CN102381763B - 一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境工程领域，公开了一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的装置和方法。本发明的装置由反应器、进水管、出水口和排泥口组成；反应器内由两块可调控制板隔成缺氧区、好氧区和沉淀区，三个区的底部相通；进水管的入口位于缺氧区内，进水管的一端连着进水泵；缺氧区的中底部安装搅拌机，搅拌机的一端连接调压器；与缺氧区相邻的是好氧区，好氧区的中部有球型悬浮填料；好氧区的底部安装曝气装置，曝气装置的上游端连接转子流量计和气泵；与好氧区相邻的是沉淀区，出水口位于沉淀区的侧上方，排泥口位于沉淀区的底部。利用本发明装置处理氨氮废水，节省动力节能，污泥剩余量少，对氨氮废水中的氨氮清除率高。
Description
技术领域
本发明属于环境工程领域，具体涉及一种处理废水的装置和方法，特别涉及一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的装置和方法。
背景技术
水体中的含氮化合物主要来源于生活废水、工业和农业生产所产生的废水。含氮化合物在水中主要以氨态氮(NH3，NH4 +)和有机氮(蛋白质、尿素、胺类化合物、蛋白质、硝基化合物等)的形式存在。
生活废水中的氮主要来源于人类日常生活当中产生的一些含氮的溶解或非溶解性物质，如肉类、碎菜、粪便等，其存在形式为氨氮和有机氮。来源于工业废水中的氮主要是由生产过程中与水直接接触含有氮的生产原料或废料流入排水中所致，除了有机氮、氨氮外，也常常含有亚硝酸氮和硝酸氮，如焦化废水、肉类加工废水等都是氮含量较高的废水。农业生产中氮污染主要来源于施肥和动物养殖，主要形式为氨氮和有机氮。
废水脱氮有多种方法，一般来说，化学法或物理化学法所需要的运行费用高，而同步硝化反硝化(SND)、短程硝化反硝化(SHARON)、缺氧氨氧化(ANAMMOX)、生物技术的研究在近20年来得到了飞速发展，并已应用在生产实践中。由于硝化菌的增值速度缓慢，曝气时间较短的工艺硝化速度低，而较长时间曝气则要较大投资，总氮的脱除主要依靠反硝化过程，而亚硝态氮及硝态氮无法脱氮；污水处理后的尾水中的氮主要有氨态氮和硝态氮，相对而言氨氮的危害更大，故硝化过程是活性污泥法工艺控制的关键。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的装置。
本发明的另一目的在于提供一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的装置，由反应器、进水管、出水口和排泥口组成；反应器内由两块可调控制板隔成缺氧区、好氧区和沉淀区，三个区的底部相通；可调控制板通过调节环流间隙的大小，以控制废水在缺氧区的停留时间，在保证反硝化率的同时减少回流；进水管的入口位于缺氧区内，进水管的一端连着进水泵；缺氧区的中底部安装搅拌机，搅拌机的一端连接调压器，调压器的作用是改变搅拌机的搅拌频率，进而改变混合液的搅拌程度；与缺氧区相邻的是好氧区，好氧区的中部有球型悬浮填料，通过添加球型悬浮填料可以调节处理液的密度；好氧区的底部安装曝气装置，曝气装置的上游端连接转子流量计和气泵；与好氧区相邻的是沉淀区，出水口位于沉淀区的侧上方，排泥口位于沉淀区的底部；
所述好氧区的容积是缺氧区容积的1-3倍；
所述的球型悬浮填料为聚丙乙烯塑料。
一种利用上述装置处理氨氮废水的方法，包括以下步骤：
(1)氨氮废水通过进水泵和进水管送到缺氧区，开启搅拌，使缺氧区内的氨氮废水与污泥处于均匀混合状态，此时，缺氧区和好氧区混合液的密度不同，好氧区内的混合液中含有部分气体，使得好氧区混合液的密度略小于缺氧区混合液的密度，缺氧区内经缺氧处理后的处理液即利用这个位差从可调控制板的下方自流进入好氧区；
(2)在好氧区内投放球型悬浮填料，开启曝气装置，由于曝气所形成的升流，好氧区的处理液会从可调控制板的上方进入缺氧区，缺氧区内的处理液又从可调控制板的下方自流进入好氧区，好氧区和缺氧区中的混合液循环运行；在上述过程中，大部分的污泥会在缺氧区沉淀下来，积累的污泥会通过重力的作用流向好氧区；由于沉淀区的出水堰高度是低于混合液水平面的，反应器连续不断地出水使好氧区和沉淀区之间形成了位差，好氧区的处理液夹带部分污泥即利用这个位差自流进入沉淀区；
