CN1331777C

CN1331777C - 牡蛎壳填料硝化曝气生物滤池

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Publication number: CN1331777C
Application number: CNB2005101189878A
Authority: CN
Inventors: 熊小京; 叶志隆; 芦敏; 欧阳通
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2025-11-15
Also published as: CN1792874A

Abstract

牡蛎壳填料硝化曝气生物滤池，涉及一种用于污水脱氮的生物滤池，尤其是涉及一种采用牡蛎壳填料的硝化曝气生物滤池。设有池体、牡蛎壳填料、承托板、布水与布气装置、出水与反冲洗装置，承托板在池体内下部，承托板上设至少1个通孔，牡蛎壳填料填入池体内的承托板上，布水与布气装置在承托板的下方，布水与布气装置设有布水管、布气管、布水与布气室，布水管和布气管在承托板下方的布水与布气室内；布水管外接进水管，布气管外接曝气机；出水和反冲洗装置设有出水室和出水管，出水室在池体顶部，出水室的顶部开口，出水室的底部接池体顶部，出水管接至出水室外，作为滤池的出水口。

Description

牡蛎壳填料硝化曝气生物滤池

技术领域

本发明涉及一种用于污水脱氮的生物滤池，尤其是涉及一种采用牡蛎壳填料的硝化曝气生物滤池。

背景技术

已有的去除污水中氮的方法有物理法、化学法和生化法。生化脱氮工艺因具有氨氮脱除率高、二次污染少、运行费用低等优点而得到广泛运用。

生化法包括三个反应过程：氨化反应、硝化反应、反硝化反应。城市污水二级处理出水中，氮主要以氨态氮的形式存在，而三级处理中则要求包含硝化作用为主的脱氮过程。此外，钢铁、炼油、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等诸多行业的废水中均含有较高浓度的氨氮。因此硝化反应作为生化脱氮过程中的重要步骤，对于有效地去除废水中的氨氮、消减氨氮排放对水体的污染具有重要的意义。

硝化反应在两种自养菌的作用下分两个过程完成。首先由亚硝酸化菌将氨氮转化为亚硝酸盐，然后再由硝酸化菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐，其反应方程式如下：

由上述反应化学计量式(1)、(2)可知，在氧气充足的条件下，每去除1mol的NH₄ ⁺-N产生2mol的H⁺，即每去除1g的NH₄ ⁺-N需消耗7.14g的碱度(以CaCO₃计)。

已有的利用脱氮硝化反应的曝气生物滤池是在20世纪70年代末、80年代初开发的污水处理新技术，其由池体、填料、布水系统、布气系统、反冲洗系统及排水系统组成，主要有BIOCARBONE、BIOFOR、BIOSTYR三种形式(齐兵强，王占生.曝气生物滤池在污水处理中的应用[J]：给水排水，2000，26(10)：4-9.)。

由于曝气生物滤池具有处理效率高、占地面积小、基建及运行费用低、管理方便和抗冲击负荷能力强等特点；并且，由于其较活性污泥法更适于硝化菌的生长(Lazarova V.，Nogueira R.，Manem J.，Melo L..Influence of dissolved oxygen on nitrificationkinetics in a circulating bed reactor[J].Wat.Sci.Tech.，1998，37(4-5)：189-193；Picioreanu C.，Van Loosdrecht M.C.M.，Heijnen J.J..Modelling the effect of oxygenconcentration on nitrite accumulation in a biofilm airlift suspensionreactor[J].Wat.Sci.Tech.，1997，36(1)：147-156)，特别是在低pH值条件下较活性污泥仍具有硝化性能而广泛应用于含氮废水处理(De Boer W.，Kowalchuk G.A..Nitrification in acid soils：micro-organisms and mechanisms[J].Soil Biologyand Biochemistry，2001，33：853-866)。

