专利名称：一种高氨氮有机污水净化处理系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种污水净化处理系统与方法，特别是涉及一种以多层矿物质材料为过滤介质的高氨氮有机污水净化处理系统与方法，属于水、废水或污水处理技术领域。
背景技术：
高氨氮(NH4-N)有机污水是当前我国主要污染物种类之一，来源包括味精污水、食品加工污水、禽畜养殖污水、垃圾渗滤液等，这类污水中氨氮含量通常大于等于300ml/L。高氨氮有机污水的净化处理办法一般首先采用沼气发酵工艺进行厌氧消化去除绝大部分有机污染物，同时回收能源沼气。厌氧消化后的厌氧消化液(处理原水)在无法完全用作农田肥料的条件下，需经进一步处理后达标排放。但是，高氨氮有机污水厌氧消化液(处理原水)后置处理过程中存在脱氮效果差、运行成本高，土地承载力不足等问题，大量厌氧消化液(处理原水)无法达标排放往往引起二次污染。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种显著提高污水中有机氨氮去除能力的污水净化处理系统与方法。为实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种高氨氮有机污水净化处理系统,包括处理原水储存池，处理原水储存池通过管道与矿质过滤池连接，矿质过滤池内填装多层矿质过滤介质，处理原水储存池出水口连接必要的水泵再连接至布水管，布水管开口在矿质过滤介质层上部，矿质过滤介质层下部布置收水管；其特征在于:所述矿质过滤池填装的矿质过滤介质分为三层，由上至下分别是粗砂层、沸石层、碎石层，所述沸石层与碎石层厚度相等，粗砂层厚度是沸石层或碎石层厚度的二倍；所述布水管出水终端是雾化喷水装置。上述高氨氮有机污水净化处理系统采用普通矿质材料作为过滤介质,过滤介质的选择与布置考虑到三点技术原理:—、多层矿质过滤介质由上至下分为三层，当处理原水(即厌氧消化液)进入本发明净化处理系统，从上往下逐层经过各矿质过滤介质层，在粗砂层为亚硝化区，通过强化布水均匀度提高了渗滤层中溶解氧氧浓度。在系统填料层中粗砂层进行好氧反应，在该好氧段，由于溶解氧的氧化作用，氨氮经亚硝化反应转化为亚硝态氮，因此相应亚硝态氮浓度持续增加；在沸石层与碎石层为厌氧氨氧化区，亚硝态氮通过厌氧氨氧化作用，亚硝态氮与剩余氨氮转化为氮气。二、污水净化系统净化效率的一个关键技术是严格控制净化反应中各阶段的反应程度与反应时间，本发明系统通过控制各矿质过滤介质层厚度显著提升系统污水净化效率。其中，沸石层与碎石层厚度相等可能提供氨氮与亚硝氮在厌氧氨氧化区有足够反应时间，富集足够的功能菌种；粗砂层厚度是 沸石层或碎石层厚度的二倍可以控制污水中含氧量，将流径粗砂层的污水中的氨氮控制在亚硝化反应阶段，实现处理原水进入本系统流经粗砂层后氨氮转化率达到50% ;在优化设计下，粗砂层厚度设计为600mm，可以进一步保证氨氮转化率达到50%。三、进一步设计过滤介质的规格,具体是粗砂层粒径0.5mm 2.0mm,沸石层粒径
2.0mm 5.0mm,碎石层粒径10.0mm 30.0mm,碎石层的碎石粒径由上向下逐渐增大,其作用主要是提供生化反应区并作为承托层承托上层的粗砂层与沸石层。通过对过滤介质材料选择、过滤介质层厚度设计以及过滤介质规格控制，能够保证进入系统的处理原水经各矿质过滤介质层过滤后无堵塞，并顺利完成各阶段生化反应。上述系统的布水管终端的布水装置采用雾化喷水装置。雾化喷水是园林灌溉中常用的灌溉方式，其主要作用是通过高频震荡将水分子雾化为超微粒子(如I y m 5 i! m)，并借助通过风动装置将水雾扩散到空气中，既增加水超微粒子与土壤、植物、空气的接触面积，又增加水分在中空气中的沉降时间，长时间保护环境空气湿润，由此达到节水灌溉的目的。在本系统中，采用无堵塞雾化喷水装置作为终端布水装置主要为实现五个技术目的，一、防止原水杂质堵塞喷头，二、均匀增加处理原水与过滤介质层的接触面积，三、降低原水微粒在过滤介质层中的过滤速度、延长过滤时间，四、增加原水与空气接触面积、延长水分在空气中的沉降时间，从而增加处理原水曝氧时间、提高过滤介质层中溶解氧，避免了净化处理系统中出现净化死区；五、可以省略现有净化系统中专门的曝氧装置。以上述高氨氮有机污水净化处理系统为基础，本发明还提供一种利用该系统实现的高氨氮有机污水净化处理方法，具体技术方案如下:一种利用上述污水净化处理系统实现的高氨氮有机污水净化处理方法，高氨氮有机污水进入处理原水储存池，经厌氧消化处理形成处理原水，处理原水经布水管进入矿质过滤池内矿质过滤介质层表面，经矿质过滤介质过滤后再经收水管排出系统；其特征在于:系统采用干湿交替运转方式处理污水，每天投配处理原水16次，每隔1.5h投配一次，一个水力负荷周期1.5h,投水时间IOmin,落干时间80min。