一种用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，所述系统包括调节池、提升泵、反硝化池和集水池；所述提升泵设置在调节池与反硝化池之间，所述提升泵上设置有进水端与出水端，所述提升泵的进水端通过管道与调节池连接，所述提升泵的出水端与所述反硝化池连接；所述反硝化池与集水池通过管道连接；所述反硝化池内由上至下依次设置有淹水层、缓释碳源层、填料层、防渗膜和承托层。本实用新型适用于河水、地下水、消化污泥上清液和城市二级污水处理厂出水等低碳氮比污水，系统设备简单、操作管理方便且无二次污染。且投加来源广泛、价格低廉、碳源释放慢且易控制的固态缓释碳源，提高了对硝氮和总氮的去除，提高整个工艺的处理能力。
【专利说明】一种用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及环境工程水处理【技术领域】，尤其涉及一种用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统。
【背景技术】
[0002]城市二级污水厂的出水TN浓度要求低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级A标准，即出水TN浓度小于15mg/L。随着经济的高速发展，氮和有机物的不断泄入，致使湖泊、水库水体日趋恶化，水体富营养化问题相当突出。氮污染控制越来越受到重视，成为当前及今后一个时期水污染控制工作的重要任务。城市二级污水厂出水特点是污水中的氮大部分以NO3--N形式存在，小部分以NH3-N形式存在。此类污水中有机碳含量较低，不易被反硝化细菌利用，难以满足反硝化过程中对碳源的需求量，导致脱氮效率较低。
[0003]在生物反硝化渗滤系统中，反硝化细菌可以利用碳源作为电子供体、Ν03_-Ν作为电子受体将硝酸盐还原成队，达到脱氮的目的。诸多学者通过添加甲醇、葡萄糖等液态碳源进行反硝化的研究探索，但投加这些碳源易造成碳源投加不足或过量，不仅增加反硝化成本、系统运行复杂且二次污染问题比较突出。因而，近年来许多研究者通过多种途径寻找无毒、廉价的固态碳源来代替传统液态碳源。固体碳源大致可分为两类:一类为天然材料，例如稻壳、玉米芯和陈化米等富含纤维素的物质；另一类是由人工合成的聚合物，如PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PHB(聚-β -羟丁酸)等。固体缓释碳源具有缓效释放碳源的特点，保证反硝化反应的可持续进行，其研究逐渐受到人们青睐。
[0004]“十二五”期间对污染物总量控制的越来越严格，以往城市污水厂出水TN浓度仅需达到15mg/L，难以满足新形势下对污染物的控制要求。为了防止水体富营养化的加剧，出水TN浓度需维持在较低的范围以内(5mg/L以下)，故迫切需要易操作、效果好、低成本的处理工艺。因此，现有低碳氮比污水的处理技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
[0005]鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，旨在解决现有技术对低碳氮比污水脱氮效率较低的问题。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]—种用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其中，所述反硝化渗滤系统包括调节池、提升泵、反硝化池和集水池；
[0008]所述提升泵设置在所述调节池与反硝化池之间，所述提升泵上设置有进水端与出水端，所述提升泵的进水端通过管道与所述调节池连接，所述提升泵的出水端与所述反硝化池连接，所述反硝化池与集水池通过管道连接；
[0009]所述反硝化池内由上至下依次设置有淹水层、缓释碳源层、填料层、防渗膜和承托层。
[0010]所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其中，所述反硝化池的缓释碳源层表层设置有布水装置，所述反硝化池的池底设置有集水装置；所述布水装置通过管道与所述提升泵的出水端连接；所述集水装置与所述集水池通过管道相连。
[0011]所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其中，所述淹水层的高度为
0.3-0.4m ;所述缓释碳源层的高度为2-5mm ;所述填料层的高度为0.8-1.4m ;所述承托层的高度为0.3-0.5mο
[0012]所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其中，所述填料层中填充有粗河砂，所述粗河砂的粒径为2-4_ ;所述承托层中填充有砾石，砾石的粒径为20-50_ ;所述缓释碳源层中填充有稻壳、玉米芯和陈化米中的一种或多种。