目前，曝气生物滤池常用的填料有无机类和有机类两种。其中，无机类填料有砂石、陶粒等，而有机类主要是采用玻璃钢、聚氯乙稀、聚丙烯维尼纶等制造的不同规则形状的滤料(郑俊，吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].北京：化学工业出版社-环境科学与工程出版中心，2005：59-105)。

由于硝化反应需要消耗大量的碱度，当污水中碱度不足，而氨氮负荷比较高时，会使处理装置中的混合液pH值降至6.5以下，使硝化反应速率降低和硝化菌受到抑制，因此，工程设计时需进行碱度核算(郑俊，吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].北京：化学工业出版社-环境科学与工程出版中心，2005：59-105)。目前，补充碱度的方式主要是投加NaHCO₃或NaOH(包洪新，蔡不忒.碱度对SBR中氨氮硝化的影响[J].河海大学学报，1995，23(1)：44-49；G.Ruiza，D.Jeisonb，R.Chamya.Nitrifcation with high nitriteaccumulation for the treatment of wastewater with high ammoniaconcentration[J].Water Research，2003，37：1371-1377.)，这无疑增加了运行成本与管理的难度。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的传统填料硝化曝气生物滤池运行中需要补充碱度试剂的问题，提供一种无碱度试剂补充、氨氮去除率高、运行成本低的牡蛎壳填料硝化曝气生物滤池。

本发明设有池体、牡蛎壳填料、承托板、布水与布气装置、出水与反冲洗装置。承托板设于池体内下部，承托板上设至少1个通孔，牡蛎壳填料填入池体内的承托板上，布水与布气装置设于承托板的下方，布水与布气装置设有布水管、布气管、布水与布气室，布水管和布气管设于承托板下方的布水与布气室内；布水管外接进水管，布气管外接曝气机；出水和反冲洗装置设有出水室和出水管，出水室设于池体顶部，出水室的顶部开口，出水室的底部与池体顶部相连接，出水管接至出水室外，作为滤池的出水口。

由于生物填料是构成生物滤池的核心部分，影响着滤池对污染物的处理效果与运行控制，因此选择合适的填料对曝气生物滤池工艺的推广和应用具有重要意义。本发明采用牡蛎壳作为曝气生物滤池的生物填料，利用牡蛎壳粗糙的表面作为曝气生物滤池生物膜的载体，以及利用牡蛎壳中含有大量的CaCO₃为硝化反应所需碱度来源。

在以下的实施例中将会结合附图给出本发明在处理含氨氮的废水中取得的突出效果。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的承托板的示意图。

图3为本发明实施例布水与布气装置的结构示意图。

图4为本发明实施例出水与反冲洗装置的结构示意图。

图5为本发明实施例不同进水氨氮浓度时硝化效果比较图。在图5中，横坐标为时间/d，即t/d，纵坐标为氮浓度/mg·L^-1。

图6为本发明实施例不同进水氨氮浓度与牡蛎壳提供碱度关系图。在图6中，横坐标为NH₄ ⁺-N/mg·L^-1，纵坐标为碱度/mg·L^-1。

具体实施方式

以下实施方式将结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1-4所示，本发明设有池体10、牡蛎壳填料9、承托板5、布水与布气装置、出水与反冲洗装置。承托板5设于池体10内下部，承托板5上设数十个通孔，牡蛎壳填料9填入池体10内的承托板5上，布水与布气装置设于承托板5的下方，布水与布气装置设有布水管4、布气管6、布水与布气室11，布水管4和布气管6设于承托板5下方的布水与布气室11内；布水管4外接进水管，布气管6外接曝气机8；出水和反冲洗装置设有出水室13和出水管12，出水室13设于池体10顶部，出水室13的顶部开口，出水室13的底部与池体10的顶部相连接，出水管12接至出水室13外，作为滤池的出水口。

