CN111453845B - 一种使用沸石转轮的污水处理装置及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用沸石转轮的污水处理装置及其工艺；包括至少一个污水处理机构，所述污水处理机构包括依次连通的厌氧单元、好氧单元和沸石转轮单元；所述厌氧单元上设置有与外部污水管连接的污水入口，所述沸石转轮单元底部连接排污管一端，所述排污管另一端与外部污水管连通；污水先经过厌氧好氧反应实现高效除磷，同时控制碳源污染物的降解程度，防止过量消耗；在沸石转轮单元的沉淀污泥回流至厌氧单元，其中的溶解氧和硝酸盐几乎全部脱除，为厌氧释磷反应提供了更好的环境。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种使用沸石转轮的污水处理装置及其工艺。
背景技术
传统污水处理方法是基于A2O（厌氧-缺氧-好氧）工艺，是一种常用的污水处理工艺，在污水处理过程中由于脱氮除磷对碳源的抢夺，很难同时实现较好的同步脱氮除磷效果，厌氧和好氧之间路程较长，导致污泥除磷活性不高。好氧池中在好氧异氧微生物的作用下首先发生碳源污染物的生物降解，在碳源污染物降低到一定水平（生化需氧量BOD低于25mg/L）后才发生硝化反应。为了得到较好的硝化效果，碳源污染物会被过量降解从而消耗更多的溶解氧，需要配备更大的鼓风机，而反硝化又需要将硝化后的污水以较大的回流比回流至缺氧池，从而需要较多的回流能耗。另外，好氧池的氧气利用率较低，大部分溶解氧在没有被微生物消耗掉之前就以大气泡的形式扩散流失。
现有的废水处理技术中沸石通常是破碎至一定粒径水平以沸石柱或沸石滤池的形式处理废水或以沸石粉的形式进行添加，在废水处理过程中由于沸石的阳离子交换性能对氨氮的吸附在达到饱和后，需要对沸石进行单独清理以及消耗大量的沸石粉；无法针对沸石进行简单的循环利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用沸石转轮的污水处理装置及其工艺，以解决上述技术中存在的诸多问题。
本发明的目的是提供一种使用沸石转轮的污水处理装置；包括至少一个污水处理机构，所述污水处理机构包括依次连通的厌氧单元、好氧单元和沸石转轮单元；所述厌氧单元上设置有与外部污水管连接的污水入口，所述污水由厌氧单元进入好氧单元，所述好氧单元上设置有曝气装置，所述好氧单元内的污水和空气自顶部自流进入沸石转轮单元，所述沸石转轮单元分成液上好氧区、液下缺氧区和液下沉淀区，所述沸石转轮单元还包括可转动的沸石转轮，所述沸石转轮至少部分浸入沸石转轮单元内的污水内部，所述沸石转轮单元底部连接排污管一端，所述排污管另一端与外部污水管连通。
通过采用上述技术方案，污水先经过厌氧好氧反应实现高效除磷，同时控制碳源污染物的降解程度，防止过量消耗；在沸石转轮单元的沉淀污泥回流至厌氧单元，其中的溶解氧和硝酸盐几乎全部脱除，为厌氧释磷反应提供了更好的环境。
本发明进一步设置为：所述污水处理装置包括至少两个相互并联/串联的污水处理机构。
通过采用上述技术方案，根据污水处理规模要求，可以采用不同大小的单体设备，能够更加有效的提高污水处理效率。
本发明进一步设置为：所述厌氧单元、好氧单元和沸石转轮单元顶部设置有空气盖板。
通过采用上述技术方案，防止空气和厌氧单元内产生的异常气体直接进入空气，造成空气的污染。
本发明进一步设置为：所述沸石转轮单元包括沸石转轮单元内污水上部的液上好氧区、沸石转轮单元内的污水内部的液下缺氧区以及液下缺氧区内位于沸石转轮单元的底部的液下沉淀区，所述液下沉淀区向沸石转轮单元的污水进水侧倾斜，倾斜面下端靠近污水进水侧设置污泥斗，所述污泥斗底部与排污管连通。
