專(zhuān)利名稱(chēng)：多介質(zhì)過(guò)濾生物脫氮工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾方式對(duì)廢水中硝態(tài)氮加以去除，替代傳統(tǒng)活性污泥生物脫氮工藝，用于城市污水的二次深度脫氮和含硝態(tài)氮的工業(yè)廢水及飲用水。
背景技術(shù)：
盡管?chē)?guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了各種生物處理工藝以提高污水脫氮效果，使硝態(tài)氮被最終還原為氮?dú)馀欧?，但是無(wú)論是原有污水處理廠升級(jí)改造還是新建多功能污水處理廠，在實(shí)現(xiàn)同一處理目標(biāo)情況下，基建投資和運(yùn)行成本都高出本發(fā)明裝置。此外，由于硝態(tài)氮的分子量比較小，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的混凝技術(shù)也無(wú)濟(jì)于事。在傳統(tǒng)飲用水處理中，離子交換，生物脫氮，反滲透脫鹽或電滲析是當(dāng)前可被采用的去除硝態(tài)氮的方法，雖然從技術(shù)上說(shuō)是有效的，但投資和運(yùn)行費(fèi)用要高出本發(fā)明裝置幾十倍。
利用果殼這類(lèi)過(guò)濾介質(zhì)本身與污水接觸過(guò)程中釋放溶解性化學(xué)需氧量SCOD，為反硝化反應(yīng)提供電子供體，從而替代傳統(tǒng)的外投碳源，減少運(yùn)行費(fèi)用，簡(jiǎn)化操作過(guò)程，降低投資費(fèi)用；同時(shí)果殼濾料即作為反硝化菌生長(zhǎng)的載體實(shí)現(xiàn)脫氮過(guò)程，又可起到截留懸浮物的作用，而且失效的過(guò)濾介質(zhì)可以被用于其他行業(yè)，因此，本多介質(zhì)過(guò)濾生物脫氮工藝及其裝置是一種很有前景的城市污水生物脫氮工藝，這種廢物利用的理念和措施對(duì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。
其反應(yīng)方程式可以表示為 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有生物脫氮技術(shù)存在以下問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出一種多介質(zhì)過(guò)濾生物脫氮工藝及其裝置?，F(xiàn)有城市污水生物脫氮工藝需要投加大量的外加碳源主要是甲醇，同時(shí)必須存在活性污泥才能完成硝態(tài)氮的反硝化過(guò)程，不僅增加基建投資和運(yùn)行成本，而且提高了污泥產(chǎn)量從而增加污泥處理費(fèi)用。
本發(fā)明是對(duì)有關(guān)無(wú)需活性污泥和碳源就可實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮生物反硝化問(wèn)題的革新。本發(fā)明將果殼這類(lèi)植物體作為過(guò)濾介質(zhì)，利用過(guò)濾介質(zhì)自身的特點(diǎn)，充分發(fā)揮過(guò)濾介質(zhì)與污水接觸過(guò)程中釋放溶解性SCOD，同時(shí)又作為反硝化菌生長(zhǎng)載體的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明將介質(zhì)過(guò)濾與生物脫氮兩種方法集成在一起實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮的生物脫氮過(guò)程。該裝置可以根據(jù)在線(xiàn)傳感器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間HRT，即使進(jìn)水濃度變化也能實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮的高效、快速脫除。
