一种用于水处理的一体化深度脱氮除磷装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于水处理的一体化深度脱氮除磷装置及其方法。

背景技术

目前大多数工艺或填料需要在外加大量碳源的情况下实现污水处理的脱氮要求，且系统微生物培养周期长、不耐低温，且产泥量较大，需频繁反洗，除磷工艺段需加药产泥量较大，需人工运营成本较高。

利用同轴电絮凝装置的深度除磷效果（专利名称：一种同轴电絮凝污水处理系统的缓冲池，专利号：2013 2 0657124.8），以甲醇作为生物反硝化外加碳源时，需要一段时间的适应才能够达到期望的脱氮效果，但必须严格控制甲醇投加量，综合考虑经济因素，其投加量应根据周围环境进行调整。但以葡萄糖为碳源的最佳碳氮比明显高于甲醇， 而当碳源不足时，葡萄糖为碳源时亚硝酸盐积累现象更严重。 因此这类物质作为外加碳源时存在投加量不易控制， 容易产生二次污染， 运营成本高，需设置专门的计量投加设备等弊端。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于水处理的一体化深度脱氮除磷装置及其方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明包括同轴电絮凝装置，其特征在于还包括反应室、斜板沉淀装置、过滤装置以及消毒装置，所述反应室、同轴电絮凝装置、斜板沉淀装置、过滤装置以及消毒装置依次连通，由依次连通所述反应室包括进水口以及曝气反洗装置，所述曝气反洗装置由风机以及曝气管路组成，所述斜板沉淀装置由斜板填料过滤层组成，所述消毒装置的输出端与出水口相连通。

所述反应室以及斜板沉淀装置内还设置有排污装置，所述排污系统由排泥管和吸泥泵组成。

所述曝气管路为穿孔曝气管。

所述进水口处设置有进水提升泵。

所述反应室上端设置有溢流管。

所述斜板填料过滤层高1米，水平夹角为60°。

一种用于水处理的一体化脱氮方法，其特征在于采用方法如下：

第一步、在反应室内放入足量的脱氮填料，所述脱氮填料包括海绵铁、玉米芯、秸秆、活性炭以及聚氨酯，其重量份数比为：

海绵铁 1；

玉米芯 5-40；

秸秆 5-40；

活性炭 1-3；

聚氨酯 1-40；

第二步、过滤前的水源经进水口流入到反应室中，使水与填料充分接触，反应室利用风机及配套的曝气管路进行充氧曝气，使填料附着的好氧微生物利用氧气分解水中的污染物；污水继续经过缺氧段经过反硝化菌反硝化反应去除总氮；污水再次经过好氧段吹脱水中残留氮气，并再次利用好氧菌进行好氧反应去除污染物；

第三步，过滤后的水源经同轴电絮凝装置进行除磷，反应完成后进入斜板沉淀装置去除含磷絮体，然后再进入过滤装置进行深度过滤，继续进入以及消毒装置进行消毒达标后经出水口排出。

本发明还包括球形壳体，所述球形壳体上设置有不规则的网格状填料槽，所述海绵铁、玉米芯、秸秆、活性炭、聚氨酯嵌置于所述网格状填料槽内。

所述球形壳体采用聚乙烯复合高分子改性材料制成。

所述球形壳体直径为50-150mm。

本发明还包括球形壳体，所述球形壳体上设置有不规则的网格状填料槽，所述海绵铁、玉米芯、秸秆、活性炭、聚氨酯嵌置于所述网格状填料槽内。

所述球形壳体采用聚乙烯复合高分子改性材料制成。

所述球形壳体直径为50-150mm。

本发明的积极效果如下：

本发明在低温环境下也可以快速恢复包埋菌种的激活，并且释放碳源。系统培养周期较短，该系统可以减少或不用投加碳源药剂从而实现污水处理的深度脱氮的要求，同时该填料还有一定的除磷能力，并且产生的污泥量较少，无需频繁反洗。深度除磷工艺段无需加药且产泥量较少，该申请具有电耗较小、无需投药剂，可基本实现全自动化运行。

近年来，越来越多的研究者都在努力寻找能够替换液体碳源的新型反硝化碳源，可生物降解聚合物及固体纤维素类物质等缓释碳源，因能够避免反复投加，无毒无害等优点而逐渐受到研究者的青睐。

天然固体物质因富含纤维素而被作为反硝化固体碳源，其价格低廉，来源广泛，其作为反硝化碳源时，结构疏松，具有较大的比表面积，利于微生物附着生长，由于反应初期微生物利用纤维素类碳源中易分解利用的物质 ，碳源充足，反硝化效率较高， 后期微生物所需碳源必须通过分解利用稻草中的纤维素、半纤维素获得，而纤维素的晶格结构及纤维素、半纤维素和木质素的交联缠绕都不利于纤维素的分解利用，碱法预处理是指利用强碱弱碱等处理纤维素类物质，该方法可以有效地脱除木质素，降低纤维素的结晶度，是目前应用最广泛和备受关注的预处理方法。

