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一種生態(tài)型人工快滲系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):12231213閱讀:336來源:國知局

本實(shí)用新型屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種生態(tài)型人工快滲系統(tǒng)。



背景技術(shù):

近年來,由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水的排放日益增多以及洗滌劑的大量使用,水環(huán)境中的氮素污染問題日趨嚴(yán)重。當(dāng)進(jìn)入水體的氮含量過高時(shí),容易與磷素污染物一起引發(fā)水體富營養(yǎng)化,導(dǎo)致藻類及其他浮游生物迅速生長繁殖,水體溶解氧量含量下降,水質(zhì)惡化,進(jìn)而導(dǎo)致魚類及其他水生生物的大量死亡。此外,亞硝酸鹽和硝酸鹽在水環(huán)境中還可形成具有“三致”效應(yīng)的N-亞硝基化合物,直接或間接危害人體健康。因此,污水脫氮備受關(guān)注。

目前應(yīng)用最廣泛的脫氮技術(shù)是生物脫氮,常見工藝可分為活性污泥法和生物膜法兩大類。生物脫氮比物理化學(xué)脫氮更加經(jīng)濟(jì),但是也存在諸多缺點(diǎn):(1)通常在多個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行,工藝流程較長,占地面積較大,基建費(fèi)用較高;(2)硝化過程需要設(shè)置曝氣池進(jìn)行充氧曝氣以維持硝化菌群的生物活性,反硝化過程往往需要外加甲醇、乙醇或乙酸等碳源補(bǔ)充物及堿,增加了投資和運(yùn)行費(fèi)用;(3)為使系統(tǒng)內(nèi)污泥的濃度維持在適宜范圍,往往需要對(duì)污泥和硝化液進(jìn)行回流,設(shè)備能耗和運(yùn)行費(fèi)用隨之增加;(4)系統(tǒng)抗沖擊能力較弱,硝化菌和反硝化菌易受到進(jìn)水條件和外界環(huán)境變化的沖擊而影響出水水質(zhì);(5)產(chǎn)生的剩余污泥需及時(shí)進(jìn)行處理或處置,增加了處理費(fèi)用,而處理或處置不當(dāng)時(shí)將造成二次污染。因此,探尋一種經(jīng)濟(jì)高效環(huán)保的脫氮方法已經(jīng)成為污水脫氮領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

人工快滲是近年來開發(fā)的一種新型污水生態(tài)處理技術(shù),不僅適用于生活污水處理,也非常適合于受污染河水的凈化改善。該技術(shù)多采用滲透性能良好的天然介質(zhì)作為主要滲濾材料代替天然土層,綜合了人工濕地和傳統(tǒng)土壤滲濾系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),特別適合于污水來源分散、污水處理設(shè)施不完善的農(nóng)村或邊遠(yuǎn)地區(qū)。傳統(tǒng)人工快滲系統(tǒng)對(duì)氨氮(NH3-N)的去除效果較好,可達(dá)80%以上,然而對(duì)總氮(TN)的去除效果卻較差,往往不足30%,難以達(dá)標(biāo)排放。若能實(shí)現(xiàn)人工快滲系統(tǒng)的高效脫氮,將有利于該技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用,為受污染河流、農(nóng)村分散污水、中小城鎮(zhèn)生活污水以及市政管網(wǎng)尚未覆蓋的邊遠(yuǎn)地區(qū)污水處理提供實(shí)用性強(qiáng)的環(huán)保技術(shù),對(duì)我國實(shí)施污水資源化、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用具有重要應(yīng)用價(jià)值。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本實(shí)用新型的目的是解決上述問題,提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、脫氮效能高的生態(tài)型人工快滲系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種生態(tài)型人工快滲系統(tǒng),包括快滲池本體,所述快滲池本體內(nèi)設(shè)有進(jìn)水區(qū)、硝化區(qū)、滯留區(qū)、過渡區(qū)、反硝化區(qū)以及出水 區(qū),所述過渡區(qū)位于滯留區(qū)和反硝化區(qū)下方,待處理污水從進(jìn)水區(qū)依次滲入硝化區(qū)、滯留區(qū),再經(jīng)過渡區(qū)升流至反硝化區(qū),所述硝化區(qū)用于初步處理待處理污水中的氨氮,所述滯留區(qū)用于初步處理硝化區(qū)產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮,所述過渡區(qū)用于連通滯留區(qū)和反硝化區(qū),所述反硝化區(qū)用于進(jìn)一步處理硝化區(qū)產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。

