一种异位脱氮除磷河道修复的装置及方法与流程

本发明涉及河道修复技术领域，具体涉及一种异位脱氮除磷河道修复的装置及方法。

背景技术：

2016年12月浙江省政府办公厅印发《浙江省劣ⅴ类水剿灭行动方案》，方案指出坚持以人民为中心，坚定不移走“绿水青山就是金山银山”之路，紧紧围绕打造美丽中国建设的浙江样板，深入实施“五水共治”，以提高水环境质量为核心，以河长制为抓手，全面推进“六大工程”，持续改善水环境质量。到2017年底，全省消除劣ⅴ类水质断面，提前3年完成《浙江省水污染防治目标责任书》中的劣ⅴ类水质断面消除任务。全省完成河道综合整治2000公里，其中劣ⅴ类重点区域整治400公里。

消除劣ⅴ类水质断面要求，治理段水环境质量需要有明显改善，无明显的嗅觉异味，河道消除黑臭现象，水体透明度达60cm及以上，水体cod高锰酸盐指数、氨氮、总磷等污染物含量明显下降并优于ⅴ类水质，消除水体黑臭现象。现在对于河道修复治理分成物理、化学及生物方法。

物理方法主要是指疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤和配水调水等。底泥疏浚是将污染物从河道中清除出去，削减底泥对水体的污染，从而改善水质。配水调水是通过水利设施(如闸门、泵站等)的调控引入附近的清洁水源以改善河道水质。物理方法往往治标不治本，清理成果仅能维持一段时间，或需要长期配水调水，影响调配水源下游水质。

化学方法如混凝沉淀、加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等方法。化学方法对河道水体浊度、codcr、ss、tp的去除效果较好，对nh3-n、tn、重金属等去除效果欠佳，化学沉淀物沉降到河床底部，易造成二次污染。

生物法是国外近年来应用较普遍的一种河道修复技术，它是利用培育水生植物或培养、接种的微生物，利用植物根系的吸附及生物的新陈代谢来处理河道中的污染物，从而使水体得到净化的技术。生物方法主要包括河道曝气复氧、生物膜法、生物修复法、土地处理法、水生植物净化法等。生物法较物理、化学方法，具有处理效果好、工程造价相对较低、不需耗能或低耗能、运行成本低廉、不形成二次污染等优点。

河道天然形成，可能存在由于河道过宽，水生植物无法铺盖河道中央，曝气复氧法无法正常铺设，生物法无法改善整个河道的水质，或由于河道过浅，沉水植物、曝气法、生物膜法不适宜使用等等状况，针对种种不适宜原位修复的情况，提出了异位修复河道技术。异位河道修复技术可以克服河道天然形成的缺陷，利用岸边合适位置放置修复装置，是一种河道因地制宜的修复方法。

技术实现要素：

针对上述不适宜采用原位修复的情况，本发明提供了一种异位脱氮除磷河道修复的装置及方法，作为河道异位修复技术，有高负荷高效脱氮除磷的功能，在进水水质为地表水劣ⅴ类的情况下，经过本发明处理后出水可达地表水ⅳ类水水质，且节省占地，节约投资。

一种异位脱氮除磷河道修复的装置，包括顺次设置的高负荷生物脱氮组件、混凝剂反应组件、磁加载强化反应组件、沉淀池和磁粉分离组件；

所述高负荷生物脱氮组件包括顺次设置的脱氮缺氧池和脱氮好氧池，所述脱氮缺氧池内和脱氮好氧池内均设置脱氮填料，所述脱氮缺氧池内设置潜水搅拌机，所述好氧脱氮池底部设置曝气装置；

所述混凝剂反应组件包括内置第一搅拌机的混凝剂反应池和用于向混凝剂反应池内投加混凝剂的加药组件，所述混凝剂反应池的进水口与脱氮好氧池的出水口相连；

所述磁加载强化反应组件包括内置第二搅拌机的磁加载强化反应池和用于向磁加载强化反应池内投加磁粉的磁粉投加组件，所述磁加载强化反应池的进水口与混凝剂反应池的吹水口相连、出水口连接所述沉淀池进水口。

