一种基于新型填料的工业废水脱氮除磷去硫装置及处理方法与流程

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种基于新型填料的工业废水同步脱氮除磷去硫的装置及方法。

背景技术：

随着中国经济的快速发展和城镇化的加快，对工业产品的种类以及数量需求越来越大，造成大量的工业生产废水被排出。一般而言，工业废水具有如下特点：工业废水污染程度高，水质成分复杂，水质水量变化大，有毒有害物质多，如卤素化合物、硝基化合物以及具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂，废水色度、盐度高，氮磷硫等含量高，可生化性差，处理难度极高。国家颁发的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GBA18918-2002）中，一级A标准：工业废水中的COD≤50mg/L，NH₃-N≤5mg/L，TN≤5mg/L，TP量≤0.5mg/L。

当前工业废水处理工艺主要由预处理工艺生化处理工艺和深度处理工艺组成。由于污染物多是有机硫化物、磷化物、氮化物、芳香族等溶解性物质，采用一般的物化预处理工艺很难将这些有机化合物降解，导致下一步常规的生化处理难以使出水达标，通常需采用流程很长的生物工艺进行处理，才能使出水达标排放，直接导致构筑物投资大、结构复杂，操作运行管理繁琐、污泥产量大、处理成本高，从而限制了工艺流程冗长的生物处理工艺在工业废水处理中的大规模应用。

目前，针对工业废水，尚未成功开发出占地面积小、耗能低、污泥减量明显、处理效能高、运行成本低的处理工艺和设备；为解决上述技术问题，需要研发一种新型的工业废水处理装置及方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种占地面积小、耗能低、污泥减量明显、处理效能高、运行成本低的基于新型填料的工业废水脱氮除磷去硫装置及其处理方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于新型填料的工业废水脱氮除磷去硫装置，所述的装置由池体所组成，池体上安装有配电自控柜、离心泵、酸碱调节桶和空压机，池体由相互隔离的调节室、曝气室及沉淀室依次连接而成，所述调节室的上部设有进水口，调节室通过离心泵和管路与曝气室的下部相连通，所述的曝气室内均匀分布有多根垂直安装的新型填料，所述新型填料由无机柔性纤维类材料制成，曝气室的底部设有曝气器，所述的曝气器安装在多根新型填料之间的间隙内，曝气室上部通过管路与沉淀室连通，所述曝气器安装在曝气室的底部，沉淀池的顶部设有清水出口。

本发明的单根所述的填料上均匀分布有多个由无机柔性纤维所组成的纤维束；所述的无机柔性纤维类材料为玻璃纤维、碳纤维和玄武岩纤维中的一种，所述的无机柔性纤维类填料优选为玄武岩纤维，所述玄武岩纤维的单丝直径为7～21μm，所述玄武岩纤维束的直径为10～40cm。

本发明所述的调节室内设有自动加热系统、微孔曝气器、浮球液位计和离心泵，所述的微孔曝气器和曝气器均连接在空压机上，所述的浮球液位计和离心泵连接在配电自控柜上。通过浮球液位计、离心泵与配电控制柜的联动，保证调节池在无足够水位的情况下自动停泵，以防泵以及自动加热系统的损坏；通过微孔曝气器来保证被处理废水水质水量均匀。

本发明所述的曝气室内设有溶解氧在线传感器和在线pH计，所述的在线pH计通过酸碱计量泵连接在酸碱调节桶上，所述的溶解氧在线传感器、在线pH计和酸碱计量泵均连接在配电自控柜上。

本发明所述的曝气器为上升流曝气器。所述上升流曝气器是基于航空动力学，利用曝气器内部的负压，将活性污泥吸入其中，然后通过该曝气器内壁的交叉板形成的强烈旋涡搅动空气和活性污泥，同时空气和活性污泥被类似蘑菇型的结构破碎，极大促进氧的溶解，同时形成流速高的上向流。此外，该曝气器不易堵塞、使用时间长达15年。

本发明所述的沉淀室内设有竖流式沉淀模块，所述的竖流式沉淀模块由圆形中心筒和锥形沉泥斗组成，锥形沉泥斗安装在圆形中心筒的下方。

本发明所述的沉淀室的底部设有排空管，排空管上设有两根分支管路，一根分支管路通过污泥回流泵连接在曝气室，另一根分支管路连接污泥排空口。

本发明提供了一种基于新型填料的工业废水脱氮除磷去硫装置的处理方法，所述的处理方法包括如下步骤：

1）将工业废水通过废水进口通入调节室，打开微孔曝气器和空压机，通过自动加热系统控制调节室内的水温为28～35℃，通过溶解氧在线传感器控制曝气室内的溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L；

