CN111777265A - 一种间歇性曝气好氧/缺氧（o/a）式人工快速渗滤装置 - Google Patents

一种间歇性曝气好氧/缺氧（o/a）式人工快速渗滤装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于人工快速渗滤系统污水处理领域，更具体地，涉及一种间歇性曝气好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置。包括左右相邻设置且相互隔离的好氧区和缺氧区，其中：所述好氧区自下而上包括进水混合区和好氧反应区；本发明所述好氧反应区，在间歇性曝气运行下，有机物在好氧异养微生物的作用下被转化、降解，在氨化和硝化作用下，氮元素大量转化成硝酸根。本发明所述缺氧反应区，用于进行反硝化反应脱氮。本发明通过对传统人工快速渗滤填料的类型、级配及装置的构造等进行改进，将好氧段和缺氧段分隔开，并在好氧段进行间歇性微曝气，实现“去除有机物+脱氮+除磷”一体化处理，为分散式污水处理提供了一种节能、高效的处理装置。

Description

一种间歇性曝气好氧/缺氧（O/A）式人工快速渗滤装置
技术领域
本发明属于人工快速渗滤系统污水处理领域，更具体地，涉及一种间歇性曝气好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置。
背景技术
人工快速渗滤处理装置具有基建投资小、污染物去除效果好、布置灵活和运行维护管理方便等优点，尤其适用于分散式生活污水处理。然而已有研究表明其对氨氮、总氮、总磷的去除率偏低。由于进水中携带的氧气很少，不能完全满足有机物和氨氮降解的需求，而传统人工快速渗滤系统往往采用渗透性较好的填料，没有种植任何植物，植物复氧的可能性较低，而通过干湿交替运行方式的大气复氧效果也不是很稳定。目前国内生活污水普遍存在C/N比偏低的现象，往往不能满足反硝化反应对碳源的需求，而传统的污水回流、多点进水也存在着控制困难、效果不佳等缺点，难以达到深度脱氮除磷的目的。
目前，也有一些研究对传统人工渗滤系统增加曝气充氧，但是存在着能耗大、影响反硝化等缺点，间歇性曝气结合外加可降解固体碳源用于人工快速渗滤系统可显著提高硝化反硝化效果，同步脱氮除磷的同时降低能耗，若结合太阳能提供间歇曝气的动力，该技术则具有绿色、高效、节能的优势，在分散式污水处理中具有广泛的应用前景。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种间歇性曝气好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置，该装置中将好氧区和缺氧区左右相邻且相互隔离设置，好氧区水流方向为自下而上，污水自好氧区底部的进水混合区进入，从顶部配水管流入缺氧区继续反应，好氧区可间歇性微曝气，污水从配水管流到缺氧段时，污水中的溶解氧浓度较低，由于缺氧段与大气隔绝的独特构造，整个系统在水流沿程上呈现“好氧-缺氧”，由此解决现有技术的好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置存在的好氧区曝气影响反硝化、难以深度脱氮除磷等的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种间歇性曝气好氧/缺氧式人工快速渗滤装置，包括左右相邻设置且相互隔离的好氧区和缺氧区，其中：
所述好氧区自下而上包括进水混合区和好氧反应区；所述进水混合区包括进水管和设置在底部的曝气管；
所述缺氧区自上而下包括缺氧反应区和出水混合区，所述出水混合区包括出水管；
所述进水混合区和所述好氧反应区之间设有相邻设置的穿孔板和承托层，所述出水混合区和所述缺氧反应区之间也设有相邻设置的穿孔板和承托层，且所述穿孔板在下，所述承托层在上；
所述好氧反应区和所述缺氧反应区内均设置有填料；所述好氧反应区和所述缺氧反应区的顶部均设置有保护层；所述保护层用于防止填料的流失；
用于隔离所述好氧区和所述缺氧区的隔离板上方被穿孔且设置有通向所述缺氧区的配水管，所述配水管位于所述保护层上方；该配水管用于使污水从所述好氧反应区反应后穿过所述保护层溢流至所述缺氧区进行反应。
