CN107188302B - 生物砂滤池水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种生物砂滤池水处理系统，属于水处理技术领域，该系统将曝气部分与砂床相分离，可在避免级配的同时，避免传统反冲洗的繁杂，具有占地面积小、洗砂效果明显、管道不堵塞等优点。该系统包括污水处理装置和洗砂装置。本发明所提供的生物砂滤池水处理系统能够有效应用于污水深度处理方面。

Description

生物砂滤池水处理系统
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种生物砂滤池水处理系统。
背景技术
随着水污染的日益严重，世界各国在不断提高污水的排放标准，普通的污水处理技术已经远不能满足排放要求，因此需要对污水进行深度处理。生物砂滤池是一种处理效果好、性能优异的污水深度处理技术，然而传统的生物砂滤池中曝气部分与砂床部分相连通，需要级配来完成对上层石英砂填料的承托，因此使得生物砂滤池的反冲洗强度受到限制，而且反冲洗强度过大也容易造成级配与填料的混层，不仅会导致石英砂的清洗不彻底，也容易产生堵塞等问题；同时传统的水洗-气洗-水漂洗的反冲洗方式操作复杂、费时费力。
发明内容
本发明提供了一种生物砂滤池水处理系统，该系统将曝气部分与砂床相分离，可在避免级配的同时，避免传统反冲洗的繁杂，具有占地面积小、洗砂效果明显、管道不堵塞等优点。
为了达到上述目的，本发明提供了一种生物砂滤池水处理系统，包括污水处理装置和洗砂装置，其中，所述污水处理装置包括：
用于提供污水的进水单元；
用于输送气源的供气单元；
曝气单元，所述曝气单元分别与所述进水单元和所述供气单元相连通，用于将所述供气单元输送的气源扩散至所述进水单元提供的污水中，使污水中富含溶解氧；和
砂柱单元，所述砂柱单元包括砂柱和填充在砂柱内的砂床，富含溶解氧的污水经由砂柱底部自下而上进入砂床，经砂床内石英砂层的吸附截留以及石英砂层内微生物的氧化分解后排出水处理系统；
所述洗砂装置包括：
提砂洗砂单元，所述提砂洗砂单元包括一空柱，所述提砂洗砂单元用于将所述曝气柱内的富含溶解氧的污水替换为自来水与所述砂柱底部落下的石英砂进行摩擦混合，并将混合后形成的砂水混合物提至所述空柱内进行砂水分离，达到洗砂目的；和
液位恒定单元，所述液位恒定单元用于维持所述砂柱与所述空柱之间恒定的液位差，达到石英砂进入所述提砂洗砂单元的目的。
作为优选技术方案，所述石英砂层内含有赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillussp.WL15，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO:M 2016516；保藏地址为中国,武汉,武汉大学；保藏日期为2016年9月23日。
作为优选技术方案，所述曝气单元包括曝气柱和曝气头，所述曝气柱与所述进水单元相连通，所述曝气头与所述供气单元相连通。
作为优选技术方案，所述进水单元包括液位控制器、第一蠕动泵和水箱，所述液位控制器用于控制第一蠕动泵将水箱内的污水输送至所述曝气单元。
作为优选技术方案，所述供气单元包括空气泵和空气转子流量计，所述空气泵用于将气源输送至所述曝气单元内，所述空气转子流量计用于控制输送至所述曝气单元内的气源的流量。
作为优选技术方案，所述砂柱单元还包括第二蠕动泵和布水器，所述第二蠕动泵用于将富含溶解氧的污水经布水器均匀布入所述砂柱的底部。
作为优选技术方案，所述提砂洗砂单元包括离心泵、位于所述砂柱底部的三通阀以及设置在所述三通阀内的喉管，自来水经所述离心泵离心后进入所述三通阀的入口，并在通过所述喉管后与所述三通阀的竖直端落下的石英砂摩擦混合形成砂水混合物，所述砂水混合物经由所述三通阀的出口进入所述空柱内进行砂水分离。
作为优选技术方案，所述砂水混合物经所述空柱侧壁上的第一进口进入所述空柱内进行砂水分离，分离后的石英砂落入所述空柱的底部，分离后的水液以及石英砂上的污染物经所述空柱侧壁上的第二溢流口、曝气柱侧壁上的第二进口循环回流到所述曝气柱内，石英砂上的污染物沉降至所述曝气柱的底部，水液再次进行洗砂提砂。
作为优选技术方案，液位恒定单元包括隔膜泵，自来水通过所述隔膜泵进入所述砂柱，在水位到达所述砂柱侧壁上的第一溢流口时，经所述第一溢流口循环回流至所述曝气柱内。
与现有技术相比，本发明所提供的生物砂滤池水处理系统具有如下优势：