通过采用上述技术方案，液下缺氧区的作用是将液上好氧区产生的硝化液在液下与污水混合，发生反硝化脱氮反应，同时得到生物再生的沸石在缺氧区再次吸附富集氨氮。反硝化过程进一步降解了污水中的COD浓度，进一步净化污水，再对沉淀的污泥进行集中，然后排出。
本发明进一步设置为：所述液下沉淀区底部设置刮泥设备，所述液下沉淀区的最低深度为沸石转轮单元底部与沸石转轮最低点之间的距离，其距离不低于0.5m。
通过采用上述技术方案，将底部污泥更高效地向进水侧泥斗位置集中，同时防止对沉淀于底部污泥的扰动。
本发明进一步设置为：所述沸石转轮上设置有若干沸石盘片，所述沸石盘片固定设置在沸石转轮中心旋转轴上，所述沸石盘片采用人工沸石或天然沸石，所述沸石盘片为圆形或多边体类圆形。
通过采用上述技术方案，通过采用人工沸石或天然沸石制成的圆形或类圆形的沸石盘片能够更好的适应沸石转轮的旋转。
本发明进一步设置为：所述沸石转轮浸入沸石转轮单元内污水的深度不超过沸石转轮中心旋转轴高度。
通过采用上述技术方案，使得沸石盘片在转入液上好氧区的时候能够更好的空气接触，最大化进行硝化。
本发明进一步设置为：所述相邻沸石盘片上之间设置有空气盖板。
通过采用上述技术方案，使好氧单元引入的空气在沸石转轮盘面之间曲折扩散，最大化增加转盘与空气的接触机会，防止空气从转盘与盖板之间的边壁间隙处短流而出。
一种使用沸石转轮的污水处理工艺，包括如下步骤：
1）.外部污水通过与污水入口连接的污水管进入厌氧单元进行厌氧释磷反应；
2）.厌氧释磷反应后的污水通过厌氧单元底部进入到好氧单元进行好氧吸磷反应，同时将COD的浓度控制在发生除磷反应而不发生硝化反应；
3）.好氧吸磷反应后的污水通过好氧单元进入到沸石转轮单元，同时好氧单元内的空气也会传输到沸石转轮单元；
4）.进入沸石转轮单元的污水与沸石转轮单元内的沸石液混合，增加液下缺氧区内氨氮的浓度，液下缺氧区污水中的氨氮吸附在浸入液下缺氧区的沸石盘片上，同时进行浓缩，然后随着沸石转轮的转动进入液上好氧区，使吸附在沸石盘片上的氨氮在附着在沸石表面生长的硝化菌和好氧单元传输的空气作用下发生硝化反应，生成硝化液，随着沸石转轮的转动沸石盘片上的硝化液又进入液下缺氧区进行反硝化反应，得到生物再生的沸石盘片继续吸附浓缩污水中的氨氮，并随着转盘的旋转继续循环进行着前述反应；
5）.沸石转轮单元内的污水在流经沸石转轮时，悬浮颗粒物在液下沉淀区沉降到底部，并在倾斜的坡度或经刮泥设施作用下，进入污泥斗；
6）.污泥斗中的污泥至少一部分通过排污管道进入厌氧单元中；
7）.将净化后的水排出。
通过采用上述技术方案，污水先经过厌氧好氧反应实现高效除磷，同时通过沸石转轮的不断旋转，沸石盘片在好氧和缺氧条件下交替轮换，对污水进行反复处理，达到排污标准。
本发明进一步设置为：所述厌氧单元产生的异味气体进入到好氧单元中，随着好氧单元中的空气一起进入到沸石转轮单元中，被沸石盘片直接吸附或生物捕捉，进而被转盘上的微生物降解去除。
通过采用上述技术方案，通过沸石盘片直接吸附或生物捕捉能够最大化去除厌氧单元产生的异味。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.污水先经过厌氧好氧反应实现高效除磷，同时通过沸石转轮的不断旋转，沸石盘片在好氧和缺氧条件下交替轮换。在好氧条件下沸石通过阳离子交换作用吸附的氨氮在硝化细菌的硝化作用下转化成阴离子形态的硝态氮，在缺氧条件下硝态氮与碳源污染物在反硝化细菌作用下共同降解，降低碳源污染物的同时又恢复了沸石的阳离子交换性能，继续吸附氨氮。通过这种硝化与反硝化的交替作用，实现了有效脱氮、最大化利用碳源的同时，不再需要传统的硝化液回流，大大降低了能耗需求。
2.沸石液上部分的氧气从好氧池上方引入，使氧气得到最大化的二次利用，降低普通曝气风机和管阀系统的投资和能耗，同时强化了转轮的生物再生能力。