优选地，所述曝气管为微气泡曝气盘管，用于向所述好氧反应区间歇性曝气增氧。
优选地，所述配水管为连接所述好氧区和所述缺氧区的一根或多根水平穿孔配水管，在所述缺氧区顶部起到均匀布水的作用。
优选地，所述好氧反应区和缺氧反应区内的填料均包括粒径为 1.5mm～2.5mm石英砂以及粒径为1.0mm～2.0mm的沸石的混合物，其中沸石的体积分数为10％～15％。
优选地，所述缺氧反应区顶部填料中还设置有缓释性固体碳源。
优选地，所述缓释性固体碳源为可降解塑料PHBV。
优选地，所述缓释性固体碳源的体积为所述缺氧反应区内石英砂填料和沸石填料的总体积的10％～15％；所述缓释性固体碳源分散装填在距离所述缺氧反应区顶部10cm～20cm处的缺氧反应区内。
优选地，所述缺氧反应区内设置有海绵铁层；所述海绵铁层设置于所述缺氧区的承托层的上方、所述缓释性固体碳源的下方。
优选地，所述海绵铁层高度为150mm～200mm，所述海绵铁层包含粒径为1.0mm～1.5mm的海绵铁和粒径为1.5mm～2.5mm的石英砂的混合物，其中海绵铁的体积分数为5％～8％。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的一种间歇性曝气好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置，其为一种小型分散式污水用“去除有机物+脱氮+除磷”一体化处理装置，本发明通过将传统的好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置中好氧段和缺氧段上下堆叠设置的方式改进为左右相邻并通过隔离装置相互隔离的方式，且左右相邻的好氧区和缺氧区的水流方向相反，水流方向呈折线流。进水混合区为装置前段，好氧反应区、缺氧反应区为装置主要工作区域，好氧段水流为上向流，有利于污水与填料充分接触，缺氧段水流为下向流，污水从配水管流到缺氧段时，污水中的溶解氧浓度较低，又由于缺氧段与大气隔绝的独特构造，整个系统在水流沿程上呈现“好氧-缺氧”，该人工快速渗滤装置有较好的处理效果。
(2)本发明提出的间歇性曝气好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置，其好氧区的进水混合物底部设置有曝气管，该曝气管可以对好氧区进行间歇性微曝气增氧，为好氧异养菌和硝化菌提供充足的氧气，提高好氧反应区的硝化效率。硝化效率的提高也有利于提高反硝化效果。
(3)本发明在缺氧反应区的上部填料中分散设置有缓释性固体碳源，能够解决缺氧反应区反硝化反应过程中碳源不足的技术问题。
(4)本发明在缺氧段底部设置海绵铁层，海绵铁溶出的Fe3+、Fe2+与 PO4 3-反应生成不溶性磷酸盐沉淀，达到去除污水中磷的目的。
(5)通过本发明所构建的以上技术方案，相较于传统的上下叠放的人工快速渗滤工艺，本发明由于好氧区和缺氧区的填料分开设置且位于同一水平高度，其内部填料均比较容易更换，本发明提供了一种管理方便、脱氮效率高、运行成本低的新型人工快速渗滤系统，本发明适用于分散式生活污水的处理，为生活污水的深度处理提供了一条新思路。
附图说明
图1为本发明中一种间歇性曝气好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置的装置结构图。
图2为本发明一个实施例中溢流器的设置方式示意图；
图3为本发明中一种间歇性曝气好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置的填料示意图。
图4为本发明中一种间歇性曝气好氧/缺氧(O/A)式人工快速渗滤装置的流向示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-进水管、2-进水混合区、3-曝气管、4-好氧反应区、5-配水管、6-缺氧反应区、7-海绵铁层、8-出水混合区、9-保护层、10-承托层、11-穿孔板、 12-隔板、13-出水管。
