CN104261554A

CN104261554A - 一种利用建筑再生骨料作为生物膜载体处理污水的方法

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Publication number: CN104261554A
Application number: CN201410488198.2A
Authority: CN
Inventors: 王迎春; 张博鑫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2015-01-07

Abstract

一种利用建筑再生骨料作为生物膜载体处理污水的方法，将建筑再生骨料加工成粒径为＞0～50mm的颗粒，该建筑再生骨料颗粒作为污水处理曝气生物滤池、人工湿地和/或接触氧化池中的填料，通过建筑再生骨料的吸收、吸附及表面生物膜的生化作用净化后，水体中的有机物、氮及其它污染物质被去除。建筑再生骨料作为生物膜载体可完全替代或部分替代现有高分子材料填料和无机填料。该技术可以同时解决建筑废料处置和污水处理两大问题，达到以废治废、变废为宝、降低工程费用的目的。

Description

一种利用建筑再生骨料作为生物膜载体处理污水的方法

技术领域

本发明涉及一种污水净化处理技术，具体涉及由建筑再生骨料作为生物膜载体处理污水的方法。

背景技术

随着城市的飞速发展，污水处理要求越来越高，相应的处理工艺也越来越严格。目前国内普遍采用的污水处理工艺从普通的氧化沟、CASS池、A2O等处理工艺逐步向冲击负荷强，出水水质好的曝气生物滤池、人工湿地、接触氧化等处理工艺转变。新处理工艺系统中均大量使用不同材质的生物载体填料，为微生物的生长提供良好的生存环境。

(一)接触氧化池

生物接触氧化法是从生物膜法派生出来的一种废水生物处理法，即在生物接触氧化池内装填一定数量的填料，利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过生物氧化作用，将废水中的有机物氧化分解，达到净化目的。生物接触氧化法是以附着在载体(俗称填料)上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺。具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。

(二)曝气生物滤池

曝气生物滤池充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其工作原理主要有过滤、吸附和生物代谢。滤池工作时，在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气，污水流经时，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出；此外，填料及附着其上生长的生物膜对溶解性有机物具有一定的吸附作用。

(三)人工湿地

人工湿地系统对污染物的净化去除主要由植物、基质以及微生物等通过物理、化学和生物多种途径共同完成，其中以湿地微生物的去除作用为主。微生物脱氮分两步进行，第一步氨氮氧化成硝态氮，即硝化作用，硝化作用是好氧过程，主要由亚硝化细菌和硝化细菌在好样条件下完成。第二步使硝态氮还原成氮气，即反硝化作用，反硝化过程是由反硝化细菌在缺氧条件下来完成。

目前比较常用的高分子生物载体填料有如下几种：

(1)组合式双环填料

组合填料它是有塑料环为依托，作为骨架，负载着维纶丝，维纶丝紧固在塑料环上，在污料中丝束分布均匀、易生膜、换膜，并对污水浓液的适用性好。

(2)组合式多孔环填料

组合式多孔环填料，塑料环四周均置40个方孔，八束醛化丝均布在四周。每束丝串通4个方型孔。

(3)弹性填料

立体弹性填料选用聚烯烃类和聚酰胺中的几种耐腐、耐温、耐老化的优质品种，混合以亲水、吸附、抗热氧等助剂，采用特殊的拉丝，丝条制毛工艺，将丝条穿插固着在耐腐、高强度的中心绳上，由于选材和工艺配方精良，刚柔适度，使丝条呈立体均匀排列辐射状态，制成了悬挂式立体弹性填料的单体，填料在有效区域内能立体全方位均匀舒展满布，使气、水、生物膜得到充分混渗接触交换，生物膜不仅能均匀地着床在每一根丝条上，保持良好的活性和空隙可变性，而且能在运行过程中获得愈来愈大的比表面积，又能进行良好的新陈代谢。

(4)多孔球型悬浮填料

多孔球型悬浮填料中有聚乙稀或聚丙稀材料注塑而成，分内外双层球体，外部为中空鱼网状球体，内部为转型球体，在使用过程中，微生物易生成、易更换、耐酸碱、抗老化、不受水流影响，使用寿命长，剩余污泥极少，安装方便。

目前常用的无机生物填料主要有以下几种

(1)球形轻质陶粒

球形轻质陶粒多采用粘土为原材料，添加适当的化工原料做膨胀剂，经高温烧制而成。与传统填料相比，球形轻质陶粒的优点有：高强度、大孔隙率、大比表面积、密度适宜、较好的化学稳定性、较强的生物附着性；主要缺点是能耗高、制备成本高。我国到目前为止，球形轻质陶粒曝气生物滤池及其组合工艺已广泛应用于生活污水处理、印染废水处理、啤酒废水处理等生产实践中，并取得了良好的效果。

