CN103991961A - 基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法及装置，将受污染的中水景观池的污水由进水泵打入进水储水箱，经计量泵及其进水管吸入水量调节池后，从底部穿孔板流入改性沸石填料区，并与改性沸石及其附着的生物膜进行充分的接触，去除污染物，然后经溢流沉淀池流入出水池后，经出水管重新排入中水景观水池。改性沸石填料区为兼氧环境，其溶解氧（DO）保持在1mg/L，水力停留时间为1h；并由曝气机及其曝气管提供氧气，放空时采用放空管放空。采用本发明处理后，水质达标效果显著，成本低且避免了二次污染。

Description

基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于小区中水景观污染水体的改性沸石生物滤池处理方法及其装置。

背景技术

随着人们生活水平和人居环境质量的提高，人们对整个居住小区的外部人文景观、绿化和自然环境的要求也越来越高。在城市绿地、公园建设和大型标志性建筑区中，人工湖泊、人工河道及景观水池不断涌现。从人居的角度看“水景”有许多的优点，但随着城市化水平和工业化程度的提高，水资源短缺和水污染加剧已日益严重，目前污水回用已经成为解决城市缺水、提高水资源有效利用率、有效控制水体污染的一条重要途径。

由于中水是来自经过一定处理的生活污水或不包含重污染工业废水在内的城市污水，因此中水虽然无毒无害，但其污染物本底值相对天然河道（湖泊）水较高，而且其自净稀释能力较天然河道（湖泊）水体差。另外，人工景观水体属于浅水水体，水深一般不超过2米，且水流缓慢。为此，采用中水作为原水和补充水的中水景观水体比天然河道（湖泊）更易发生富营养化问题。

《城市污水再生利用景观环境用水水质（GB/T18921—2002）》中氮、磷指标要求高于天然水体富营养化水平的临界指标，因此，富营养化问题是中水回用于景观水体首先要考虑的主要问题，必须采取措施预防和控制景观水体富营养化的发生。含氮污染物是引起水体富营养化的主要因素之一。氨氮是目前污水中最普遍也是影响较大的氮类污染物。目前污水厂二级出水往往氨氮、总氮等指标达不到水质排放标准。现有常规工艺无法保证水质。随着人们防止水体富营养化方面认识的提高，各种脱氮方法相继出现。目前，国内外常用的脱氮的方法是膜过滤法、生物法和吸附法。

膜过滤法可以使出水水质得到很好的改善，但是膜的成本较高，一般仅限于对水质要求较高，处理水量较小的场合使用，如小型的深度水处理等；而景观水的处理水量都很大，显然利用膜过滤的方法来处理景观水是不现实的。

传统的生物法是采用活性污泥法，即采取缺氧—好氧两级工艺，利用微生物的硝化反应和反硝化反应，将污水中的氮去除。该方法对于污染较为严重的水体，去除水中的有机物，色度、浊度等常规指标有着良好的去除效果，且成本较低。然而占地面积较大，工艺较为复杂。但是，该方法用于微污染的水体处理，成本较高。

利用天然非金属矿物处理废水的研究是当前研究的热点之一。其中，沸石的“微孔分子筛”结构不仅决定了其良好的吸附性和离子交换性，而且非常适合微生物生长繁殖，从而引起水处理方面的广泛关注。把沸石应用到水处理中，在使用和处理过程中不会对环境造成二次污染，是一种环境友好材料。利用沸石的吸附与离子交换性质去除污染物，具有占地面积小、工艺简单、操作方便、高效快速以及无二次污染等优点。

然而，天然沸石虽然具有良好的吸附性能，但因孔道往往被杂质阻塞及排列不够均匀等缺点，其吸附作用未能充分发挥。同时，沸石通过吸附和离子交换作用是将水相中氨氮浓缩和转移到沸石固相中，但不会从根本上去除氨氮；沸石达到饱和以后，化学再生成本很高；沸石对除氨氮之外的其它形态氮（如亚硝氮、硝氮、有机氮）基本没有去除作用，这限制了它在水处理领域的应用。