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，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的一种间歇性曝气好氧/缺氧式人工快速渗滤装置，包括左右相邻设置且相互隔离的好氧区和缺氧区，其中：
所述好氧区自下而上包括进水混合区2和好氧反应区4；所述进水混合区包括进水管1和设置在底部的曝气管3；进水管1用于污水的纳入，控制装置的水力负荷；所述进水混合区2为装置前段，对进水起到均匀混合的作用。
所述缺氧区自上而下包括缺氧反应区6和出水混合区8，所述出水混合区包括出水管13；
所述进水混合区2和所述好氧反应区4之间设有相邻设置的穿孔板11 和承托层10，所述出水混合区8和所述缺氧反应区6之间也设有相邻设置的穿孔板11和承托层10，且所述穿孔板11在下，所述承托层10在上。
所述好氧反应区4和所述缺氧反应区6内均设置有填料；所述好氧反应区4和所述缺氧反应区6的顶部均设置有保护层9，所述保护层9用于防止填料的流失；
用于隔离所述好氧区和所述缺氧区的隔板12上方被穿孔且设置有通向所述缺氧区的配水管5，所述配水管5位于所述保护层9以上；该配水管5 用于使污水从所述好氧区反应后穿过所述保护层进入所述缺氧区进行反应。
一些实施例中，进水管1、出水管13均采用PVC管材，管径大小根据日处理量确定。
一些实施例中，本发明装置的外部构造由PVC板制成，并由中间隔离板隔离开，将其分成好氧区和缺氧区左右两个区域，相邻区域水流方向相反，水流方向呈折线流，在好氧段处水自下而上运动，进水中的溶解氧随着反应不断消耗，上向流有利于污水与填料生物膜的充分接触；污水通过溢流孔从好氧段溢流到缺氧段，污水中的溶解氧较少，缺氧段设置盖板与大气隔绝，其构造也有利于缺氧反硝化反应的进行，该人工快速渗滤装置有较好的脱氮效果。
一些实施例中，所述穿孔板11为穿孔PVC板，穿孔板上的孔眼直径为10mm左右，用于均匀分布进水，也可以截留污水中的大颗粒物质。
一些实施例中，所述承托层10用于承托好氧区和缺氧区内的填料，承托层装填两层砾石，上层砾石的粒径为5mm～10mm，厚度50mm左右，下层砾石的粒径为10mm～20mm，厚度50mm左右。
一些实施例中，进水管1设置在进水混合区中部，以便于进水快速混合。
一些实施例中，所述曝气管3为微气泡曝气盘管，用于向所述好氧反应区4进行间歇性微曝气。该曝气管产生的氧气通过穿孔板11进入好氧反应区4，为好氧反应区4提供足够的氧气；曝气管尺寸可由实际情况确定。
一些实施例中，所述曝气管3为微孔曝气头，曝气流量为0.1～0.2L/min，曝气时间与停止曝气时间的比值为1：3，即每曝气1小时，然后停止曝气 3小时，如此往复。通过转子流量计控制曝气的流量，通过时控开关控制曝气的运行与停止。
一些实施例中，所述好氧反应区4的填料包括粒径为1.5mm～2.5mm的石英砂以及粒径为1.0mm～2.0mm的沸石。装填前将石英砂和沸石充分混合均匀，其中沸石的体积分数为10％～15％，然后装填在好氧区，该区域对有机物去除率高达90％，对氨氮的去除率高达92％。
一些实施例中，所述缺氧反应区内的填料包括粒径为1.5mm～2.5mm的石英砂以及粒径为1.0mm～2.0mm的沸石的混合物，其中沸石的体积分数为 10％～15％。
一些实施例中，本发明所述配水管5为穿孔布水管，通过在好氧区与缺氧区交界处设置一根或多根穿孔布水管，使从好氧区反应的污水能均匀流入到缺氧区继续反应。优选实施例中，连接好氧区和缺氧区的穿孔布水管为3个直径为20mm的水平管，延伸到缺氧区上部空间进行均匀布水。
一些实施例中，所述缺氧反应区6顶部填料中还设置有缓释性固体碳源，所述缓释性固体碳源优选为可降解塑料PHBV。PHBV能提供反硝化所需的碳源，同时合适的缺氧环境有利于NO3 --N转化为N2。PHBV粒径 20-30mm，石英砂和沸石的总体积和PHBV的体积比为9:1，缺氧反应区的总氮去除率80％以上。
优选实施例中，所述缓释性固体碳源的体积为所述缺氧反应区6内石英砂填料和沸石填料的总体积的10％～15％；所述缓释性固体碳源分散装填在距离所述缺氧反应区顶部10cm～20cm处的缺氧反应区内。