2）通过离心泵和管路将调节室中的工业废水输入至曝气室，打开曝气器，通过在线pH计、酸碱计量泵、自控柜等联动自动控制曝气室内的pH为7.0~7.5；

3）曝气室上部的废水通过管路输入至沉淀室中，通过圆形中心筒和锥形沉泥斗组合沉淀，圆形中心筒的上方得到处理后的上清液，锥形沉泥斗内得到沉降的污泥，系统装置运行一定天数后，填料上形成微生物聚集体；

4）将沉降的污泥部分通过污泥回流泵回流输入曝气室，另一部分污泥则定期排出。

本发明所述的步骤2）的操作过程中，曝气室内气水泥混合均匀，在填料两侧形成上升流和下降流，新填料在这种水力及微生物所产生胞外聚合物的综合作用下相互交错缠绕，对微生物进行包裹和支撑，形成直径不低于10cm的微生物聚集体；在这种大尺寸生物聚集体外表面进行有氧反应，主要为硝化、碳化以吸磷作用，在生物聚集体外表面向内的中间层，则进行缺氧反应，主要为反硝化作用，而在生物聚集体最内表面，主要利用厌氧菌的作用，使有机物发生水解、酸化和甲烷化，将大分子转化降解为小分子有机物，硫酸还原菌能将硫酸根转化为硫化氢，同时厌氧的聚磷菌在厌氧环境下释放磷，以便后续新型填料中间层以及其外表面进行缺氧和好氧处理。曝气室处理后的混合液由上部管道收集进入沉淀室，经沉淀室内的竖流式沉淀模块，可有效的沉淀曝气室所带出的含磷污泥。

本发明的优点在于：本发明的装置结构简单，占地面积小、耗能低、污泥减量明显、处理效能高、运行成本低。

1）装置系统可以承受较高的污泥浓度8～15g/L，增加单位池容处理能力，可缩短系统的HRT，提高处理负荷；

2）曝气室可以在低溶氧条件下运行，能耗节约明显；

3）曝气室内的新型填料能在水力及微生物所产生胞外聚合物等综合作用下，能形成厚度可观、微生物种类丰富以及微生物群落会呈现明显分层的三维多膜层结构，可以在一个反应器中实现脱氮除磷去硫；

4）在形成的大尺寸生物聚集体中还栖息有原后生动物以及小动物，形成完整的食物链，大幅减少污泥产量，大大节省污泥处置成本；

5）与常规的A/O、A²/O、A^2/O²等多种曝气器组合工艺相比，本装置系统工艺流程短、投资少，运行费用低，污泥减量明显，处理效能高、管理简单，易于推广应用；

6）本处装置及方法可以广泛应用于各类废水处理，包括化工、印染、制药废水。

附图说明

图1为本发明的装置工艺流程示意图。

图2为本发明装置反应器的俯视图。

其中，1 池体；2 调节室；3 曝气室；4 沉淀室；5 污泥回流管；6 自动加热系统；7 微孔曝气器；8 浮球液位计；9 离心泵；10 配电自控柜；11 填料；12 曝气器；13溶解氧在线传感器；14 在线pH计；15 酸/碱计量泵；16 竖流式沉淀模块；17 圆形中心筒；18 锥形沉泥斗；19 排空管；20 酸/碱调节桶；21 空压机；22 污泥回流泵。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例1：如图1和2所示的一种基于新型填料的工业废水脱氮除磷去硫装置，所述的装置由池体1所组成，所述的池体1由相互隔离的调节室2、曝气室3及沉淀室4依次连接而成，所述的池体上配置有配电自控柜10、离心泵9、酸碱调节桶20和空压机21，调节室2的上部设有废水进口，所述调节室2通过离心泵9和管路连接在曝气室3的下部，曝气室3的上部设有管路连通沉淀室4，所述的曝气室3内均匀分布有多根垂直安装的填料11，填料11之间设有曝气器12，所述的曝气器12安装在曝气室3的底部，沉淀室4的顶部设有清水出口，所述的填料11由无机柔性纤维类材料所制成。

实施例2：如图1和2所示，本发明的单根所述的填料11上均匀分布有多个由无机柔性微米级纤维所组成的纤维束；所述纤维束由无机柔性纤维所组成；所述无机柔性纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等；所述的无机柔性纤维类填料优选为玄武岩纤维，所述玄武岩纤维的单丝直径为7～21μm，所述玄武岩纤维束的直径为10～40cm。