(3)在沉淀区，泥水分离，上清液通过排水口排放；缺氧区的底部由于水的流动搅拌形成负压，沉淀区部分污泥利用这个负压自回流进入缺氧区，沉淀区剩余污泥通过沉淀区底部的排泥口周期性地排出；
步骤(2)所述球型悬浮填料的直径为25mm；
步骤(2)所述球型悬浮填料占好氧区容积的30％。
本发明的原理是：改变沉淀区远离缺氧区的传统方法，使沉淀区靠近缺氧区，从而缩短污泥回流的距离，再利用污泥比重与缺氧区中混合液比重差异合理设计沉淀区泥斗以及污泥回流的通道，使污泥向缺氧区自沉，同时改进搅拌器，充分利用曝气过程形成的升流区和降流区，将污泥吸入缺氧区，使其形成很好的轴向混合效果从而有利于实现污泥的无泵自动回流。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明的脱氮过程分为两个部分：一个是硝化作用，主要发生在好氧区；另一个是反硝化作用，主要发生在缺氧区。本发明将脱氮过程中的曝气和液体回流相结合，使曝气不仅为硝化过程(在好氧区进行)提供必要的溶解氧，还为硝化液的回流提供动力。
(2)通过控制板调节环流间隙的大小，从而控制废水在缺氧区的停留时间，保证反硝化率同时减少回流系统。
(3)改进缺氧区设计，使其形成很好的轴向混合效果从而实现污泥的无泵自动回流。
(4)反应器内的悬浮生物填料不结团和堵塞，易于生物膜脱落，其在流化状态时可对气泡进行切割，能有效提高充氧能力和传质效率。除此之外，在生物膜支撑介质上可以栖息世代时间较长的微生物，由于这种悬浮填料的孔隙率往往大于99％，可以提供巨大的比表面积供微生物附着，从而为自养的硝化菌提供良好的生存环境；又因为生物膜上生物相丰富，参与净化的微生物多种多样，大量原生动物和后生动物的存在可以形成较长的食物链，因而剩余污泥量很少。
附图说明
图1是本发明的一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的装置的结构示意图；其中，1-反应器缺氧区；2-反应器好氧区；3-反应器沉淀区；4、5-可调控制板；6-进水泵；7-气泵；8-转子流量计；9-软管曝气装置；10-出水口；11-排泥口；12-搅拌机；13-调压器；14-进水管；15-球型悬浮填料。
图2是本发明一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的方法对氨氮废水的处理效果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的装置，其结构如图1所示，由反应器、进水管14、出水口10和排泥口11组成；反应器内由两块可调控制板4，5隔成缺氧区1、好氧区2和沉淀区3，三个区的底部相通；可调控制板4通过调节环流间隙的大小，以控制废水在缺氧区1的停留时间，在保证反硝化率的同时减少回流；进水管14的入口位于缺氧区1内，进水管14的一端连着进水泵6；缺氧区1的中底部安装搅拌机12，搅拌机12的一端连接调压器13，调压器13的作用是改变搅拌机12的搅拌频率，进而改变混合液的搅拌程度；与缺氧区1相邻的是好氧区2，好氧区2的容积是缺氧区1容积的2倍，好氧区2的中部有聚丙乙烯塑料15，通过添加聚丙乙烯塑料15可以调节处理液的密度；好氧区2的底部安装软管曝气装置9，软管曝气装置9的上游端连接转子流量计8和气泵7；与好氧区2相邻的是沉淀区3，出水口10位于沉淀区3的侧上方，排泥口11位于沉淀区3的底部。
一种利用上述装置处理氨氮废水的方法，包括以下步骤：
(1)氨氮废水通过进水泵6和进水管14送到缺氧区1。开启搅拌，使缺氧区1内的氨氮废水与污泥处于均匀混合状态，此时，缺氧区1和好氧区2混合液的密度不同，好氧区2内的混合液中含有部分气体，使得好氧区2混合液的密度略小于缺氧区混合液的密度。氨氮废水在缺氧区1的停留时间为1.5-2.5h，然后开启可调控制板4让经缺氧处理的处理液利用位差从可调控制板4的下方自流进入好氧区2；
(2)在好氧区2内投放直径为25mm的聚丙乙烯塑料15，聚丙乙烯塑料15占好氧区2容积的30％，开启软管曝气装置9，由于曝气所形成的升流，好氧区2的处理液会从可调控制板4的上方进入缺氧区1，缺氧区1内的处理液又从可调控制板4的下方自流进入好氧区2，好氧区2和缺氧区1中的混合液循环运行，软管曝气装置9开启4.5-8.0h；在上述过程中，大部分的污泥会在缺氧区1沉淀下来，积累的污泥会通过重力的作用流向好氧区2；由于沉淀区3的出水堰高度是低于混合液水平面的，反应器连续不断地出水使好氧区2和沉淀区3之间形成了位差，好氧区2的处理液夹带部分污泥即利用这个位差自流进入沉淀区3；