本發(fā)明提供了一種多介質(zhì)過(guò)濾生物脫氮裝置，其特征在于，該裝置主要包括四大組成部分，由進(jìn)水泵1、進(jìn)水閥門(mén)2和出水閥門(mén)6組成的進(jìn)出水系統(tǒng)，含有上層濾料3、中層濾料4和下層濾料5的過(guò)濾器，由反沖洗泵7、反沖洗進(jìn)水閥門(mén)8和反沖洗出水閥門(mén)9組成的反沖洗系統(tǒng)，包含有pH、ORP和溫度傳感器10和與傳感器10相連的PLC控制柜12的PLC控制系統(tǒng)；進(jìn)水系統(tǒng)的進(jìn)水泵1與進(jìn)水閥門(mén)2相連，連接進(jìn)水閥門(mén)2的管路進(jìn)入過(guò)濾器11，過(guò)濾介質(zhì)上層濾料3、中層濾料4、下層濾料5粒徑級(jí)配沿進(jìn)水水流方向逐級(jí)減小，出水閥門(mén)6與過(guò)濾器11下端相連；反沖洗系統(tǒng)的反沖洗泵7與反沖洗進(jìn)水閥門(mén)8相連，由管路連接反沖洗進(jìn)水閥門(mén)8與過(guò)濾器11下端相連，反沖洗出水閥門(mén)9與過(guò)濾器11上端相連；在過(guò)濾器11上端的固定支架上安裝在線(xiàn)傳感器pH，氧化還原電位ORP，T在線(xiàn)傳感器10置于過(guò)濾器11內(nèi)部，與被處理水接觸。
本發(fā)明提供了一種多介質(zhì)過(guò)濾生物脫氮工藝，其特征在于，包括以下步驟1、上層濾料3、中層濾料4和下層濾料5經(jīng)過(guò)加水-排放-加水-排放循環(huán)交替20-30天直到過(guò)濾介質(zhì)出水SCOD達(dá)到穩(wěn)定值＜100mg/L后投入過(guò)濾器11；2、打開(kāi)進(jìn)水泵1，進(jìn)水閥門(mén)2和出水閥門(mén)6，關(guān)閉反沖洗泵7、反沖洗進(jìn)水閥門(mén)8和反沖洗出水閥門(mén)9，過(guò)濾被處理水，根據(jù)PLC控制程序調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間，即PLC控制系統(tǒng)采用溫度T，氧化還原電位ORP和pH值在線(xiàn)傳感器10的指示值作為出水硝態(tài)氮含量接近于0的控制信號(hào)；當(dāng)進(jìn)水溫度高于控制系統(tǒng)設(shè)定溫度20-22℃時(shí)降低水力停留時(shí)間HRT，反之，增加HRT；當(dāng)氧化還原電位ORP值高于設(shè)定范圍85-95mv時(shí)，增加HRT，反之，降低HRT；當(dāng)進(jìn)出水pH值變化范圍超過(guò)設(shè)定值0.3-0.4時(shí)，降低HRT，反之，增加HRT；3、當(dāng)進(jìn)出水pH值處于穩(wěn)定值時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水泵1，進(jìn)水閥門(mén)2和出水閥門(mén)6，打開(kāi)反沖洗泵7、反沖洗進(jìn)水閥門(mén)8和反沖洗出水閥門(mén)9進(jìn)行反沖洗，根據(jù)PLC控制柜12表盤(pán)上在線(xiàn)傳感器指示值調(diào)節(jié)反沖洗泵7的流量，反沖洗歷時(shí)2-3小時(shí)；4、該系統(tǒng)以后依次重復(fù)2、3步驟。
采用多個(gè)相同多介質(zhì)過(guò)濾脫氮裝置并聯(lián)，但是共同使用同一PLC控制系統(tǒng)。
與現(xiàn)有的活性污泥法生物脫氮相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)無(wú)需活性污泥和碳源就可實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮生物反硝化，減小容積和占地面積，簡(jiǎn)化操作過(guò)程，降低投資和運(yùn)行成本；(2)在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)需人工操作和能源消耗，不產(chǎn)生二次污染；(3)根據(jù)在線(xiàn)傳感器監(jiān)測(cè)，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)水力停留時(shí)間HRT；(4)出水懸浮物濃度低。
本發(fā)明用于城市污水的二次深度脫氮和含硝態(tài)氮的工業(yè)廢水及飲用水。
本發(fā)明的有益效果是，無(wú)需活性污泥和碳源就可實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮生物反硝化，減小容積和占地面積，簡(jiǎn)化操作過(guò)程，降低投資和運(yùn)行成本；在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)需人工操作和能源消耗，更換的果殼濾料可加工成活性炭，不產(chǎn)生二次污染，無(wú)任何浪費(fèi)。


圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
