还没有一种廉价而有效的加温方法来保持低环境温度下生物脱氮的高效率。
发明内容：
本发明目的是为了改进目前生物脱氮效率受低温影响大，对反应温度的要比较苛刻，又没有廉价有效的加温方法等不足而提出的一种利用太阳能加温的污水同步脱氮方法及装置。
本发明的具体技术方案为：一种利用太阳能加温的污水同步脱氮装置，其特征在于由太阳能加温系统和生物反应器1组成，其中太阳能加温系统由太阳能集热器2、储水箱3、热交换器5、变频管道泵4、温度探头6、PLC8组成，生物反应器1底部铺设曝气管7，反应器1内部装填活性污泥；热交换器5平铺固定于生物反应器1的曝气管7上部而浸没于生物反应器污泥中，温度探头6插于活性污泥中，太阳能集热器2盖于生物反应器1上部，太阳能集热器2通过管路与储水箱3相连，之间发生水相流动，转移热量，储水箱3通过变频管道泵4与热交换器5相连，由变频管道泵4实现水的循环流动，并由温度探头6通过PLC反馈控制变频管道泵4的转速和水的循环频率。利用可再生能源太阳能转化为热能来进行生化代谢反应温度补偿，解决脱氮微生物易受低温影响而导致系统脱氮效率严重下降的问题。
其中所述的热交换器为蛇形或环形换热管。太阳能集热器以水为介质吸收太阳能热量，以30～45度角度倾斜面向太阳，同时作为生物反应器上口盖板，既减少生物反应器的热量损失，又减少生物处理过程中臭味散发造成的空气污染。太阳能集热器吸收的太阳能热量以高温水状态储存于储水箱中；储水箱中的高温水由变频管道泵压力输送到热交换器，通过热交换器将热量传递给反应器污泥，由曝气管提供污泥充分混合均匀的动力。经热交换器热交换后的低温水通过变频管道泵4返回到储水箱，再加热。
生物反应器内设定了反应温度区间为20～25℃，由温度探头在线指示实时温度，PLC反馈信号调节管道泵的运行频率。
活性污泥的填充量为活性污泥体积占反应器体积的70％-90％；活性污泥的浓度为2.5-10g/L。.
本发明还提供了利用上述装置进行脱氮方法：，其具体步骤为：生物反应器中填充活性污泥，不同浓度污水从进水口9进入生物反应器1，由曝气管7曝气使污水与污泥充分混合，通过脱氮污泥生化代谢去除污水中的总氮，反应过程中由太阳能加温系统维持反应温度，保持反应，稳定污泥脱氮效率。
本发明装置相应参数范围污水进水NH4 +-N浓度0～300mg/L，总氮(TN)0～400mg/L，太阳能集热器以30～45度角度倾斜面向太阳，固定于反应器的上部，同时作为生物反应器上口盖板，减少生物反应器的热量损失和臭味散发。太阳能集热器吸收的热量以水为介质储存于储水箱中，然后由变频管道泵将储水箱中的高温水打入生物反应器中热交换器，将热量传递给污泥，由温度探头反馈控制变频管道泵的转速，保持反应温度20～25℃，整套系统由PLC控制(8)；最终出水TN去除率在90％～96％。
该方法适用于城镇生活污水、农村生活污水等低氨氮浓度污水处理，也适用于中高浓度氨氮废水，如某些化工废水、生物制药废水等的处理。同时本发明可加工成移动式装置，占地面积小，运行灵活，可以很好的融入城镇美观的发展。
有益效果：
1)利用可再生能源太阳能转化为热能来进行生化代谢反应温度补偿，特别用于维持脱氮微生物的高代谢活性，解决了由于环境温度偏低导致脱氮微生物代谢活性受抑制的难题，还部分减少了生物处理过程中臭味散发造成的空气污染。
2)太阳能集热器固定于反应器上部，节省了空间，整套加温系统无需增加占地面积。
3)由于利用太阳能，在保持污水生物脱氮高效率和高稳定性的前提下达到不增加能耗的目的。
附图说明：
图1是一种利用太阳能加温的污水同步脱氮方法及装置示意图；
其中1-生物反应器，2-太阳能集热器，3-储水箱，4-变频管道泵，5-热交换器，6-温度探头，7-曝气管，8-PLC。
具体实施方式：
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
参照附图1，反应器(1)为长方体，底部铺设曝气管(7)，曝气管(7)上部20～30cm处安装热交换器(5)，热交换器(5)为蛇形或环形换热管平铺，反应器(1)内部填充活性污泥，温度探头(6)插于活性污泥中。将太阳能集热器(2)倾斜30～45度角度面向太阳，固定于反应器(1)上面。太阳能集热器(2)通过管路与储水箱(3)相连，之间发生水相流动，转移热量。储水箱(3)通过变频管道泵(4)与热交换器(5)相连，由变频管道泵(4)实现水的循环流动，并由温度探头(6)通过PLC反馈控制变频管道泵(4)的转速和水的循环频率。
实施例1：
污水从进水口(9)进入，NH4 +-N浓度55mg/L，总氮(TN)92mg/L，COD305mg/L，环境温度11℃，活性污泥的填充量为活性污泥体积占反应器体积的90％，污泥浓度4.0g/L，DO 0.5mg/L，太阳能集热器倾斜30度角度面向太阳，由太阳能加温系统维持反应温度20℃，运行结果如表1所示
表1
| NH4 +-N(mg/L) | TN(mg/L) | TN去除率(％) | COD(mg/L) | COD去除率(％) | |