(2)活性炭

活性炭是由含炭为主的物质作原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，能有效地去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。影响活性炭吸附的因素有：活性炭的特性；被吸附物的特性和浓度；废水的PH值；悬浮固体含量等特性；接触系统及运行方式等。活性炭吸附是城市污水高级处理中最重要最有效的处理技术，得到广泛的应用。

(3)火山岩填料

火山岩生物填料材质为原生态的火山岩，由于其在使用中具有活性炭一样的吸附氨氮与COD等有机物的作用，且很快形成生物膜，是良好的生物载体，因此而得名。应用在各种厌氧与耗氧生物滤池中，处理市政污水，工业废水、生活杂排水、微污染水源等；也可在给水处理中取代活性炭、无烟煤、石英砂、粘土及页岩陶粒等用作过滤介质，同时还可对已经过污水处理厂二级处理工艺后的尾水做深度处理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有高分子生物填料和无机填料价格较高的不足，针对建筑再生骨料机械强度高、孔隙率大、比表面积大、表面粗糙易挂膜的特点，提供一种由建筑再生骨料加工的新型填料作为曝气生物滤池、人工湿地、接触氧化池等污水处理系统的生物载体材料技术，可完全替代或部分替代现有高分子材料填料和无机填料。该技术可以同时解决建筑废料处置和污水处理两大问题，达到以废治废、变废为宝、降低工程费用的目的。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种利用建筑再生骨料作为生物膜载体处理污水的方法，该方法包括：将建筑再生骨料加工成粒径为＞0～50mm的颗粒，该建筑再生骨料颗粒作为污水处理曝气生物滤池、人工湿地和/或接触氧化池中的填料，通过建筑再生骨料的吸收、吸附及表面生物膜的生化作用净化后，水体中的有机物、氮及其它污染物质被去除。

如上所述的方法，优选地，所述建筑再生骨料颗粒为混凝土颗粒、空心砖颗粒、实心砖颗粒、混凝土加气块颗粒中任意一种或几种。

如上所述的方法，优选地，所述建筑再生骨料颗粒分为粒径0～2.5mm，2.5～5mm，5～10mm，10～30mm和30～50mm五种。

如上所述的方法，优选地，所述曝气生物滤池的硝化容积负荷以NH₃-N计为0.2～0.8kg NH₃-N/(m³·d)，反硝化负荷以NO₃-N计为0.5～4kg NO₃-N/(m³·d)。

如上所述的方法，优选地，所述曝气生物滤池中建筑再生骨料颗粒的装填方式为直接投加，其粒径为2.5～5mm。

如上所述的方法，优选地，所述人工湿地的水力负荷为125-1000mm/d，水力停留时间为12-144h，池深为0.8～2.0m。为水平流湿地或垂直流湿地，

如上所述的方法，优选地，所述人工湿地由下层填料层和表层种植层组成；该下层填料层为厚度0.50～2.00m的所述建筑再生骨料颗粒，表层种植层为厚度0.10～0.25m的所述建筑再生骨料颗粒，粒径为0～2.5mm。

如上所述的方法，优选地，所述人工湿地为水平流人工湿地或垂直流人工湿地；该水平流人工湿地的下层填料层延水流方向分段装填，依次为粒径为30～50mm建筑再生骨料段、粒径为5～10mm建筑再生骨料段和粒径为10～30mm再生骨料段；该垂直流人工湿地的下层填料层由上至下分段装填，依次为粒径为5～10mm建筑再生骨料段、粒径为10～30mm建筑再生骨料段和粒径为30～50mm再生骨料段。

如上所述的方法，优选地，所述接触氧化池的五日生化需氧量容积负荷为0.3～3kg BOD₅/(m³·d)，碳氧化/硝化容积负荷为0.1～2kgBOD₅/(m³·d)。

如上所述的方法，优选地，所述接触氧化池填料的装填方式为采用市场购买的悬浮生化球外壳包装后投加；该悬浮生化球外壳包装方法为：将粒径5～10mm、10～30mm两种规格的再生骨料中的一种或两种混合后封装在直径80mm～直径150mm的球形载体壳内。