(3)在沉淀区3，泥水分离，上清液通过排水口10排放；缺氧区1的底部由于水的流动搅拌形成负压，沉淀区3部分污泥利用这个负压自回流进入缺氧区1，沉淀区3剩余污泥通过沉淀区3底部的排泥口11周期性地排出，8-20天排放一次。
本发明反应器内的球型悬浮填料不结团和堵塞，易于生物膜脱落，其在流化状态时可对气泡进行切割，能有效提高充氧能力和传质效率。除此之外，在生物膜支撑介质上可以栖息世代时间较长的微生物，由于这种悬浮填料的孔隙率往往大于99％，可以提供巨大的比表面积供微生物附着，从而为自养的硝化菌提供良好的生存环境；又因为生物膜上生物相丰富，参与净化的微生物多种多样，大量原生动物和后生动物的存在可以形成较长的食物链，因而剩余污泥量很少。
本发明方法对氨氮废水的处理效果如表1和图2所示：
表1进出水氨氮变化表
| 日期 | 进水氨氮(mg/L) | 出水氨氮(mg/L) | 氨氮去除率 |
| 09-6-20 | 397.6 | 3.5 | 99.12％ |
| 09-6-21 | 470.25 | 5.8 | 98.77％ |
| 09-6-22 | 432.1 | 2.1 | 99.51％ |
| 09-6-23 | 399.3 | 10.9 | 97.27％ |
| 09-6-25 | 368.6 | 8.6 | 97.67％ |
| 09-6-26 | 339.3 | 19.8 | 94.16％ |
| 09-6-27 | 420.5 | 15.6 | 96.29％ |
| 09-6-28 | 460.3 | 14.2 | 96.92％ |
| 09-6-29 | 390.1 | 2.4 | 99.38％ |
| 09-6-30 | 497.6 | 2.6 | 99.48％ |
| 09-7-2 | 433.1 | 7.2 | 98.34％ |
| 09-7-4 | 498.7 | 0 | 100.00％ |
| 09-7-6 | 503.7 | 2.7 | 99.46％ |
| 09-7-8 | 393.2 | 4.9 | 98.75％ |
| 09-7-12 | 497.6 | 4.9 | 99.02％ |
| 09-7-14 | 331.7 | 2.3 | 99.31％ |
| 平均值 | 427.1 | 6.72 | 98.34％ |
从表1和图2的NH3-N数据分析来看，进水NH3-N值波动很大，范围在331.7～498.7mg/L，但膜区出水NH3-N值一直很稳定，平均出水NH3-N值为6.72mg/L，最好的状态NH3-N值为0.该系统对氨氮具有很好的去除效果，整体平均去除率为98.34％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种利用双氧生物填料处理氨氮废水的装置，其特征在于：由反应器、进水管、出水口和排泥口组成；反应器内由两块可调控制板隔成缺氧区、好氧区和沉淀区，三个区的底部相通；进水管的入口位于缺氧区内，进水管的一端连着进水泵；缺氧区的中底部安装搅拌机，搅拌机的一端连接调压器；与缺氧区相邻的是好氧区，好氧区的中部有球型悬浮填料；好氧区的底部安装曝气装置，曝气装置的上游端连接转子流量计和气泵；与好氧区相邻的是沉淀区，出水口位于沉淀区的侧上方，排泥口位于沉淀区的底部；
所述好氧区的容积是缺氧区容积的1-3倍；
所述的球型悬浮填料为聚丙乙烯塑料。
2.一种利用权利要求1所述装置处理氨氮废水的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）氨氮废水通过进水泵和进水管送到缺氧区，开启搅拌，使缺氧区内的氨氮废水与污泥处于均匀混合状态，然后缺氧区内经缺氧处理后的处理液从可调控制板的下方自流进入好氧区；
（2）在好氧区内投放球型悬浮填料，开启曝气装置，运行一段时间，好氧区和缺氧区中的混合液循环运行，大部分的污泥会在缺氧区沉淀下来，积累的污泥会通过重力的作用流向好氧区；好氧区的处理液夹带部分污泥自流进入沉淀区；
（3）在沉淀区，泥水分离，上清液通过排水口排放；沉淀区部分污泥自回流进入缺氧区，沉淀区剩余污泥通过沉淀区底部的排泥口周期性地排出。
3、根据权利要求2所述的处理氨氮废水的方法，其特征在于：步骤（2）所述球型悬浮填料的直径为25 mm。
4、根据权利要求2所述的处理氨氮废水的方法，其特征在于：步骤（2）所述球型悬浮填料占好氧区容积的30%。
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