CN109399808B - 一种高效净化污水的生物滤池装置及使用方法 - Google Patents
一种高效净化污水的生物滤池装置及使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种高效净化污水的生物滤池装置及使用方法，该装置包括一个柱式污水处理池、由下至上依序设置在柱式污水处理池内的无机多孔填料层和有机纤维介质层、设置在柱式污水处理池顶部的进水管、设置在柱式污水处理池底部的出水管、设置在进水管上的进水泵、设置在出水管上的出水阀门；设置在柱式污水处理池内的无机多孔填料层包含上下两层，由下至上分别为火山岩层和陶粒或沸石层；无机多孔填料层下部另设置有砾石层。本发明的装置对污水中的有机物、氮、磷具有良好的同步去除效果，并可有效提升装置污水处理容量，延缓滤池堵塞，建设、运行成本低，可灵活运用于各种场合下的分散型污水处理，尤其适用于低碳氮比污水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理装置技术领域，具体涉及一种可高效净化污水的装置结构以及使用方法技术领域。
背景技术
生物滤池是一种常用的污水处理工艺技术，其利用滤池填料的吸附过滤截留作用和其上附着的微生物膜的转化降解作用去除污水中的各类污染物质，可灵活地运用在各种场合下的污水处理中。例如利用普通砾石为基质构建的生物滤池是一种常用的分散式污水处理设施。为了增加生物滤池内的溶解氧以便于耗氧污染物的去除，常在生物滤池中增设曝气设施。为了降低滤池堵塞，改善装置水力条件，常在滤池底部设置反冲洗设施。但曝气和反冲洗均显著增加了生物滤池运行成本和操作难度。
生物滤池的污水处理效率和容量受到多种因素的影响，普通生物滤池仅对污水中有机物、氨氮、总氮和磷中的一至两种污染物有较好的去除效果而无法达到良好的污染物同步去除效能，尤其是脱氮效率较低，且污水处理容量有效并存在堵塞问题，因此通常无法满足污水处理的整体要求。
有机物和总氮浓度比值小于6的低碳氮比特征普遍存在于各类污水中，其较低含量的可用有机碳源大大抑制了微生物的反硝化作用，使得生物滤池对总氮的去除效率较低，无法满足处理水受纳水体环境保护的要求。
因此，为了利用生物滤池高效处理污水，尤其是低碳氮比污水，达到对有机物、氨氮、总氮和磷的同步高效去除效率，并降低生物滤池曝气和反冲洗运行能耗成本，提供一种优化型污水高效净化生物滤池构建方法是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对生物滤池应用中的上述缺陷，提供一种高效净化污水的生物滤池装置及使用方法。本发明具有低成本、污水处理高效的优点。
本发明采用如下技术方案实现。
一种高效净化污水的生物滤池装置，该装置包括一个柱式污水处理池、由下至上依序设置在柱式污水处理池内的无机多孔填料层和有机纤维介质层、设置在柱式污水处理池顶部的进水管、设置在柱式污水处理池底部的出水管、设置在进水管上的进水泵、设置在出水管上的出水阀门；设置在柱式污水处理池内的无机多孔填料层包含上下两层，由下至上分别为火山岩层和陶粒或沸石层；无机多孔填料层下部另设置有砾石层；设置在出水管上的出水阀门为电动出水阀门。
进一步为，本发明在有机纤维介质层内投设有尼龙网袋裹附的植物质碳源(天然固态植物质碳源)。
进一步为，本发明所述的植物质碳源为木条、农业秸秆(稻杆、麦秆、玉米棒等)、湿地水生植物残体、园艺废弃物、坚果壳其中的任意一种或几种的组合。
进一步为，本发明无机多孔填料层下层，即火山岩层的火山岩颗粒粒径为5-12mm；无机多孔填料层上层，即陶粒或沸石层的陶粒或沸石颗粒的粒径为5-12mm，上下层的填充高度比值为1:1。
进一步为，本发明有机纤维介质层内设置的有机纤维为涤纶类纤维丝，该涤纶类纤维丝均匀固定设置在圆形塑料环片的周边。圆形塑料环片直径为7-8cm，环片可随意堆积至滤池中，纤维丝散开在水中，可有效附着微生物，又避免了滤池的堵塞。
