CN111517590B - 一种塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的塔式铁碳微电解‑硝化污泥脱氮装置，包括塔身、进水设备、碱度投加装置、曝气装置、出水口和出气口，塔身的内部空腔中设置有多层污水处理层；每层污水处理层由从下至上依次设置的支座、承托层和颗粒污泥层组成。本发明的污水处理方法，包括：a).进水和布水；b).硝化反应；c).硝氮还原反应；d).pH调节；e).气体的逸出；f).污水后续处理。本发明的塔式铁碳微电解‑硝化污泥脱氮装置，为塔状结构，占地面积较小、抗冲击负荷，不需要搅拌装置节省了电能，还克服了传统塔式生物滤池只能进行好氧反应的弊端，而且微电解的原理反应，速率较一般生物化学反应速率快。

Description

一种塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置及方法

技术领域

本发明涉及一种污泥脱氮装置及方法，更具体的说，尤其涉及一种塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置及方法。

背景技术

传统的污水生物处理方法反应池较多、且占地面积较大，为了让污泥与污水充分接触往往需要设置搅拌装置，需要消耗不少电能。塔式生物滤池作为普通生物滤池的改进，以多层填料层的方式减少了传统反应池的占地面积，增加了负荷，是典型的高负荷好氧处理装置。发明的装置利用塔式生物滤池的结构，结合颗粒污泥的结构，利用以合金为核心，外部包裹颗粒污泥的结构进行脱氮，在一个反应装置内可同时实现好氧处理和厌氧处理，完成脱氮，利用合金为核心以原电池的原理脱氮还大大加快了反应速率，提高了污水处理负荷。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置及方法。

本发明的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置，包括塔身、进水设备、碱度投加装置、曝气装置、出水口和出气口，塔身的内部为空腔，塔身的内部空腔中由下至上设置有多层污水处理层；进水设备用于将待处理的污水通入至塔身内部空腔的底部，碱度投加装置用于向塔身中添加碱液；其特征在于：每层污水处理层由从下至上依次设置的支座、承托层和颗粒污泥层组成，支座实现对承托层的支撑，承托层由细砾石构成，颗粒污泥层由若干污泥颗粒堆积而成，污泥颗粒的内部为铁碳合金材质的合金核心，合金核心的外围包裹有硝化污泥外层；颗粒污泥层中均匀分布有多个布气装置，布气装置经管路与曝气装置相连通，出水口与塔身内部空腔的顶端相通，出气口的高度高于塔身顶端的高度，出气口经管路与每层颗粒污泥层上方的空余空间均相连通。

本发明的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置，所述支座为网状钢铁材料，承托层中细砾石的粒径范围为2～4mm，支座上的网状孔径小于承托层中细砾石的粒径；污泥颗粒的合金核心的直径大小为1～2mm。

本发明的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置，所述布气装置由干管、支管和布气孔组成，干管上均匀设置有与其相通的多个支管，支管上均匀开设布气孔，干管经管路与曝气装置相连通，曝气装置通入的氧气依次经干管、支管和布气孔进入到颗粒污泥层中使其处于好氧环境。

本发明的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置，进水设备由进水池、进水管和水泵组成，进水池中的污水经水泵抽至塔身的底部，碱度投加装置投加的碱液为碳酸氢钠。

本发明的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置的污水处理方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).进水和布水，进水设备将待处理污水抽至塔身内部空腔的最底部，污水由下向上流动，首先经过最底部的污水处理层，在污水流经承托层的过程中，承托层中的细砾石实现均匀布水，使污水在塔身内腔横截面上均匀分布；

b).硝化反应，曝气装置鼓入的氧气经布气装置的布气孔逸出，使颗粒污泥层中的污泥颗粒表面处于好氧环境，污泥颗粒表面的硝化污泥将污水中的氨氮转化为硝态氮；

c).硝氮还原反应，污泥颗粒表面产生的硝态氮经传质作用进入颗粒污泥的内部，颗粒污泥内部的铁碳电极将硝化反应生成的硝态氮还原为氮气，同时合金核心中的铁被氧化，发生原电池反应；

