一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于污水脫氮除磷領域，公開了一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的裝置及方法。該裝置包括一級裝置和二級裝置，一級裝置水平設置在二級裝置的前部，且一級裝置的底部和二級裝置的底部通過管道連通，該管道上設置有二號電磁閥和水泵；一級裝置內(nèi)自上而下依次為植物層、一級裝置反應濾料和鵝卵石，一級裝置反應濾料為脫水鋁污泥與輕燒氧化鎂的混合物或脫水鋁污泥與紅砂的混合物；二級裝置自上而下依次為二級裝置反應濾料和鵝卵石，二級裝置反應濾料為酸中和殘渣與輕燒氧化鎂的混合物或酸中和殘渣與紅泥球粒的混合物。該裝置和方法充分發(fā)揮濾料協(xié)同作用機制，配以合理的運行工藝，實現(xiàn)了占地面積小、運行費用低，污水中氮磷高效去除的目的。
【專利說明】一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于污水脫氮除磷領域，更具體地說，涉及一種利用工業(yè)固體廢棄物對農(nóng)村生活污水和畜禽養(yǎng)殖廢水進行脫氮除磷的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，農(nóng)村生活以及畜禽養(yǎng)殖廢水的污染問題日益嚴重。兩種類型污水最大的特點是氮磷濃度高。氮磷也是污水污染物中受關注度最高的成分。水體作為一個重要會集地，隨著氮磷不斷輸入而飽和時，會引起水體富營養(yǎng)化等一系列嚴重環(huán)境問題，同時給人類的生產(chǎn)生活帶來了一定的負面影響，構建適合農(nóng)村污水分散式分布和畜禽養(yǎng)殖規(guī)模特點并且能夠高效去除氮磷的污水處理系統(tǒng)勢在必行。
[0003]目前我國農(nóng)村生活污水和畜禽養(yǎng)殖場廢水處理設施的普及率較低，一部分設施存在著處理工藝簡單、效果不好的問題；一部分雖然污染物去除效果較好，但其投資成本大、需要高額運行費用或較大的土地面積，例如一些厭氧好氧一體化工藝運行成本高、能耗大，人工濕地占有大量土地、基建費用高；還有一部分工藝對氮或磷的去除率較高，但無法使兩者都能長期高效去除，例如砂濾處理系統(tǒng)和藻類塘技術。為達到低能耗、高效率去除廢水中氮磷之目的，以資源的高效循環(huán)利用為核心思路，研究新的處理設備和運行工藝，并有效應用于農(nóng)村生活和畜禽養(yǎng)殖場污水處理，這是和整個環(huán)保經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的大目標相吻合的。
[0004]濾料作為污水處理反應的介質(zhì)，其性能的好壞直接影響污水中氮和磷去除的效率，已有的報道中某些工業(yè)廢棄物被廣泛應用于污水處理中，例如無煙煤、鋼渣、粉煤灰等。近幾年水廠、礦業(yè)和冶金過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品的綜合利用成為研究熱點，其中包括脫水鋁污泥、酸中和殘洛、輕燒氧化鎂、紅砂和紅泥球粒。脫水招污泥、酸中和殘洛和輕燒氧化鎂分別來自于自來水廠凈水過程中的副產(chǎn)物、生產(chǎn)金紅石過程中產(chǎn)生的殘渣和氧化鎂生產(chǎn)中的殘余物，前兩者含有豐富的鐵和鈣，后者以氧化鎂為主，從對水體污染物去除方面分析，脫水鋁污泥對污水脫氮除磷有較好的效果，酸中和殘渣可降低地表水體中溶解性有機物、氮和磷的濃度，輕燒氧化鎂通過化學吸附去除污水中的磷；紅砂和紅泥球粒是氧化鋁精煉中不同形態(tài)的廢棄物，此種殘渣富含鐵，在廢水處理中可高效去除和吸附營養(yǎng)物質(zhì)及微量金屬元素。另外上述幾種工業(yè)固體廢棄物都有較大的比表面積，對水體中的污染物有一定的吸附能力，同時化學組成穩(wěn)定無二次污染，若能將幾者結合作為濾料應用于農(nóng)村生活和畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術中，一方面可以提供低價高效的反應介質(zhì)，另一方面也可以提供一種新的資源化利用的處理方式。