3.在沸石转轮单元的沉淀污泥回流至厌氧单元，溶解氧和硝酸盐几乎全部脱除，为厌氧释磷反应提供了更好的环境。
4.厌氧单元产生的异味气体与好氧单元的空气一同进入沸石转轮单元，异味气体成分被沸石直接吸附或生物捕捉，并被生物降解去除，达到生物除臭的环保效果。
附图说明
图1是本发明一种使用沸石转轮的污水处理装置的结构示意图。
图2是本发明中沸石转轮单元的结构示意图。
图中，100.污水处理机构、110.污水管、120.排污管、10.厌氧单元、20.好氧单元、30.沸石转轮单元、40.空气盖板、11.污水入口、21.曝气装置、31.沸石转轮、32.液上好氧区、33.液下缺氧区、34.液下沉淀区、35.沸石盘片、36.污泥斗。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种使用沸石转轮的污水处理装置；包括至少一个污水处理机构100，根据污水处理规模要求，可以采用不同大小的单体装置，也可以采用串联、并联及其组合方式多台装置联合使用，所述污水处理机构包括依次连通的厌氧单元10、好氧单元20和沸石转轮单元30；厌氧单元10上设置有与外部污水管110连接的污水入口11，污水由厌氧单元10进入好氧单元20，好氧单元上20设置有曝气装置21，好氧单元20内的污水和空气流入沸石转轮单元30，沸石转轮单元30包括可转动的沸石转轮31，沸石转轮31至少部分浸入沸石转轮单元内的污水内部，沸石转轮单元30底部连接排污管120一端，排污管120另一端与外部污水管110连通。
本发明中，污水原水从厌氧单元一侧上部流入，依次经厌氧单元、好氧单元、沸石转轮单元，根据污水净化后的达标需求（如《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准）和《室外排水设计规范》-2019版等设计规范、手册等规定和经验摸索，对各单元的设计参数如容积负荷、污泥负荷、停留时间等进行优化调整）；厌氧单元用于生物释磷，回流的污泥来自沸石转轮单元排出的；好氧单元底部设置曝气装置，用于生物吸磷，同时控制碳源污染物的降解浓度，通过普通AO法的负荷进行计算并提供相应曝气控制即可（具体可参照《室外排水设计规范》-2019版和《给排水设计手册》等相关设计规范和手册以及实际工程经验进行选择和优化），厌氧单元和好氧单元上部加盖板将好氧生物利用后剩余的空气引至沸石转轮单元上部空间。
参照图2，上述沸石转轮单元30分为位于沸石液液面上方的液上好氧区32、位于沸石液液面下方的液下缺氧区33和液下沉淀区34，污水在沸石转轮单元最终净化和沉淀后达标外排；沸石转轮上设置有若干沸石盘片35，沸石盘片固定设置在沸石转轮中心旋转轴上，沸石盘片的厚度为10-20mm，盘片数量根据氨氮吸附容量、达标要求、TN负荷、COD负荷综合确定，所述沸石盘片35采用人工沸石或天然沸石，所述沸石盘片为圆形或多边体类圆形，绕中心轴旋转，沸石转轮由电机驱动，通过齿轮或皮带传动，可设置无级变速，便于转速调整，旋转速度10-100r/min，可根据出水效果进行调节。
本发明中，沸石转轮的液上好氧区发生硝化反应，同时为吸附饱和的沸石进行生物再生；上述液上好氧区顶部加盖，在两片相邻的转盘片之间的盖板上设置空气盖板40，使好氧单元引入的空气在沸石盘片35面之间曲折扩散，最大化增加转盘与空气的接触机会，防止空气从转盘与盖板之间的边壁间隙处短流而出；液下缺氧区的作用是将液上好氧区产生的硝化液在液下与污水混合，发生反硝化脱氮反应，同时得到生物再生的沸石在缺氧区再次吸附富集氨氮，反硝化过程进一步降解了污水中的COD浓度，进一步净化污水；液下缺氧区的沸石盘片之间可以设置固定式生物填料，专门附着生长反硝化细菌，强化反硝化脱氮反应，沸石盘片的浸没深度可根据污染物浓度进行调整，最高不超过沸石转轮中心旋转轴的中心高度；液下沉淀区位于沸石转轮单元的底部，底部向沸石转轮单元的进水侧倾斜，坡度1%~5%，并在进水端设置污泥斗36，污泥斗36内的污泥部分外排，部分回流至厌氧单元；液下沉淀区的最低深度，即沸石转轮单元底部与沸石转轮最低点之间的净距离，其距离不低于0.5m，防止对沉淀底泥的扰动，液下沉淀区底部可以设置刮泥设备，将底泥更高效地向进水侧泥斗位置集中。