| 进水 | 55 | 92 | 305 | ||
| 出水 | 0 | 4 | 95.6 | 30 | 90.2 |
实施例2：
污水进水NH4 +-N浓度146mg/L，总氮(TN)183mg/L，COD625mg/L，环境温度12℃，活性污泥的填充量为活性污泥体积占反应器体积的80％，污泥浓度6.0g/L，DO0.75mg/L，太阳能集热器倾斜40度角度面向太阳，由太阳能加温系统维持反应温度23℃，运行结果如表2所示
表2
| NH4 +-N(mg/L) | TN(mg/L) | TN去除率(％) | COD(mg/L) | COD去除率(％) | |
| 进水 | 146 | 183 | 625 | ||
| 出水 | 5 | 11 | 94.0 | 50 | 92.0 |
实施例3：
污水进水NH4 +-N浓度295mg/L，总氮(TN)328mg/L，COD 1130mg/L，环境温度13℃，活性污泥的填充量为活性污泥体积占反应器体积的75％，污泥浓度10.0g/L，DO 1.0mg/L，太阳能集热器倾斜45度角度面向太阳，由太阳能加温系统维持反应温度25℃，运行结果如表3所示
表3
| NH4 +-N(mg/L) | TN(mg/L) | TN去除率(％) | COD(mg/L) | COD去除率(％) | |
| 进水 | 295 | 328 | 1130 | ||
| 出水 | 5 | 15 | 95.4 | 50 | 95.6 |
。
Claims (9)
1、一种利用太阳能加温的污水同步脱氮装置，其特征在于由太阳能加温系统和生物反应器(1)组成；其中太阳能加温系统由太阳能集热器(2)、储水箱(3)、热交换器(5)、变频管道泵(4)、温度探头(6)和PLC(8)组成；生物反应器(1)底部铺设曝气管(7)，反应器(1)内部填充活性污泥，热交换器(5)平铺固定于生物反应器(1)的曝气管(7)上部而浸没于生物反应器污泥中，温度探头(6)插于活性污泥中，太阳能集热器(2)盖于生物反应器(1)上部，太阳能集热器(2)通过管路与储水箱(3)相连，之间发生水相流动，转移热量，储水箱(3)通过变频管道泵(4)与热交换器(5)相连，由变频管道泵(4)实现水的循环流动，并由温度探头(6)通过PLC(8)反馈控制变频管道泵(4)的转速和水的循环频率。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于热交换器(5)为蛇形或环形换热管。
3、根据权利要求1所述装置，其特征在于太阳能集热器(2)以水为介质吸收太阳能热量，以30～45度角度倾斜面向太阳，同时作为生物反应器上口盖板，既减少生物反应器的热量损失，又减少生物处理过程中臭味散发造成的空气污染。
4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于太阳能集热器(2)吸收的太阳能热量以高温水状态储存于储水箱(3)中；储水箱(3)中的高温水由变频管道泵压力输送到热交换器，通过热交换器(5)将热量传递给反应器污泥，由曝气管(7)提供污泥充分混合均匀的动力。
5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于反应器内设定了反应温度区间在20～25℃，由温度探头在线指示实时温度，PLC(8)反馈信号调节管道泵的运行频率。
6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于经热交换器(5)热交换后的低温水通过变频管道泵(4)返回到储水箱，再加热。
7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于活性污泥的填充量为活性污泥体积占反应器体积的70％-90％；活性污泥的浓度为2.5-10g/L。
8、一种利用权利要求1所述的太阳能加温的污水同步脱氮装置的脱氮方法，其具体步骤为：生物反应器中填充活性污泥，不同浓度污水从进水口(9)进入生物反应器(1)，由曝气管(7)曝气使污水与污泥充分混合，通过脱氮污泥生化代谢去除污水中的总氮，反应过程中由太阳能加温系统维持反应温度，保持反应，稳定污泥脱氮效率。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于污水进水NH4 +-N浓度50～300mg/L，总氮(TN)89～378mg/L，COD 276～1200mg/L，生物反应器内污泥浓度3.0～10.0g/L，DO 0.3～1.0g/L，由太阳能加温系统维持反应温度为20～25℃，最终出水TN去除率在90％～96％。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100609 Termination date: 20170617 |
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