本发明的有益效果在于以下几个方面：

1、针对建筑再生骨料的成分特点，本发明将建筑再生骨料进行筛选分类加工后用于不同类型的污水处理系统中，实验结果表明，应用本发明的系统和方法净化的污水，其污染物负荷与普通生物填料的污染物负荷去除率基本相当，完全满足污水处理系统的使用要求，工程投资是现有高分子填料和无机填料的20％～50％。

2、利用建筑再生骨料不仅可对污水中的氮、磷等有机污染物进行深度吸收、净化，大量建筑再生骨料的回用可以扩大建筑垃圾的资源化利用，实现循环经济，因而具有较好的经济可行性及广阔的应用前景。尤其是人工湿地中的使用，湿地表面可以种植各种水生植物或经济作物，非常适用于农村地区的污水处理。

3、该方法操作简单，构建和运行管理费用低，效果明显，以废治废的思想不仅不会造成二次污染，还可以消纳大量的固体垃圾。适宜作为新工艺对我国传统污水处理系统旧工艺进行技术改造和农村地区污水处理的推广使用。

附图说明

图1为实施例1曝气生物滤池平面结构示意图。

图2为实施例1曝气生物滤池剖面结构示意图。

图3为实施例2人工湿地系统平面结构示意图。

图4为实施例2人工湿地系统剖面结构示意图。

图5为实施例3接触氧化池系统平面结构示意图。

图6为实施例3接触氧化池系统剖面结构示意图。

图7为本发明用于曝气生物滤池的建筑再生骨料照片(粒径2.5～5mm)。

图8为本发明用于人工湿地系统的建筑再生骨料照片(图8-1为粒径0～2.5mm、图8-2为粒径5～10mm、图8-3为粒径10～30mm、图8-4为粒径30～50mm)。

图9为本发明用于接触氧化池系统的建筑再生骨料照片(粒径10～30mm)。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。

实施例1建筑再生骨料用于曝气生物滤池净化污染湖水

在本发明的一种实施方式中，建筑再生骨料用于曝气生物滤池净化污染湖水。如图1、图2和图7所示，曝气生物滤池为钢筋混凝土结构，规格为4.0m×4.0m×4.2m(长×宽×深)，填料101为建筑再生骨料，粒径为2.5～5mm，装填高度为2.5m。

受污染水源为北京地区某人工湖湖水，原水氨氮浓度为3.6mg/l～4.8mg/l。湖水由提升泵提升送至曝气生物流化池，水量5000m³/d，滤速为3.9m/h，硝化负荷为0.4kg NH₄-N/(m³·d)，空床水利停留时间38.5min，处理后氨氮浓度降低至为1.0mg/l～1.3mg/l，低于地表水IV类水体1.5mg/l的水质标准。

对照实验：采用上述曝气生物流化池，只是滤料采用火山岩滤料，装填高度3m。上述相同的受污染水源，水量10000m³/d，滤速为4.0m/h，空床水利停留时间45min，处理后氨氮浓度降低至为1.86mg/l。

对照实验比采用建筑再生骨料的生物滤池出水氨氮浓度略高，表明在设计条件相当的条件下，采用建筑再生骨料的生物滤池其氨氮出水水质优于火山岩填料。实施例2建筑再生骨料用于潜流人工湿地净化污水处理站二级排放水

在本发明的一种实施方式中，建筑再生骨料用于水平潜流人工湿地净化污水处理站二级排放水。如图3、图4和图8所示，人工湿地边墙为砖混结构，规格为20.0m×20.0m×1.5m(长×宽×深)，由下层填料层201和表层种植层202组成。下层填料层分为三个区域，由进水口204至出水口205依次为I、II、III区，分别装填建筑再生骨料粒径为30～50mm厚度为1000mm长度为5000mm、粒径为5～10mm厚度为1100mm长度为10000mm、粒径为10～30mm厚度为1200mm长度为5000mm；表层种植层202装填粒径为0～2.5mm厚度200mm的建筑再生骨料。表层种植层202上种植植物203。

受污染水源为北京地区某污水处理站二级排放水，水量50m³/d，原水BOD浓度20mg/l，氨氮浓度为8.0mg/l。二级排放水通过重力送至人工湿地，湿地表面水力负荷0.125m³/m².d，介质孔隙率按30％计算，水力停留时间5.28d，处理后BOD浓度为6mg/l，氨氮浓度为1.5mg/l，达到地表水IV类水体的水质标准。