所述脱氮缺氧池内的潜水搅拌机起到推流搅拌作用，所述搅拌机的转速在60-100r/min。

本发明异位河道修复技术可以克服河道天然形成的缺陷，利用岸边合适位置放置修复装置，是一种河道因地制宜的修复方法，高效处理河水，节省占地，节约投资，运行操作简单，处理高效，处理成本低。

优选地，所述曝气装置外接风机，所述脱氮好氧池内设置溶氧仪。将好氧池内溶氧控制在2.5-3.5mg/l之间。

所述脱氮好氧池内设置混合液回流泵，所述混合液回流泵出口接入脱氮缺氧池内，将混合液回流至所述缺氧池内，控制回流比在70-100％，能较好地达到硝化-反硝化的脱氮效果。

优选地，所述脱氮填料为多孔聚氨酯填料，填料为六边形块状，中部设有6-8mm圆柱形通孔，六边形块状边长20-30mm，厚度为10-15mm。

该填料的比表面积大于10000m²/m³，最大比表面积可达20000m²/m³。

更优选，所述的聚氨酯生物填料在好氧曝气状态下呈流化状态。

优选地，所述加药组件包括顺次设置的混凝剂溶药装置、混凝剂储药装置和混凝剂投加泵，所述混凝剂投加泵出口接入混凝剂反应池内，所述混凝剂溶药装置内设置第三搅拌机。混凝剂投加量为30-50mg/l，由于磁粉强化作用，投加量少于普通混凝剂投加量。

所述混凝剂反应池内的第一搅拌机采用桨叶式搅拌机，桨叶式搅拌机用于混凝剂与河水的混合搅拌，该桨叶式搅拌机的转速为60-100r/min，使得混凝剂与河水混合均匀，并产生细小絮体。

优选地，所述磁粉投加组件包括顺次设置的磁粉储槽和磁粉投加泵，磁粉投加泵出口接入磁加载强化反应池内，所述磁粉储槽内设置第四搅拌机。

所述磁粉为磁铁矿粉，其粒度在250-350目，投加量为10-50mg/l。

所述磁加载强化反应池内的第二搅拌机采用桨叶式搅拌机，磁加载强化反应池内设置桨叶式搅拌机用于磁粉与所述投加混凝剂后的河水混合搅拌，所述桨叶式搅拌机的转速为30-50r/min，有益于磁性絮核与细小絮体结合，通过吸附卷扫形成大颗粒的絮体。

优选地，所述磁粉分离组件包括顺次设置的高速分散机和磁鼓分离机，所述高速分散机的进泥口与沉淀池的泥斗通过污泥泵连接、上清液出口通过管道接入脱氮缺氧池、泥浆出口接入磁鼓分离机；所述磁鼓分离机的磁粉出口通过磁粉输送带接入磁粉投加组件。

所述磁鼓分离机磁粉出口与磁粉投加装置之间由输送带连接，将磁鼓分离出来的磁粉回收利用到磁加载强化絮凝反应。进一步优选地，所述高速分散机的桨叶为齿牙状盘式构造，高速分散机的转速为1000-2000r/min，有利于将磁粉与污泥分散；磁鼓分离机的表面磁感应强度为2000-4000高斯，磁鼓转速为10-25r/min，有效地将磁粉与污泥分离开，使得磁粉得以回收利用。

优选地，还包括一控制器，所述潜水搅拌机、回流泵、风机、溶氧仪、第一搅拌机、第二搅拌机、第三搅拌机、第四搅拌机、混凝剂投加泵、磁粉投加泵、污泥泵、高速分散机、磁鼓分离机、磁粉输送带均连接并受控于控制器。

所述控制器为本领域常用控制器，比如plc控制器或dcs控制器。

本发明还提供一种异位脱氮除磷河道修复的方法，优选采用本发明装置实现，包括如下步骤：

(1)将需要处理的河水顺次流入脱氮缺氧池、脱氮好氧池，缺氧池和脱氮好氧池内设置高负荷脱氮填料用于高效高负荷脱氮，脱氮缺氧池内设置潜水搅拌机推流混合水质，脱氮好氧池内设置曝气装置及外置风机来补充硝化所需氧气，以保持好氧池内溶解氧浓度在2.5-3.5mg/l，脱氮好氧池内设置混合液回流泵，将好氧处理后的混合液回流至缺脱氮氧池内，实现硝化-反硝化脱氮反应；