综上所述，纵观各种景观水处理技术和现今的脱氮技术，无论采用何种单一的景观处理技术，均分别在经济、能耗、时效或二次污染控制等方面存在或多或少的问题，至今没有一套经济、可靠的实用方法或系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中采用膜过滤法，由于膜的成本较高，仅限于处理水量较小的场合使用；采用传统的生物法占地面积较大，工艺较为复杂，用于微污染的水体处理，成本较高；利用天然非金属矿物处理废水，不会从根本上去除氨氮，沸石达到饱和以后，化学再生成本很高，同时对除氨氮之外的其它形态氮基本没有去除作用等弊端，无论采用何种单一的景观处理技术，均不能达到满意效果。

为克服上述缺点，本发明提出了一种基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法及装置，目的在于为中水景观水体的水质净化提供一种经济高效无污染的新技术，通过构建改性沸石生物滤池这样一种结合了生物与改性沸石优点的处理方法及其系统装置，实现小区中水景观水体的水质净化，解决当前景观污染水体处理方法所无法根治的氮和溶解性污染物的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法，将受污染的中水景观池的污水由进水泵打入进水储水箱，经计量泵及其进水管吸入水量调节池后，从底部穿孔板流入改性沸石填料区，并与改性沸石及其附着的生物膜进行充分的接触，去除污染物，然后经溢流沉淀池流入出水池后，经出水管重新排入中水景观水池。

改性沸石填料区为兼氧环境，其溶解氧（DO）保持在1mg/L，水力停留时间为1h；并由曝气机及其曝气管提供氧气，放空时采用放空管放空。

改性沸石通过高温焙烧进行改性，增大改性沸石孔穴，增加比表面积，重整晶形，提高对氨氮的吸附和离子交换性能以及生物附着在其表面。

改性沸石填料区是将改性沸石投放到生物滤池中，生物滤池液面保持与改性沸石面相平。

生物膜是将活性污泥均匀投加到改性沸石生物滤池中，每天曝气4个小时，停4小时，如此循环，并加入葡萄糖和碳酸铵营养物质，加速生物膜在沸石表面生长。

当大量褐色絮状物生长于改性沸石表面，沸石表层部分出现绿色藻类，并有大量浮游动物时，逐渐减少曝气的时间，直到每天曝气1个小时。

一种基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理装置，包括中水景观池、进水储水箱、计量泵、水量调节池、改性沸石填料区、沉淀池、出水池、出水管、曝气机，中水景观池通过进水泵与进水储水箱连接，进水储水箱通过计量泵、进水管与水量调节池连接，其特点是：改性沸石填料区与水量调节池之间的壁板底部连接穿孔板；改性沸石填料区依次连接沉淀池、出水池，沉淀池低于改性沸石填料区，出水池低于沉淀池；水量调节池、改性沸石填料区、沉淀池、出水池底部的出口分别与放空管连接。 

进水管连接在水量调节池侧壁，出水管连接在出水池的侧壁。改性沸石填料区其侧壁上均匀间隔连接有至少三个曝气支管，三个曝气支管并联在一个曝气管上，曝气管与曝气机连接。

本发明的有益效果是： 

本发明由于生物膜内部从靠近水体一侧到靠近改性沸石表面一侧的溶解氧浓度逐渐降低，因此可实现同步硝化反硝化作用（SND），使得在较短的时间和较低的曝气量条件下，实现对氨氮和总氮良好的去除效果。另外，微生物还可以吸收利用改性沸石所吸附的氨氮进行硝化反应，进而进行反硝化反应，使原本吸附到改性沸石孔穴内的污染物得以去除，孔穴获得疏通，从而改性沸石得到再生。

本发明用于小区中水景观污染水体的改性沸石生物滤池处理方法及其装置，同时基于吸附原理和生物反应原理，无需另外投加混凝剂，运行过程中动态进水、动态出水，由于改性沸石良好的脱氮性能，大大缩短了装置的水力停留时间，曝气量也大大减少，每天曝气1h即可。天然沸石来源广泛，廉价易得；改性方法工艺简单，其饱和后通过生物作用再生，成本低且避免了二次污染；从投入到运行能耗低，成本低，且操作维护方便。

本发明还具有以下特点和积极效果：

(1) 小区中水景观水体的原水及补充水源，采用小区生活污水经处理后达到景观环境用水水质标准（GB/T 18921-2002）的中水，最大限度地减少水污染、节约水资源。

