CN111056621A - 一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，包括池体和隔膜泵，池体的底部开设有进水口，池体的顶部开设有出水口，隔膜泵的出水端与进水口连通，曝气生物滤池系统还包括滤料层、曝气装置以及反冲洗装置，滤料层中填充有由N‑甲基二乙醇胺和甲苯二异氰酸酯反应制备而成的改性大孔聚氨酯载体，由于该改性大孔聚氨酯表面具有叔胺基团，经酸化处理后转变为强亲水性的季胺盐，提高了材料表面的亲水性，使水更加容易在其骨架表面铺展而进入内部，水通过性好，解决了传统使用的陶粒等填料存在的易堵塞的问题。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，更具体地说，是涉及一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统。
背景技术
曝气生物滤池是八十年代末九十年代初在普通生物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺而开发的污水生物处理新工艺。该技术不仅可用于污水处理厂的三级精处理和水体富营养化处理，而且广泛地适用于城市污水、小区生活污水以及各类的工业废水处理。随着研究的深入，曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺，具有去除SS(悬浮物)、COD(化学需氧量，化学需氧量是利用氧化剂，将水中可氧化物质氧化分解，然后根据残留的氧化剂的量计算出氧的消耗量)、BOD5(生化需氧量，生化需氧量是在指定的温度、时间以及有氧条件下，由微生物降解水中的有机物所需的氧量；污水中各种有机物得到完会氧化分解的时间，总共约需一百天，为了缩短检测时间，一般生化需氧量以被检验的水样在20℃下，五天内的耗氧量为代表，称其为五日生化需氧量，简称BOD5，对生活污水来说，它约等于完全氧化分解耗氧量的70％)、硝化、脱氮除磷的作用。该工艺的优点是集生物接触氧化与悬浮物滤床截留功能于一体，并节省了后续二次沉淀池，是国际上兴起的新型水处理技术。然而现有的填料一般采用陶粒等填料，极易引起填料堵塞的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，以解决现有技术中存在填料易堵塞的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，包括池体和用于将所述黑臭水体泵入所述池体中的隔膜泵，所述池体的底部开设有用于供黑臭水体排入所述池体内的进水口，所述池体的顶部开设有用于供净化后的水体排出所述池体的出水口，所述隔膜泵的出水端与所述进水口连通，所述曝气生物滤池系统还包括用于将所述黑臭水体水质净化的滤料层、用于对所述池体内的水体进行充氧以供微生物生长的曝气装置以及用于对所述滤料层进行反冲洗的反冲洗装置，所述滤料层中填充有由N-甲基二乙醇胺和甲苯二异氰酸酯反应制备而成的改性大孔聚氨酯载体，所述滤料层、所述曝气装置以及所述反冲洗装置均设于所述池体内，且所述曝气装置位于所述滤料层的下方。
进一步地，所述改性大孔聚氨酯载体的外层附着有自养菌生物膜层，所述改性大孔聚氨酯载体的内层孔径中附着有异养菌生物膜层。
进一步地，所述曝气装置包括用于提供动力的空气压缩机和用于将外界空气输送至所述池体内的曝气管道，所述曝气管道的进气口与所述空气压缩机的输出端连通，所述曝气管道上安装有若干曝气头。
进一步地，所述曝气装置还包括用于调节所述曝气管道空气流量大小的调节阀和用于检测所述曝气管道中的空气流速的转子流量计，所述调节阀和所述转子流量计电性连接有控制器。
进一步地，所述滤料层的底部设有用于稳固支撑所述改性大孔聚氨酯载体的承托层。
进一步地，所述滤料层的顶部设有用于防止改性大孔聚氨酯载体流失的网格。
进一步地，所述反冲洗装置包括设于所述滤料层内的反冲洗管道、与所述反冲洗管道的一端连通的反冲洗进水口和与所述反冲洗管道的另一端连通的反冲洗出水口，所述反冲洗进水口设于所述池体的底部，所述反冲洗出水口设于所述池体的顶部。
进一步地，所述曝气滤池系统还包括过滤板，所述过滤板上开设有若干均匀分布的过滤孔。
进一步地，所述池体的直径为1.0m～1.4m，所述池体的高度为3.3m～3.7m。
进一步地，所述池体的有效工作容积为1.38m3～1.78m3，所述滤料层的高度为1.2m～1.6m。
本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统的有益效果在于：
1、本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，通过滤料层中填充有由N-甲基二乙醇胺和甲苯二异氰酸酯反应制备而成的改性大孔聚氨酯载体，由于该改性大孔聚氨酯表面具有叔胺基团，经酸化处理后转变为强亲水性的季胺盐，提高了材料表面的亲水性，使水更加容易在其骨架表面铺展而进入内部，水通过性好，解决了传统使用的陶粒等填料存在的易堵塞的问题。
