CN108314191A - 一种用于村镇污水氮磷资源化处理的方法及其装置 - Google Patents

一种用于村镇污水氮磷资源化处理的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于村镇污水氮磷资源化处理的方法及其装置，具体地说是在潜流人工湿地中设置活动填料区和固定填料区，分别填加大孔氮磷固定功能填料A和人工湿地填料B，填料A在使用中可缓释Mg2+和OH‑离子，与污水中的氮磷生成鸟粪石，从而实现对进水中氮磷的同步高效固定，其在氮磷固定饱和后，可取出作为性能良好的缓释肥进行农田回用，污水再经固定填料B处理单元处理后达标排放。本发明技术实现了对村镇生活污水中宝贵氮磷资源的回收利用，具有技术简单，工艺运行稳定，不堵塞，处理出水水质好等特点。

Description

一种用于村镇污水氮磷资源化处理的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种用于村镇污水氮磷资源化处理的方法及其装置，属于污水处理技术领域。
背景技术
村镇生活污水是面源污染的重要组成部分，全国50%的非点源污染来自小型村镇废水的排放，直接威胁着人们的生活环境和饮水安全。对于村镇地区污水，集中污水处理的建设和运行维护费用高，难以推广，传统的分散式污水处理有人工湿地、氧化塘、土地渗滤系统等，这些技术由于其低廉的成本已成为现在村镇处理污水的关注点。而人工湿地投资低、能耗小、处理成本低、具有较好的氮磷去除效果，对于处理分散的村镇污水非常适用。
人工湿地是一个综合的生态系统，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。但在人工湿地的实际应用中，目前仍普遍存在对污水中氮磷去除容量不高的问题，为此，为强化其对氮磷的去除能力，人们对人工湿地常用的基质填料如砾石、沸石、钢渣、石灰石、矿渣等进行了大量的改性研究。如发明专利201210198180.X公开了一种由改性粉煤灰、粉煤灰、水泥和水组成的人工湿地填料，实现对污水中氮磷的同步去除。专利201310681065.2公开了一种固化有载锆沸石的人工湿地填料，有效提高人工湿地填料对水中磷去除效果。专利201210100733.3公开了一种利用钢渣、无烟煤、沸石和粘合剂制备的复合填料，对污水中氮磷去除效果良好。而在诸如上述的填料中，都是通过强化材料表面对氮磷的吸附功能，实现其对污水中氮磷去除能力提升的，在该类填料的实际应用中，由于填料自身孔径普遍较小，随着填料表面微生物的生长，导致材料对污水中氮磷的吸附去除能力快速丧失，所以使得人工湿地对污水氮磷的去除能力未有明显的提升。
另一方面，由于村镇生活污水性质比较稳定，基本不含重金属和有毒物质，具有良好的资源化应用价值。如污水中的氮磷等物质对水环境是一种污染物，而对于农业生产是必须的营养物质，是一种宝贵的资源。因此，由现有的“氮磷去除”为目的向“氮磷资源化利用”为目的的治理模式转变，将成为我国村镇生活污水治理新的发展方向。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明旨在提供一种用于村镇污水氮磷资源化处理的方法及其装置，为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种用于村镇污水氮磷资源化处理的方法，具体步骤如下：
（1）原料准备：将镁质粘土、粘土和沸石材料分别干燥、研磨和过筛，保留粒径不小于100目；将作物秸秆干燥、破碎，保留其长度为10~50mm；将城市污水厂产生的含水率为80%的污泥进行脱水、干燥，备用；
（2）大孔氮磷固定功能填料制备：将步骤（１）得到的镁质粘土、沸石材料、作物秸秆与市售碱性水泥按照（20~50）:（10~30）:（5~15）:（20~60）的重量比混合，加水搅拌成团，得到浆料Ａ；将搅拌好的浆料Ａ制成直径10~25mm，长度20~25mm的柱状结构，成型后自然风干，得到填料；将自然风干后的填料在空气中100~300℃条件下煅烧10~30min，即可得大孔氮磷固定功能填料A；
（3）大孔人工湿地填料制备：将步骤（１）得到的干燥的污泥、粘土与作物秸秆按照（30~50）:（20~60）:（5~15）的重量比均匀混合，得到浆料Ｂ；将搅拌好的浆料Ｂ制成直径10~25mm，长度10~ 30mm的柱状，，得到填料Ｂ；成型后自然风干，将自然风干后的填料Ｂ送入旋转窑中，预热温度300~500 ℃，预热时间10~30 min，焙烧温度800~1200℃，焙烧时间30min，即可得大孔人工湿地填料B；
（4）在潜流人工湿地中，分别将填料A和填料B按照粒径分布填布在活动填料区和固定填料区，固定填料区上部种植湿地植物；村镇生活污水自流入人工湿地进水口，自上由下进入活动填料区后，从下部进入固定填料区，经固定填料区人工湿地处理后达标排放；
（5）当活动填料区的大孔氮磷固定功能填料氮磷固定饱和后，取出更换新填料，回收的填料经研磨后做缓释肥用。
本发明中，步骤（1）中所述的作物秸秆包括麦秆、稻草或甘蔗渣中任一种。
本发明提出的用于村镇污水氮磷资源化处理的方法采用的装置，所述装置包括活动填料区和固定填料区，所述活动填料区和固定填料区之间中上部通过填料区隔板分隔，活动填料区和固定填料区之间下部连通，活动填料区上部一侧设有进水口，固定填料区上部一侧设有出水口。
本发明中，所述的活动填料区和固定填料区的面积比为1：2~10。