优选地，由于聚氨酯生物填料的特殊结构，比表面积大，大大提高脱氮效率，减少了高负荷脱氮部分的占地面积，节约投资；

(2)脱氮后的河水进入磁加载强化絮凝部分，河水顺次流入混凝剂反应池、磁加载强化反应池、沉淀池，在混凝剂反应池内投加混凝剂发生混凝反应，产生细小絮体的河水进入磁加载强化反应池，与磁鼓分离回用的磁粉混合，带磁性絮体的河水进入到沉淀池进行沉淀，沉淀处理后的河水重新回到河道内；

磁粉的投加减少了混凝剂的投加量，同时产生具有胶质性能的磁性凝核强化絮凝效果，带磁性絮体的河水进入到沉淀池进行沉淀，通过重力沉淀去除河水中cod、tp、ss、透明度等污染指标，处理后的河水重新回到河道内；

通过高负荷脱氮部分和磁加载强化絮凝部分处理后，河水在进水水质为地表水劣ⅴ类的情况下，出水可达水体透明度达60cm及以上，水体cod高锰酸盐指数、氨氮、总磷等污染物含量明显下降并优于ⅴ类水质的要求；

(3)沉淀池的泥斗内的污泥进入磁粉分离装置，顺次流入高速分散机、磁鼓分离机，污泥在高速分散机的强力分散后，经过磁鼓分离机回收磁粉，磁粉通过输送带送到磁粉投加装置重新进入磁粉强化环节得以回收利用，分离所产生的上清液进入高负荷脱氮部分进行处理，分离所产生的污泥按要求脱水后外运处置。

优选地，所述脱氮缺氧池和脱氮好氧池内的脱氮负荷为0.2-0.3kgnh3-n/(m³.d)。

优选地，所述潜水搅拌机的转速为60-100r/min；混合液回流比为70-100％；混凝剂投加量为30-50mg/l；所述磁粉为磁铁矿粉，其粒度为250-350目，投加量为10-50mg/l。进一步优选地，所述潜水搅拌机的转速为70-80r/min；混合液回流比为80-90％，总氮去除效果相同的情况下，采用高负荷脱氮较普通生化法回流比小，普通生化法回流比一般在100-300％；混凝剂投加量为35-45mg/l，去除效果相同的情况下，混凝剂投加量因采用磁加载强化较普通混凝法少，普通混凝沉淀混凝剂投加量为70-100mg/l；所述磁粉为磁铁矿粉，其粒度为250-300目，投加量为30-40mg/l。

优选地，混凝剂反应池内的搅拌速度为60-100r/min；磁加载强化反应池内的搅拌速度为30-50r/min；高速分散机的转速为1000-2000r/min；磁鼓分离机的转速为10-25r/min；进一步优选地，混凝剂反应池内的搅拌速度为70-80r/min；磁加载强化反应池内的搅拌速度为35-45r/min；高速分散机的转速为1200-1500r/min；磁鼓分离机的转速为15-20r/min。

本发明将生物脱氮、混凝剂反应和磁加载强化反应有机结合，各部分之间协同作用，与现有河道修复处理方法相比，本发明具有如下有益效果：

(1)采用本方法治理河道，可以将黑臭河道达到消除劣ⅴ类水质断面要求：水体透明度达60cm及以上，水体cod高锰酸盐指数、氨氮、总磷等污染物含量明显下降并优于ⅴ类水质，消除水体黑臭现象。氨氮、总氮主要靠生化法去除，本发明采用高效脱氮，提高生化的硝化-反硝化作用。废水中cod高锰酸盐指数、总磷、ss等污染物指标利用生化+混凝沉淀的方法去除，本发明采用磁加载强化混凝效果。

(2)作为异位修复技术，处理方式更灵活，对于水质较好的河道，可进行部分河水修复，混合后可达水质要求即可，有利于投资与成本的控制。

(3)脱氮部分较其他脱氮工艺具有高负荷的优点，负荷在0.2～0.3kgnh3-n/(m³.d)，提高脱氮处理效果，并大大节省了工艺设备占地面积，节约了处理工艺的投资。