进一步为，本发明砾石层中的砾石颗粒粒径为15-25mm，厚度为5-10cm。
进一步为，本发明无机多孔填料层和有机纤维介质层的体积比为1:1。
使用一种高效净化污水的生物滤池装置的方法，该方法包括，柱式污水处理池采用潮汐流方式运行，污水由进水泵通过进水管由上表面输送至处理池中，停留一段时间后，通过出水阀门开启排出装置；将进水泵开启时间设置为3-10分钟，污水停留时间为8-12小时，出水阀门为电动阀门，开启3-10分钟出水排空后关闭，装置空置时间为3-16小时，然后进入下一循环。进水中氨氮占总氮的比例越高，装置空置的时间应越长。滤池运行方法为进水-处理-排空-闲置的潮汐流模式，可在装置中形成交替的好氧-厌氧环境以更新氨氮吸附容量并高效完成脱氮过程。当滤池进行水排空时，空气被大量吸入装置中，为氧化分解作用提供氧气，进行好氧反应，填料中累积的有机物质得以分解，无机多孔填料吸附的氨氮得以转化去除，其吸附容量得以再生；当装置处于水饱和状态时，溶解氧被消耗，装置处于缺氧状态，反硝化微生物利用污水中的有机物作为碳源进行反硝化；当进水碳氮比较低时，投加的固态植物质释放有机碳源强化反硝化作用，从而该滤池可对污水中的有机物、氨氮、总氮和磷达到同步高效的去除效果。
进一步为，本发明污水停留和装置空置时间比为4:1—1:1.5。
进一步为，本发明的装置在处理污水中有机物与总氮的浓度比值低于6的低碳氮比污水时，投加植物质碳源(植物质碳源为木条、农业秸秆如稻杆、麦秆、玉米棒等、湿地水生植物残体、园艺废弃物、坚果壳其中的任意一种或几种的组合)；优选为木条，木条规格为长×宽×高＝5cm×2cm×1cm，木条放置于尼龙网袋中便于其更换。投料方式为少量多次投加。投加频率和强度根据进水污水特征和负荷确定。其余步骤按照前段介绍的方法进行。
与现有生物滤池污水处理装置的构建和运行方法相比，本发明的有益效果体现在：1)本发明的生物滤池装置基质由多孔无机滤料和有机纤维丝材料构成，由下至上填充至滤池中，可实现对污水中的有机物、氨氮、总氮和磷等污染物达到良好的同步去除效果。处理装置中填充的无机多孔填料对污水中的氨氮和磷有较大的吸附去除容量，有机纤维介质具有较强的微生物亲和性，有助于厌氧微生物的生长和富集，使其对硝氮有较好的去除效果，强化脱氮效率，并有效提升装置污水处理容量，有效延缓滤池堵塞。二者附着的生物膜可有效去除污水中的有机物质。滤池上部加入固态植物质作为反硝化碳源提升脱氮效果。2)滤池构建所用材料均廉价易得，装置运行操作简便，建设运行成本低，可灵活运用于各种场合下的分散型污水处理，尤其适用于低碳氮比污水的处理。3)有机纤维介质的使用可有效增大装置污水处理容量，减小滤池占地面积，且可避免滤池堵塞，降低反冲洗成本，缓解生物滤池应用局限。
下面结合附图和具体实施方式本发明做进一步解释。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的生物滤池垂直横截面结构示意图；
图2是本发明一个实施方式的有机纤维介质单体结构示意图；
图3是本发明一个实施方式的生物滤池运行模式图。
图中标号：1为砾石层；2为火山岩层；3为陶粒或沸石层；4为有机纤维介质层；5为尼龙网袋裹附的植物质碳源；6为电动出水阀门；7为进水泵；8为圆形塑料环片；9为有机纤维。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中使用的术语“滤池”指填充了可供微生物生长的滤料、可容纳并净化通入的污水的构建反应池。术语“潮汐流”指污水在滤池中遵循充满-落干的循环运行模式。
见图1，图2，图3所示。一种高效净化污水的生物滤池装置，该装置包括一个柱式污水处理池、由下至上依序设置在柱式污水处理池内的无机多孔填料层和有机纤维介质层4、设置在柱式污水处理池顶部的进水管、设置在柱式污水处理池底部的出水管、设置在进水管上的进水泵7、设置在出水管上的出水阀门；设置在柱式污水处理池内的无机多孔填料层包含上下两层，由下至上分别为火山岩层2和陶粒或沸石层3；无机多孔填料层下部另设置有砾石层1；设置在出水管上的出水阀门为电动出水阀门6。