本发明中，固定填料区上部种植芦苇等常用湿地植物。
本发明的原理：在潜流人工湿地的活动填料区和固定填料区，分别填加大孔氮磷固定功能填料A和人工湿地填料B，填料A在使用中可缓释Mg2+和OH-离子，与污水中的氮磷生成鸟粪石，从而实现对进水中氮磷的同步高效固定，其在氮磷固定饱和后，可取出作为性能良好的缓释肥进行农田回用，污水再经固定填料B处理单元处理后达标排放。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明采用廉价镁质粘土和碱性水泥为主要原料，制备的填料在利用中具有良好的Mg2+和OH-离子缓释性能，与污水中的氮磷生成鸟粪石，从而实现对污水中氮磷的同步高效去除。
2. 本发明以草本作物秸秆为填料的辅助材料，其经过煅烧灰化后，可在填料中形成开放的大尺度孔道，该得制备的填料具有优异的水力学性能，克服了传统人工湿地填料微孔易堵塞的不足，能够充分发挥其对污水中污染物的去除能力。
3.本发明技术本发明技术实现了污水中宝贵氮磷资源的回收利用，技术简单，工艺运行稳定，不堵塞，处理出水水质好。
附图说明
图1 为本发明污水处理工艺流程示意图。
图中标号:1 进水口、2活动填料区、3填料区隔板、4固定填料区、5出水口。
具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步说明。
实施例1
（1）原料准备：将镁质粘土、沸石材料干燥、研磨，保留粒径不小于100目；将小麦秸秆干燥、破碎，保留其长度为25mm；将上海某城市污水厂产生的含水率为80%的污泥进行脱水、干燥，研磨至粒径不小于100目。
（2）大孔氮磷固定功能填料制备：将上述镁质粘土、沸石粉末、小秸秆与市售碱性水泥按照重量比：40:30:10:20的比例混合，加水搅拌成团。将搅拌好的浆料制成直径15mm，长度20mm的柱状，成型后自然风干。将上述风干的填料在空气中200℃条件下煅烧15min，即可得大孔氮磷固定功能填料A。
（3）大孔人工湿地填料制备：将干燥的污泥、粘土与小麦秸秆按照重量比40:50:10的比例均匀混合，将搅拌好的浆料制成直径15mm，长度20mm的柱状，成型后自然风干，将风干的填料送入旋转窑中，预热温度300 ℃，预热时间10min，焙烧温度1200℃，焙烧时间30min，即可得大孔人工湿地填料B。
（4）在潜流人工湿地中设置活动填料区和固定填料区，面积比为1:3，分别将填料A和B按照粒径分布填布在活动填料区和固定填料区，固定填料区上部种植芦苇湿地植物。将表1中生活污水自流入人工湿地进水口，自上由下进入活动填料区后，从下部进入固定填料区，总水力停留时间为8h，经固定填料区人工湿地处理后主要指标可达一级A（GB18918-2002）排放标准，并同步实现氮磷资源化回收率90%以上，氮磷回收饱和后的填料A可作为性能良好的缓释肥。
表1 上海某村镇生活污水平均水质1
实施例2
（1）大孔氮磷固定功能填料制备：将镁质粘土、沸石粉末、长度为30mm的水稻秆与市售碱性水泥按照重量比：50: 20:10:20的比例混合，加水搅拌成团。将搅拌好的浆料制成直径10mm，长度20mm的柱状，成型后自然风干。将上述风干的填料在空气中200℃条件下煅烧15min，即可得大孔氮磷固定功能填料A。
（2）大孔人工湿地填料制备：将干燥的污泥、粘土与水稻秆按照重量比50:40:10的比例均匀混合，将搅拌好的浆料制成直径15mm，长度15mm的柱状，成型后自然风干，将风干的填料送入旋转窑中，预热温度300 ℃，预热时间15min，焙烧温度1100℃，焙烧时间30min，即可得大孔人工湿地填料B。
（3）在潜流人工湿地中设置活动填料区和固定填料区，面积比为1:5，分别将填料A和B按照粒径分布填布在活动填料区和固定填料区，固定填料区上部种植美人蕉湿地植物。将表2中生活污水自流入人工湿地进水口，自上由下进入活动填料区后，从下部进入固定填料区，总水力停留时间为6h，经固定填料区人工湿地处理后主要指标可达一级A（GB18918-2002）排放标准，并同步实现氮磷资源化回收率90%以上，氮磷回收饱和后的填料A可作为性能良好的缓释肥。
表2 上海某村镇生活污水平均水质2
实施例3
（1）大孔氮磷固定功能填料制备：将镁质粘土、沸石粉末、长度为20mm的甘蔗渣与市售碱性水泥按照重量比：40: 20:20:20的比例混合，加水搅拌成团。将搅拌好的浆料制成直径10mm，长度15mm的柱状，成型后自然风干。将上述风干的填料在空气中200℃条件下煅烧10min，即可得大孔氮磷固定功能填料A。
（2）大孔人工湿地填料制备：将干燥的污泥、粘土与水稻秆按照重量比50:30:20的比例均匀混合，将搅拌好的浆料制成直径15mm，长度20mm的柱状，成型后自然风干，将风干的填料送入旋转窑中，预热温度200 ℃，预热时间15min，焙烧温度1100℃，焙烧时间30min，即可得大孔人工湿地填料B。
（3）在潜流人工湿地中设置活动填料区和固定填料区，面积比为1:5，分别将填料A和B按照粒径分布填布在活动填料区和固定填料区，固定填料区上部种植美人蕉湿地植物。将表3中生活污水自流入人工湿地进水口，自上由下进入活动填料区后，从下部进入固定填料区，总水力停留时间为8h，经固定填料区人工湿地处理后主要指标可达一级A（GB18918-2002）排放标准，并同步实现氮磷资源化回收率90%以上，氮磷回收饱和后的填料A可作为性能良好的缓释肥。
表3上海某村镇生活污水平均水质3