本发明开拓性地以牡蛎壳作为生物膜的载体，由于牡蛎壳具有粗糙的表面，因此具有作为生物膜载体的可行性，并且通过实验表明牡蛎壳粗糙的表面适合硝化生物膜的生长。牡蛎壳填料曝气生物滤池的工艺流程如图1所示；含氨氮的废水在蠕动泵2的作用下，由水槽1通过软管进入曝气生物滤池池体10的底部，经聚氯乙稀承托板5均匀地分配到池体10中。滤池池体10中充填着90cm高的牡蛎壳填料9(投影面积1cm×3cm，孔隙率81.0％)，填料9表面生长着生物膜，生物膜在好氧条件下，将废水中的氨氮转化成硝酸盐氮，处理水由滤池池体10的顶部排出。微生物所需要的氧气由曝气机8供给，并通过布气管6在滤池池体10内释放出来。

滤池池体10由长1000mm，内径为100mm的PVC管材制作而成。承托板采用聚氯乙烯板制作而成，并镶入滤池池体低端，其四周通过AB胶与滤池池体相连接。承托板直径为100mm，厚度为10mm，板上钻多个直径为4mm的小孔(参见图2)。布水与布气室在承托板的下端，由一内径为100mm，高为100mm的PVC管制作而成，上端与滤池池体底端通过AB胶连接，下端采用φ100mm的闷板封闭(参见图3)。布水管为一内径8mm的不锈钢短管，并在距布水与布气室顶端4cm处，沿直径方向从左边镶入布水与布气室100mm。沿布水管截面，每隔10mm的长度，45°向下左右各钻φ2的布水孔，参见图3中的A。布水管4经φ10的塑料软管与蠕动泵2相连接。含氮废水由蠕动泵2输送至布水管4在滤池池体10内进行分布。布气管6在距布水与布气室11低端40mm处，为一内径5mm的不锈钢短管，并沿直径方向从右边镶入布水与布气室100mm。在布气管6上，每隔10mm，沿截面45°向下左右各钻φ1的布气孔(见图3中的B)。布气管6通过φ8的塑料软管与曝气机8连接，滤池运行时，空气经布气管6在滤池内进行释放，为生物膜供氧。

出水室13在曝气生物滤池池体10的顶部，为一内径为100mm，高为100mm的PVC管制作而成。其顶部开口，底部用AB胶与滤池池体10顶端相连接。在出水室13高5cm处，插入一长为50mm，直径为10mm的不锈钢短管(出水管12)，作为滤池出水口，见图4中的C。

气水反冲洗装置的目的是去除生物滤池运行中截留的各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的微生物膜。曝气生物滤池气-水联合反冲洗通过布水管4、布气管6及承托板5来实现。反冲洗步骤如下：先由曝气机8鼓气经气阀7对滤池进行气洗，而后采用气-水联合反冲洗，最后再单独水洗。反冲洗的水与气分别经由滤池池底的布水管与布气管，同时控制好反冲洗的强度与时间。

经实验验证，本发明所说的牡蛎壳填料非常适合作为生物膜载体，微生物可在牡蛎壳表面附着生长，并形成生物膜，因此，可以得出牡蛎壳适合作为曝气生物滤池的生物膜载体的结论。其次，本发明具有较高的氨氮去除效率，经考查，当原水在pH＜6，进水氨氮浓度分别60、120、240mg/L时，牡蛎壳填料曝气生物滤池的硝化特性实验结果如图5所示。另外，本发明为海产养殖废弃物-牡蛎壳资源化再利用寻找一条新的途径。近年来，海产养殖业的发展带来的大量固体废弃物——牡蛎壳，已经越来越成为困扰我国东南沿海的环境问题。大量废弃牡蛎壳的堆放不仅占用了沿海的农业用地，而且容易散发臭味，孳生蚊蝇，影响周围生态环境。因此，本发明的应用将为牡蛎壳的再利用，实现“变废为宝”，开辟一条新的途径。同时，本发明为硝化反应寻找到一种经济、适用的碱度供应剂，由于硝化反应过程中产生的H⁺，当它积累到一定程度时，会引起反应装置中的pH值迅速降低，容易对硝化产生抑制。对于硝化需要碱度补充的问题目前主要通过投加NaHCO₃或NaOH来解决，这大大增加了废水生化脱氮工艺的运行管理成本。而牡蛎壳中含有的大量CaCO₃可以在酸性条件下溶解，因此能为硝化反应提供碱度。