優(yōu)選地,所述反硝化區(qū)采用改性玉米芯作為填料,所述改性玉米芯采用反硝化污泥接種。

優(yōu)選地,所述改性玉米芯包括高壓蒸汽改性玉米芯、酸改性玉米芯或堿改性玉米芯中的一種,粒徑為2~5mm。

優(yōu)選地,所述硝化區(qū)采用均勻混合的粗河砂、細(xì)河砂以及沸石砂作為填料,所述粗河砂粒徑為0.55~0.85mm,所述細(xì)河砂粒徑為0.15~0.35mm,所述沸石砂粒徑為1~2mm。

優(yōu)選地,所述粗河砂、細(xì)河砂、沸石砂體積比為4~7:2~5:1~4。進(jìn)一步的,所述粗河砂、細(xì)河砂、沸石砂優(yōu)選體積比為5:3:2。

優(yōu)選地,所述滯留區(qū)采用均勻混合的粗石英砂、細(xì)石英砂、火山巖作為填料,所述粗石英砂粒徑為1~1.5mm,所述細(xì)石英砂粒徑為0.2~0.8mm,所述火山巖粒徑為1.5~2.7mm。

優(yōu)選地,所述粗石英砂、細(xì)石英砂、火山巖體積比為3~6:2~5:2~4。進(jìn)一步的,所述粗石英砂、細(xì)石英砂、火山巖體積比為4:4:2。

優(yōu)選地,所述過渡區(qū)采用鵝卵石作為填料,所述鵝卵石粒徑5~18mm,鵝卵石上方鋪設(shè)有隔離層一,所述隔離層一用于防止滯留區(qū)和反硝化區(qū)的填料隨水流入而堵塞連通口。

優(yōu)選地,所述出水區(qū)采用碎石作為填料,所述碎石粒徑為5~10mm,出水區(qū)與反硝化區(qū)之間鋪設(shè)有隔離層二,所述隔離層二用于防止反硝化區(qū)的填料隨水流出。

優(yōu)選地,所述人工快滲系統(tǒng)還包括定時(shí)器和流量計(jì),所述定時(shí)器(7)和流量計(jì)(8)安裝于進(jìn)水區(qū)之前,用于控制進(jìn)水時(shí)間和流量。

本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提供的生態(tài)型人工快滲系統(tǒng),通過硝化-滯留-反硝化過程實(shí)現(xiàn)氮素污染物的高效去除。總體而言,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、占地面積小,基建投資少;無需曝氣供氧和污泥回流,節(jié)約電耗;不產(chǎn)生剩余污泥,減少二次污染。該生態(tài)型人工快滲系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值高,尤其適合于受污染河流、農(nóng)村分散污水、中小城鎮(zhèn)生活污水以及市政管網(wǎng)尚未覆蓋的邊遠(yuǎn)地區(qū)污水的脫氮處理,值得在業(yè)內(nèi)推廣。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型生態(tài)型人工快滲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明:1、進(jìn)水區(qū);2、硝化區(qū);3、滯留區(qū);4、過渡區(qū);5、反硝化區(qū);6、出水區(qū);7、定時(shí)器;8、流量計(jì);9、隔離層一;10、隔離層二。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明:

如圖1所示,本實(shí)用新型生態(tài)型人工快滲系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)示意圖,包括快滲池本體,快滲池本體內(nèi)設(shè)有進(jìn)水區(qū)1、硝化區(qū)2、滯留區(qū)3、過渡區(qū)4、反硝化區(qū)5、出水區(qū)6、定時(shí)器7以及流量計(jì)8。過渡區(qū)4位于滯留區(qū)3和反硝化區(qū)5下方,滯留區(qū)3與反硝化區(qū)5通過過渡區(qū)4相互連通。待處理污水從進(jìn)水區(qū)1依次滲入硝化區(qū)2、滯留區(qū)3,在滯留區(qū)3停留一段時(shí)間后經(jīng)過渡區(qū)4升流至反硝化區(qū)5,在反硝化區(qū)5停留一段時(shí)間后從出水區(qū)6排出。定時(shí)器7和流量計(jì)8安裝于進(jìn)水區(qū)1之前。進(jìn)水區(qū)1通過定時(shí)器7和流量計(jì)8控制進(jìn)水時(shí)間和流量。

硝化區(qū)2主要用于去除待處理污水中的大部分氨氮,該區(qū)采用粗河砂、細(xì)河砂、沸石砂均勻混合作為填料。滯留區(qū)3主要用于去除少部分硝化區(qū)2產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮,同時(shí)為反硝化區(qū)5提供更穩(wěn)定的進(jìn)水水質(zhì)和更適宜的反硝化環(huán)境,該區(qū)采用粗石英砂、細(xì)石英砂、火山巖均勻混合作為填料。過渡區(qū)4主要用于連通滯留區(qū)3和反硝化區(qū)5,使滯留區(qū)3的出水能夠順利流入反硝化區(qū)5,該區(qū)采用鵝卵石作為填料。反硝化區(qū)5主要用于去除大部分硝化區(qū)2產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。該區(qū)采用改性玉米芯作為填料。出水區(qū)采用碎石作為填料。

以下通過具體實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明,以進(jìn)一步展示本實(shí)用新型的原理:

在本實(shí)施例中,快滲池本體采用PVC板材制成,包括左側(cè)池和緊鄰于左側(cè)池的右側(cè)池。進(jìn)水區(qū)1、硝化區(qū)2、滯留區(qū)3從上至下依次設(shè)置于左側(cè)池內(nèi),出水區(qū)6和反硝化區(qū)5設(shè)置于右側(cè)池內(nèi),且出水區(qū)6位于反硝化區(qū)5的上方。過渡區(qū)4設(shè)置于左側(cè)池和右側(cè)池的底部,位于滯留區(qū)3和反硝化區(qū)5的下方。在本實(shí)施例中,進(jìn)水區(qū)1尺寸(長×寬×高)為(10×10×20)cm、硝化區(qū)2尺寸為(10×10×100)cm、滯留區(qū)3尺寸為(10×10×55)cm、過渡區(qū)4尺寸為(20×10×5)cm、反硝化區(qū)5尺寸為(10×10×50)cm、出水區(qū)6尺寸為(10×10×5)cm。

硝化區(qū)2中的填料,粗河砂、細(xì)河砂、沸石砂分別占總體積的50%、30%、20%,粒徑分別為0.55~0.85mm、0.15~0.35mm、1~2mm。控制濕干比為1:3,水力負(fù)荷周期為8h,通過淹水/落干交替運(yùn)行的方式實(shí)現(xiàn)自然復(fù)氧,在有氧條件下通過亞硝酸菌和硝酸菌的作用,將截留在填料表面的污染物中的氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮,從而實(shí)現(xiàn)氨氮的高效去除。

滯留區(qū)3中的填料,粗石英砂、細(xì)石英砂、火山巖分別占總體積的40%、40%、20%, 粒徑分別為1~1.5mm、0.2~0.8mm、1.5~2.7mm??刂扑νA魰r(shí)間為8h,在缺氧條件下通過反硝化菌的作用,將硝化區(qū)2產(chǎn)生的亞硝酸鹽或硝酸鹽還原成分子態(tài)氮或一氧化二氮釋放出來,由于硝化區(qū)2消耗了大部分有機(jī)物,滯留區(qū)3存在有機(jī)碳源不足、反硝化菌活性較差的缺點(diǎn),因而反硝化脫氮難以進(jìn)行的徹底,出水中總氮的濃度依然較高。