(4)所使用的聚氨酯生物填料结构简单、制作方法成熟，比表面积大、使用寿命长、价格适中。填料在废水中呈流化状态，改善了气液传质效率和布水布气效果。

(5)磁加载强化絮凝部分，磁粉的投加减少了混凝剂的投加量，同时产生具有胶质性能的磁性凝核强化絮凝效果，且磁粉可以通过磁鼓分离回收利用，很大程度地节约了处理运行成本。

附图说明

图1是本发明处理系统结构示意图。

图2是本发明的工艺流程图。

图中所示附图标记如下：

11-脱氮缺氧池12-第一脱氮填料13-第一填料支架

14-潜水搅拌机21-脱氮好氧池22-第二脱氮填料

23-第二填料支架24-曝气装置25-混合液回流泵

26-风机27-溶氧仪31-混凝剂反应池

32-第一桨叶式搅拌机33-混凝剂溶药装置34-溶药搅拌机

35-混凝剂储药装置36-混凝剂投加泵41-磁加载强化反应池

42-第二桨叶式搅拌机43-磁粉储槽44-磁粉搅拌机

45-磁粉投加泵51-沉淀池61-高速分散机

62-污泥泵71-磁鼓分离机72-磁粉输送带

具体实施方式

如图1所示，一种异位脱氮除磷河道修复的处理装置，包括顺次设置的高负荷脱氮部分和磁加载强化絮凝部分。

高负荷脱氮部分包括脱氮缺氧池11和脱氮好氧池21，脱氮缺氧池11内部设置第一脱氮填料12、第一填料支架13及潜水搅拌机14；第一填料支架13固定在脱氮缺氧池11长边池壁上，第一脱氮填料12固定在第一填料支架13之间，潜水搅拌机14固定在脱氮缺氧池11池顶，起到搅拌缺氧池内水质作用。

脱氮好氧池21内部设置第二脱氮填料22、第二填料支架23、好氧池底部设置曝气装置24，池外设置提供曝气装置空气源的风机26，池内还设置混合液回流泵25；第二填料支架23固定在脱氮好氧池21长边池壁上，第二脱氮填料22固定在第二填料支架23之间；脱氮好氧池21内设置混合液回流泵25，混合液回流泵25将河水从脱氮好氧池21打回脱氮缺氧池11内，以实现硝化-反硝化脱氮。

磁加载强化絮凝部分包括磁加载强化絮凝装置和磁粉分离装置，磁加载强化絮凝装置包括顺次连接的混凝剂反应池31、磁加载强化反应池41和沉淀池51；混凝剂反应池31进水口通过管路与脱氮好氧池出水口连接，磁粉分离装置包括高速分散机61、磁鼓分离机71，高速分散机61与沉淀池51的泥斗通过污泥泵62连接。

混凝剂反应池31内设置第一桨叶式搅拌机32(即第一搅拌机)，用于将混凝剂与河水的混合搅拌；混凝剂反应池31带有混凝剂加药装置，混凝剂投加装置包括顺次设置混凝剂溶药装置33，混凝剂储药装置35以及混凝剂投加泵36，混凝剂溶药装置33内设置溶药搅拌机34(即第三搅拌机)，溶药搅拌机34用于混凝剂的溶解，溶解后的混凝剂进入储药装置35，由混凝剂投加泵36投加到混凝剂反应池31。

磁加载强化反应池的进水口通过管路与混凝剂反应池的出水口连接，磁加载强化反应池41内设置第二桨叶式搅拌机42(即第二搅拌机)，用于将磁粉与带细小絮体的河水搅拌均匀；磁加载强化反应池41带有磁粉投加装置，磁粉投加装置包括顺次设置的磁粉储槽43和磁粉投加泵45，磁粉储槽43内设置磁粉搅拌机44(即第四搅拌机)，磁粉搅拌机44用于磁粉的均匀提高磁粉的流动性，由磁粉投加泵45投加到磁加载强化反应池41。

