一种低能耗的反硝化生物滤池装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低能耗的反硝化生物滤池装置，属于废水处理领域。其包括调节池、反应器本体和储水池，还包括第一加药器、第二加药器、反冲洗泵、进水泵和风机，能够有效减少进水溶解氧对反硝化的抑制作用，在保证出水总氮浓度基本不变的前提下可减少外加碳源的反硝化生物滤池装置。本实用新型与现有技术相比，可以在较高的水力负荷、低能耗条件下保证出水TN低于3mg/L，具有占地面积小、处理效果稳定、高效低耗等优点。
【专利说明】一种低能耗的反硝化生物滤池装置
【技术领域】
[0001]本发明属于废水处理领域，具体地说，涉及一种低能耗的反硝化生物滤池装置，更具体地说，涉及一种新型反硝化滤池装置及方法，能够有效减少进水溶解氧，在保证出水总氮浓度基本不变的前提下减少外加碳源的反硝化生物滤池装置。
【背景技术】
[0002]随着中国城市化速度的加快，我国城市的水污染问题日益严重。城市污水处理厂能有效去除COD、BOD5, NH3-N等有害物质，但污水处理厂二级出水中往往含有一定浓度的硝酸氮、磷等营养物质，直接排入河道及湖泊时，会造成水体营养物质的积累，存在引发水华及水体富营养化的风险。目前我国正在执行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918— 2002)标准一级A标准，对处理后污水水质提出了更高要求。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年(2011 - 2015年)规划纲要》确定“十二 ?五”期间，国家将加大重点地区、行业水污染物减排力度，氨氮要求削减比例较2010年不低于10%，并且在已富营养化的湖泊水库实施总氮或总磷排放总量控制。全国各地也相继出台了一系列有关节能减排的政策和产业规划。日益严格的环境管理政策和标准以及污染物总量削减等约束性指标的实施，对现有污水处理设施的处理效果提出了新的要求，迫切需要进行技术升级改造。
[0003]城市污水的深度处理是减轻水体氮、磷营养物污染负荷的有效途径。其中反硝化生物滤池由于占地面积小 、易操作、运行管理方便灵活，处理效果稳定等特点被用于氮的深度处理。其原理是:利用反应器内滤料上所附着的生物膜在缺氧(不存在分子态溶解氧)的条件下，将亚硝酸根和硝酸根还原成氮气、一氧化氮或氧化二氮。
[0004]反硝化细菌多数是兼性细菌，当有溶解氧存在时，反硝化菌分解有机物利用分子态氧作为最终电子受体。在无溶解氧的情况下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐作为能量代谢中的电子受体，O2作为受氢体生成H2O和OIT碱度，有机物作为碳源及电子供体提供能
量并被氧化稳定。
[0005]M.A.Gomez 等人(Effect of dissolved oxygen concentration on nitrateremoval from groundwater using a denitrifying submerged filter.Journal ofHazardous Materials2002 (90):267-278.)发现氧的存在会抑制反硝化脱氮效果，并且存在着出水亚硝酸盐的增加。由于二级出水普遍存在溶解氧，进水中的溶解氧会导致反硝化生物滤池外加碳源的大量消耗，增加了运行成本。另外，传统反硝化生物滤池对废水中氨氮的去除率有限，出水总氮浓度往往受进水氨氮负荷的影响而不稳定。
[0006]为了保证效果和节约成本，现在更多的思路是怎么严格的控制碳源的添加量，例如中国专利号:201110161740.X，
【公开日】2012年01月25日，公开了一份名称为反硝化生物滤池工艺碳源投加优化控制装置与方法的专利申请文件，该发明涉及一种反硝化生物滤池工艺碳源投加优化控制装置，设有反硝化生物滤池，该滤池中设有在线进水硝酸盐传感器、在线进水溶解氧传感器和在线出水硝酸盐传感器，还设有硝酸盐测定仪和溶解氧测定仪、过程控制器、工控机；设有碳源箱、变频碳源泵、碳源流量计；碳源投加优化控制的方法，其特征包括以下步骤:1)进水；2)参数处理判断；3)变频器处理频率ft ；4)防控碳源过量投加过程；5)稳定运行过程；6)故障诊断；7)反冲洗过程。该发明适用于污水深度处理和含氮工业废水处理。中国专利申请号:201110161733.X，公布日2011年11月23日，公开了一份名称为城市污水二级处理出水深度处理的装置及工艺的专利申请文件，该发明涉及的反硝化生物滤池装置设有碳源箱、可调流量变频投加泵及管路。通过在线硝酸盐氮浓度计和在线COD浓度计的数据进行变频投加泵的调节来控制碳源的添加量。以上这些专利通过优化碳源添加量来控制成本，但并未能减少进水溶解氧而导致碳源消耗大，还是存在成本高，浪费大量碳源的问题。