1、该系统将曝气单元与砂床相分离，这样在污水处理时可避免利用级配完成对上层石英砂填料的承托，同时，由于石英砂层吸附截留作用较强，且经石英砂层内微生物的氧化分解，可使污水中的CODCr和氨氮得到有效去除；
2、该系统还包括洗砂装置，其可通过利用自来水或者生物砂滤池水处理系统污水处理装置处理后的水对石英砂进行循环洗涤处理，实现对石英砂的有效洗涤净化，避免了传统反冲洗的繁杂以及管道堵塞等问题；
3、该系统占地面积小、可操作性强，具有普遍适用性。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的生物砂滤池水处理系统的污水处理装置的工作示意图；
图2为本发明实施例所提供的生物砂滤池水处理系统的洗砂装置的工作示意图；
在上述附图中，各附图标记代表：1-空气泵；2-液位控制器；3-第一蠕动泵；4-水箱；5-空气转子流量计；6-曝气柱；7-曝气头；8-砂柱；9-砂床；10-布水器；11-第二蠕动泵；12-第一出口；13-离心泵；14-三通阀入口；15-喉管；16-三通阀竖直端；17-第一溢流口；18-第一进口；19-三通阀出口；20-第二进口；21-第二溢流口；22-空柱；23-第三进口；24-第二出口；25-隔膜泵；26-曝气柱底部侧口。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种生物砂滤池水处理系统，如图1和图2所示，包括污水处理装置和洗砂装置，该污水处理装置包括：用于提供污水的进水单元；用于输送气源的供气单元；曝气单元，曝气单元分别与进水单元和供气单元相连通，用于将供气单元输送的气源扩散至进水单元提供的污水中，使污水中富含溶解氧；和砂柱单元，砂柱单元包括砂柱8和填充在砂柱8内的砂床9，富含溶解氧的污水经由砂柱8的底部自下而上进入砂床9，经砂床9内石英砂层的吸附截留以及石英砂层内微生物的氧化分解后经第一出口12排出水处理系统；该洗砂装置包括：提砂洗砂单元，提砂洗砂单元包括一空柱22，提砂洗砂单元用于将曝气柱6内的富含溶解氧的污水替换为自来水与砂柱8底部落下的石英砂进行摩擦混合，并将混合形成的砂水混合物提至空柱22内进行砂水分离，达到洗砂目的；和液位恒定单元，液位恒定单元用于维持砂柱8与空柱22之间恒定的液位差，达到石英砂进入提砂洗砂单元的目的。
在上述实施例所提供的系统中，共包括三根柱，即曝气柱、砂柱和空柱，其中，在污水处理过程中，曝气柱的作用是为进入砂柱的污水提供溶解氧；而在洗砂过程中，曝气柱的作用则是为洗砂工作提供冲洗水和为保持砂柱和空柱之间恒定的液位差补充水液。其中，冲洗水可以为自来水，也可以为利用该生物砂滤池水处理系统的污水处理装置处理后的水，由于仅利用冲洗水即可实现对石英砂的有效洗涤净化，因此可避免传统反冲洗的繁杂以及管道堵塞等问题。另外，由于石英砂的清洗周期较长，根据使用情况大概仅需每半年到一年清洗一次，因此需水量较少，可有效节约水资源。还需说明的是，经由生物砂滤池水处理系统的污水处理装置处理后的水净化程度较高，因此其可作为回用水被进一步使用，从而可加大该部分水资源的可持续利用率。进一步，在上述系统中，由于曝气柱与砂柱为两个单独的柱子，使曝气单元内的曝气操作与砂柱单元内的污水处理操作相分离，可避免现有的利用级配完成对上层石英砂填料的承托，同时，由于石英砂层吸附截留作用较强，且经石英砂层内微生物的氧化分解，可使污水得到有效处理。
在上述装置内，还从石英砂层内筛选、分离、纯化到了多株菌，其中赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus sp.WL15为首次分离得到，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M2016516，其可有效用于污水的降解处理中。具体的，分离鉴定过程包括：从生物砂滤池中砂柱的底部取少量石英砂填料，在无菌条件下转移至装有50ml无菌的0.85％生理盐水的250ml三角瓶中，三角瓶内置30个无菌玻璃小球，将三角瓶剧烈摇荡10min。静置沉淀，取1mL上清液，使用无菌的0.85％生理盐水进行梯度稀释，取200μL涂布于LB平板，置于30℃恒温培养箱培养16h。挑取单菌落接种LB液体培养基，30℃条件150rpm振荡培养24h，进行菌株生理生化鉴定试验和16S rRNA基因序列测定实验，获得赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus sp.WL15,保藏编号为CCTCC NO:M 2016516。该菌株的16S rRNA基因序列已提交到GenBank数据库中，登录号为KX979911(由于该基因序列已提交至GenBank数据库，因此不再提供序列表)。该菌株的生化鉴定结果如下表所示：