(2) 改性沸石生物滤池处理装置的填料区采用对氨氮有很高吸附效果的改性沸石填入。并在改性沸石上进行挂膜，利用改性沸石和生物膜的联合作用在低溶解氧，较短的水力停留时间内达到良好的脱氮效果，并且对COD等污染物也有良好的去除效果。出水水质达到景观环境用水水质标准（GB/T 18921-2002）。

(3) 改性沸石生物滤池中，改性沸石吸附氨氮饱和以后，不需要将装置停止，可以通过生物作用促使其重新恢复吸附氨氮的能力，即改性沸石获得再生，其再生成本低且不会产生二次污染问题。

(4) 改性沸石生物滤池处理装置，在连续运行过程中，侧向进水，侧向出水，方式灵活，使得该装置在水处理的布置上更加灵活。 

(5) 用于小区中水景观污染水体的改性沸石生物滤池处理方法及其装置，结合了改性沸石的吸附、离子交换与生物处理技术优点，如表1所示，并通过计量泵、电磁阀、控制器等与计算机联接，依据水质监测仪获得的水质指标值，实现高层次装置运行与水质监测的自动化。

表1  改性沸石生物滤池处理方法与传统景观水处理法比较

附图说明

图1是小区中水景观水改性沸石生物滤池处理装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明的技术方案是一种结合了改性沸石吸附与生物作用优点的用于小区中水景观污染水体的改性沸石生物滤池处理方法及其装置。如图1所示：受污染的中水景观池1污水由进水泵2打入进水储水箱3，经计量泵4及其进水管5吸入水量调节池6后，从底部穿孔板7流入改性沸石填料区8，并与改性沸石及其附着的生物膜进行充分的接触，使污染物得以去除，然后经溢流沉淀池9流入出水池10后，经出水管13重新排入中水景观水池1。改性沸石填料区为兼氧环境，其溶解氧（DO）保持在1mg/L左右，水力停留时间为1h左右。所需氧气由曝气机12及其曝气管11提供，需要放空时可采用放空管14。该装置中，改性沸石填料区液面保持与改性沸石面相平，污水通过改性沸石良好吸附作用、离子交换性作用和生物膜生物作用联合去除中水景观水体中的污染物。

基于天然沸石本身对氨氮的吸附性能，通过高温焙烧方法对天然沸石进行改性研制，使得到的改性沸石孔穴增大，比表面积增加，晶形得到重整，对氨氮的吸附和离子交换性能大大提高，并且更有利于生物附着在其表面，从而增加了生物量。由于改性沸石良好的去除氨氮效果，在装置中可以很好的削弱进水氨氮的峰值，同时为微生物创造一个良好的生活环境，有利于污染物高效稳定的去除。

生物膜所用活性污泥取自污水处理厂的二沉池回流污泥，将活性污泥均匀投加到改性沸石生物滤池中，每天曝气4个小时，停4小时，如此循环，使活性污泥均匀分布于改性沸石表面，并定期加入葡萄糖和碳酸铵等营养物质，加速生物膜在沸石表面生长。一段时间后，发现有大量褐色絮状物生长于改性沸石表面，沸石表层部分出现绿色藻类，并有出现大量浮游动物，这表示已经形成成熟的生物膜。此后逐渐减少曝气的时间，直到每天曝气1个小时。

生物膜形成并成熟后，中水景观污染水在连续流过改性沸石生物滤池过程中，得到净化处理，其中改性沸石生物滤池保持液面与改性沸石面相平。该装置可以在短时间很好的去除污水中的污染物。同时，由于生物膜之间溶解氧浓度不同，可实现同步硝化反硝化作用（SND），使得在较短的时间和较低的曝气量条件下，实现对氨氮和总氮良好的去除效果。另外，微生物还可以吸收利用改性沸石所吸附的氨氮进行硝化反应，进而进行反硝化反应，使原本吸附到改性沸石孔穴内的污染物得以去除，孔穴获得疏通，从而改性沸石得到再生。

如图1所示，小区中水景观水改性沸石生物滤池处理装置，包括中水景观池1、进水泵2、进水储水箱3、计量泵4、进水管5、水量调节池6、穿孔板7、改性沸石填料区8、沉淀池9、出水池10、曝气管11、曝气机12、出水管13、放空管14。