1進(jìn)水泵；2進(jìn)水閥；3上層濾料；4中層濾料；5下層濾料；6出水閥；7反沖洗泵；8反沖洗水進(jìn)水閥；9反沖洗水出水閥；10在線(xiàn)傳感器；11過(guò)濾器；12PLC控制柜
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體操作步驟在發(fā)明內(nèi)容已經(jīng)有詳述，該處不再贅述。
實(shí)施例1以某實(shí)驗(yàn)室由自來(lái)水和硝酸鹽、自來(lái)水和亞硝酸鹽分別配成的硝酸鹽和亞硝酸鹽溶液作為原水，所選用的過(guò)濾介質(zhì)為天然果殼杏殼粒徑2～4cm。上、下層過(guò)濾介質(zhì)所選用的石英砂濾料粒徑分別為3-6cm，0.5-1cm。進(jìn)水方式為下向流。所選用的過(guò)濾裝置是一個(gè)圓柱形有機(jī)玻璃反應(yīng)器，反應(yīng)器直徑19cm，高38cm，反應(yīng)器底部石英砂厚度為5cm，核桃殼的厚度為18cm，反應(yīng)器上部石英砂厚度為5cm，進(jìn)行反硝化試驗(yàn)的有效容積為7.9L。在線(xiàn)傳感器固定支架距反應(yīng)器頂部10cm，試驗(yàn)所處溫度范圍為20-22℃。試驗(yàn)考察了硝酸鹽和亞硝酸鹽溶液，兩種溶液的試驗(yàn)濃度分別為15-22mg/L和25mg/L-30mg/L。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在與傳統(tǒng)活性污泥工藝同樣水力停留時(shí)間HRT9小時(shí)的條件下，在兩種進(jìn)水濃度條件下，硝態(tài)氮的去除率均提高約50％，SS的去除率均提高55-60％，100％節(jié)省曝氣能耗，省去曝氣設(shè)備和外碳源投加的費(fèi)用，不產(chǎn)生二次污染，一個(gè)正常過(guò)濾運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月，反沖洗歷時(shí)2小時(shí)即可回復(fù)正常過(guò)濾過(guò)程。
實(shí)施例2以某工廠工業(yè)廢水處理站高硝態(tài)氮廢水作為原水，所選用的過(guò)濾介質(zhì)為天然核桃殼粒徑1～2cm；上、下層過(guò)濾介質(zhì)所選用的石英砂濾料粒徑分別為3-6cm，0.5-1cm。進(jìn)水方式為下向流。試驗(yàn)選用的連續(xù)流反應(yīng)器是一個(gè)矩形敞口的反應(yīng)器，反應(yīng)器長(zhǎng)93cm，寬20cm，反應(yīng)器底部石英砂厚度為3cm，核桃殼的厚度為13cm，反應(yīng)器上部石英砂厚度為2cm厚，連續(xù)流反應(yīng)器的有效容積為33.5L。試驗(yàn)考察了硝酸鹽溶液濃度分別為30mg/L-35mg/L和50-52mg/L。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在與傳統(tǒng)活性污泥工藝同樣水力停留時(shí)間9小時(shí)條件下，硝態(tài)氮的去除率均提高43-47.5％，出水SS提高42-46％，省去曝氣設(shè)備，省去大規(guī)模的活性污泥處理裝置和外碳源投加的費(fèi)用，無(wú)需污泥處理設(shè)備，無(wú)需人工操作，不產(chǎn)生二次污染。正常過(guò)濾過(guò)程長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月，反沖洗歷時(shí)3小時(shí)回復(fù)正常過(guò)濾，與傳統(tǒng)的石英砂過(guò)濾器相比正常過(guò)濾時(shí)間僅幾天，甚至幾小時(shí)，反沖洗頻率大大降低。
權(quán)利要求
1.一種多介質(zhì)過(guò)濾生物脫氮裝置，其特征在于，該裝置主要包括四大組成部分，由進(jìn)水泵(1)、進(jìn)水閥門(mén)(2)和出水閥門(mén)(6)組成的進(jìn)出水系統(tǒng)，含有上層濾料(3)、中層濾料(4)和下層濾料(5)的過(guò)濾器，由反沖洗泵(7)、反沖洗進(jìn)水閥門(mén)(8)和反沖洗出水閥門(mén)(9)組成的反沖洗系統(tǒng)，包含有pH、ORP和溫度傳感器(10)和與傳感器(10)相連的PLC控制柜(12)的PLC控制系統(tǒng)；進(jìn)水系統(tǒng)的進(jìn)水泵(1)與進(jìn)水閥門(mén)(2)相連，連接進(jìn)水閥門(mén)(2)的管路進(jìn)入過(guò)濾器(11)，