值得說明的是,硝化區(qū)2中的粗河砂、細(xì)河砂、沸石砂的體積比,滯留區(qū)3中粗石英砂、細(xì)石英砂、火山巖的體積比,并不限于本實(shí)施例所述??梢愿鶕?jù)實(shí)際需求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在經(jīng)過本發(fā)明人大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)比后,優(yōu)選粗河砂、細(xì)河砂、沸石砂體積比為4~7:2~5:1~4,優(yōu)選粗石英砂、細(xì)石英砂、火山巖體積比為3~6:2~5:2~4。進(jìn)一步的,當(dāng)粗河砂、細(xì)河砂、沸石砂按體積比為5:3:2時(shí),氨氮的去除更高效。當(dāng)粗石英砂、細(xì)石英砂、火山巖按體積比為4:4:2時(shí),可以更好的將亞硝酸鹽或硝酸鹽還原成分子態(tài)氮或一氧化二氮釋放出來。

過渡層4中的填料,鵝卵石粒徑5~18mm,鵝卵石上方鋪設(shè)有隔離層一9。隔離層一9采用兩層單位重量為400克/平方米的無紡?fù)凉げ?,用于防止滯留區(qū)3和反硝化區(qū)5的填料隨水流入而堵塞連通口。

反硝化區(qū)5中的填料,改性玉米芯粒徑為2~5mm。改性玉米芯在填充前采用反硝化污泥進(jìn)行接種。本發(fā)明人采用的接種方法如下:將改性玉米芯、反硝化污泥混合液(MLVSS為10g/L)、人工配水(硝態(tài)氮為50mg/L)按照體積比4:1:5投入密閉反應(yīng)器(有效容積為20L)內(nèi)以30r/min的速度攪拌,溫度控制在(25±1)℃,8h后排出上清液6L,再新加人工配水6L,循環(huán)三次后濾出改性玉米芯填入反硝化區(qū)??刂扑νA魰r(shí)間為8h,在缺氧條件下通過附著在改性玉米芯表面的反硝化菌,利用改性玉米芯作為固體緩釋碳源,將硝化區(qū)2和滯留區(qū)3產(chǎn)生的亞硝酸鹽或硝酸鹽還原成分子態(tài)氮或一氧化二氮釋放出來。由于改性玉米芯具有良好的釋碳能力和微生物附著性能,反硝化區(qū)5有機(jī)碳源充足、反硝化菌活性較好,系統(tǒng)對(duì)總氮去除率較高。

改性玉米芯的制備方法如下:將玉米芯洗凈后曬干,破碎成粒狀,再分別通過高壓蒸汽、酸、堿對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的目的在于破壞玉米芯表面的木質(zhì)素或半纖維素,促進(jìn)內(nèi)部纖維素的分解,提高其釋碳能力,為反硝化提供適宜濃度的碳源,同時(shí)使反硝化微生物與纖維素接觸更為緊密,為反硝化微生物提供良好的載體,從而獲得更好的脫氮效果。

預(yù)處理的具體方法如下:

方法1:取玉米芯放入121℃高壓蒸汽鍋中蒸20min;

方法2:取玉米芯按固體質(zhì)量/液體體積為1/40的比例投入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的硫酸溶液中,加熱煮沸20min;

方法3:取玉米芯按固體質(zhì)量/液體體積為1/40的比例投入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的氫氧化鈉溶液中,加熱煮沸20min。

自然冷卻后,用去離子水清洗至中性,置于85℃烘箱中烘干至恒重,分別制得高壓蒸汽改性玉米芯、酸改性玉米芯、堿改性玉米芯。

需要說明的是,玉米芯的改性不限于上述方法,上述方法的目的是為了得到高壓蒸汽改性玉米芯、酸改性玉米芯、堿改性玉米芯。因此也可以采用其它方法或者參數(shù)得到改性玉米芯。