进一步为，本发明在有机纤维介质层4内投设有尼龙网袋裹附的植物质碳源5(天然固态植物质碳源)。
进一步为，本发明所述的植物质碳源5为木条、农业秸秆(稻杆、麦秆、玉米棒等)、湿地水生植物残体、园艺废弃物、坚果壳其中的任意一种或几种的组合。
进一步为，本发明无机多孔填料层下层，即火山岩层2的火山岩颗粒粒径为5-12mm；无机多孔填料层上层，即陶粒或沸石层3的陶粒或沸石颗粒的粒径为5-12mm，上下层的填充高度比值为1:1。进一步为，本发明有机纤维介质层4内设置的有机纤维9为涤纶类纤维丝，该涤纶类纤维丝均匀固定设置在圆形塑料环片8的周边。
圆形塑料环片8的直径为7-8cm，环片可随意堆积至滤池中，纤维丝散开在水中，可有效附着微生物，又避免了滤池的堵塞。
进一步为，本发明砾石层1中的砾石颗粒粒径为15-25mm，厚度为5-10cm。
进一步为，本发明无机多孔填料层和有机纤维介质层4的体积比为1:1。
使用一种高效净化污水的生物滤池装置的方法，该方法包括，柱式污水处理池采用潮汐流方式运行，污水由进水泵7通过进水管由上表面输送至处理池中，停留一段时间后，通过出水阀门开启排出装置；将进水泵7开启时间设置为3-10分钟，污水停留时间为8-12小时，出水阀门为电动阀门，开启3-10分钟出水排空后关闭，装置空置时间为3-16小时，然后进入下一循环。进水中氨氮占总氮的比例越高，装置空置的时间应越长。滤池运行方法为进水-处理-排空-闲置的潮汐流模式，可在装置中形成交替的好氧-厌氧环境以更新氨氮吸附容量并高效完成脱氮过程。当滤池进行水排空时，空气被大量吸入装置中，为氧化分解作用提供氧气，进行好氧反应，填料中累积的有机物质得以分解，无机多孔填料吸附的氨氮得以转化去除，其吸附容量得以再生；当装置处于水饱和状态时，溶解氧被消耗，装置处于缺氧状态，反硝化微生物利用污水中的有机物作为碳源进行反硝化；当进水碳氮比较低时，投加的固态植物质释放有机碳源强化反硝化作用，从而该滤池可对污水中的有机物、氨氮、总氮和磷达到同步高效的去除效果。
进一步为，本发明污水停留和装置空置时间比为4:1—1:1.5。
进一步为，本发明的装置在处理污水中有机物与总氮的浓度比值低于6的低碳氮比污水时，投加植物质碳源(植物质碳源为木条、农业秸秆如稻杆、麦秆、玉米棒等、湿地水生植物残体、园艺废弃物、坚果壳其中的任意一种或几种的组合)；优选为木条，木条规格为长×宽×高＝5cm×2cm×1cm，木条放置于尼龙网袋中便于其更换。投料方式为少量多次投加。投加频率和强度根据进水污水特征和负荷确定。其余步骤按照前段介绍的方法进行。
实施例1
(1)一个高1.1m，直径0.1m的圆柱形PE材质滤池，下部设置5cm厚砾石层。其上填充火山岩，填充高度0.25m；上方填充陶粒，填充高度0.25m；火山岩和陶粒的粒径范围为5-8cm。上层放置纤维丝材料，堆积高度0.5m。将100g木条放入2个尼龙网袋中投加入滤池。
(2)滤池采用潮汐方式运行。进水为经过初步沉淀处理的城市重度污染河水，其COD为58mg/L，氨氮为7mg/L，硝氮为13mg/L，总磷为1mg/L。装置可容纳水量为4.0L。进水泵开启5分钟后滤池充满污水，进水泵关闭。装置在水饱和状态下持续处理16小时，而后出水阀门开启5分钟，处理水排出后装置空置8小时。重复该循环。
(3)该生物滤池在30天的稳定运行期内对河水中COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为80％、90％，82％和95％。相对比而言，另一个仅填充陶粒的持续水饱和运行生物滤池可容纳污水2.5L，对相同河水中COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为76％、55％，28％和70％。