沉淀池的进水口通过管路与磁加载强化反应池的出水口相连，沉淀池51用于泥水分离，上清液达到以下要求，重新进入河道：水体透明度达60cm及以上，水体cod高锰酸盐指数、氨氮、总磷等污染物含量明显下降并优于ⅴ类水质。

沉淀池51污泥斗中的污泥由污泥泵62依次泵入高速分散机61、磁鼓分离机71，通过高速分散与磁鼓分离，将磁粉与污泥分离开，磁粉通过磁粉输送带72回收利用到磁粉储槽43中去，继续进行磁加载强化反应，上清液自流去脱氮缺氧池11中继续处理，污泥按要求进行处理后外运处置。

自控部分包括一个控制器，潜水搅拌机14、混合液回流泵25、风机26、溶氧仪27、第一桨叶式搅拌机32、溶药搅拌机34、混凝剂投加泵36、第二桨叶式搅拌机42、磁粉搅拌机44、磁粉投加泵45、污泥泵62、高速分散机61、磁鼓分离机71和磁粉输送带72均连接并受控于控制器。控制器为本领域常用控制器，比如plc控制器或dcs控制器。

自控系统的控制方式如下：

控制器控制着潜水搅拌机14、混合液回流泵25、第一桨叶式搅拌机32、溶药搅拌机34、混凝剂投加泵36、第二桨叶式搅拌机42、磁粉搅拌机44、磁粉投加泵45、污泥泵62、高速分散机61、磁鼓分离机71、磁粉输送带72的开停。

溶氧仪27将脱氮好氧池21内的溶解氧的浓度高低信号反馈给控制器，由控制器控制风机26的开启大小，将好氧池内的溶解氧浓度控制在2.5-3.5mg/l之间。

如图2所示，一种异位脱氮除磷河道修复的处理方法，包括如下步骤：

步骤一，将需要处理的河水顺次流入脱氮缺氧池11、脱氮好氧池21，脱氮缺氧池11和脱氮好氧池21内分别设置高负荷脱氮填料以期高效脱氮，脱氮缺氧池11内设置潜水搅拌机14推流混合水质，好氧池内设置曝气装置24及外置风机26来补充硝化所需氧气，好氧池内设置混合液回流泵25，将好氧处理后的混合液回流至缺氧池内，实现硝化-反硝化脱氮反应；

步骤二，脱氮后的河水进入磁加载强化絮凝部分，河水顺次流入混凝剂反应池31、磁加载强化反应池41、沉淀池51，在混凝剂反应池31内投加混凝剂发生混凝反应，产生细小絮体的河水进入磁加载强化反应池41，与磁鼓分离回用的磁粉混合，磁粉的投加减少了混凝剂的投加量，同时产生具有胶质性能的磁性凝核强化絮凝效果，带磁性絮体的河水进入到沉淀池进行沉淀，通过物化沉淀去除河水中cod、tp、ss、透明度等污染指标，处理后的河水达到要求(水体透明度达60cm及以上，水体cod高锰酸盐指数、氨氮、总磷等污染物含量明显下降并优于ⅴ类水质)重新回到河道内；

步骤三，沉淀池51的泥斗内的污泥进入磁粉分离装置，顺次流入高速分散机61、磁鼓分离机71，污泥在高速分散机的强力分散后，经过磁鼓分离机回收磁粉，磁粉通过输送带72送到磁粉投加装置44重新进入磁粉强化环节得以回收利用，分离所产生的上清液进入高负荷脱氮缺氧池11进行处理，分离所产生的污泥按要求脱水后外运处置。

各步骤参数控制如下：

脱氮缺氧池和脱氮好氧池内的脱氮负荷为0.2-0.3kgnh3-n/(m³.d)。

潜水搅拌机的转速为60-100r/min；混合液回流比为70-100％；混凝剂投加量为30-50mg/l；磁粉为磁铁矿粉，其粒度为250-350目，投加量为10-50mg/l。

混凝剂反应池内的搅拌速度为60-100r/min；磁加载强化反应池内的搅拌速度为30-50r/min；高速分散机的转速为1000-2000r/min；磁鼓分离机的转速为10-25r/min。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。