[0013]所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其中，所述反硝化池中的布水装置由布水主管和平行等距分布于缓释碳源层表层的数个布水支管组成，每个布水支管斜上60°均匀设置有数个布水孔；所述集水装置由集水主管和平行等距分布于承托层底部的数个集水管组成，每个集水支管管下部均匀设置数个集水孔。
[0014]所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其中，所述防渗膜为HDPE防渗膜，HDPE防渗膜的厚度为0.5-2.5mm。
[0015]所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其中，所述集水池设置有进水口和出水口，所述进水口与所述反硝化池的集水装置通过管道相连；所述集水池的出水口通过管道与污水的排放口连接。
[0016]所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其中，所述集水池的进水口设置在集水池的下端，所述集水池的出水口设置在集水池的上端。
[0017]有益效果:本实用新型中的反硝化渗滤系统以低碳氮比污水为对象，以微生物作为主体，控制反硝化渗滤系统中DO浓度小于0.5mg/L，创造利于反硝化反应的缺氧环境；通过投加反硝化反应所需的缓释碳源，微生物可在填料上生长繁殖，在较短的停留时间内有效地去除污水中的氮等污染物；本实用新型适用于城市二级污水处理厂出水氮浓度低，COD浓度低，碳氮比低污水处理，系统设备简单、操作管理方便且无二次污染。本实用新型提供的处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统及方法，不仅技术成本低、总氮去除效果好，而且显著强化有机物、出水指标稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统的结构示意图。
[0019]图2为反硝化渗滤系统的布水装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型提供一种用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0021]本实用新型为了解决低碳氮比污水处理的问题，提供了一种以调节池、反硝化池和集水池为主体工艺单元处理低碳氮比污水的技术。所述低碳比污水中的氮大部分以Ν03_-Ν形式存在，小部分以NH3-N形式存在，所述低碳比污水中硝酸根浓度低，硝酸根浓度不超过30mg/L，有机物含量低，所述有机物浓度不超过150mg/L，不易被反硝化细菌利用，难以满足反硝化过程中对碳源的需求量，导致脱氮效率较低。
[0022]本实用新型所提供的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，如图1所示，包括调节池100、提升泵200、反硝化池300和集水池400 ；
[0023]所述提升泵200设置在所述调节池100与反硝化池300之间，所述提升泵200上设置有进水端与出水端，所述提升泵200的进水端通过管道与所述调节池100连接，所述提升泵200的出水端与所述反硝化池300连接，这样，所述调节池100内的污水就可以通过提升泵200泵入反硝化池300中；所述反硝化池300与集水池400通过管道连接。
[0024]所述反硝化池300内由上至下依次设置有淹水层310、缓释碳源层330、填料层340、防渗膜370和承托层350 ;所述反硝化池300的缓释碳源层330表层设置有布水装置320，所述反硝化池300底设置有集水装置360 (设置在承托层350的底部)。所述布水装置320通过管道与所述提升泵200的出水端连接，这样，调节池100内的污水通过所述布水装置320进入所述反硝化池300内部。
[0025]所述集水池400设置有进水口和出水口，所述进水口与所述反硝化池300的集水装置360通过管道相连。优选的，所述进水口设置在集水池400的底部，所述出水口设置在集水池400的上端，所述集水池400的出水口通过管道与污水的排放口连接。
[0026]其中，所述反硝化池300中淹水层310的高度为0.3-0.4m,缓释碳源层330的高度为2-5mm，填料层340的高度为0.8-1.4m，承托层350的高度为0.3-0.4m。所述填料层340中填充有粗河砂，粗河砂粒径为2-4mm，渗透系数为5_10 X 10_5m/s ;承托层350填充砾石，砾石粒径为20-50mm。所述缓释碳源层330中填充有稻壳、玉米芯和陈化米中的一种或多种固体缓释碳源，固体缓释碳源的投加周期为20-40天。所述防渗膜370为HDPE防渗膜，HDPE防渗膜的厚度为0.5-2.5mm，铺设于承托层350上。