实施例2
(1)一个高1.1m，直径0.1m的圆柱形PE材质滤池，下部设置5cm厚砾石层。其上填充火山岩，填充高度0.25m；上方填充沸石，填充高度0.25m；火山岩和沸石的粒径为5-8cm。上层放置纤维丝材料，堆积高度0.5m。将150g木条放入2个尼龙网袋中投加入滤池。
(2)滤池采用潮汐方式运行，进水为某污水处理厂尾水，其COD为45mg/L，氨氮为2.5mg/L，硝氮为12.5mg/L，总磷为0.45mg/L。进水泵开启5分钟后滤池充满污水，进水泵关闭。装置饱和后持续处理12小时，而后出水阀门开启5分钟，处理水排出后装置空置3小时。重复该循环。该生物滤池稳定运行期内对污水处理厂尾水中COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为78％、96％，86％和96％。
实施例3
(1)一个高1.1m，直径0.2m的圆柱形PE材质滤池，下部设置5cm厚砾石层。其上填充火山岩，填充高度0.25m；上方填充陶粒，填充高度0.25m；火山岩和陶粒的粒径为5-8cm。上层放置纤维丝材料，堆积高度0.5m。
(2)滤池采用潮汐方式运行。进水为经过一级处理后的农村生活污水，其COD为180mg/L，氨氮为24mg/L，硝氮为2mg/L，总磷为1.8mg/L。进水泵开启8分钟后滤池充满污水，进水泵关闭。装置饱和后持续处理8小时，而后出水阀开启8分钟，处理水排出后装置空置12小时。重复该循环。
(3)该生物滤池稳定运行期内对生活污水中COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为85％、92％，80％和94％。
实施例4
(4)一个高2.0m，直径0.3m的圆柱形PE材质滤池，下部设置10cm厚砾石层。其上填充火山岩，填充高度0.45m；上方填充沸石，填充高度0.45m；火山岩和陶粒的粒径为7-12cm。上层放置纤维丝材料，堆积高度0.9m。
(5)滤池采用潮汐方式运行。进水为经过水解酸化处理后的社区生活污水，其COD为210mg/L，氨氮为26mg/L，硝氮为2mg/L，总磷为2mg/L。进水泵开启10分钟后滤池充满污水，进水泵关闭。装置饱和后持续处理10小时，而后出水阀开启10分钟，处理水排出后装置空置12小时。重复该循环。
(6)该生物滤池稳定运行期内对生活污水中COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为84％、94％，82％和93％。
实施例5
(1)一个高1.6m，直径0.2m的圆柱形PE材质滤池，下部设置10cm厚砾石层。其上填充火山岩，填充高度0.35m；上方填充沸石，填充高度0.35m；火山岩和沸石的粒径为6-10cm。上层放置纤维丝材料，堆积高度0.7m。将200g木条放入3个尼龙网袋中投加入滤池。
(2)滤池采用潮汐方式运行。进水为经过初步沉淀处理的富营养化水体，其COD为48mg/L，氨氮为2.5mg/L，硝氮为7mg/L，总磷为0.6mg/L。进水泵开启8分钟后滤池充满污水，进水泵关闭。装置饱和后持续处理8小时，而后出水阀开启8分钟，处理水排出后装置空置3小时。重复该循环。
(3)该生物滤池稳定运行期内对富营养化水体中COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为75％、96％，88％和96％。
实施例6
(1)一个高1.6m，直径0.25m的圆柱形不锈钢材质滤池，下部设置10cm厚砾石层。其上填充火山岩，填充高度0.35m；上方填充沸石，填充高度0.35m；火山岩和沸石的粒径为6-10cm。上层放置纤维丝材料，堆积高度0.7m。将250g木条放入4个尼龙网袋中投加入滤池。