本发明中利用污水处理设备进行净水的方法，通过污水原水从厌氧单元一侧上部进水，与沸石转轮单元回流的污泥混合后在厌氧区发生厌氧释磷反应，厌氧单元的污水从底部流入好氧单元，发生好氧吸磷反应，同时将COD的浓度控制在只发生除磷反应而不发生硝化反应的水平，厌氧单元和好氧单元顶部加设空气盖板，多余的空气和反应产生的其它气体在上部进入沸石转轮单元，好氧单元的出水从顶部自流进入沸石转轮单元，污水中的氨氮被液下部分的沸石吸附浓缩，然后随着沸石转轮的旋转，进入液上好氧区空间，沸石转轮在液上好氧区空间，沸石盘片上吸附的氨氮在附着在沸石表面生长的硝化菌和好氧单元传输的空气作用下发生硝化反应，硝化反应后利用阳离子交换性能吸附氨氮的沸石盘片所吸附的氨离子被硝化为硝酸根离子，由于硝酸根离子为阴离子，将从沸石盘片吸附点位脱落，从而使沸石盘片得到生物再生；在沸石转轮单元的液上好氧区空间，厌氧单元产生的臭气和其他异味气体，被沸石盘片直接吸附或生物捕捉，进而被转盘上的微生物降解去除。
沸石盘片从液上空间旋转至液下缺氧区空间时，硝化液在液下缺氧区空间发生缺氧的反硝化反应，得到生物再生的沸石继续吸附浓缩污水中的氨氮，并随着转盘的旋转，继续循环进行着前述反应，污水在流经沸石转轮时，悬浮颗粒物（SS，suspended solid）在液下沉淀区沉降到底部，并在倾斜的坡度作用下或经刮泥设施，进入污泥斗中。污泥斗中的污泥部分外排，部分回流至厌氧单元发生生物释磷反应。经过综合反应净化的水在沸石转轮下游末端达标排出，空气和其他经过沸石盘片吸附净化的废气从液上空间排出。
本实施例的实施原理为：污水先经过厌氧好氧反应实现高效除磷，同时通过对上述各单元池容量和曝气量的设计和调控，控制碳源污染物的降解程度，防止过量消耗，污水通过好氧单元后进入沸石转轮区域，通过沸石的阳离子交换作用，将好氧单元后的污水中的氨氮浓缩吸附在沸石盘片上。沸石盘片作为微生物附着生长的载体，硝化细菌在沸石盘片上生长繁殖，沸石盘片旋转到液面上方时在硝化细菌和氧气供应的好氧条件下发生硝化反应，将氨氮硝化成硝态氮；进入液下缺氧区时硝化液中的硝态氮与液下残留的碳源污染物在反硝化细菌的作用下发生反硝化脱氮，硝态氮变成氮气，同时碳源污染物被生化氧化为二氧化碳，将碳源污染物在反硝化中的作用最大化发挥。液上好氧区内部分的氧气从好氧单元上方引入，使氧气得到最大化的二次利用，同时强化了沸石转轮的生物再生能力，在沸石转轮单元的沉淀污泥回流至厌氧单元，溶解氧和硝酸盐几乎全部脱除，为厌氧释磷反应提供了更好的环境；通过沸石转轮的旋转循环发生硝化和反硝化反应，不需要专门的硝化液回流，而且硝化需要的氧气由好氧单元利用后的空气再二次利用，不需要单独供氧，大大降低了曝气和回流能量消耗水平，是一个可持续的新型节能技术；另外，厌氧单元产生的异味气体与好氧单元的空气一同进入沸石转轮单元，异味气体成分被沸石直接吸附或生物捕捉，并被生物降解去除，达到生物除臭的环保效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (8)
