CN113233599A - 一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中cod、氨氮、总氮和总磷的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,本发明涉及微污染水处理的方法。本发明是要解决现有的利用生物滤柱难以实现微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷同步高效去除的技术问题。本方法:一、搭建改良生物滤柱系统,改良生物滤柱上部填充石英砂滤料,为好氧区;下部填充锰砂,为缺氧区;二、将待处理的微污染水泵入改良生物滤柱系统,同时接种城镇污水处理厂的污泥,进行启动;三、待处理的微污染水泵入改良生物滤柱系统中稳定运行,完成处理。本发明出水的COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为59.24%~69.83%、93.27%~98.15%、65.01%~78.95%和55.32%~67.59%。可用于微污染水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及微污染水处理的方法,具体涉及改良生物滤柱工艺的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展,人民生活水平不断提高,人类生产、生活过程中会产生大量的废水。尽管城镇污水、工业废水经处理达标后排放水体,但是其排放水质仅相当于《地表水环境质量标准》中的劣Ⅴ类;此外农业生产过程中,大量农药、化肥的使用,导致大量农业面源污染废水直接排放,以及农村生活污水没有经过严格处理后排放,造成污水的排入量超过了水体的自净能力,水质不断恶化,水体富营养化问题加剧,极大削弱了水体用水和景观功能。因此需要对微污染的河水、湖水等水体进行处理。
对微污染的水体中有机物、氮、磷的去除通常采用生物法,如曝气生物滤池。虽然其对COD和氨氮具有很好的去除效果,但是其对总氮和总磷的去除效果较差,需要辅助化学处理,增加了运行成本。本发明将解决现有技术难以实现微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷同步高效去除的问题。
发明内容
本发明是要解决现有的利用曝气生物滤柱难以实现微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷同步高效去除的技术问题,而提供一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法。
本发明的基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,包括以下步骤:
一、搭建改良生物滤柱系统:该改良生物滤柱系统包括水箱1、潜水泵2、滤柱3和曝气系统4;其中在滤柱内设置承托层3-1、锰砂滤料层3-2和石英砂滤料层3-3,在滤柱的侧壁上部设置溢流口3-4,在侧壁中部设置取样口3-5;在滤柱的顶部设置有进水口3-6,在滤柱的底部设置有出水口3-7,并与出水管3-8和反冲洗管3-9连接;曝气系统4的曝气头4-1设置在锰砂滤层3-2和石英砂滤层3-3的接界处;潜水泵2设置在水箱1内,并通过管路与滤柱的进水口3-6连接;
二、启动:将水箱1内的待处理的微污染水通过潜水泵2泵入改良生物滤柱系统的滤柱3中,再向滤柱3中接种城镇污水处理厂的污泥,污泥每周两次,接种2周;先按待处理的微污染水的水力停留时间为4~4.5小时运行,运行28~32天后,再将水力停留时间缩短为2~2.5小时运行,运行20~25天,完成启动;
三、运行:将待处理的微污染水泵入改良生物滤柱系统中,通过曝气系统4向滤柱3内曝气;在水温为18~25℃、溶解氧浓度为0.5~1.0mg/L、水力停留时间1.5~2小时的条件下运行,并运行10~12天后反冲洗一次,完成微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的同步高效去除。
更进一步地,步骤一中所述的锰砂滤料层中的锰砂的二氧化锰质量百分含量≥40%。
更进一步地,步骤二中每次接种城镇污水处理厂的污泥的体积量为滤柱的有效容积的4%~7%。
更进一步地,步骤二中微污染水的COD浓度为35~55mg/L,氨氮浓度为2.5~5mg/L,总氮浓度为3~5mg/L,总磷浓度为0.5~1.5mg/L。
更进一步地,锰砂滤料层3-2和石英砂滤料层3-3的高度比为1:(1.5~2),这种设置有利于反硝化,可提高总氮的去除效果。
更进一步地,锰砂滤料层3-2锰砂的粒径为4~6mm。
更进一步地,石英砂滤料层中石英砂的粒径为3~4mm。
本发明采用改良生物滤柱同步去除微污染水中的COD、氨氮、总氮和总磷时,改良生物滤柱的上部为好氧区、下部为缺氧区。在改良生物滤柱的上部好氧区,异养菌利用水中的溶解氧将有机物氧化为二氧化碳和水;硝化菌利用水中的溶解氧将氨氮氧化为硝态氮;同时在生物膜内部的反硝化菌能够利用进水中的有机物将硝态氮还原成氮气。在改良生物滤柱的下部的缺氧区,经启动阶段驯化后培养的反硝化菌能够利用进水中的难降解有机物将硝态氮还原成氮气;此外二氧化锰含量40%以上的高质量锰砂中的二氧化锰能够将进水中的难降解有机物氧化为易降解有机物,进而作为反硝化的碳源,提高了总氮的去除效果;同时被还原的二价锰能够与进水中的磷反应生成磷酸锰沉淀,从而去除总磷。在改良生物滤柱中,磷的去除还包括微生物生长过程中对磷的吸收,生物膜,滤料对磷的吸附;尤其是锰砂中二氧化锰不断氧化难降解有机物后,锰砂表面会形成空穴,能够提高磷的吸附效果;吸附的磷,以及生产的磷酸锰沉淀在反冲洗过程中会被冲走,因此锰砂可以持续吸附磷,氧化难降解有机物。