上述方法通过控制处理原水投配频度与时间，减小湿干比，增加系统复氧能力，控制系统处于合理的生化反应阶段，最终可有效控制布水均匀度，最高可达95%。本发明污水净化系统与方法适用的处理原水指标值为COD ( 1000mg/L、BOD ( 200mg/L、以 N 计的氨氮彡 500mg/L ;优选为 C0D650mg/L 1000mg/L、B0D130mg/L 200mg/L、以 N 计的氨氮 250mg/L 500mg/L。与现有技术相比，本发明的有益效果是:一、本高氨氮有机污水净化系统与方法能够有效净化处理高氨氮处理原水，在处理原水氨氮含量为250mg/L 350mg/L，C0D650mg/L 1000mg/L的条件下氨氮去除率84.5% 90.4% ；C0D去除率89.5% 91.4%，符合达标排放国家标准；二、本系统与方法也适用于净化处理氨氮含量较低的常规微污染处理原水、农村生活污水或城市二级出水再处理，处理后水质符合达标排放国家标准；三、净化处理系统结构简单、用材低廉、投资建设成本经济、运行费用低、维护管理方便，净化处理方法工艺易控、能耗小。
图1是高氨氮有机 污水净化处理系统平面结构示意图。图2是图1的左侧局部放大图。
图3是图1A-A剖示结构示意图。图4是图3的左侧局部放大图。附图中的数字标记分别是: I处理原水储存池2矿质过滤池21粗砂层22沸石层23碎石层3布水管31布水干管32布水支管33雾化喷水装置4收水管41收水干管42收水支管
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。实施例一四川省简阳市石盘镇四川省畜牧科学研究院科研基地粪污处理工程污水，经测定，污水排放量40m3/d，经厌氧 消化后，处理原水指标及出生指标如表I所示。具体如图1、图2所示，修筑一个高氨氮有机污水净化处理系统。设计水力负荷为
0.06m/d，每日污水处理量为40m3。净化处理系统中矿质过滤池有效截面积设计为670m2，采用砖混与低压聚乙烯(HDPE)防渗膜修筑。矿质过滤池也可以采用混凝土结构。图1是高氨氮有机污水净化处理系统平面结构示意图；图2是图1的左侧局部放大图。高氨氮有机污水净化处理系统，包括处理原水储存池1，处理原水储存池I通过管道与矿质过滤池2连接，矿质过滤池2内填装多层矿质过滤介质，处理原水储存池I出水口连接必要的水泵再连接至布水管3，布水管3出水开口在矿质过滤介质层上部，矿质过滤介质层下部布置收水管4。布水管3与收水管4均采用阵列方式布置。布水管3包括布水干管31与布水支管32，处理原水储存池I出水口连接布水干管31，布水干管31布置在矿质过滤池2上层，与矿质过滤池2底面平行，布水干管31布置有多根，间距4000mm。布水支管32是布水干管31的支路，从布水干管31上间距分出，与矿质过滤池2底面垂直，布水32间距4000mm。布水支管32的出水末端是雾化喷水装置33，距离矿质过滤介质层上表面450mm。雾化喷水装置33采用无堵塞螺旋喷头。收水管4包括收水干管41与收水支管42，纵横布置在碎石层23之间，与矿质过滤池2底面平行，距离矿质过滤池2底10±3cm ;收水干管41间距4000mm，收水支管42间距3000mm。布水干管31与收水管4高度相差1000mm。图3是图1A-A剖示结构示意图；图4是图3的左侧局部放大图。矿质过滤池2内部空间高1400mm,填装的矿质过滤介质总高度1200mm。矿质过滤介质分为三层，由上至下分别是粗砂层21、沸石层22、碎石层23，沸石层22与碎石层23厚度相等为300mm，粗砂层21厚度是沸石层22或碎石层23厚度的二倍为600_。粗砂层21粒径0.5mm 2.0_，沸石层22粒径2.0mm 5.0mm,碎石层23粒径IOmm 30mm,碎石粒径由上向下逐渐增大。采用该系统实施的污水/沼液净化处理方法，具体是:高氨氮有机污水进入处理原水储存池I经厌氧消化处理形成处理原水，处理原水经布水管3进入矿质过滤池2内矿质过滤介质层表面，经矿质过滤介质过滤后再经收水管4排出系统。布水支管32末端雾化布水均匀度> 90%。系统采用干湿交替运转方式处理污水，每天投配处理原水16次，每隔
1.5h投配一次,一个水力负荷周期1.5h,投水时间IOmin,落干时间80min。污水处理出水水质如下表表I所示。表I不同污水处理原水水质与出水水质数据
权利要求