当进水氨氮浓度为60、120mg/L时，滤池出水中氨氮浓度分别小于4、9mg/L，滤池对氨氮的去除率达到90％以上；当氨氮浓度升高至240mg/L时，出水氨氮浓度小于84mg/L，氨氮的去除率降为65％左右。由此可见牡蛎壳填料曝气生物滤池对于低浓度的含氮废水具有很高的氨氮去除能力，而且对于高浓度含氮废水仍显现出良好的硝化特性。

可通过进水氨氮浓度求得牡蛎壳消耗量。由于硝化菌每降解1g的NH₄ ⁺-N需要消耗7.14g的碱度(以CaCO₃计)，即每降解1g的NH₄ ⁺-N需要消耗大约7.14g的牡蛎壳，因此可以通过氨氮的降解量求出牡蛎壳的消耗量。

当进水氨氮浓度为60、120mg/L时，其完全降解理论上分别需要428、857mg/L的碱度，而氨氮浓度为240mg/L、硝化率65％时，其理论碱度需要量为1114mg/L。图6比较了进水氨氮浓度分别为60、120、240mg/L时牡蛎壳为硝化反应提供碱度的情况。当氨氮浓度为60、120、240mg/L时，牡蛎壳溶解为硝化提供的碱度分别为398、802与1077mg/L左右，加上原水与出水中碱度差值，正好等于硝化的理论值(见表1)。由此可以在已知进出水氨氮浓度及原水流量的情况下，计算得知每d需要补充多少量的牡蛎壳。如流量为10L/d，进水氨氮浓度为60、120mg/L时，生物滤池完全降解氨氮所需溶解的牡蛎壳理论量为4.19g/d、8.39g/d，而实际补充的牡蛎壳量分别为4.00g/d、8.03g/d。

表1不同进水氨氮浓度时牡蛎壳供应碱度与硝化所需碱度关系验证

进水NH₄ ⁺-N(mg/L)	出水NH₄ ⁺-N(mg/L)	去除NH₄ ⁺-N(mg/L)	硝化消耗碱度(mg/L)	进水碱度(mg/L)	出水碱度(mg/L)	牡蛎壳碱度(mg/L)
进水NH₄ ⁺-N(mg/L)	出水NH₄ ⁺-N(mg/L)	去除NH₄ ⁺-N(mg/L)	硝化消耗碱度(mg/L)	进水碱度(mg/L)	出水碱度(mg/L)	牡蛎壳碱度(mg/L)	60	1.32	58.68	418.98	34.25	18.74	398.38
120	2.49	117.51	839.02	30.53	9.65	802.75	60	1.32	58.68	418.98	34.25	18.74	398.38
120	2.49	117.51	839.02	30.53	9.65	802.75	240	86.41	153.59	1096.63	16.25	10.23	1077.10

注：本表由图6得来。

Claims

1、牡蛎壳填料硝化曝气生物滤池，其特征在于设有池体、牡蛎壳填料、承托板、布水与布气装置、出水与反冲洗装置，承托板设于池体内下部，承托板上设至少1个通孔，牡蛎壳填料填入池体内的承托板上，布水与布气装置设于承托板的下方，布水与布气装置设有布水管、布气管、布水与布气室，布水管和布气管设于承托板下方的布水与布气室内；布水管外接进水管，布气管外接曝气机；出水和反冲洗装置设有出水室和出水管，出水室设于池体顶部，出水室的顶部开口，出水室的底部与池体顶部相连接，出水管接至出水室外，作为滤池的出水口。