2、针对黑臭水体的水质特点优选了改性大孔聚氨酯载体，并利用改性大孔聚氨酯载体高亲和性的特点实现对高效菌种的固定化，实现高效氨氧化细菌的驯化富集，解决滤料表面生物种群不稳定的问题，以改变对氨氮等污染物去除效率不高的问题。
3、利用该曝气生物滤池系统处理黑臭水体，可实现处理负荷高和填料不易堵塞的效果；同时，利用该曝气生物滤池系统处理黑臭水体，可将黑臭水体中的污染物进行有效处理，使出水水质稳定达到一级A标准以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统的俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统的另一结构示意图。
其中，图中各附图标记：
100-曝气生物滤池系统；1-池体；11-进水口；12-出水口；2-滤料层；21-承托层；22-网格；3-曝气装置；31-进气口；32-曝气管道；33-曝气头；41-反冲洗管道；42-反冲洗进水口；43-反冲洗出水口；5-过滤板；6-排空口；7-溢流口；8-检修口；9-调节池；10-过滤器；11-二级曝气生物滤池；12-清水池。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100进行说明。一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100，包括池体1和用于将黑臭水体泵入池体1的隔膜泵，池体1的底部开设有进水口11，进水口11用于供黑臭水体排入池体1内，以便于在池体1内对黑臭水体进行水质净化，池体1的顶部开设有出水口12，出水口12用于供净化后的水体排出池体1；隔膜泵的出水端与进水口11连通，以通过机械隔膜泵将原水输入至池体1内，进而便于后续的水体净化操作；曝气生物滤池系统100还包括滤料层2、曝气装置3以及反冲洗装置，曝气装置3用于对池体1内的水体进行充氧以供微生物生长；滤料层2中填充有改性大孔聚氨酯载体，改性大孔聚氨酯由N-甲基二乙醇胺和甲苯二异氰酸酯反应制备而成；滤料层2、曝气装置3以及反冲洗装置均设于池体1内，且曝气装置3位于滤料层2的下方。
该用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的有益效果：
1、本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100，通过滤料层2中填充有由N-甲基二乙醇胺和甲苯二异氰酸酯反应制备而成的改性大孔聚氨酯载体，由于该改性大孔聚氨酯表面具有叔胺基团，经酸化处理后转变为强亲水性的季胺盐，提高了材料表面的亲水性，使水更加容易在其骨架表面铺展而进入内部，水通过性好，解决了传统使用的陶粒等填料存在的易堵塞的问题。
2、针对黑臭水体的水质特点优选了改性大孔聚氨酯载体，并利用改性大孔聚氨酯载体高亲和性的特点实现对高效菌种的固定化，实现高效氨氧化细菌的驯化富集，解决滤料表面生物种群不稳定的问题，以改变对氨氮等污染物去除效率不高的问题。
3、利用该曝气生物滤池系统100处理黑臭水体，可实现处理负荷高和填料不易堵塞的效果；同时，利用该曝气生物滤池系统100处理黑臭水体，可将黑臭水体中的污染物进行有效处理，使出水水质稳定达到一级A标准以上。
进一步地，机械隔膜泵的输出端安装有转子流量计，以通孔转子流量计来控制输入池体1内的黑臭水体的量。
现有技术中，黑臭水体与普通生活污水不同，黑臭水体中通常存着大量对微生物具有抑制和毒害作用的有毒化学物质，如重金属离子、氰化物等无机污染物以及酚类等有机污染物。有毒物质可对细胞的正常结构进行破坏或使菌体内的酶变质失活，从而对微生物产生毒害作用，进而威胁整个系统的处理效果，尤其是营自养生长的硝化细菌更易受到影响，从而直接导致系统氨氮去除率降低，脱氮效果变差。
本实施例中，改性大孔聚氨酯载体的外层附着有自养菌生物膜层，改性大孔聚氨酯载体的内层孔径中附着有异养菌生物膜层；以通过不同的微生物种类来对黑臭水体进行水质净化，同时，也能提高氨氮等污染物的去除效率。
进一步地，请参阅图1及图2，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，曝气装置3包括空气压缩机、曝气管道32，曝气管道32的进气口31与空气压缩机的输出端连通，曝气管道32上安装有若干曝气头33；空气压缩机用于提供动力的，曝气管道32用于将外界空气输送至池体1内；各曝气头33安装于曝气管道32上，以通过进气口31将外界的氧气排入，同时通过曝气管道32进行输送氧气，以及通过曝气头33将曝气管道32中的氧气排入池体1中的水体内，使池体1中的水体中含有氧气，以供池体1内的微生物生长，进而将污水中的有机物进行氧化分解，以达到净化水体的作用。
进一步地，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，曝气管道32上安装有调节阀和用于检测曝气管道32中的空气流速的转子流量计，调节阀和转子流量计连接有控制器；通过转子流量计来检测曝气管道32中的空气流速，同时，转子流量计与控制器电性连接，以将流速信号传递给控制器，控制器则控制调节阀来调节曝气管道32中的空气流速，能精准的控制曝气速度，使曝气更加均匀，进而提高去污效率。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，各曝气头33沿曝气管道32的延伸方向等间隔排列，以使曝气更加的均匀，更有利于黑臭水体的净化。