本发明与现有生物滤柱去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷相比,有如下优点:
1)去除效果好,COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为59.24%~69.83%、93.27%~98.15%、65.01%~78.95%和55.32%~67.59%。
2)运行成本低,本发明在改良生物滤柱中部曝气,水压低;同时溶解氧仅0.5~1.0mg/L,减少了曝气量;降低了能耗、运行成本。
3)能够进一步降解水中的难降解有机物,从而降低水中有毒有害难降解有机物(如抗生素、药物和个人护理产品)的潜在环境风险。
本发明有效解决了现有的利用生物滤柱难以实现微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷同步高效稳定去除的技术问题。出水中COD、氨氮、总氮和总磷的浓度分别低于17mg/L、0.23mg/L、1.26mg/L、0.47mg/L,实现了微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的同步高效去除,有利于实际工程应用。
附图说明
图1是本发明中改良生物滤柱系统的结构示意图。
图2是实施例1中改良生物滤柱系统去除COD的稳定运行效果图。
图3是实施例1中改良生物滤柱系统去除氨氮的稳定运行效果图。
图4是实施例1中改良生物滤柱系统去除硝态氮的稳定运行效果图。
图5是实施例1中改良生物滤柱系统去除总氮的稳定运行效果图。
图6是实施例1中改良生物滤柱系统去除总磷的稳定运行效果图。
具体实施方式
用下面的实施例验证本发明的有益效果。
实施例1:本实施例的基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,
一、搭建改良生物滤柱系统:该改良生物滤柱系统由水箱1、潜水泵2、滤柱3和曝气系统4组成;其中滤柱的直径为150mm,高为2500mm,在滤柱内设置承托层3-1、锰砂滤料层3-2和石英砂滤料层3-3,锰砂滤料层3-2的滤料厚度为0.6m,锰砂的粒径为4~6mm,锰砂的二氧化锰质量百分含量为42%;石英砂滤料层3-3的厚度为0.9m,石英砂的粒径为3~4mm;在滤柱的侧壁上部设置溢流口3-4,在侧壁中部设置取样口3-5;在滤柱的顶部设置有进水口3-6,在滤柱的底部设置有出水口3-7,并与出水管3-8和反冲洗管3-9连接;曝气系统4的曝气头4-1设置在锰砂滤层3-2和石英砂滤层3-3的接界处;潜水泵2设置在水箱1内,并通过管路与滤柱的进水口3-6连接;
二、启动:将水箱1内的待处理的微污染湖水通过潜水泵2泵入改良生物滤柱系统的滤柱3中,再向滤柱3中接种城镇污水处理厂的污泥,污泥中含有氧化有机物的异养菌、硝化菌、反硝化菌,每周两次,每次接种城镇污水处理厂的污泥的体积量为2.5升,接种2周;先按待处理的微污染水的水力停留时间为4小时运行,运行30天后,再将水力停留时间缩短为2小时运行,运行20天,完成启动;
三、运行:将待处理的微污染湖水泵入改良生物滤柱系统中,通过曝气系统4向滤柱3内曝气;在水温为19~22℃、溶解氧浓度为0.6~0.7mg/L、水力停留时间2小时的条件下运行,完成微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的同步高效去除。
本实施例中,待处理的微污染湖水中的COD浓度为36~52mg/L,在稳定运行阶段,出水COD浓度为13~17mg/L,COD去除率为59.24%~69.83%,平均出水浓度为14.68mg/L,去除率为65.87%。
待处理的微污染湖水中的氨氮浓度为2.88~4.54mg/L,在稳定运行阶段,出水氨氮浓度为0.055~0.23mg/L,去除率为93.27%~98.15%,平均出水浓度为0.12mg/L,去除率为96.63%。
待处理的微污染湖水中的总氮浓度为3.22~4.86mg/L,在稳定运行阶段,出水总氮浓度为0.80~1.26mg/L,去除率为65.01%~78.95%,平均出水浓度为1.04mg/L,去除率为72.64%。
待处理的微污染湖水中的总磷浓度为0.78~1.14mg/L,在稳定运行阶段,出水总磷浓度为0.29~0.47mg/L,去除率为55.32%~67.59%,平均出水浓度为0.37mg/L,去除率为60.29%。
实施例2:本实施例的基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,按以下步骤:
一、搭建改良生物滤柱系统:该改良生物滤柱系统包括水箱1、潜水泵2、滤柱3和曝气系统4;其中滤柱的直径为150mm,高为2500mm,在滤柱内设置承托层3-1、锰砂滤料层3-2和石英砂滤料层3-3,锰砂滤料层3-2的滤料厚度为0.5m,锰砂的粒径为4~5mm,锰砂的二氧化锰质量百分含量为45%;石英砂滤料层3-3的厚度为1.0m,石英砂的粒径为4~5mm;在滤柱的侧壁上部设置溢流口3-4,在侧壁中部设置取样口3-5;在滤柱的顶部设置有进水口3-6,在滤柱的底部设置有出水口3-7,并与出水管3-8和反冲洗管3-9连接;曝气系统4的曝气头4-1设置在锰砂滤层3-2和石英砂滤层3-3的接界处;潜水泵2设置在水箱1内,并通过管路与滤柱的进水口3-6连接;
二、启动:将水箱1内的待处理的微污染湖水通过潜水泵2泵入改良生物滤柱系统的滤柱3中,再向滤柱3中接种城镇污水处理厂的污泥,污泥中含有氧化有机物的异养菌、硝化菌、反硝化菌,每周两次,每次接种城镇污水处理厂的污泥的体积量为3升,接种2周;先按待处理的微污染水的水力停留时间为4小时运行,运行30天后,再将水力停留时间缩短为2小时运行,运行20天,完成启动;
三、运行:将待处理的微污染湖水泵入改良生物滤柱系统中,通过曝气系统4向滤柱3内曝气;在水温为20~20℃、溶解氧浓度为0.8~0.9mg/L、水力停留时间1.5小时的条件下运行,完成微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的同步高效去除。
本实施例中,待处理的微污染湖水中的COD浓度为36~52mg/L,在稳定运行阶段,出水COD浓度为12~14mg/L,COD去除率为66.7%~73.1%,平均出水浓度为13.35mg/L,去除率为69.6%。
待处理的微污染湖水中的氨氮浓度为2.88~4.54mg/L,在稳定运行阶段,出水氨氮浓度为0.048~0.21mg/L,去除率为95.37%~98.3%,平均出水浓度为0.115mg/L,去除率为96.90%。
待处理的微污染湖水中的总氮浓度为3.22~4.86mg/L,在稳定运行阶段,出水总氮浓度为0.78~1.21mg/L,去除率为75.1%~75.78%,平均出水浓度为1.00mg/L,去除率为87.64%。
待处理的微污染湖水中的总磷浓度为0.78~1.14mg/L,在稳定运行阶段,出水总磷浓度为0.26~0.42mg/L,去除率为63.15%~66.7%,平均出水浓度为0.35mg/L,去除率为63.5%。
Claims (7)
1.一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
一、搭建改良生物滤柱系统:该改良生物滤柱系统包括水箱(1)、潜水泵(2)、滤柱(3)和曝气系统(4);其中在滤柱内设置承托层(3-1)、锰砂滤料层(3-2)和石英砂滤料层(3-3),在滤柱的侧壁上部设置溢流口(3-4),在侧壁中部设置取样口(3-5);在滤柱的顶部设置有进水口(3-6),在滤柱的底部设置有出水口(3-7),并与出水管(3-8)和反冲洗管(3-9)连接;曝气系统(4)的曝气头(4-1)设置在锰砂滤层(3-2)和石英砂滤料层(3-3)的接界处;潜水泵(2)设置在水箱(1)内,并通过管路与滤柱的进水口(3-6)连接;
二、启动:将水箱(1)内的待处理的微污染水通过潜水泵(2)泵入改良生物滤柱系统的滤柱(3)中,再向滤柱(3)中接种城镇污水处理厂的污泥,污泥每周两次,接种2周;先按待处理的微污染水的水力停留时间为4~4.5小时运行,运行28~32天后,再将水力停留时间缩短为2~2.5小时运行,运行20~25天,完成启动;
三、运行:将待处理的微污染水泵入改良生物滤柱系统中,通过曝气系统(4)向滤柱(3)内曝气;在水温为18~25℃、溶解氧浓度为0.5~1.0mg/L、水力停留时间1.5~2小时的条件下运行,并运行10~12天后反冲洗一次,完成微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的同步高效去除。
2.根据权利要求1所述的一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,其特征在于步骤二中所述的微污染水的COD浓度为35~55mg/L,氨氮浓度为2.5~5mg/L,总氮浓度为3~5mg/L,总磷浓度为0.5~1.5mg/L。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,其特征在于锰砂滤料层(3-2)和石英砂滤料层(3-3)的高度比为1:(1.5~2)。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,其特征在于锰砂滤料层(3-2)锰砂的粒径为4~6mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,其特征在于石英砂滤料层(3-3)中石英砂的粒径为3~4mm。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,其特征在于步骤一中所述的锰砂滤料层中的锰砂的二氧化锰质量百分含量≥40%。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中COD、氨氮、总氮和总磷的方法,其特征在于步骤二中每次接种城镇污水处理厂的污泥的体积量为滤柱的有效容积的4%~7%。
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