对照实验：采用上述水平潜流人工湿地，只是介质换为火山岩、陶粒和石灰石。处理上述相同的受污染水源，水量500m³/d，湿地表面水力负荷0.2m³/m².d，介质孔隙率按30％计算，水力停留时间5d，处理后BOD浓度为8.0mg/l，氨氮浓度为2.2mg/l。

实验结果说明，采用建筑再生骨料的水平潜流湿地其水质净化效果比采用常规无机填料的水平潜流湿地好，其主要原因是建筑再生骨料的比表面积比常规无机填料(石灰石、陶粒、火山岩等)大、孔隙率高。

实施例3再生骨料用于接触氧化池净化生活污水

在本发明的一种实施方式中，建筑再生骨料用于接触氧化池净化生活污水。如图5、图6和图9所示，接触氧化池为钢筋混凝土混结构，三个接触氧化池串联，单个接触氧化池规格为3.0m×3.0m×4.3m(长×宽×深)，填料为直径120mm的球形载体壳封装粒径为10～30mm的建筑再生骨料，填料装填高度2.5m。箭头为水流方向。

接触氧化池进水为经过预处理的生活污水，水量150m³/d，原水BOD浓度200mg/l，COD浓度400mg/l，氨氮浓度为30mg/l。生活污水通过提升泵送至接触氧化池，BOD负荷为0.33kg BOD₅/(m³·d)，水力停留时间10.8h，处理后BOD浓度为18mg/l，COD浓度为56mg/l，氨氮浓度为2.0mg/l，达到《城镇污水处理厂污染我排放标准》表1中的一级B标准。

对照实验：该装置进水条件和BOD负荷不变，水力停留时间不变的条件下，将建筑再生骨料更换为立体弹性填料，系统稳定运行后出水BOD浓度为16mg/l，COD浓度为52mg/l，氨氮浓度为4.0mg/l，达到《城镇污水处理厂污染我排放标准》表1中的一级B标准。

从水质指标分析，采用建筑再生骨料和立体弹性填料的出水水质均可达到排放要求，立体弹性填料的BOD和COD降解效果优于建筑再生骨料，建筑再生骨料的对氨氮的吸附降解能力较强。

Claims

1.一种利用建筑再生骨料作为生物膜载体处理污水的方法，其特征在于，该方法包括：将建筑再生骨料加工成粒径为＞0～50mm的颗粒，该建筑再生骨料颗粒作为污水处理曝气生物滤池、人工湿地和/或接触氧化池中的填料，通过建筑再生骨料的吸收、吸附及表面生物膜的生化作用净化后，水体中的有机物、氮及其它污染物质被去除。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建筑再生骨料颗粒为混凝土颗粒、空心砖颗粒、实心砖颗粒、混凝土加气块颗粒中任意一种或几种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建筑再生骨料颗粒分为粒径0～2.5mm，2.5～5mm，5～10mm，10～30mm和30～50mm五种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述曝气生物滤池的硝化容积负荷以NH₃-N计为0.2～0.8kg NH₃-N/(m³·d)，反硝化负荷以NO₃-N计为0.5～4kg NO₃-N/(m³·d)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述曝气生物滤池中建筑再生骨料颗粒的装填方式为直接投加，其粒径为2.5～5mm。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述人工湿地的水力负荷为125-1000mm/d，水力停留时间为12-144h，池深为0.8～2.0m。为水平流湿地或垂直流湿地。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述人工湿地由下层填料层和表层种植层组成；该下层填料层为厚度0.50～2.00m的所述建筑再生骨料颗粒，表层种植层为厚度0.10～0.25m的所述建筑再生骨料颗粒，粒径为0～2.5mm。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述人工湿地为水平流人工湿地或垂直流人工湿地；该水平流人工湿地的下层填料层延水流方向分段装填，依次为粒径为30～50mm建筑再生骨料段、粒径为5～10mm建筑再生骨料段和粒径为10～30mm再生骨料段；该垂直流人工湿地的下层填料层由上至下分段装填，依次为粒径为5～10mm建筑再生骨料段、粒径为10～30mm建筑再生骨料段和粒径为30～50mm再生骨料段。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述接触氧化池的五日生化需氧量容积负荷为0.3～3kg BOD₅/(m³·d)，碳氧化/硝化容积负荷为0.1～2kg BOD₅/(m³·d)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接触氧化池填料的装填方式为采用市场购买的悬浮生化球外壳包装后投加；该悬浮生化球外壳包装方法为：将粒径5～10mm、10～30mm两种规格的再生骨料中的一种或两种混合后封装在直径80mm～直径150mm的球形载体壳内。