中水景观池1由进水泵2经进水管5与进水储水箱3连接，计量泵4经进水管5与进水储水箱3和水量调节池6连接，其特点是：改性沸石填料区8与水量调节池6之间的壁板底部连接穿孔板7；改性沸石填料区8与沉淀池9、出水池10依次连接，沉淀池9低于改性沸石填料区8，出水池10低于沉淀池9；水量调节池6、改性沸石填料区8、沉淀池9、出水池10底部的出口与放空管14连接；水量调节池6的进水管5连接在池的侧壁，出水池10的出水管13连接在出水池的侧壁。改性沸石填料区8其侧壁上均匀间隔连接有至少3个曝气支管，3个曝气支管并联在一个曝气管11上，曝气管11与曝气机12连接。

本发明用于小区中水景观污染水体的改性沸石生物滤池处理方法及其装置，同时基于吸附原理和生物反应原理，无需另外投加混凝剂，由于改性沸石良好的脱氮性能，大大缩短了装置的水力停留时间，曝气量也大大减少，每天曝气1h即可。天然沸石来源广泛，廉价易得；而改性方法工艺简单，而饱和后通过生物作用再生，成本低且避免了二次污染；从投入到运行能耗低，成本低，且操作维护方便。

用于小区中水景观污染水体的改性沸石生物滤池装置，可通过计量泵、电磁阀、控制器等与计算机联接，依据水质监测仪获得的水质指标值，实现高层次装置运行与水质监测的自动化。

采用本发明的方法及其装置经处理后的出水水质可达到景观水水质标准（GB/T 18921-2002）。本发明可广泛用于各类景观水系的水处理及循环利用。

Claims (9)

1.一种基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法，其特征在于：将受污染的中水景观池的污水由进水泵打入进水储水箱，经计量泵及其进水管吸入水量调节池后，从底部穿孔板流入改性沸石填料区，并与改性沸石及其附着的生物膜进行充分的接触，去除污染物，然后经溢流沉淀池流入出水池后，经出水管重新排入中水景观水池。

2.根据权利要求1所述的基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法，其特征在于：所述的改性沸石填料区为兼氧环境，其溶解氧（DO）保持在1mg/L，水力停留时间为1h；并由曝气机及其曝气管提供氧气，放空时采用放空管放空。

3.根据权利要求1所述的基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法，其特征在于：所述的改性沸石通过高温焙烧进行改性，增大改性沸石孔穴，增加比表面积，重整晶形，提高对氨氮的吸附和离子交换性能以及生物附着在其表面。

4.根据权利要求1所述的基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法，其特征在于：所述的改性沸石填料区是将改性沸石投放到生物滤池中，生物滤池液面保持与改性沸石面相平。

5.根据权利要求1所述的基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法，其特征在于：所述的生物膜是将活性污泥均匀投加到改性沸石生物滤池中，每天曝气4个小时，停4小时，如此循环，并加入葡萄糖和碳酸铵营养物质，加速生物膜在沸石表面生长。

6.根据权利要求1所述的基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法，其特征在于：当大量褐色絮状物生长于改性沸石表面，沸石表层部分出现绿色藻类，并有大量浮游动物时，逐渐减少曝气的时间，直到每天曝气1个小时。

7.一种用于权利要1所述的基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理方法的处理装置，包括中水景观池(1)、进水储水箱(3)、计量泵(4)、水量调节池(6)、改性沸石填料区(8)、沉淀池(9)、出水池(10)、出水管(13)、曝气机(12)，所述中水景观池(1)通过进水泵(2)与进水储水箱(3)连接，进水储水箱(3)通过计量泵(4)、进水管(5)与水量调节池(6)连接，其特征在于：所述改性沸石填料区(8)与水量调节池(6)之间的壁板底部连接穿孔板(7)；改性沸石填料区(8)依次连接沉淀池(9)、出水池(10)，沉淀池(9)低于改性沸石填料区(8)，出水池(10)低于沉淀池(9)；水量调节池(6)、改性沸石填料区(8)、沉淀池(9)、出水池(10)底部的出口分别与放空管(14)连接。

8.根据权利要求7所述的基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理装置，其特征在于：所述进水管(5)连接在水量调节池(6)侧壁，出水管(13)连接在出水池(10)的侧壁。

9.根据权利要求7所述的基于中水的景观水改性沸石生物滤池处理装置，其特征在于：所述改性沸石填料区(8)其侧壁上均匀间隔连接有至少三个曝气支管，三个曝气支管并联在一个曝气管(11)上，曝气管(11)与曝气机(12)连接。