(2)滤池采用潮汐方式运行。进水为经过初步沉淀处理的城市重度污染河水，其COD为58mg/L，氨氮为7mg/L，硝氮为13mg/L，总磷为1mg/L。进水泵开启8分钟后滤池充满污水，进水泵关闭。装置饱和后持续处理10小时，而后出水阀开启，处理水排出后装置空置5小时。重复该循环。
(3)该生物滤池稳定运行期内对污染河水中COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为79％、95％，84％和95％。
实施例7
(1)一个高1.6m，直径0.2m的圆柱形PE材质滤池，下部设置10cm厚砾石层。其上填充火山岩，填充高度0.35m；上方填充陶粒，填充高度0.35m；火山岩和陶粒的粒径范围为5-8cm。上层放置纤维丝材料，堆积高度0.7m。将150g木条放入3个尼龙网袋中投加入滤池。
(2)滤池采用潮汐方式运行。进水为经过初步沉淀处理的城市重度污染河水，其COD为58mg/L，氨氮为7mg/L，硝氮为13mg/L，总磷为1mg/L。进水泵开启7分钟后滤池充满污水，进水泵关闭。装置在水饱和状态下持续处理8小时，而后出水阀门开启7分钟，处理水排出后装置空置16小时。重复该循环。
(3)该生物滤池在30天的稳定运行期内对河水中COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为82％、92％，77％和93％。
以上所述的仅是本发明的具体实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，上述实施例不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (3)
1.一种高效净化污水的生物滤池装置，其特征在于，该装置包括一个柱式污水处理池、由下至上依序设置在柱式污水处理池内的无机多孔填料层和有机纤维介质层（4）、设置在柱式污水处理池顶部的进水管、设置在柱式污水处理池底部的出水管、设置在进水管上的进水泵（7）、设置在出水管上的出水阀门；设置在柱式污水处理池内的无机多孔填料层包含上下两层，由下至上分别为火山岩层（2）和陶粒或沸石层（3）；无机多孔填料层下部另设置有砾石层（1）；设置在出水管上的出水阀门为电动出水阀门（6）；
该装置在处理污水中有机物与总氮的浓度比值低于6的低碳氮比污水时，在有机纤维介质层（4）内投设有尼龙网袋裹附的植物质碳源（5）；所述的植物质碳源为木条、农业秸秆、湿地水生植物残体、园艺废弃物、坚果壳其中的任意一种或几种的组合；
有机纤维介质层（4）内设置的有机纤维为涤纶类纤维丝，该涤纶类纤维丝均匀固定设置在圆形塑料环片（8）的周边；
无机多孔填料层和有机纤维介质层（4）的体积比为1:1；
所述的一种高效净化污水的生物滤池装置的使用方法：柱式污水处理池采用潮汐流方式运行，潮汐流指污水在滤池中遵循充满-落干的循环运行模式；污水由进水泵（7）通过进水管由上表面输送至处理池中，停留一段时间后，通过出水阀门开启排出装置；将进水泵（7）开启时间设置为3-10分钟，污水停留时间为8-12小时，出水阀门为电动阀门，开启3-10分钟出水排空后关闭，装置空置时间为3-16小时，然后进入下一循环；
污水停留和装置空置时间比为4:1-1:1.5；进水中氨氮占总氮的比例越高，装置空置的时间越长。
2.根据权利要求1所述的一种高效净化污水的生物滤池装置，其特征在于，无机多孔填料层下层，即火山岩层（2）的火山岩颗粒的粒径为5-12 mm；无机多孔填料层上层，即陶粒或沸石层（3）的陶粒或沸石颗粒的粒径为5-12 mm，上下层的填充高度比值为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种高效净化污水的生物滤池装置，其特征在于，砾石层（1）中的砾石颗粒粒径为15-25 mm，厚度为5-10cm。
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