实施例3：如图1和2所示，本发明所述的调节室2内设有自动加热系统6、微孔曝气器7、浮球液位计8和离心泵9，所述的微孔曝气器7和曝气器12均连接在空压机21上，所述的浮球液位计8和离心泵9连接在配电自控柜10上。通过浮球液位计8、离心泵9与配电控制柜10的联动，保证调节池2在无足够水位的情况下自动停泵，以防离心泵9以及自动加热系统6的损坏；通过微孔曝气器7来保证被处理废水水质均匀。

实施例4：如图1和2所示，本发明所述的曝气室内设有溶解氧在线传感器13和在线pH计14，所述的在线pH计14通过酸碱计量泵15连接在酸碱调节桶20上，所述的溶解氧在线传感器13、在线pH计14和酸碱计量泵15均连接在配电自控柜10上。本发明所述的曝气器12为上升流曝气器。

实施例5：如图1和2所示，本发明所述的沉淀室4内设有竖流式沉淀模块16，所述的竖流式沉淀模块16由圆形中心筒17和锥形沉泥斗18组成，锥形沉泥斗18安装在圆形中心筒17的下方。

实施例6：如图1和2所示，本发明所述的沉淀室的底部设有排空管，排空管上设有两根分支管路，一根分支管路通过污泥回流泵连接在曝气室，另一根分支管路连接污泥排空口。

实施例7：采用本发明的装置和处理方法，以来自常州某精细化工企业排放的废水为处理对象，首先经过格栅等物化预处理，然后采用上述装置进行脱氮除磷去硫处理；其进水水质如下表所示：

经预处理的化工废水由调节池经泵提升至由曝气室下部管道进入曝气室。曝气室内设置了单丝直径为13μm的玄武岩纤维填料，玄武岩纤维束的直径为15cm，底部设置的上升流曝气器使气水混合均匀，在玄武岩纤维填料两侧形成上升流和下降流，控制溶解氧浓度为1.0 mg/L，驯化培养13天左右形成直径为10cm的微生物聚集体。工业废水经曝气室处理后由上部管道收集进入沉淀室。沉淀室最终排放的上清液COD约35 mg/L，NH₃-N含量1.8mg/L，TP含量0.3mg/L，TN含量3.8mg/L，SO₄^2-含量29.8mg/L优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GBA18918-2002）一级A标准（化学需氧量50mg/L，氨氮含量5mg/L，总磷含量0.5mg/L，总氮含量15mg/L）。

实施例8：采用本发明的装置和处理方法，以来自新疆某生产企业排放的印染废水为处理对象，首先经过格栅等物化预处理，然后采用上述装置进行脱氮除磷去硫处理；其进水水质如下表所示：

经预处理的印染废水由调节池经泵提升至由曝气室下部管道进入曝气室。曝气室内设置了单丝直径为7μm的玄武岩纤维填料，填料单束直径为24cm，底部设置的曝气器使气水混合均匀，在玄武岩纤维填料两侧形成上升流和下降流，控制溶解氧浓度为0.8 mg/L，驯化培养10天左右形成直径为12cm的微生物聚集体。工业废水经曝气室处理后由上部管道收集进入沉淀室。沉淀室最终排放的上清液COD约29 mg/L，NH₃-N含量0.8mg/L，TP含量0.2mg/L，TN含量2.4mg/L，SO₄^2-含量18.9mg/L，优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GBA18918-2002）一级A标准（化学需氧量50mg/L，氨氮含量5mg/L，总磷含量0.5mg/L，总氮含量15mg/L）。

实施例9：采用本发明的装置和处理方法，以来自河南驻马店某制药企业排放的废水为处理对象，首先经过格栅等物化预处理，然后采用上述装置进行脱氮除磷去硫处理，其进水水质下表所示：

经预处理的制药废水由调节池经泵提升至由曝气室下部管道进入曝气室。曝气室内设置了单丝直径为19μm的玄武岩纤维填料，填料单束直径为36cm，底部设置的曝气器使气水混合均匀，在玄武岩纤维填料两侧形成上升流和下降流，控制溶解氧浓度为0.5 mg/L，驯化培养15天左右形成直径为13cm的微生物聚集体。工业废水经曝气室处理后由上部管道收集进入沉淀室。沉淀室最终排放的上清液COD约41 mg/L，NH₃-N含量3.2mg/L，TP含量0.2mg/L，TN含量4.1mg/L，SO₄^2-含量42.6mg/L优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GBA18918-2002）一级A标准（化学需氧量50mg/L，氨氮含量5mg/L，总磷含量0.5mg/L，总氮含量15mg/L）。

需要说明的是，上述仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述实施例的基础上所做出的任意组合或等同变换均属于本发明的保护范围。