一些实施例中，所述缺氧反应区6设置有海绵铁层7。所述海绵铁层7 设置于所述缺氧区的承托层10的上方。所述海绵铁层7高度为 150mm～200mm，所述海绵铁层7由粒径为1.0mm～1.5mm的海绵铁和粒径为1.5mm～2.5mm的石英砂混合组成，其中海绵铁的体积分数为5％～8％。海绵铁层溶出的Fe3+、Fe2+与PO4 3-反应生成不溶性磷酸盐沉淀，达到去除污水中磷的目的。
本发明所述进水混合区2和出水混合区8，可用来混合进出水，起到均匀分配进水和均匀收集出水的作用，同时可以沉淀进水中的大颗粒物质及出水中脱落的生物膜。
本发明所述好氧反应区4，在间歇性曝气运行下，有机物在好氧异养微生物的作用下被转化、降解，在氨化和硝化作用下，氮元素大量转化成硝酸根。本发明所述缺氧反应区6，用于进行反硝化反应脱氮。优选实施例中，本发明所述缺氧反应区6，其中可降解塑料PHBV为反硝化提供电子供体，其巨大的表面积有利于反硝化菌的附着，有利于相关菌群的生长繁殖，有利于反硝化的进行。
优选实施例中，本发明装置中进水管1用于控制装置进水流量；进水混合区2位于装置底部，起到混合沉淀的作用；曝气管3用于装置间歇性曝气增氧，为好氧异养菌和硝化菌提供充足的氧气；好氧填料区4装填混合填料，附着于填料上的微生物利用水中溶解氧充分地氧化分解以及氨化硝化，为进一步脱氮提供有利条件；缺氧填料区6用于反硝化反应的进行，实现水中氮的脱除，同时去除水中的磷；海绵铁层7用于化学除磷；出水混合区8减小系统短流的影响，使反应后的出水有一个过渡停留区，与进水管协同控制系统的水力负荷；保护层9和承托层10防止填料的流失；穿孔板11用于支撑填料并和底部进水混合区或出水混合区隔开，均匀配水或均匀收集出水。本发明通过对传统人工快速渗滤填料的类型、级配及装置的构造等进行改进，增设外加可降解塑料PHBV碳源和海绵铁除磷层，将好氧段和缺氧段分隔开，并在好氧段进行间歇性微曝气，实现“去除有机物 +脱氮+除磷”一体化处理，为分散式污水处理提供了一种节能、高效的处理装置。
本发明所述间歇曝气好氧/缺氧O/A人工快速渗滤装置，一些实施例中，其主要材质为聚乙烯板，特性在于耐磨，抗压，以及对环境污染较小，成本较低，运行管理容易。
本发明中所述“上”、“下”、“左”和“右”等表示方位的描述，其为本发明提供的人工快速渗滤装置的主视图的“上”、“下”、“左”和“右”。
以下为实施例：
本实施例中的一种间歇性曝气好氧/缺氧O/A式人工快速渗滤装置，包括进水管、进水混合区、曝气管、好氧填料区、缺氧填料区、出水混合区、出水管；其中，所述进水管和出水管为PVC管，进、出水保持相同的流量协同控制装置的负荷；启动初期通过人工污泥接种的方式，经过一段时间稳定后，各个功能区的填料表面生长了好氧菌、厌氧菌、兼性菌、硝化菌、反硝化菌等，该系统通过物理、化学、生物的作用达到净化污水的目的。所述好氧反应区，利用间歇性曝气提供的溶解氧进行生化反应，为有机物氧化分解，氮元素发生氨化和硝化反应的主要区域；所述缺氧反应区，主要利用可降解塑料PHBV提供的电子供体，在合适的缺氧环境下，通过反硝化等途径，将NO3 --N转化为N2；最后海绵铁层作为除磷区，利用其中的海绵铁不断溶出Fe3+、Fe2+，与PO4 3-反应生成不溶性磷酸盐沉淀，达到化学除磷的目的。
如图1所述一种间歇性曝气好氧/缺氧O/A式人工快速渗滤装置，包括进水管1、进水混合区2、曝气管3、好氧反应区4、配水管5、缺氧反应区 6、出水混合区8、保护层9、承托层10、穿孔板11和出水管13；其中，进水管1通过控制流量来控制系统的水力负荷；进水混合区2位于装置反应前段，可用来混合进出、水；好氧反应区4用于促进好氧及硝化反应，去除污水中大部分有机物；缺氧反应区6中可降解塑料PHBV，进行反硝化反应，完成脱氮的整个过程；最后通过海绵铁层去除污水中的磷；出水混合区8用于减小系统的短流，均匀混合、缓冲出水；保护层9和承托层 10防止填料的流失；穿孔板11用于支撑填料并和底部进水混合区或出水混合区隔开，均匀配水或均匀收集出水。隔离板12用于将好氧区和缺氧区6 分隔开。