過(guò)濾介質(zhì)上層濾料(3)、中層濾料(4)、下層濾料(5)粒徑級(jí)配沿進(jìn)水水流方向逐級(jí)減小，出水閥門(mén)(6)與過(guò)濾器(11)下端相連；反沖洗系統(tǒng)的反沖洗泵(7)與反沖洗進(jìn)水閥門(mén)(8)相連，由管路連接反沖洗進(jìn)水閥門(mén)(8)與過(guò)濾器(11)下端相連，反沖洗出水閥門(mén)(9)與過(guò)濾器(11)上端相連；在過(guò)濾器(11)上端的固定支架上安裝在線(xiàn)傳感器pH，氧化還原電位ORP，T在線(xiàn)傳感器(10)置于過(guò)濾器(11)內(nèi)部，與被處理水接觸。
2.一種多介質(zhì)過(guò)濾生物脫氮工藝，其特征在于，包括以下步驟1)上層濾料(3)、中層濾料(4)和下層濾料(5)經(jīng)過(guò)加水-排放-加水-排放循環(huán)交替20-30天直到過(guò)濾介質(zhì)出水SCOD達(dá)到穩(wěn)定值＜100mg/L后投入過(guò)濾器(11)；2)打開(kāi)進(jìn)水泵(1)，進(jìn)水閥門(mén)(2)和出水閥門(mén)(6)，關(guān)閉反沖洗泵(7)、反沖洗進(jìn)水閥門(mén)(8)和反沖洗出水閥門(mén)(9)，過(guò)濾被處理水，根據(jù)PLC控制程序調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間，即PLC控制系統(tǒng)采用溫度T，氧化還原電位ORP和pH值在線(xiàn)傳感器(10)的指示值作為出水硝態(tài)氮含量接近于0的控制信號(hào)；當(dāng)進(jìn)水溫度高于控制系統(tǒng)設(shè)定溫度20-22℃時(shí)降低水力停留時(shí)間HRT，反之，增加HRT；當(dāng)氧化還原電位ORP值高于設(shè)定范圍85-95mv時(shí)，增加HRT，反之，降低HRT；當(dāng)進(jìn)出水pH值變化范圍超過(guò)設(shè)定值0.3-0.4時(shí)，降低HRT，反之，增加HRT；3)當(dāng)進(jìn)出水pH值處于穩(wěn)定值時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水泵(1)，進(jìn)水閥門(mén)(2)和出水閥門(mén)(6)，打開(kāi)反沖洗泵(7)、反沖洗進(jìn)水閥門(mén)(8)和反沖洗出水閥門(mén)(9)進(jìn)行反沖洗，根據(jù)PLC控制柜(12)表盤(pán)上在線(xiàn)傳感器指示值調(diào)節(jié)反沖洗泵(7)的流量，反沖洗歷時(shí)2-3小時(shí)；4)該系統(tǒng)以后依次重復(fù)2)、3)步驟。
全文摘要
本發(fā)明屬污水處理領(lǐng)域。現(xiàn)有污水脫氮方法基建投資和運(yùn)行成本都高出本裝置。裝置包括進(jìn)出水系統(tǒng)，含過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾器，反沖洗系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)；進(jìn)水泵(1)連接過(guò)濾器(11)，三層過(guò)濾介質(zhì)粒徑級(jí)配沿進(jìn)水水流方向逐級(jí)減小，出水閥門(mén)(6)與過(guò)濾器(11)下端相連；反沖洗泵(7)與過(guò)濾器(11)下端相連，反沖洗出水閥門(mén)(9)與過(guò)濾器(11)上端相連；傳感器(10)置于過(guò)濾器(11)內(nèi)部，與被處理水接觸。工藝步驟過(guò)濾介質(zhì)當(dāng)出水SCOD達(dá)到穩(wěn)定值＜100mg/L后投入過(guò)濾器；過(guò)濾被處理水，據(jù)PLC控制程序調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間；反沖洗2－3小時(shí)，據(jù)PLC控制柜調(diào)節(jié)反沖洗泵的流量；重復(fù)過(guò)濾、反沖洗。本發(fā)明無(wú)需活性污泥和碳源，簡(jiǎn)化操作，降低成本；不產(chǎn)生二次污染。
文檔編號(hào)C02F101/16GK1803663SQ200610002050
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者彭永臻, 王曉蓮 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)