1.一种使用沸石转轮的污水处理装置；包括至少一个污水处理机构(100)，其特征在于，所述污水处理机构(100)包括依次连通的厌氧单元(10)、好氧单元(20)和沸石转轮单元(30)，所述厌氧单元(10)、好氧单元(20)和沸石转轮单元(30)顶部设置有空气盖板(40)；所述厌氧单元上设置有与外部污水管(110)连接的污水入口(11)，所述污水由厌氧单元(10)进入好氧单元(20)，所述好氧单元(20)上设置有曝气装置(21)，所述好氧单元(20)内的污水和空气自顶部自流进入沸石转轮单元(30)，所述沸石转轮单元(30)包括沸石转轮单元内污水上部的液上好氧区(32)、沸石转轮单元内的污水内部的液下缺氧区(33)以及位于沸石转轮单元底部的液下沉淀区(34)，所述沸石转轮单元(30)还包括可转动的沸石转轮(31)，所述沸石转轮(31)至少部分浸入沸石转轮单元(30)内的污水内部，所述沸石转轮(31)上设置有若干沸石盘片(35)，所述沸石盘片(35)固定设置在沸石转轮中心旋转轴上，所述沸石盘片(35)采用人工沸石或天然沸石，所述沸石盘片为圆形或多边体类圆形；所述沸石转轮单元(30)底部连接排污管(120)一端，所述排污管(120)另一端与外部污水管(110)连通。
2.根据权利要求1所述的一种使用沸石转轮的污水处理装置，其特征在于：所述污水处理装置包括至少两个相互并联/串联的污水处理机构(100)。
3.根据权利要求1所述的一种使用沸石转轮的污水处理装置，其特征在于：所述液下沉淀区(34)向沸石转轮单元的污水进水侧倾斜，倾斜面下端靠近污水进水侧设置污泥斗(36)，所述污泥斗(36)底部与排污管(120)连通。
4.根据权利要求3所述的一种使用沸石转轮的污水处理装置，其特征在于：所述液下沉淀区(34)底部设置刮泥设备，所述液下沉淀区的深度为沸石转轮单元底部与沸石转轮最低点之间的距离，其距离不低于0.5m。
5.根据权利要求1所述的一种使用沸石转轮的污水处理装置，其特征在于：所述沸石转轮(31)浸入沸石转轮单元内污水的深度不超过沸石转轮中心旋转轴高度。
6.根据权利要求1所述的一种使用沸石转轮的污水处理装置，其特征在于：相邻沸石盘片上之间设置有空气盖板(40)。
7.根据权利要求1-6任一项所述装置的一种使用沸石转轮的污水处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
1).外部污水通过与污水入口(11)连接的外部污水管(110)进入厌氧单元(10)进行厌氧释磷反应；
2).厌氧释磷反应后的污水通过厌氧单元(10)底部进入到好氧单元(20)进行好氧吸磷反应，同时将COD的浓度控制在发生除磷反应而不发生硝化反应；
3).好氧吸磷反应后的污水通过好氧单元(20)进入到沸石转轮单元(30)，同时好氧单元内的空气也会传输到沸石转轮单元；
4).进入沸石转轮单元(30)的污水与沸石转轮单元内的沸石液混合，增加液下缺氧区内氨氮的浓度，液下缺氧区(33)污水中的氨氮吸附在浸入液下缺氧区的沸石盘片(35)上，同时进行浓缩，然后随着沸石转轮(31)的转动进入液上好氧区(32)，使吸附在沸石盘片(35)上的氨氮在附着在沸石表面生长的硝化菌和好氧单元传输的空气作用下发生硝化反应，生成硝化液，随着沸石转轮(31)的转动沸石盘片(35)上的硝化液又进入液下缺氧区(33)进行反硝化反应，得到生物再生的沸石盘片继续吸附浓缩污水中的氨氮，并随着转盘的旋转继续循环进行着前述反应；
5).沸石转轮单元内的污水在流经沸石转轮时，悬浮颗粒物在液下沉淀区沉降到底部，并在倾斜的坡度或经刮泥设施作用下，进入污泥斗；
6).污泥斗中的污泥至少一部分通过排污管道进入厌氧单元中；
7).将净化后的水排出。
8.根据权利要求7所述的一种使用沸石转轮的污水处理工艺，其特征在于：所述厌氧单元(10)产生的异味气体进入到好氧单元(20)中，随着好氧单元中的空气一起进入到沸石转轮单元中，被沸石盘片直接吸附或生物捕捉，进而被转盘上的微生物降解去除。
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