CN105621606A

CN105621606A - 一种新型轻质滤料反硝化生物滤池

Info

Publication number: CN105621606A
Application number: CN201610117923.4A
Authority: CN
Inventors: 王正; 何圣兵; 费翔; 周伟丽; 黄荣振
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-06-01

Abstract

本发明涉及一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，包括滤池，滤池内填充有轻质滤料，在轻质滤料的下方设置进水管，在轻质滤料的上方设置出水管，所述的轻质滤料采用改性的聚苯乙烯滤料，所述的改性的聚苯乙烯滤料平均粒径为3.4-3.8mm，堆积密度为40-50kg/m³，孔隙率为0.4，比表面积大于1000m²/m³。与现有技术相比，本发明通过采用改性的聚苯乙烯塑料小球作为轻质滤料，使其较现有的聚苯乙烯滤料具有更强的抗冲击性能和耐摩擦力，从而减少了滤池运行过程中的滤料损耗；此外，使反硝化生物滤池反冲洗过程中反冲洗耗水量大大减小，从而增加了滤池的产水率；同时较短的反冲洗时间，减少了反冲洗动力消耗，减少运行成本，具有良好的经济效益。

Description

一种新型轻质滤料反硝化生物滤池

技术领域

本发明涉及一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，属于环境工程污水处理技术领域。

背景技术

目前，水环境污染和水资源短缺已经成为制约我国国民经济进一步可持续发展的主要问题，引起了社会各界的高度关注。生物滤池是一种具有简易、高效和低耗特征的新型污水生物处理技术，是近年来污水生物处理领域的研究热点之一。该技术具有出水水质稳定、处理效率高、处理水量大、占地面积小、设备结构紧凑、操作管理方便、易于实现自动控制、适用范围广等特点。目前已经被广泛地应用于我国的城市污水处理、小区生活污水的处理及回用、工业废水处理以及微污染水地表水的处理，正逐渐成为我国污水生物处理领域一种重要的技术手段之一。

滤料的选择对于生物滤池工艺是十分关键和重要的，不同类型的滤料具有不同的物理特性，例如比表面积，粒径，孔隙率，密度等等。如今大多数研究人员选用石英砂或者黏土烧制成的陶粒作为生物滤池的滤料，这类滤料表面粗糙，具有较大的比表面积，有利于微生物的附着生长，因此污水经处理后可以取得较好的出水水质。但是，石英砂滤料由于滤料间空隙较小，容易造成堵塞问题，滤池在运行过程中，水头损失增加较迅速，反冲洗较频繁，运行周期相应地缩短。而陶粒滤料在滤池工作时间较长后容易出现板结现象，从而导致反冲洗时较难冲洗并且不利于滤池的管理与维护。无论是石英砂还是陶粒滤料，它们的比重均大于水，那么在滤池反冲洗过程中，消耗的动力和水量必然会大大增加。近些年，一些研究人员采用一种利用聚苯乙烯高分子材料生产出的轻质塑料小球作为生物滤池的滤料，一定程度上解决了传统陶粒等重质滤料使用过程中所带来的问题。但是，现有的聚苯乙烯轻质滤料存在物理性能脆、冲击强度低、易出现应力开裂等问题，从而在滤池运行过程中容易破碎而随出水流失造成滤料损耗。

发明内容

本发明的目的在于针对现有生物滤池滤料运行过程中的不足，提供一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，增强滤料的抗冲击性，同时高效地脱氮、减少反冲洗动力和水量消耗、提高产水率，降低系统运行能耗和成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，包括滤池，滤池内填充有轻质滤料，在轻质滤料的下方设置进水管，在轻质滤料的上方设置出水管，所述的轻质滤料采用改性的聚苯乙烯滤料，所述的改性的聚苯乙烯滤料平均粒径为3.4-3.8mm，堆积密度为40-50kg/m³，孔隙率为0.4，比表面积大于1000m²/m³。

改性的聚苯乙烯滤料按重量百分比包括以下组分：聚苯乙烯74％、聚碳酸酯9％、无机纳米粒子11％、偶联剂1.5％、抗氧剂1.5％、填充剂1.5％、润滑剂1.2％和色母0.3％，各组分所取数量之和等于100％。