【发明内容】
[0007]1.发明要解决的技术问题
[0008]针对现有技术中进水溶解氧会导致反硝化生物滤池外加碳源的大量消耗，增加了运行成本，而且传统反硝化生物滤池对废水中氨氮的去除率有限，出水总氮浓度往往受进水氨氮负荷的影响而不稳定的问题，提供一种低能耗的反硝化生物滤池装置，能够有效减少进水溶解氧，在保证出水总氮浓度基本不变的前提下减少外加碳源的经济高效、稳定的反硝化生物滤池装置。
[0009]2.技术方案
[0010]本发明的目的通过以下技术方案来实现。[0011]一种低能耗的反硝化生物滤池装置，包括调节池、反应器本体和储水池，还包括第一加药器、第二加药器、反冲洗泵、进水泵和风机，所述的第一加药器设有一个加药管，加药管伸入调节池内；所述的调节池包括原水进水口和出水口，调节池的出水口通过管道依次与进水泵、反应器本体的顶部连接；所述的反应器本体为柱状结构，内部从上到下依次包括均匀布水器、沸石填料层、缓冲层、海砂滤料层和承托层；所述的沸石填料层和缓冲层之间还设有填料承托板；所述的缓冲层的侧壁上还开有反冲洗出水口 ；所述的反应器本体的底部设有处理水出水口和反冲洗水进水口，处理水出水口和反冲洗水进水口分别通过管道与储水池连接；所述的反冲洗泵位于反冲洗水进水口与储水池之间的管道上；所述的第二加药器通过管道连接到缓冲层的侧壁上；所述的沸石填料层由沸石组成，选择粒径4-8_、密度1.9-2.6g/cm3、孔隙率≥48%以及比表面积570_670m2/g的沸石。由于高比表面积以及空隙率提供了巨大的栖息空间，使大量微生物附着在填料上，并在填料表面大量繁殖。
[0012]优选地，所述的均匀布水器由主管-支管-布水孔组成，每根支管的下侧均匀布置多个等孔距等直径的小孔。
[0013]优选地，所述的承托层由鹅卵石组成，鹅卵石粒径2-6cm，密度2.65g/cm3。
[0014]优选地，所述的海砂滤料层由海砂组成，海砂的粒径2_3mm。海砂耐腐蚀、粒形圆整，含硅高，硬度强，具有较好的过滤效果，可延长更换滤料时间的特点。
[0015]优选地，所述的反应器本体总高度2.02m,沸石填料层厚度0.5m,海砂滤料层
0.9m。
[0016]优选地，所述的填料承托板的四周与滤池内壁接触处开有4个弧度为1.05rad,宽度为4mm的等宽度的上下对称的弧形孔；所述的4个弧形孔均匀分布，沿填料承托板的中心成对称分布。多数重力流反硝化滤池变水位控制，进水瀑流过进水堰槽，此方式进水过程易夹气，会增加进水的D0，降低反硝化效果，增加碳源的投加量。考虑该不良因素，本发明设计的填料承托板中间不开孔，在与滤池壁接触处沿壁开4个弧度为1.05rad,宽度为4mm的等宽度对称弧形孔，使水流层流式通过弧形孔沿滤池壁进入缓冲层，该特殊形状的孔型设计，能避免空气中的氧气进入水中，降低后续处理的碳源消耗。
[0017]该装置的使用作为低能耗的对废水反硝化生物处理，其方法的步骤为:
[0018]A)向调节池中加入待处理的废水，打开第一加药器，通过第一加药器向调节池中加入氯化铵溶液，使得氨氮浓度为1.6±0.3mg/L ；
[0019]B)进水泵启动，水流通过均匀布水器进入沸石填料层，沸石吸附进水中的NH4+-N，硝化细菌利用水中的nh4+-n和溶解氧进行硝化作用,将nh4+-n转化为硝酸氮、亚硝酸氮；
[0020]C)流出沸石填料层的水流经过填料承托板周边的孔反应器本体的侧壁进入缓冲层后再直接流入海砂滤料层，与此同时第二加药器同时运行，将外加碳源乙酸钠打入缓冲层中。用外加的碳源和废水中原有的BOD作为海砂滤料层中反硝化细菌的有机碳源将亚硝酸根和硝酸根还原成氮气；
[0021]D)经过海砂滤料层处理后的水经过承托层后流入储水池中；
[0022]E)储水池中的水一部分用于打开反冲洗泵时，完成对海砂滤料层的反冲洗，其余部分达标排放。
[0023]优选地，所述的步骤C)中加入的是易于生物降解有机物乙酸钠，其量是使得外加乙酸钠中碳含量/进水中的氮等于1.86。