[0027]所述反硝化池300中的布水装置320由布水主管311和平行等距分布于缓释碳源层330表层的数个布水支管312组成，每个布水支管312设置有多个用于布水的布水孔313。优选地，所述每个布水支管312斜上60°均匀设置数个布水孔313。
[0028]所述反硝化池300中的集水装置360由集水主管和平行等距分布于承托层350底部的数个集水支管组成，每个集水支管下部均匀分布数个集水孔；所述集水主管通过管道与集水池400进水口相连；出水口同排水口通过管道相连。
[0029]采用上述反硝化渗滤系统进行处理低碳氮比污水的方法，包括如下步骤:
[0030]1.污水进入调节池，在调节池中均匀水质水量；
[0031]2.调节池中的污水通过提升泵泵入反硝化池:提升泵与反硝化池中的布水装置的布水主管相连，污水通过布水支管均匀布水；进入反硝化池中的污水通过布水装置均匀流入反硝化池的淹水层中，然后通过渗滤依次通过反硝化池的缓释碳源层、填料层和承托层:反硝化池中水力停留时间为2-4h ；
[0032]3.污水通过承托层底部的集水主管收集，并流入到集水池内，最后通过出水口排放。
[0033]其中，在反硝化装置中，淹水层隔绝空气，使淹水层下面部分处于缺氧环境；缓释碳源层中填料能够释放碳源，填料投加周期为20-40天；填料层中填料表面附着生物膜，在缺氧环境下，利用缓释碳源层释放出来的碳源，进行反硝化脱氮。
[0034]本实用新型的装置按水处理流向的顺序由调节池、反硝化池和调节池组成。调节池用来均化进水的水质水量，保证进水连续稳定。反硝化池中投加天然固体缓释碳源，提高进水中有机物的浓度，提供微生物反硝化所需的碳源，是降解污水脱氮的主要环节。反硝化停留时间为2-4h，集水池主要是汇集出水，集中排放。
[0035]在反硝化池中缓释碳源的选择以及投加量、投加周期是影响低碳氮比污水净化效果的关键因素。反硝化作用是指在无氧或低氧的条件下，反硝化细菌将硝酸盐氮(NO3--N)和亚硝酸盐氮(Ν02_-Ν)还原成气态氮(N2或队0)的程,大部分反硝化细菌是异养菌,它们以有机物为碳源和能源，进行无氧呼吸，因而低碳氮比污水中碳源的量是影响反硝化脱氮作用的决定因素。本实用新型中优选稻壳、玉米芯和陈化米中的一种或多种天然固体缓释碳源，所述缓释碳源释碳速率稳定，原料广泛，廉价易得。缓释碳源的投加量需要根据污水中硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及DO的浓度来决定，具体计算公式如下:
[0036]
P= 2.86 LfO5-J+ 1.71 [zVO 2~ J+ DO
[0037]式中:P为需要的有机物量，mg/L ； [Ν03_-Ν]为污水中硝态氮的浓度，mg/L ；[Ν02_-Ν]为污水中亚硝态氮的浓度，mg/L ；D0为污水中溶解氧的浓度，mg/L。
[0038]缓释碳源的投加周期是根据缓释碳源自身的释碳速率来决定的，本实用新型中选择的稻壳、玉米芯和陈化米组合而成的缓释碳源投加周期为20-40天，缓释碳源使进水中的溶解氧的浓度由5.0mg/L降低至0.4mg/L左右。
[0039]反硝化池中填料层的高度是影响低碳氮比污水净化效果的另外一个因素。通常情况下，填料层高度越大，系统的纳污能力越强，水力停留时间也越长，出水水质就会越好；但是填料层越厚，投资费用也就越高。本实用新型的研究者根据系统的表面水力负荷、填料的渗滤系数以及反硝化的作用时间，将填料层的厚度确定0.8-1.4m。
[0040]反硝化池中填料层填料的粒径选择是影响系统稳定运行的关键因素。在系统稳定运行的过程中，反硝化菌会在填料表面附着形成一层生物膜，如果填料的粒径过小，附着的生物膜会减小填料的孔隙，造成淹没层的污水下渗困难，系统出水减小，同时反硝化过程产生的气体也难以渗透滤料排出水面；但是填料粒径过大，为微生物附着生长的比表面积会减小，渗滤系数会大大升高，水力停留时间降低，污水得不到有效的处理。本实用新型的研究者根据前期实验运行情况确定填料层填料的粒径为2-5mm，反硝化池的停留时间为2—4h0
实施例
[0041]将本实用新型所提供的反硝化渗滤系统应用于深圳市某污水处理厂尾水的深度处理中，污水厂进水为生活污水，污水处理厂出水进入如图1所示的包括调节池、进水泵、反硝化池和集水池反硝化渗滤系统进行深度处理。
[0042]系统进水水质情况为:C0D&为 20-40mg/L，TN 为 15_30mg/L，SS 为 2-lOmg/L，pH 值为 6.8-7.5，水温 15-25 0C ο
[0043]调节池利用污水处理厂的清水池构成，采用砖混结构，地下式，尺寸为长3m，宽3m，深2.5m，有效容积为20m3。提升泵的进水端设置在调节池中，出水端连接反硝化池的布水装置。