所述的无机纳米粒子为纳米二氧化硅。

所述的抗氧剂为二丁基羟基甲苯。

所述的润滑剂为由硬脂酸钙、氧化聚乙烯蜡和聚四氟乙烯超微粉按照重量比1:2:1复配而成的混合物。

改性的聚苯乙烯滤料采用以下步骤制备而成：

步骤一：按组分配方取聚苯乙烯和聚碳酸酯加入至双螺旋挤出机熔融共混，加热温度为240-280℃，得到熔融状态的共混物；

步骤二：将无机纳米粒子、偶联剂、抗氧剂、填充剂、润滑剂和色母加入至上述熔融状态的共混物中，并充分搅拌30-120min；

步骤三：将步骤二的共混物通过双螺旋挤出机挤出、水冷、切粒、干燥即得改性的聚苯乙烯滤料。

所述的滤池还包括设置在轻质滤料上方的反冲洗进水管道，设置在轻质滤料下方的反冲洗排泥管与反冲洗进气管。

所述的轻质滤料上部设置有轻质滤料挡板，所述的轻质滤料挡板上开设有格栅。

所述的轻质滤料与滤池底部之间的空间为缓冲配水区。

所述的轻质滤料使用时，采用人工强化挂膜的方式在轻质滤料表面挂膜，即反硝化生物滤池接种种泥后，对其进行驯化与培养，使反硝化细菌大量富集生长在滤料表面。当反硝化生物滤池成功地完成启动，滤料层内生物量达到成熟阶段后，由于水头损失大幅度地增加以及衰老生物膜的脱落，此时需对反硝化生物滤池进行反冲洗。反冲洗采用气水联合冲洗方式，气冲时气体流速为14L/min，水冲时水流速度为50L/min，气冲时间和水冲时间均为30s，气冲和水冲交替进行3次。

聚苯乙烯轻质滤料经较小强度的气流和水流冲洗，就能产生较大的扰动，从而将衰老脱落的生物膜冲刷分离出滤料层进而带出生物滤池，这种轻质滤料反硝化生物滤池与传统的生物陶粒滤料滤池相比，反冲洗强度较小，且反冲洗中气冲和水冲时间也短很多，从而使反冲洗动力和水量消耗大大降低，滤池产水率大大提高，系统运行成本大大减少。

与现有技术相比，本发明通过采用一种材质为改性的聚苯乙烯的新型轻质滤料，这种改性的滤料相较于普通的聚苯乙烯滤料，改进了滤料的材料特性，提高了滤料的抗冲击性能，从而减少了滤池运行过程中的滤料损耗。使用本发明的改性聚苯乙烯滤料后，在生物滤池接种种泥和驯化培养后，反硝化细菌能够成功地附着生长在轻质滤料上，并且可以取得良好的脱氮效果。此外，轻质滤料反硝化生物滤池在反冲洗过程中，反冲洗时间和水量大幅度地降低，这有利于降低反冲洗的能耗和提高反硝化生物滤池的产水率，从而降低了运行成本。

附图说明

图1为本发明新型轻质滤料反硝化生物滤池结构示意图；

图2为轻质滤料挡板的结构示意图。

图中：1为生物滤池，2为反冲洗进水管道，3为轻质滤料，4为缓冲配水区，5为轻质滤料挡板，6为出水管，7为反冲洗排泥管，8为反冲洗进气管，9为进水管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

首先，进行改性的聚苯乙烯滤料的制备。

改性的聚苯乙烯滤料按重量百分比包括以下组分：聚苯乙烯74％、聚碳酸酯9％、无机纳米粒子(纳米二氧化硅)11％、偶联剂1.5％、抗氧剂(二丁基羟基甲苯)1.5％、填充剂1.5％、润滑剂1.2％和色母0.3％。制备步骤为：

一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，如图1所示，包括滤池1，滤池1内填充有轻质滤料3，在轻质滤料3的下方设置进水管9，在轻质滤料3的上方设置出水管6，轻质滤料3采用改性的聚苯乙烯滤料，改性的聚苯乙烯滤料平均粒径为3.4-3.8mm，堆积密度为40-50kg/m³，孔隙率为0.4，比表面积大于1000m²/m³。滤池1还包括设置在轻质滤料3上方的反冲洗进水管道2，设置在轻质滤料3下方的反冲洗排泥管7与反冲洗进气管8。轻质滤料3上部设置有轻质滤料挡板5。轻质滤料3与滤池1底部之间的空间为缓冲配水区4。