[0005]已有文獻中有上述幾種工業(yè)廢棄物單獨作為濾料處理污水或地表水，鮮有采用兩種或兩種以上濾料混合后處理生活污水或畜禽養(yǎng)殖廢水；此外，單一濾料去除污水中污染物質(zhì)種類受限，而濾料混合在一起直接進行污水處理氮、磷去除效果差；另外某些技術存在占地面積大、運行費用高的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]1.要解決的技術問題
[0007]針對各種現(xiàn)有的農(nóng)村生活污水和畜禽養(yǎng)殖廢水小型處理系統(tǒng)不能兼具建設運行成本低廉且能同時高效去除污水中氮和磷的問題，本發(fā)明提供了一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的裝置及方法。該裝置和方法充分發(fā)揮濾料協(xié)同作用機制，同時配以合理的運行工藝，實現(xiàn)了占地面積小、運行費用低，污水中氮和磷高效去除的目的。
[0008]2.技術方案
[0009]本發(fā)明的原理:采用脫水鋁污泥、酸中和殘渣、輕燒氧化鎂、紅砂和紅泥球粒等工業(yè)廢棄物作為濾料，利用濾料本身較大的比表面積對污水中的磷進行吸附，同時借助兩級結構、分階段進水和厭氧好氧交替進行的運行工藝，充分發(fā)揮存在濾料上的脫氮微生物功能菌的活性對污水中的氮進行高效利用。
[0010]本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)。
[0011]一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的裝置，包括一級裝置和二級裝置，所述的一級裝置水平設置在二級裝置的前部，且所述的一級裝置的底部和二級裝置的底部通過管道連通，該管道上設置有二號電磁閥和水泵；
[0012]所述的一級裝置內(nèi)自上而下依次為植物層、一級裝置反應濾料和鵝卵石，一級裝置反應濾料為脫水鋁污泥與輕燒氧化鎂的混合物或脫水鋁污泥與紅砂的混合物；
[0013]所述的二級裝置自上而下依次為二級裝置反應濾料和鵝卵石，二級裝置反應濾料為酸中和殘渣與輕燒氧化鎂的混合物或酸中和殘渣與紅泥球粒的混合物；
[0014]所述的一級裝置的一級裝置反應濾料內(nèi)中底部設置有曝氣擴散口，曝氣擴散口與空氣壓縮機連接的管道上設置一號電磁閥，且一級裝置旁側設置有回流管道連通一級裝置的底部和上端，該回流管道上設置回流泵。
[0015]優(yōu)選地，所述的空氣壓縮機、回流泵、水泵、一號電磁閥和二號電磁閥均與自動控制系統(tǒng)連接。
[0016]一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的方法，其步驟為:
[0017](I)搭建上述裝置，關閉水泵和二號電磁閥，一級裝置內(nèi)污水處理過程分兩個步驟:
[0018]首先一級裝置有效容積50-70%體積的原污水從一級裝置上部進入并在厭氧狀態(tài)下停留一定時間，回流部分污水的同時開始好氧曝氣；
[0019]曝氣結束后，一級裝置再布入一級裝置有效容積30-50%體積的原污水使一級裝置達到滿負荷，在厭氧狀態(tài)下停留一定時間，再次回流部分污水同時開始好氧曝氣；
[0020](2)開啟水泵和二號電磁閥，使經(jīng)一級裝置處理后的污水從二級裝置下部進入，污水與二級裝置反應濾料接觸混合，將一級裝置內(nèi)所有污水泵入二級裝置后停留一定時間，處理后的污水從二級裝置下部鵝卵石層排出。
[0021]優(yōu)選地，所述的一級裝置在步驟(I)中兩次厭氧狀態(tài)停留時間分別為40-60min、70-90min，好氧曝氣時間分別為40-60min、30-50min，曝氣量均為2.0-5.0mLIT1.L—1，污水回流量占進水量的比例均為60-90%。
[0022]優(yōu)選地，所述的二級裝置水力停留時間為30-60min。