[0024]本发明的装置顶部含有沸石填料层，能减少进水溶解氧对反硝化的影响。原水流经沸石填料层，沸石吸附原水中的nh4+-n，附着在沸石上的硝化细菌利用水中的nh4+-n和溶解氧进行硝化作用。即使在低进水氨氮浓度下(0.78mg/L)，硝化作用也能将进水溶解氧从6.70mg/L降低到4.15mg/L。由于硝化作用减少了原水中的溶解氧，海砂滤料层进行的反硝化所需碳源大大减少，在保证出水总氮浓度不变的前提下，可减少外加碳源投加量，外加碳氮比可由C/N=3减少到C/N=l.86 ;硝化作用减少了溶解氧对反硝化的抑制作用，适当提高水力负荷，出水总氮浓度基本不变，水力负荷提高到也可以保证出水总氮浓度低于3mg/L ;由于沸石对NH/-N的强烈吸附作用，即使污水厂二级出水不稳定，氨氮负荷提高的情况下，反硝化生物滤池总氮去除率仍稳定。其具有节省占地面积，运行成本低、出水稳定等优点。
[0025]3.有益效果
[0026]与现有技术相比，本发明有如下显著优点:
[0027](I)本发明的装置设有沸石填料层，能减少进水溶解氧对反硝化的影响，海砂滤料层进行的反硝化所需碳源大大减少，在保证出水总氮浓度不变的前提下，可减少外加碳源投加量；从而减少运行成本；
[0028](2)本发明的装置中设计的填料承托板中间不开孔，在与滤池壁接触处沿壁开等宽度对称弧形孔，使水流层流式通过弧形孔沿滤池壁进入缓冲层，水流下降的过程中不产生微小的水流漩涡，有效避免空气中的氧气进入水中；
[0029](3)本发明由于沸石填料层硝化作用的存在，对于现有反硝化生物滤池去除率有限的氨氮也有很好的去除效果；[0030](4)本发明由于沸石对NH4+-N的强烈吸附作用，即使污水厂二级出水不稳定，氨氮负荷提高5mg/L的情况下，出水氨氮浓度仍仍然较小，从而保证了反硝化生物滤池出水的稳定性；
[0031](5)本发明充分利用废水中原有的有害物质(氨氮)通过生化方式保证出水总氮浓度，经济环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明装置的结构示意图；
[0033]图2为本发明装置填料承托板的结构示意图；
[0034]图3为本发明装置图2中的A-A剖面图。
[0035]图中:1、调节池；2、第一加药器；3、第二加药器；4、均匀布水器；5、沸石填料层；
6、反冲洗出水口 ；7、缓冲层；8、海砂滤料层；9、承托层；10、反冲洗泵；11、进水泵；12、填料承托板、13、反应器本体；14、储水池；15、风机。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述。
[0037]实施例1
[0038]如图1所示，一种低能耗的反硝化生物滤池装置，包括调节池1、反应器本体13和储水池14，还包括第一加药器2、第二 加药器3、反冲洗泵10、进水泵11和风机15，第一加药器2设有一个加药管，加药管伸 入调节池I内；调节池I包括原水进水口和出水口，调节池I的出水口通过管道依次与进水泵11、反应器本体13的顶部连接；反应器本体13为柱状结构，内部从上到下依次包括均匀布水器4、沸石填料层5、缓冲层7、海砂滤料层8和承托层9 ;沸石填料层5和缓冲层7之间还设有填料承托板12 ;缓冲层7的侧壁上还开有反冲洗出水口 6 ;反应器本体13的底部设有处理水出水口和反冲洗水进水口，处理水出水口和反冲洗水进水口分别通过管道与储水池14连接；反冲洗泵10位于反冲洗水进水口与储水池14之间的管道上；第二加药器3通过管道连接到缓冲层7的侧壁上；沸石填料层5由沸石组成，选择粒径4-8mm、密度1.9-2.6g/cm3、孔隙率≤48%以及比表面积570_670m2/g的沸石。均匀布水器4由主管-支管-布水孔组成，每根支管的下侧均匀布置15个等孔距等直径的小孔。承托层9由鹅卵石组成，鹅卵石粒径2-6cm，密度2.65g/cm3。海砂滤料层8由海砂组成，海砂的粒径2-3mm。本发明设计的填料承托板中间不开孔，填料承托板12的四周与滤池13内壁接触处开有4个弧度为1.05rad,宽度为4mm的等宽度的上下对称的弧形孔；弧形孔的中间位置(离滤池13内壁最近的距离处)距离滤池13内壁的距离为0.5mm,4个弧形孔沿填料承托板12的中心成对称分布。这个形状的设计能使得废水向下流动的时候使水流层流式通过弧形孔沿滤池壁进入缓冲层，不会像常规的流水孔那样产生涡流，避免空气中的氧气进入水中；反硝化生物滤池由进水泵恒定进水，恒定水位操作可降低瀑流，亦可减少DO的形成。