出水區(qū)6中的填料,碎石粒徑為5~10mm。出水區(qū)與反硝化區(qū)之間鋪設(shè)有隔離層二10。隔離層二10為兩層單位重量為400克/平方米的無紡?fù)凉げ?,用于防止反硝化區(qū)5的填料隨水流出。顯然,隔離層一9和隔離層二10均可以采用其他材料。

以下通過具體應(yīng)用例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明,以進(jìn)一步展示本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):

取西南某高校學(xué)生公寓區(qū)的生活污水作為本實(shí)用新型的進(jìn)水,主要水質(zhì)指標(biāo)如下:COD濃度為270~380mg/L,NH3-N濃度為27~39mg/L,TN濃度為30~51mg/L,TP濃度為3.5~4.5mg/L,SS濃度為290~350mg/L,pH為6.9~7.6,進(jìn)水前濾除大塊懸浮物。

運(yùn)行參數(shù)如下:從進(jìn)水區(qū)1進(jìn)水,每周期進(jìn)水6L,控制硝化區(qū)2的濕干比為1:3,水力負(fù)荷周期為8h,污水在滯留區(qū)3和反硝化區(qū)5分別停留8h,在下一周期進(jìn)水的壓力下,前一周期的污水從滯留區(qū)3經(jīng)過渡區(qū)4流入反硝化區(qū)5,在反硝化區(qū)5停留8h后,再從出水區(qū)6排出,循環(huán)運(yùn)行。

每1~2d監(jiān)測(cè)一次進(jìn)出水水質(zhì),其中COD采用重鉻酸鉀法,NH3-N采用納氏試劑比色法,TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法。通過進(jìn)出水COD、NH3-N、TN濃度的變化情況,考察不同改性玉米芯作反硝化碳源對(duì)人工快滲系統(tǒng)脫氮性能的強(qiáng)化效果。

結(jié)果表明,高壓蒸汽改性玉米芯作反硝化碳源時(shí),人工快滲系統(tǒng)穩(wěn)定期出水COD、NH3-N、TN的濃度分別為20.8~39.5mg/L、1.7~3.5mg/L、12.3~16.7mg/L,平均去除率分別為90.7%、92.7%、66.3%;酸改性玉米芯作反硝化碳源時(shí),人工快滲系統(tǒng)穩(wěn)定期出水COD、NH3-N、TN的濃度分別為28.4~46.4mg/L、2.0~3.8mg/L、8.3~11mg/L,平均去除率分別為89.0%、92.0%、76.9%;堿改性玉米芯作反硝化碳源時(shí),人工快滲系統(tǒng)穩(wěn)定期出水COD、NH3-N、TN的濃度分別為24.9~39.8mg/L、3.2~3.4mg/L、5.9~7.5mg/L,平均去除率分別為為90.2%、90.5%、84.3%。由此可見,3種不同預(yù)處理方法得到的改性玉米芯作反硝化碳源時(shí),脫氮效能均優(yōu)于傳統(tǒng)人工快滲系統(tǒng),其中堿改性玉米芯的釋碳能力最強(qiáng),反硝化脫氮效果也最好。

綜上所述,本實(shí)用新型提供的生態(tài)型人工快滲系統(tǒng),通過硝化-滯留-反硝化過程實(shí)現(xiàn)氮素污染物的高效去除。利用玉米芯為反硝化提供碳源和微生物載體,從而提高人工快滲系統(tǒng)的脫氮效率,同時(shí)可以減少廢棄玉米芯對(duì)環(huán)境的污染,為其再利用提供一條新途徑。總體而言,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、占地面積小,基建投資少;無需曝氣供氧和污泥回流,節(jié)約電耗;不產(chǎn)生剩余污泥,減少二次污染。該生態(tài)型人工快滲系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值高,尤其適合于受污染河流、農(nóng)村分散污水、中小城鎮(zhèn)生活污水以及市政管網(wǎng)尚未覆蓋的邊遠(yuǎn)地區(qū)污水的脫氮處理,值得在業(yè)內(nèi)推廣。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到,這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理,應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合,這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。

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