d). pH调节，污泥颗粒中的合金核心在硝氮还原过程中，铁转化为亚铁离子，亚铁离子在有氧条件下转化为三价铁离子，形成氢氧化铁胶体，消耗水中的氢氧根离子，使水中的pH值降低，通过碱度投加装置投加氢氧化钠溶液，使污水中的pH维持在7.5～8.5之间；

e).气体的逸出，硝氮还原反应生成的氮气以及曝气装置通入的多余的氧气，均进入颗粒污泥层上方的管路，最终从出气口排出；

f).污水后续处理，污水经最下方的污水处理层处理后，由下至上再依次通过剩余的污水处理层，经过每个污水处理层时进行步骤b)至步骤e)相同的处理过程，且从下到上负荷逐渐降低，处理后的污水最终经出水口排出。

本发明的有益效果是：本发明的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置及方法，污水以下进上出的形式进行，进水设备位于池的底端，通过承托层将水均匀分布在颗粒污泥层，碱度投加装置用于给反应装置补充碱度，曝气装置通过布气装置将氧气均匀的分布在颗粒污泥层；污泥颗粒核心为铁碳合金，外部为硝化污泥，污水接触颗粒污泥外部的硝化污泥将污水中的氨氮转化为硝态氮，通过传质作用进入内部的合金，合金将硝氮还原为氮气从而去除污水中的氮；反应完的出水通过装置上部的出水口排出，产生的气体以及曝气多余的气体从出气口排出。该装置为塔状结构，占地面积较小、抗冲击负荷，不需要搅拌装置节省了电能，还克服了传统塔式生物滤池只能进行好氧反应的弊端，而且微电解的原理反应，速率较一般生物化学反应速率快。

附图说明

图1为本发明的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置及方法结构原理图；

图2为本发明中污泥颗粒的剖视图。

图中：1进水设备，2承托层，3颗粒污泥层，4碱度投加装置，5曝气装置，6布气装置，7出水口，8出气口，9支座，10塔身；11合金核心，12硝化污泥外层。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置及方法结构原理图，其由塔身10、进水设备1、碱度投加装置4、曝气装置5、出水口7和出气口8组成，塔身10的内部为空腔，塔身10的内部空腔中右下至上设置有4层污水处理层，每层污水处理层由从上至上依次设置的支座9、承托层2和颗粒污泥层3组成，出水口7与塔身10内部空腔的顶端相通，处理完毕的污水经出水口7排出。出气口8的高度高于塔身10顶端的高度，出气口8经管路与每层颗粒污泥层3上方的空余空间均相连通。

塔身10起围挡和支撑的作用，其材质可以是混泥土或者钢结构，塔身一般为圆柱形，其高度可根据污水处理要求以及颗粒污泥层3的层数和高度来决定，一般要设一个底座保证反应装置可以稳定站立。支座9沿高度方向将反应装置分为四层，起支撑承托层2和颗粒污泥层3重量的作用，其结构是网状钢铁材料。

进水设备1位于装置的下部，待处理废水通过进水设备1首先进入塔身10内部空腔的底部。进水设备1由进水池、进水管、水泵组成，在水泵的作用下，进水池中的待处理废水经管路进入塔身10的底部，废水从下往上进入塔身10，通过承托层2将水均匀分布在颗粒污泥层3中进行脱氮。

承托层2由普通细砾石构成，其粒径范围为2～4mm，支座9上的网状孔径小于承托层2中细砾石的粒径，以避免承托层2中的细砾石漏下。承托层2的高度根据所处理的污水的量、颗粒污泥层3的高度来决定。承托层2将下部进来的污水均匀分布到颗粒污泥层3中，还起到防止颗粒污泥层3中的颗粒污泥掉落至下一层而流失的作用。