[0039]一种低能耗的废水反硝化生物处理方法，其步骤为:
[0040]A)向调节池I中加入待处理的废水，打开第一加药器2，通过第一加药器2向调节池I中加入氯化铵溶液，使得氨氮浓度为1.6±0.3mg/L ；22天后沸石填料层5上氨氮去除率达到76%，并稳定；稳定后关闭第一加药器2 ;在进水氨氮浓度为0.78mg/L时，本发明沸石填料层5能够将进水溶解氧从6.70mg/L降到4.15mg/L ；
[0041]B)进水泵11启动，水流通过均匀布水器4进入沸石填料层5，沸石吸附进水中的nh4+-n，硝化细菌利用水中的nh4+-n和溶解氧进行硝化作用，将nh4+-n转化为硝酸氮、亚硝酸氮；
[0042]C)流出沸石填料层5的水流经过填料承托板12周边的孔反应器本体13的侧壁进入缓冲层7后再直接流入海砂滤料层8，与此同时第二加药器3同时运行，将外加碳源乙酸钠打入缓冲层7中。用外加的碳源和废水中原有的BOD作为海砂滤料层8中反硝化细菌的有机碳源将亚硝酸根和硝酸根还原成氮气；12天后海砂滤料层8内硝酸氮去除率达到84%并稳定；
[0043]D)经过海砂滤料层8处理后的水经过承托层9后流入储水池14中；
[0044]E)储水池14中的水一部分用于打开反冲洗泵10时，完成对海砂滤料层8的反冲洗，水/气同时反冲洗持续时间3min;反冲洗水强度为8L/(s.m2)、气强度为14L/(s.m2);其余部分达标排放。
[0045]本发明由于沸石填料层能够有效减少进水溶解氧对反硝化的抑制作用，在保证出水总氮浓度不变的前提下，外加碳氮比可由C/N=3减少到C/N=l.86。
[0046]本实施例采用水利负荷2m3/(m2h),外加碳氮比为C/N=l.86,使用该装置处理的水
质前后变化:
[0047]
【权利要求】
1.一种低能耗的反硝化生物滤池装置，包括调节池(I)、反应器本体(13)和储水池(14)，其特征在于，还包括第一加药器(2)、第二加药器(3)、反冲洗泵(10)、进水泵(11)和风机(15)，所述的第一加药器(2)设有一个加药管，加药管伸入调节池(I)内；所述的调节池(I)包括原水进水口和出水口，调节池(I)的出水口通过管道依次与进水泵(11)、反应器本体(13)的顶部连接；所述的反应器本体(13)为柱状结构，内部从上到下依次包括均匀布水器(4)、沸石填料层(5)、缓冲层(7)、海砂滤料层(8)和承托层(9);所述的沸石填料层(5)和缓冲层(7)之间还设有填料承托板(12);所述的缓冲层(7)的侧壁上还开有反冲洗出水口( 6 );所述的反应器本体(13)的底部设有处理水出水口和反冲洗水进水口，处理水出水口和反冲洗水进水口分别通过管道与储水池(14)连接；所述的反冲洗泵(10)位于反冲洗水进水口与储水池(14)之间的管道上；所述的第二加药器(3)通过管道连接到缓冲层(7)的侧壁上；所述的沸石填料层(5)由沸石组成。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗的反硝化生物滤池装置，其特征在于，所述的均匀布水器(4)由主管-支管-布水孔组成，每根支管的下侧均匀布置多个等孔距等直径的小孔。
3.根据权利要求1所述的一种低能耗的反硝化生物滤池装置，其特征在于，所述的承托层(9)由鹅卵石组成，鹅卵石粒径2-6cm，密度2.65g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种低能耗的反硝化生物滤池装置，其特征在于，所述的海砂滤料层(8)由海砂组成,海砂的粒径2-3_ ;所述的沸石填料层(5)选择粒径4-8_、密度1.9-2.6g/cm3、孔隙率≤48%以及比表面积570_670m2/g的沸石。
5.根据权利要求1所述的一种低能耗的反硝化生物滤池装置，其特征在于，所述的填料承托板(12)的四周与滤池·(13)内壁接触处开有4个弧度为1.05rad,宽度为4mm的等宽度的弧形孔。
【文档编号】C02F3/28GK203498162SQ201320651184
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】任洪强, 胡海冬, 耿金菊, 许柯 申请人:南京大学