[0023]3.有益效果[0024]相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0025](I)本發(fā)明提出的污水脫氮除磷的裝置和方法，利用工業(yè)固體廢棄物作為反應介質(zhì)，通過構造兩級結構，實施分階段布水和厭氧好氧交替運行的方式，從而實現(xiàn)了污水中氮和磷兩種營養(yǎng)物質(zhì)高效去除；
[0026](2)本發(fā)明的裝置和方法再生利用幾種工業(yè)固體廢棄物作為濾料，幾種濾料的物理化學性質(zhì)便于吸附和脫氮菌發(fā)揮活性，兩級結構設計增加了污水與填料接觸反應的時間；同時分階段布水及時補充了裝置中的碳源，利于反硝化脫氮的進行；此外，厭氧好氧交替運行的方式增加硝化和反硝化的頻次，提高氮的去除率。上述措施保證了廢水中的氮和磷得到更加充分的處理；
[0027](3)本發(fā)明的裝置及方法選用多種濾料組合設計的運行方式，可以避免單獨一種濾料去除污水中污染物質(zhì)種類單一，同時采用科學的布料及組合方法，克服了濾料直接結合在一起進行污水處理氮、磷去除率低的問題，保證了氮磷的高效去除；
[0028](4)本發(fā)明所選材料成本低廉、效果顯著，尤其適合農(nóng)村生活污水和畜禽養(yǎng)殖廢水處理，具有較大的市場前景和推廣應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0029]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0030]圖中:1、一級裝置；2、二級裝置；3、一級裝置反應濾料；4、二級裝置反應濾料；5、植物層；6、鵝卵石；7、曝氣擴散口 ；8、空氣壓縮機；9、回流泵；10、水泵；11、一號電磁閥；12、二號電磁閥；13、自動控制系統(tǒng)。
【具體實施方式】:`[0031]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0032]實施例1:對某農(nóng)村生活污水進行處理
[0033]如圖1，一級裝置I呈圓柱形高1.6m，直徑1.2m，濾料層高度1.5m，有效容積1.7m3，一級裝置反應濾料3層和鵝卵石6層高度分別為1.4m和10cm，一級裝置反應濾料3選用脫水鋁污泥和輕燒氧化鎂，兩者分別來自某自來水廠和某氧化鎂生產(chǎn)廠，一級裝置I上部栽種植物層5，品種為吊鐘柳；二級裝置2呈圓柱形且尺寸結構與一級裝置I相同，二級裝置反應濾料4選用酸中和殘洛與輕燒氧化鎂,兩者分別來自某鈦鐵礦廠和某氧化鎂生產(chǎn)廠；一級裝置I的底部和二級裝置2的底部鋪設管道連通，該管道上設置有二號電磁閥12和水泵10 級裝置I的一級裝置反應濾料3底部安裝曝氣擴散口 7，利用空氣壓縮機8將空氣通過曝氣擴散口 7鼓入一級裝置I中，空氣壓縮機8與曝氣擴散口 7連接的管道上設置一號電磁閥11，且一級裝置I回流管道上設置回流泵9 ;空氣壓縮機8、回流泵9、水泵10、一號電磁閥11和二號電磁閥12均與自動控制系統(tǒng)13連接；整個裝置及管道均用PVC材料制成。
[0034]系統(tǒng)運行情況:在水力負荷為1.0m3m-2Cf1的條件下進行布水，首先，通過自動控制系統(tǒng)13控制關閉水泵10和二號電磁閥12，將一級裝置I有效容積60%體積的原污水(1.0m3)從一級裝置I上部布入該裝置，在厭氧狀態(tài)下停留45min，停留后通過回流泵9將
0.7m3的污水回流至一級裝置I上部，同時開啟空氣壓縮機8和一號電磁閥11，好氧曝氣時間為50min，鼓入空氣量3.0mL IT1.-1 ;曝氣結束后，一級裝置I再布入一級裝置I有效容積40%體積的原污水(0.7m3)，在厭氧狀態(tài)下停留70min，停留之后通過回流泵9將1.2m3的污水回流至一級裝置I上部，同時開始好氧鼓風曝氣，二次曝氣時間為40min，鼓入空氣量
3.0mL IT1.-1 ;二次曝氣結束后，開啟水泵10和二號電磁閥12，經(jīng)一級裝置I處理后的污水通過上流式布水方式進入二級裝置2 ;最后污水在二級裝置2停留40min，處理后的污水從二級裝置2下部鵝卵石6層排出，即完成一個完整運行周期。