颗粒污泥层3是由一个个污泥颗粒组成，这个污泥颗粒不是一般意义上的颗粒污泥，如图2所示，给出了本发明中污泥颗粒的剖视图，它的核心是铁碳合金材质的合金核心11，外部为由硝化污泥包裹而形成的硝化污泥外层12，合金核心11的直径不应过大，采用1～2mm的直径最为适宜。污水接触颗粒污泥时，在好氧条件下，污泥颗粒表面的硝化污泥将污水中的氨氮转化为硝态氮，通过传质作用进入污泥颗粒的内部，颗粒污泥内部的铁碳电极将硝化反应生成的硝态氮还原为氮气，而合金中的铁被氧化，发生原电池反应， 这个污泥颗粒的结构克服了一般反应装置只能进行一种反应的弊端，在同一装置内同时进行好氧和厌氧反应。

污泥颗粒核心的合金在硝氮还原过程中，铁转化为亚铁离子，亚铁离子在有氧条件下容易转化为三价铁离子，形成氢氧化铁胶体，消耗氢氧根离子，使装置中的pH减少，碱度投加装置4用来给反应装置补充碱度，一般投加碳酸氢钠使装置内的pH保持在7.5～8.5之间，

因其塔身较高可自然通风，自然通风不足的情况下进行机械通风。曝气装置5通过布气装置6给颗粒污泥层3提供氧气，布气装置6由干管-支管-布气孔组成，曝气装置5将氧气导入干管，氧气从干管到支管再通过支管上的小孔均匀分布在颗粒污泥层3中，使颗粒污泥层3处于好氧环境，为硝化反应提供条件；布气装置6中的支管还可以起到固定颗粒污泥层3中颗粒污泥的作用，防止颗粒污泥核心的合金还原硝氮生成的气体在颗粒污泥层3积累形成大气泡窜出而冲散颗粒污泥。

污水从下到上，分为多层，下部为高负荷层，从下到上负荷逐渐降低，反应装置可通过增加颗粒污泥层3的高度来增加污水处理的负荷，分多层进行反应可以防止因颗粒污泥堆积太厚，无法与废水充分接触导致反应不完全，节省了充分反应需要搅拌所消耗的电能，反应完的出水通过出水口7流出。

反应装置中每层空余空间较小，颗粒污泥层3中的颗粒污泥核心的合金将硝氮转化为氮气生成的气体需要及时排出，否则就会造成负压，冲散颗粒污泥，曝气装置5中生成的气体、以及曝气所多余的气体通过出气口8排出，该装置分为四层，每一层上部均有气体排出口，气体可以通过气体排出通道排出，防止下部生成的气体无法穿过上部每层的承托层2和颗粒污泥层3，同时还起平衡气压的作用。

本发明的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置的污水处理方法，具体通过以下步骤来实现：

a).进水和布水，进水设备将待处理污水抽至塔身内部空腔的最底部，污水由下向上流动，首先经过最底部的污水处理层，在污水流经承托层的过程中，承托层中的细砾石实现均匀布水，使污水在塔身内腔横截面上均匀分布；

b).硝化反应，曝气装置鼓入的氧气经布气装置的布气孔逸出，使颗粒污泥层中的污泥颗粒表面处于好氧环境，污泥颗粒表面的硝化污泥将污水中的氨氮转化为硝态氮；

c).硝氮还原反应，污泥颗粒表面产生的硝态氮经传质作用进入颗粒污泥的内部，颗粒污泥内部的铁碳电极将硝化反应生成的硝态氮还原为氮气，同时合金核心中的铁被氧化，发生原电池反应；

d). pH调节，污泥颗粒中的合金核心在硝氮还原过程中，铁转化为亚铁离子，亚铁离子在有氧条件下转化为三价铁离子，形成氢氧化铁胶体，消耗水中的氢氧根离子，使水中的pH值降低，通过碱度投加装置投加氢氧化钠溶液，使污水中的pH维持在7.5～8.5之间；

e).气体的逸出，硝氮还原反应生成的氮气以及曝气装置通入的多余的氧气，均进入颗粒污泥层上方的管路，最终从出气口排出；

f).污水后续处理，污水经最下方的污水处理层处理后，由下至上再依次通过剩余的污水处理层，经过每个污水处理层时进行步骤b)至步骤e)相同的处理过程，且从下到上负荷逐渐降低，处理后的污水最终经出水口排出。