1.一种高氨氮有机污水净化处理系统，包括处理原水储存池(I)，处理原水储存池(I)通过管道与矿质过滤池(2 )连接，矿质过滤池(2 )内填装多层矿质过滤介质，处理原水储存池(I)出水口连接必要的水泵再连接至布水管(3)，布水管(3)开口在矿质过滤介质层上部，矿质过滤介质层下部布置收水管(4);其特征在于:所述矿质过滤池(2)填装的矿质过滤介质分为三层，由上至下分别是粗砂层(21)、沸石层(22)、碎石层(23)，所述沸石层(22)与碎石层(23)厚度相等，粗砂层(21)厚度是沸石层(22)或碎石层(23)厚度的二倍；所述布水管(3 )终端布水装置是雾化喷水装置(33 )。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于:所述粗砂层(21)粒径0.5mm 2.0mm，沸石层(22)粒径2.0mm 5.0mm,碎石层(23)粒径10.0mm 30.0mm,碎石粒径由上向下逐渐增大。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于:所述矿质过滤介质层厚1200mm，其中粗砂层(21)厚600mm,沸石层(22)厚300mm,碎石层(23)厚300_。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于:所述布水管(3)包括布水干管(31)与布水支管(32)，处理原水储存池(I)出水口连接布水干管(31 )，布水干管(31)与矿质过滤池(2 )底面平行，所述布水支管(32 )是布管干管(31)的支路，与矿质过滤池(2 )底面垂直，布水支管(32 )末端是雾化喷水装置(33 );所述收水管(4 )纵横布置在矿质过滤池(2 )下层。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于:所述矿质过滤池(2)内部空间高1400mm，布水干管(31)与收水管(4)高度相差1000mm。
6.一种利用权利要求1或4或5所述的系统实现的高氨氮有机污水净化处理方法，高氨氮有机污水进入处理原水储存池(I)经厌氧消化处理形成处理原水，处理原水经布水管(3 )进入矿质过滤池(2 )内矿质过滤介质层表面，经矿质过滤介质过滤后再经收水管(4 )排出系统；其特征在于:系统采用干湿交替运转方式处理污水，每天投配处理原水16次，每隔1.5h投配一次,一个水力负荷周期1.5h,投水时间IOmin,落干时间80min。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:布水支管(32)末端雾化布水均匀度≥ 90%o
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:适用的处理原水指标值为COD≤ IOOOmg/L、BOD ≤200mg/L、以 N 计的氨氮≤ 500mg/L。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:适用的处理原水指标值为C0D650mg/L 1000mg/L、B0D130mg/L 200mg/L、以 N 计的氛氣 250mg/L 500mg/L。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:系统运行时冬季氨氮负荷9.87g/m2 (!，夏季氨氮负荷31.60g/m2 d,春、秋季氨氮负荷20.73g/m2 d。
全文摘要
本发明公开一种污水净化处理系统与方法。针对现有技术对高氨氮有机污水净化系统及方法存在脱氮效果差、运行成本高，土地承载力不足等缺陷，本发明提供了一种显著提高污水中有机氨氮去除能力的污水净化处理系统与方法。本方法净化处理系统包括处理原水储存池、矿质过滤池连接、布水管、收水管。矿质过滤池内填装多层矿质过滤介质，矿质过滤介质分为三层，由上至下分别是粗砂层、沸石层、碎石层，沸石层与碎石层厚度相等，粗砂层厚度是沸石层或碎石层厚度的二倍，布水管出水终端是雾化喷水装置。本发明还提供配套的污水处理方法。本发明系统与方法净化处理高氨氮有机污水，出水水质符合国家达标排放标准。系统结构简单、用材经济，配套方法工艺易控、能耗小。
文档编号C02F9/14GK103112997SQ20131005077
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月8日 优先权日2013年2月8日
发明者蒲小东, 邓良伟, 宋立, 王智勇, 刘刈 申请人:农业部沼气科学研究所