Claims (5)

1.一种用于村镇污水氮磷资源化处理的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）原料准备：将镁质粘土、粘土和沸石材料分别干燥、研磨和过筛，保留粒径不小于100目；将作物秸秆干燥、破碎，保留其长度为10~50mm；将城市污水厂产生的含水率为80%的污泥进行脱水、干燥，备用；
（2）大孔氮磷固定功能填料制备：将步骤（1）得到的镁质粘土、沸石材料、作物秸秆与市售碱性水泥按照（20~50）:（10~30）:（5~15）:（20~60）的重量比混合，加水搅拌成团，得到浆料Ａ；将搅拌好的浆料Ａ制成直径10~25mm，长度20~25mm的柱状结构，成型后自然风干，得到填料；将自然风干后的填料在空气中100~300℃条件下煅烧10~30min，即可得大孔氮磷固定功能填料A；
（3）大孔人工湿地填料制备：将步骤（1）得到的干燥的污泥、粘土与作物秸秆按照（30~50）:（20~60）:（5~15）的重量比均匀混合，得到浆料Ｂ；将搅拌好的浆料Ｂ制成直径10~25mm，长度10~ 30mm的柱状，，得到填料Ｂ；成型后自然风干，将自然风干后的填料Ｂ送入旋转窑中，预热温度300~500 ℃，预热时间10~30 min，焙烧温度800~1200℃，焙烧时间30min，即可得大孔人工湿地填料B；
（4）在潜流人工湿地中，分别将填料A和填料B按照粒径分布填布在活动填料区和固定填料区，固定填料区上部种植湿地植物；村镇生活污水自流入人工湿地进水口，自上由下进入活动填料区后，从下部进入固定填料区，经固定填料区人工湿地处理后达标排放；
（5）当活动填料区的大孔氮磷固定功能填料氮磷固定饱和后，取出更换新填料，回收的填料经研磨后做缓释肥用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（1）中所述的作物秸秆包括麦秆、稻草或甘蔗渣中任一种。
3.一种如权利要求1所述的用于村镇污水氮磷资源化处理的方法采用的装置，其特征在于所述装置包括活动填料区和固定填料区，所述活动填料区和固定填料区之间中上部通过填料区隔板分隔，活动填料区和固定填料区之间下部连通，活动填料区上部一侧设有进水口，固定填料区上部一侧设有出水口。
4.根据权利要求３所述的方法，其特征在于所述的活动填料区和固定填料区的面积比为1：2~10。
5.根据权利要求３所述的方法，其特征在于固定填料区上部种植芦苇等常用湿地植物。
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