Claims (4)

1.一种塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置的污水处理方法，塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置包括塔身（10）、进水设备（1）、碱度投加装置（4）、曝气装置（5）、出水口（7）和出气口（8），塔身的内部为空腔，塔身的内部空腔中由下至上设置有多层污水处理层；进水设备用于将待处理的污水通入至塔身内部空腔的底部，碱度投加装置用于向塔身中添加碱液；每层污水处理层由从下至上依次设置的支座（9）、承托层（2）和颗粒污泥层（3）组成，支座实现对承托层的支撑，承托层由细砾石构成，颗粒污泥层由若干污泥颗粒堆积而成，污泥颗粒的内部为铁碳合金材质的合金核心（11），合金核心的外围包裹有硝化污泥外层（12）；颗粒污泥层（3）中均匀分布有多个布气装置（6），布气装置经管路与曝气装置（5）相连通，出水口（7）与塔身（10）内部空腔的顶端相通，出气口（8）的高度高于塔身顶端的高度，出气口经管路与每层颗粒污泥层上方的空余空间均相连通；其特征在于：塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置的污水处理方法，通过以下步骤来实现：

a).进水和布水，进水设备将待处理污水抽至塔身内部空腔的最底部，污水由下向上流动，首先经过最底部的污水处理层，在污水流经承托层的过程中，承托层中的细砾石实现均匀布水，使污水在塔身内腔横截面上均匀分布；

b).硝化反应，曝气装置鼓入的氧气经布气装置的布气孔逸出，使颗粒污泥层中的污泥颗粒表面处于好氧环境，污泥颗粒表面的硝化污泥将污水中的氨氮转化为硝态氮；

c).硝氮还原反应，污泥颗粒表面产生的硝态氮经传质作用进入颗粒污泥的内部，颗粒污泥内部的铁碳电极将硝化反应生成的硝态氮还原为氮气，同时合金核心中的铁被氧化，发生原电池反应；

d). pH调节，污泥颗粒中的合金核心在硝氮还原过程中，铁转化为亚铁离子，亚铁离子在有氧条件下转化为三价铁离子，形成氢氧化铁胶体，消耗水中的氢氧根离子，使水中的pH值降低，通过碱度投加装置投加氢氧化钠溶液，使污水中的pH维持在7.5～8.5之间；

e).气体的逸出，硝氮还原反应生成的氮气以及曝气装置通入的多余的氧气，均进入颗粒污泥层上方的管路，最终从出气口排出；

f).污水后续处理，污水经最下方的污水处理层处理后，由下至上再依次通过剩余的污水处理层，经过每个污水处理层时进行步骤b)至步骤e)相同的处理过程，且从下到上负荷逐渐降低，处理后的污水最终经出水口排出。

2.根据权利要求1所述的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置的污水处理方法，其特征在于：所述支座（9）为网状钢铁材料，承托层（2）中细砾石的粒径范围为2～4mm，支座上的网状孔径小于承托层中细砾石的粒径；污泥颗粒的合金核心（11）的直径大小为1～2mm。

3.根据权利要求1或2所述的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置的污水处理方法，其特征在于：所述布气装置（6）由干管、支管和布气孔组成，干管上均匀设置有与其相通的多个支管，支管上均匀开设布气孔，干管经管路与曝气装置（5）相连通，曝气装置通入的氧气依次经干管、支管和布气孔进入到颗粒污泥层（3）中使其处于好氧环境。

4.根据权利要求1或2所述的塔式铁碳微电解-硝化污泥脱氮装置的污水处理方法，其特征在于：进水设备（1）由进水池、进水管和水泵组成，进水池中的污水经水泵抽至塔身的底部，碱度投加装置（4）投加的碱液为碳酸氢钠。

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