[0035]此系統(tǒng)連續(xù)運行4月，每隔7天對出水水質(zhì)進行監(jiān)測，重點研究氮和磷的出水濃度及去除率，某農(nóng)村生活污水經(jīng)此系統(tǒng)處理后，單一濾料組合出水中COD、氨氮、總氮和總磷去除率變化范圍分別是41-72%、71-80%、27-54%和96-98%，本發(fā)明的組合濾料出水中C0D、氨氮、總氮和總磷去除率變化范圍分別是80-86%、94-99%、80-86%和99% (如表1)，組合濾料比單一濾料組合工藝具有較高的氮、磷去除效果。
[0036]表I實施例1中某農(nóng)村生活污水的進水與出水水質(zhì)測試指標情況
[0037]
【權利要求】
1.一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的裝置，包括一級裝置(I)和二級裝置(2)，其特征在于，所述的一級裝置(I)水平設置在二級裝置(2)的前部，且所述的一級裝置(I)的底部和二級裝置(2)的底部通過管道連通，該管道上設置有二號電磁閥(12)和水泵(10)； 所述的一級裝置(I)內(nèi)自上而下依次為植物層(5)、一級裝置反應濾料(3)和鵝卵石(6)，所述的一級裝置反應濾料(3)為脫水鋁污泥與輕燒氧化鎂的混合物或脫水鋁污泥與紅砂的混合物； 所述的二級裝置(2)自上而下依次為二級裝置反應濾料(4)和鵝卵石(6)，所述的二級裝置反應濾料(4)為酸中和殘渣與輕燒氧化鎂的混合物或酸中和殘渣與紅泥球粒的混合物； 所述的一級裝置(I)的一級裝置反應濾料(3)內(nèi)中底部設置有曝氣擴散口(7)，所述曝氣擴散口(7)與空氣壓縮機(8)連接的管道上設置一號電磁閥(11)，且所述的一級裝置(I)旁側設置有回流管道連通一級裝置(I)的底部和上端，該回流管道上設置回流泵(9)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的裝置，其特征在于，空氣壓縮機(8)、回流泵(9)、水泵(10)、一號電磁閥(11)和二號電磁閥(12)均與自動控制系統(tǒng)(13)連接。
3.一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的方法，其步驟為: (1)搭建權利要求1所述的裝置，關閉水泵(10)和二號電磁閥(12)，一級裝置(I)內(nèi)污水處理過程分兩個步驟: 首先一級裝置(I)有效容積50-70%體積的原污水從一級裝置(I)上部進入并在厭氧狀態(tài)下停留一定時間，回流部分污水的同時開始好氧曝氣； 曝氣結束后，一級裝置(I)再布入一級裝置(I)有效容積30-50%體積的原污水使一級裝置(I)達到滿負荷，在厭氧狀態(tài)下停留一定時間，再次回流部分污水同時開始好氧曝氣; (2)開啟水泵(10)和二號電磁閥(12)，使經(jīng)一級裝置(I)處理后的污水從二級裝置(2)下部進入，污水與二級裝置反應濾料(4)接觸混合，將一級裝置(I)內(nèi)所有污水泵入二級裝置(2)后停留一定時間，處理后的污水從二級裝置(2)下部鵝卵石(6)層排出。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的方法，其特征在于，所述的一級裝置(I)在步驟(I)中兩次厭氧狀態(tài)停留時間分別為40-60min、70-90min，好氧曝氣時間分別為40-60min、30-50min,曝氣量均為2.0-5.0mL IT1.?Λ污水回流量占進水量的比例均為60-90%。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的一種利用工業(yè)固體廢棄物脫氮除磷的方法，其特征在于，二級裝置(2)水力停留時間為30-60min。
【文檔編號】C02F9/14GK103449682SQ201310426275
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】汪龍眠, 張毅敏, 晁建穎, 楊飛, 高月香 申請人:環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所