Figure GDA0001366899330000051
注：ONPG为邻硝基酚β-D-半乳糖苷，+为阳性，-为阴性。
在上述污水处理装置内，曝气单元包括曝气柱6和曝气头7，曝气柱6与进水单元相连通，曝气头7与供气单元相连通，这样供气单元输送的气源通过曝气头7就可扩散至进水单元提供的污水内，从而使污水中富含溶解氧。需要说明的是，这里的气源可以为空气，也可以为其它富氧气体。
进一步，在上述装置内，为了能够将污水以恒定的速度有效地提供至曝气单元内，该进水单元包括液位控制器2、第一蠕动泵3和水箱4，液位控制器2用于控制第一蠕动泵3将水箱4内的污水输送至曝气单元。此外，为了能够对曝气柱6内的污水进行有效曝气，这就需要合理控制向污水中通入的气源的流量，因此，在上述装置内，供气单元还可包括空气泵1和空气转子流量计5，空气泵1用于将气源输送至曝气单元内，空气转子流量计5用于控制输送至曝气单元内的气源的流量。
为了能够将富含溶解氧的污水以恒定的速度布入到砂柱单元，使其在砂床内得到有效吸附、氧化分解处理等，在上述装置内，砂柱单元还可包括第二蠕动泵11和布水器10，这样富含溶解氧的污水在第二蠕动泵11的作用下可经布水器10均匀地布入砂柱8的底部，从而能够有序地进入砂柱8内，并经由砂床9内的石英砂层进行处理。
为了使处理污水后的石英砂能够被洗涤净化，从而循环利用，在洗砂装置内，提砂洗砂单元可包括离心泵13、位于砂柱8底部的三通阀以及设置在三通阀内的喉管15，曝气柱6内的自来水经离心泵13离心后进入三通阀入口14，并在通过喉管15后与三通阀竖直端16落下的石英砂摩擦混合后形成砂水混合物，砂水混合物经由三通阀出口19进入空柱22内进行砂水分离。进一步，砂水混合物是经空柱22侧壁上的第一进口18进入空柱22内进行砂水分离，分离后的石英砂落入空柱22底部，而分离后的水液以及石英砂上的污染物则经空柱侧壁上的第二溢流口21、曝气柱侧壁上的第二进口20循环回流到曝气柱6内，石英砂上的污染物沉降至曝气柱6的底部，水液通过曝气柱底部侧口26再次进行洗砂提砂。
同时，为了保证砂柱与空柱之间恒定的液位差，以利于石英砂进入提砂洗砂单元，液位恒定单元可包括隔膜泵25，曝气柱6内的自来水通过隔膜泵25进入砂柱8，在水位到达砂柱侧壁上的第一溢流口17时，经其循环回流至曝气柱6内。可以理解的是，曝气柱6内的自来水可通过曝气柱侧壁上的第二出口24进入隔膜泵25，然后经由曝气柱侧壁上的第三进口23返回至曝气柱6内。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的生物砂滤池水处理系统，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
将三根有机玻璃柱分别作为曝气柱、砂柱和空柱，每根有机玻璃柱高1100mm，外径110mm，内径100mm。每根有机玻璃柱底部设置测压管口，每根有机玻璃柱侧面距底部每隔100mm设置取样口，每根有机玻璃柱侧面上部设置溢流口。按照图1和图2搭建本发明的生物砂滤池水处理系统。以50-60目的石英砂为填料装柱至380mm。采用污泥接种挂膜法，投加自配的模拟污水和活性污泥的混合液进行闭路循环。
自配的模拟污水组成为：一水合葡萄糖200mg/L，蛋白胨200mg/L，氯化铵58mg/L，磷酸氢二钠19mg/L，氯化钙4mg/L，硫酸镁2mg/L。闭路循环期间先每4天更换一次新鲜模拟污水，更换2次；然后每3天更换一次新鲜模拟污水，更换3次；然后每2天更换一次新鲜模拟污水，更换1次。然后，小流量进水，分别间隔6天、4天、2天、2天、2天、2天增加泵转速，直至进水流量为3mL/min，曝气量为24L/h。当出水CODCr(化学需氧量)稳定在50mg/L以下，氨氮含量稳定在5mg/L，即生物砂滤池挂膜成功。
实施例2
以自配的模拟污水(模拟污水组成见实施例1)作为进水，该模拟污水CODCr为261mg/L，氨氮含量为21.3mg/L，pH值为7.8。用蠕动泵泵入本发明的生物砂滤池水处理系统。在曝气柱中，水力停留时间为2.0小时，水温28.0℃，砂柱中的水力停留时间为16.6小时。经检测出水CODCr为21mg/L、氨氮含量为1.0mg/L。经过本发明的生物砂滤池处理后，进水的CODCr去除率为92.0％，氨氮去除率为95.3％。