[0044]反硝化池为砖混结构，半地下式，尺寸为长2m，宽2m，深2.2m，有效容积为Sm3 ;反硝化池的池顶设有入水口，入水口连接布水装置，布水装置如图2所示，由布水主管和平行等距分布于填料层顶部的数个布水支管组成，每个布水支管斜上60°均匀设置布水孔数个；
[0045]反硝化池池内由上至下依次设置有淹水层、缓释碳源层、填料层和承托层，淹水层的高度为0.3m，缓释碳源层的高度为3mm，填料层的高度为1.2m，承托层的高度为0.3m ;缓释碳源层内填充陈化米，填料层填充有粒径为2-4mm粗河砂，承托层填充有粒径为20-50mm砾石；防渗膜厚度为2mm，反硝化池的表面水力负荷为3m3/m2.d。
[0046]集水池为砖混地下式结构，其出水口与污水处理厂最终出水排放管道连接。
[0047]系统出水水质情况为:C0D&为 10-50mg/L，TN 为 2_8mg/L，SS 为 0_5mg/L，pH 值为6.8-7.5，水温 15-25 0C ο
[0048]与现有技术相比，本实用新型所具有的优点:
[0049]1.本实用新型中的反硝化渗滤系统以微生物作为主体，在反硝化装置内设置承托层，填料层，缓释碳源层和淹水层，共同构成反硝化反应的所需条件；
[0050]2.本实用新型中的反硝化渗滤系统投加固体缓释碳源，为反硝化过程提供了可持续利用的碳源物质，能够极大降低进水中的DO浓度；
[0051]3.本实用新型中的反硝化渗滤系统停留时间为2_4h，保证了在较短时间内有效地去污水处理厂出水中的no3_-n、TN等物质，节省系统占地面积。
[0052]应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其特征在于，所述反硝化渗滤系统为一天24小时连续运行，整个系统包括调节池、提升泵、反硝化池和集水池； 所述提升泵设置在所述调节池与反硝化池之间，所述提升泵上设置有进水端与出水端，所述提升泵的进水端通过管道与所述调节池连接，所述提升泵的出水端与所述反硝化池连接；所述反硝化池与集水池通过管道连接； 所述反硝化池内由上至下依次设置有淹水层、缓释碳源层、填料层、防渗膜和承托层。
2.根据权利要求1所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其特征在于，所述反硝化池的缓释碳源层表层设置有布水装置，所述反硝化池的池底设置有集水装置；所述布水装置通过管道与所述提升泵的出水端连接；所述集水装置与所述集水池通过管道相连。
3.根据权利要求1所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其特征在于，所述淹水层的高度为0.3-0.4m ;所述缓释碳源层的高度为2-5mm ;所述填料层的高度为0.8-1.4m ;所述承托层的高度为0.3-0.5m。
4.根据权利要求3所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其特征在于，所述填料层中填充有粗河砂，所述粗河砂的粒径为2-4mm，所述粗河砂的渗透系数为5-10X 10_5m/s ;所述承托层中填充有碌石，碌石的粒径为20_50mm。
5.根据权利要求4所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其特征在于，所述填料层中的填料表面附着用于利用缓释碳源层的碳源进行反硝化脱氮的生物膜。
6.根据权利要求2所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其特征在于，所述反硝化池中的布水装置由布水主管和平行等距分布于缓释碳源层表层的数个布水支管组成，每个布水支管均匀设置有数个布水孔；所述集水装置由集水主管和平行等距分布于承托层底部的数个集水管组成，每个集水支管管下部均匀设置数个集水孔。
7.根据权利要求1所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其特征在于，所述防渗膜为HDPE防渗膜，HDPE防渗膜的厚度为0.5-2.5mm。
8.根据权利要求2所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其特征在于，所述集水池设置有进水口和出水口，所述进水口与所述反硝化池的集水装置通过管道相连；所述集水池的出水口通过管道与污水的排放口连接。
9.根据权利要求2所述的用于处理低碳氮比污水的反硝化渗滤系统，其特征在于，所述集水池的进水口设置在集水池的下端，所述集水池的出水口设置在集水池的上端。
【文档编号】C02F3/28GK203976470SQ201320753830
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】刘欢, 王波, 吴属连, 梅峰, 黄鑫, 徐进, 裴廷权 申请人:深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司