进一步地，请继续参阅图1，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，滤料层2的底部设有承托层21，以通过承托层21来稳固支撑改性大孔聚氨酯载体，实现整体结构的稳定性。
进一步地，请继续参阅图1，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，滤料层2的顶部设有网格22，以通过网格22固定该改性大孔聚氨酯，在将池体1内的水体从出水口12排出时，避免带出改性大孔聚氨酯载体，防止其流失；确保该曝气生物滤池系统100的使用寿命。具体地，网格22为钢筋网格。
进一步地，请继续参阅图1，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，反冲洗装置包括反冲洗管道41、反冲洗进水口42和反冲洗出水口43，反冲洗管道41设于滤料层2内，且反冲洗管道41的一端与反冲洗进水口42连通，反冲洗管道41的另一端与反冲洗出水口43连通。通过设置反冲洗管道41、反冲洗进水口42和反冲洗出水口43，以便于在该曝气生物滤池系统100工作一段时间后，对该曝气生物滤池系统100进行清洗，外界的清水从反冲洗进水口42引入，并通过反冲洗管道41对滤料层2进行冲洗，之后从反冲洗出水口43将清洗后的水体排出池体1外，以确保该曝气生物滤池运行的稳定性。
进一步地，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，池体1的直径为1.0m～1.4m，优选池体1的直径为1.2m，池体1的高度为3.3m～3.7m，优选池体1的高度为3.5m；其中，滤料层2的高度为1.2m～1.6m，优选滤料层2的高度为1.4m，池体1的有效工作容积为1.38m3～1.78m3，优选池体1的有效容积为1.58m3，该曝气生物滤池系统100按照水力停留时间2h设计，该池体1日处理量可达到18.96m3，同时，实现出水氨氮低于5mg/L，COD低于50mg/L的一级A排放标准。其对COD和氨氮采用二级生物处理，该技术是将两类污染物稳定达到一级A，甚至地表IV类水的有效方法。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，曝气滤池系统还包括过滤板5，过滤板5用于先对黑臭水体进行过滤，以截留住较大颗粒的污染物，过滤板5上开设有若干过滤孔，各过滤孔均匀分布于过滤板5上，以便于对黑臭水体进行过滤。
进一步地，请继续参阅图1，曝气生物滤池系统100还包括设有池体1顶部的溢流口7，当池体1中的水位过高时，可以通过溢流口7以将池体1内的水体排出，池体1的顶部设有排空口6，池体1的中部还开设有检修口8，以便于对该池体1进行维修。
该用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的使用方法，具体包括以下步骤：
(1)挂膜：将改性大孔聚氨酯载体填充于池体1的滤料层2，进行接种污泥；
(2)闷曝：将曝气生物滤池系统100进行好氧闷曝48h，使曝气生物滤池系统100中的优势细菌生长到对数期，即细菌的数量达到最大；
(3)连续运行阶段：启动隔膜泵，将黑臭水体从进水口11注入池体1中，同时，启动曝气装置3；此时，滤料层2中的微生物吸附黑臭水体中的有机物，并对有机物进行分解，以达到净化水质的作用，经净化后的水体从池体1顶部的出水口12排出；
(4)反冲洗阶段：随着步骤(3)运行时间的延长，当生物膜脱落速度大于生长速度时，生物膜老化，曝气生物滤池系统100的净化能力下降，此时，启动反冲洗装置，对滤料层2中的改性大孔聚氨酯载体进行反冲洗，再循环步骤(3)。
该用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100使用方法的有益效果：
1、通过滤料层2中填充有由N-甲基二乙醇胺和甲苯二异氰酸酯反应制备而成的改性大孔聚氨酯载体，由于该改性大孔聚氨酯表面具有叔胺基团，经酸化处理后转变为强亲水性的季胺盐，提高了材料表面的亲水性，使水更加容易在其骨架表面铺展而进入内部，水通过性好，解决了传统使用的陶粒等填料存在的易堵塞的问题。
2、利用改性大孔聚氨酯载体的高亲和性的特点，实现了对高效菌种的固定化，利于氨氧化细菌的驯化富集。
3、节能效果好，该曝气生物滤池系统100使用方法简便，易于操作。
进一步地，在步骤(1)中，接种的污泥来自北京市肖家河污水处理厂的好氧活性污泥，易于细菌的培养。
进一步地，在步骤(2)中，控制曝气生物滤池系统100中的pH＝7～8，温度为30～35℃。在该条件下，易于细菌的繁殖生长。