实施例3
以某市政污水处理厂二沉池出水作为进水，其CODCr为11.5mg/L，氨氮含量为0.9mg/L。用蠕动泵泵入本发明的生物砂滤池水处理系统。在曝气柱中，水力停留时间为2.0小时，水温28.0℃，砂柱中的水力停留时间为16.6小时，经检测出水CODCr为8.9mg/L、氨氮含量为0.2mg/L。经过本发明的生物砂滤池处理后，进水的CODCr去除率为22.6％，氨氮去除率为77.8％。
实施例4
以自配的微污染水作为进水，自配的微污染水组成为：葡萄糖5.5mg/L，氯化铵58mg/L，磷酸氢二钠19mg/L，氯化钙4mg/L，硫酸镁2mg/L。进水CODCr为85mg/L、氨氮含量为5.2mg/L。用蠕动泵泵入本发明的生物砂滤池水处理系统。在曝气柱中，水力停留时间为2.0小时，水温28.0℃，砂柱中的水力停留时间为16.6小时，经检测出水CODCr为13mg/L、氨氮含量为3.7mg/L。经过本发明的生物砂滤池处理后，进水的CODCr去除率为84.7％，氨氮去除率为28.8％。

Claims (8)

1.一种生物砂滤池水处理系统，其特征在于，包括污水处理装置和洗砂装置，其中，所述污水处理装置包括：
用于提供污水的进水单元；
用于输送气源的供气单元；
曝气单元，所述曝气单元分别与所述进水单元和所述供气单元相连通，用于将所述供气单元输送的气源扩散至所述进水单元提供的污水中，使污水中富含溶解氧；和
砂柱单元，所述砂柱单元包括砂柱和填充在砂柱内的砂床，富含溶解氧的污水经由砂柱底部自下而上进入砂床，经砂床内石英砂层的吸附截留以及石英砂层内微生物的氧化分解后排出水处理系统，所述石英砂层内含有赖氨酸芽孢杆菌 Lysinibacillus sp. WL15，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为 CCTCC NO：M 2016516；
所述洗砂装置包括：
提砂洗砂单元，所述提砂洗砂单元包括一空柱，所述提砂洗砂单元用于将曝气柱内的富含溶解氧的污水替换为自来水与所述砂柱底部落下的石英砂进行摩擦混合，并将混合后形成的砂水混合物提至所述空柱内进行砂水分离，达到洗砂目的；和
液位恒定单元，所述液位恒定单元用于维持所述砂柱与所述空柱之间恒定的液位差，达到石英砂进入所述提砂洗砂单元的目的。
2.根据权利要求 1 所述的生物砂滤池水处理系统，其特征在于，所述曝气单元包括曝气柱和曝气头，所述曝气柱与所述进水单元相连通，所述曝气头与所述供气单元相连通。
3.根据权利要求 1 所述的生物砂滤池水处理系统，其特征在于，所述进水单元包括液位控制器、第一蠕动泵和水箱，所述液位控制器用于控制第一蠕动泵将水箱内的污水输送至所述曝气单元。
4.根据权利要求 1 所述的生物砂滤池水处理系统，其特征在于，所述供气单元包括空气泵和空气转子流量计，所述空气泵用于将气源输送至所述曝气单元内，所述空气转子流量计用于控制输送至所述曝气单元内的气源的流量。
5.根据权利要求 1 所述的生物砂滤池水处理系统，其特征在于，所述砂柱单元还包括第二蠕动泵和布水器，所述第二蠕动泵用于将富含溶解氧的污水经布水器均匀布入所述砂柱的底部。
6.根据权利要求 1 所述的生物砂滤池水处理系统，其特征在于，所述提砂洗砂单元包括离心泵、位于所述砂柱底部的三通阀以及设置在所述三通阀内的喉管，自来水经所述离心泵离心后进入所述三通阀的入口，并在通过所述喉管后与所述三通阀的竖直端落下的石英砂摩擦混合形成砂水混合物，所述砂水混合物经由所述三通阀的出口进入所述空柱内进行砂水分离。
7.根据权利要求 6 所述的生物砂滤池水处理系统，其特征在于，所述砂水混合物经所述空柱侧壁上的第一进口进入所述空柱内进行砂水分离，分离后的石英砂落入所述空柱的底部，分离后的水液以及石英砂上的污染物经所述空柱侧壁上的第二溢流口、曝气柱侧壁上的第二进口循环回流到所述曝气柱内，石英砂上的污染物沉降至所述曝气柱的底部，水液再次进行洗砂提砂。
8.根据权利要求 1 所述的生物砂滤池水处理系统，其特征在于，液位恒定单元包括隔膜泵，自来水通过所述隔膜泵进入所述砂柱，在水位到达所述砂柱侧壁上的第一溢流口时，经所述第一溢流口循环回流至所述曝气柱内。
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