图2为一个实施例中配水管5的设置方式，其为由三根水平配水管构成的穿孔布水管，对保护层上方隔离板穿孔，向缺氧区延伸出三根水平穿孔管，一端管口延伸至缺氧区上部空间，便于污水自好氧区流至缺氧区进行均匀布水。
参考图3，本发明一个实施例中好氧区和缺氧区的填料层包括石英砂 1.5mm～2.5mm，沸石1.0mm～2.0mm和海绵铁1.0mm～1.5mm，作为生物膜的载体，是各反应发生的主要场所。
参考图4，本发明一个实施例中间歇性曝气好氧/缺氧O/A式人工快速渗滤装置中水流方向先后呈现上向流和下向流，局部表现为均匀混合，而整体又呈现推流式，促进水中溶氧效率的提高，有利于生化反应的进行。
本领域的技术人员容易理解，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 (8)

1.一种间歇性曝气好氧/缺氧式人工快速渗滤装置，其特征在于，包括左右相邻设置且相互隔离的好氧区和缺氧区，其中：
所述好氧区自下而上包括进水混合区(2)和好氧反应区(4)；所述进水混合区包括进水管(1)和设置在底部的曝气管(3)；
所述缺氧区自上而下包括缺氧反应区(6)和出水混合区(8)，所述出水混合区包括出水管(13)；
所述进水混合区(2)和所述好氧反应区(4)之间设有相邻设置的穿孔板(11)和承托层(10)，所述出水混合区(8)和所述缺氧反应区(6)之间也设有相邻设置的穿孔板(11)和承托层(10)，且所述穿孔板(11)在下，所述承托层(10)在上；
所述好氧反应区(4)和所述缺氧反应区(6)内均设置有填料；所述好氧反应区(4)和所述缺氧反应区(6)的顶部均设置有保护层(9)；所述保护层(9)用于防止填料的流失；
用于隔离所述好氧区和所述缺氧区的隔离板(12)上方被穿孔且设置有通向所述缺氧区的配水管(5)，所述配水管(5)位于所述保护层(9)上方；该配水管(5)用于使污水从所述好氧反应区(4)反应后穿过所述保护层(9)溢流至所述缺氧区进行反应。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝气管(3)为微气泡曝气盘管，用于向所述好氧反应区(4)间歇性曝气增氧。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述配水管(5)为连接所述好氧区和所述缺氧区的一根或多根水平穿孔配水管，在所述缺氧区顶部起到均匀布水的作用。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述好氧反应区(4)和缺氧反应区内(6)的填料均包括粒径为1.5mm～2.5mm石英砂以及粒径为1.0mm～2.0mm的沸石的混合物，其中沸石的体积分数为10％～15％。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缺氧反应区(6)顶部填料中还设置有缓释性固体碳源，所述缓释性固体碳源优选为可降解塑料PHBV。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述缓释性固体碳源的体积为所述缺氧反应区(6)内石英砂填料和沸石填料的总体积的10％～15％；所述缓释性固体碳源分散装填在距离所述缺氧反应区(6)顶部10cm～20cm处的缺氧反应区(6)内。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述缺氧反应区(6)内设置有海绵铁层(7)；所述海绵铁层(7)设置于所述缺氧区(6)的承托层(10)的上方、所述缓释性固体碳源的下方。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述海绵铁层(7)高度为150mm～200mm，所述海绵铁层(7)包含粒径为1.0mm～1.5mm的海绵铁和粒径为1.5mm～2.5mm的石英砂的混合物，其中海绵铁的体积分数为5％～8％。
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