进一步地，在步骤(3)中，池体1的有效工作容积为1.58m3，滤料层2的高度为1.4m；曝气生物滤池系统100的水力停留时间为2h。该池体1日处理量可达到18.96m3，同时，实现出水氨氮低于5mg/L，COD低于50mg/L的一级A排放标准。其对COD和氨氮采用二级生物处理，该技术是将两类污染物稳定达到一级A。
进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，该曝气生物滤池系统100还包括调节池9和过滤器10；步骤(3)中还包括步骤(30)：步骤(30)设于步骤(3)之前，即将黑臭水体排入调节池中以进行初步的沉降、分离以及水质调节；再将经过调节池9调节后的黑臭水体排入过滤器10中进行过滤处理；之后将经过过滤器10处理后的黑臭水体进行步骤(3)的操作。
进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统100的一种具体实施方式，曝气生物滤池系统100还包括二级曝气生物滤池11和清水池12；步骤(3)中还包括步骤(31)：步骤(31)设于步骤(3)之后，将经过步骤(3)的水体排入二级曝气生物滤池11中，即将从池体1顶部的出水口12排出的水体排入二级曝气生物滤池11中，二级曝气生物滤池11为N(氮)滤池，N滤池中主要生活着自养菌，当水体经过二级曝气生物滤池11处理后排入清水池中进行储存，以待排放。
本发明针对黑臭水体的水质特点，利用经过改性的大孔聚氨酯载体实现对高效菌种的固定化，同时，利用异养菌以及自养菌对有机物进行分解，建立以功能微生物固定化技术为核心的高效曝气生物滤池系统100。
进一步地，随着滤料层2高度的不断变化，有机物浓度、溶解氧含量及水力学特征的不同，异养菌和自养菌的空间分布也不同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，包括池体和用于将所述黑臭水体泵入所述池体中的隔膜泵，所述池体的底部开设有用于供黑臭水体排入所述池体内的进水口，所述池体的顶部开设有用于供净化后的水体排出所述池体的出水口，所述隔膜泵的出水端与所述进水口连通，其特征在于：所述曝气生物滤池系统还包括用于将所述黑臭水体水质净化的滤料层、用于对所述池体内的水体进行充氧以供微生物生长的曝气装置以及用于对所述滤料层进行反冲洗的反冲洗装置，所述滤料层中填充有由N-甲基二乙醇胺和甲苯二异氰酸酯反应制备而成的改性大孔聚氨酯载体，所述滤料层、所述曝气装置以及所述反冲洗装置均设于所述池体内，且所述曝气装置位于所述滤料层的下方。
2.如权利要求1所述的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，其特征在于：所述改性大孔聚氨酯载体的外层附着有自养菌生物膜层，所述改性大孔聚氨酯载体的内层孔径中附着有异养菌生物膜层。
3.如权利要求2所述的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，其特征在于：所述曝气装置包括用于提供动力的空气压缩机和用于将外界空气输送至所述池体内的曝气管道，所述曝气管道的进气口与所述空气压缩机的输出端连通，所述曝气管道上安装有若干曝气头。
4.如权利要求3所述的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，其特征在于：所述曝气装置还包括用于调节所述曝气管道空气流量大小的调节阀和用于检测所述曝气管道中的空气流速的转子流量计，所述调节阀和所述转子流量计电性连接有控制器。
5.如权利要求1所述的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，其特征在于：所述滤料层的底部设有用于稳固支撑所述改性大孔聚氨酯载体的承托层。
6.如权利要求5所述的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，其特征在于：所述滤料层的顶部设有用于防止改性大孔聚氨酯载体流失的网格。
7.如权利要求1所述的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，其特征在于：所述反冲洗装置包括设于所述滤料层内的反冲洗管道、与所述反冲洗管道的一端连通的反冲洗进水口和与所述反冲洗管道的另一端连通的反冲洗出水口，所述反冲洗进水口设于所述池体的底部，所述反冲洗出水口设于所述池体的顶部。
8.如权利要求1所述的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，其特征在于：所述曝气滤池系统还包括过滤板，所述过滤板上开设有若干均匀分布的过滤孔。
9.如权利要求1所述的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，其特征在于：所述池体的直径为1.0m～1.4m，所述池体的高度为3.3m～3.7m。
10.如权利要求9所述的一种用于黑臭水体水质净化的曝气生物滤池系统，其特征在于：所述池体的有效工作容积为1.38m3～1.78m3，所述滤料层的高度为1.2m～1.6m。
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