如图2所示，轻质滤料挡板5上开设有格栅。

运行过程中，进水管道9将原水输送进入反硝化生物滤池1，原水自下而上流经缓冲配水区4，到达聚苯乙烯轻质滤料层，经过微生物的生化反应后，原水中的硝酸盐氮被转化为氮气，处理后的水经出水管6排出。当反硝化生物滤池运行一段时间后，滤料层内的过滤水头随着微生物量的增加而增加，当过滤水压超过一定值时，此时，一个过滤周期结束，需要对反硝化生物滤池进行反冲洗。

反冲洗过程中，采用气水联合反冲洗方式，关闭出水管6和进水管9的阀门，打开反冲洗进水管2和反冲洗进气管8的阀门，进行反冲洗，反冲洗水通过反冲洗排泥管7排出系统。

实施例2

本实施例中所用的新型轻质滤料反硝化生物滤池结构如图1所示，其中生物滤池1采用PVC塑料制作。生物滤池1的直径300mm，高度5.20m；轻质滤料3采用改性的聚苯乙烯轻质滤料，粒径为3.4～3.8mm，轻质滤料的滤层厚度为3m；底部缓冲配水区4高度为0.30m；反冲洗进水管道2、出水管6、反冲洗排泥管7、反冲洗进气管8、进水管9均为PVC塑料管，进水管9尺寸为DN25mm，反冲洗进水管DN32mm，反冲洗进气管DN20mm，出水管DN32mm，反冲洗排泥管DN50mm；参考图2，轻质滤料挡板5直径为300mm，其栅条间隔为3mm。

本实施例的新型轻质滤料反硝化生物滤池装置在杭州玉皇山预处理厂中运行一年，对TN和NO₃ ^--N的平均去除率分别为81.4％和83.1％；反冲洗周期为3天，反冲洗耗水量为处理水量的0.2～0.3％。可以看出，新型轻质滤料反硝化生物滤池对TN和NO₃ ^--N的去除率较高，其反冲洗耗水量比传统生物陶粒生物滤池的小了一个量级，增加了滤池的产水率；同时气冲和水冲反冲洗时间均为1.5min，反冲洗时间很短，减少了反冲洗动力消耗，减少运行成本，具有良好的环境和经济效益。此外，采用经改性的聚苯乙烯轻质滤料，滤池的滤料运行一年损耗在2％左右，与未改性的聚苯乙烯轻质滤料滤池的年均滤料损耗(10％左右)相比降低了很多，有效地节省了滤池滤料的使用量。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，包括滤池(1)，滤池(1)内填充有轻质滤料(3)，在轻质滤料(3)的下方设置进水管(9)，在轻质滤料(3)的上方设置出水管(6)，所述的轻质滤料(3)采用改性的聚苯乙烯滤料，所述的改性的聚苯乙烯滤料平均粒径为3.4-3.8mm，堆积密度为40-50kg/m³，孔隙率为0.4，比表面积大于1000m²/m³。

2.根据权利要求1所述的一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，所述的改性的聚苯乙烯滤料按重量百分比包括以下组分：聚苯乙烯74％、聚碳酸酯9％、无机纳米粒子11％、偶联剂1.5％、抗氧剂1.5％、填充剂1.5％、润滑剂1.2％和色母0.3％，各组分所取数量之和等于100％。

3.根据权利要求2所述的一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，所述的无机纳米粒子为纳米二氧化硅。

4.根据权利要求2所述的一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，所述的抗氧剂为二丁基羟基甲苯。

5.根据权利要求2所述的一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，所述的润滑剂为由硬脂酸钙、氧化聚乙烯蜡和聚四氟乙烯超微粉按照重量比1:2:1复配而成的混合物。

6.根据权利要求2所述的一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，改性的聚苯乙烯滤料采用以下步骤制备而成：

7.根据权利要求1所述的一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，所述的滤池(1)还包括设置在轻质滤料(3)上方的反冲洗进水管道(2)，设置在轻质滤料(3)下方的反冲洗排泥管(7)与反冲洗进气管(8)。

8.根据权利要求1所述的一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，所述的轻质滤料(3)上部设置有轻质滤料挡板(5)，所述的轻质滤料挡板(5)上开设有格栅。

9.根据权利要求1所述的一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，所述的轻质滤料(3)与滤池(1)底部之间的空间为缓冲配水区(4)。

10.根据权利要求1所述的一种新型轻质滤料反硝化生物滤池，其特征在于，所述的轻质滤料(3)使用时，采用人工强化挂膜的方式在轻质滤料(3)表面挂膜。