研究发现，纤维素类物质经碱预处理后，纤维素结晶度和聚合度降低，打破了木质素对纤维素和半纤维素的包裹，原料更易于被水解利用，其备水解后的产物可作为微生物反硝化能量利用，在一定比例下，木质纤维素水解可达到平衡态，在低浓度情况下释放碳源，在高浓度情况下停止释放碳源，从而达到稳定缓慢释放碳源的目的。

本发明主要用于水处理构筑物或设备装置内，其主要作用是将微生物固定在载体内部，并且可以实现固体碳源填料的缓释功能，达到为微生物提供能量，并且可以维持高浓度的微生物负荷，保证水处理的深度脱氮效果。

附图说明

附图1为本发明结构示意图。

附图2为本发明填料球体结构示意图。

具体实施方式

如附图1-2所示，本发明包括同轴电絮凝装置6，其特征在于还包括反应室、斜板沉淀装置7、过滤装置8以及消毒装置9，所述反应室、同轴电絮凝装置6、斜板沉淀装置7、过滤装置8以及消毒装置9依次连通，由依次连通所述反应室包括进水口1以及曝气反洗装置，所述曝气反洗装置由风机3以及曝气管路4组成，所述斜板沉淀装置7由斜板填料过滤层组成，所述消毒装置9的输出端与出水口2相连通。

所述反应室以及斜板沉淀装置7内还设置有排污装置5，所述排污系统5由排泥管和吸泥泵组成。

所述曝气管路4为穿孔曝气管。

所述进水口处设置有进水提升泵6。

所述反应室上端设置有溢流管10。

所述斜板填料过滤层高1米，水平夹角为60°。

一种用于水处理的一体化脱氮方法，其特征在于采用方法如下：

第一步、在反应室内放入足量的脱氮填料，所述脱氮填料包括海绵铁、玉米芯、秸秆、活性炭以及聚氨酯，其重量份数比为：

海绵铁 1；

玉米芯 5-40；

秸秆 5-40；

活性炭 1-3；

聚氨酯 1-40；

第二步、过滤前的水源经进水口流入到反应室中，使水与填料充分接触，反应室利用风机及配套的曝气管路进行充氧曝气，使填料附着的好氧微生物利用氧气分解水中的污染物；污水继续经过缺氧段经过反硝化菌反硝化反应去除总氮；污水再次经过好氧段吹脱水中残留氮气，并再次利用好氧菌进行好氧反应去除污染物；

第三步，过滤后的水源经同轴电絮凝装置6进行除磷，反应完成后进入斜板沉淀装置7去除含磷絮体，然后再进入过滤装置8进行深度过滤，继续进入以及消毒装置9进行消毒达标后经出水口2排出。

本发明还包括球形壳体11，所述球形壳体11上设置有不规则的网格状填料槽12，所述海绵铁、玉米芯、秸秆、活性炭、聚氨酯嵌置于所述网格状填料槽12内。

所述球形壳体11采用聚乙烯复合高分子改性材料制成。

所述球形壳体11直径为50-150mm。

在低温环境下也可以快速恢复包埋菌种的激活，并且释放碳源，从而可以减少或不用投加碳源药剂，实现污水处理的深度脱氮的要求，同时该填料还有一定的除磷能力，并且产生的污泥量较少。

以下为本发明的实施例1：

本发明包括海绵铁、玉米芯以及秸秆，其重量份数比为：

海绵铁 1；

玉米芯 5；

秸秆 5。

将上述填料嵌置于所述球形壳体11的网格状填料槽内，即为成品。

本发明的实施例2：

本发明包括海绵铁、玉米芯以及秸秆，其重量份数比为：

海绵铁 1；

玉米芯 40；

秸秆 40。

将上述填料嵌置于所述球形壳体11的网格状填料槽内，即为成品。

本发明的实施例3：

本发明包括海绵铁、玉米芯以及秸秆，其重量份数比为：

海绵铁 1；

玉米芯 15；

秸秆 20。

将上述填料嵌置于所述球形壳体11的网格状填料槽内，即为成品。

本发明的实施例4：

本发明包括海绵铁、玉米芯以及秸秆，其重量份数比为：

海绵铁 1；

玉米芯 20；

秸秆 15。

活性炭 1。

聚氨酯 40。

将上述填料嵌置于所述球形壳体11的网格状填料槽内，即为成品。

本发明的实施例5：

本发明包括海绵铁、玉米芯以及秸秆，其重量份数比为：

海绵铁 1；

玉米芯 20；

秸秆 20。

活性炭 2。

聚氨酯 20。

将上述填料放置或包埋于所述球形壳体11的网格状填料槽内，即为成品。

上述实施例所得成品在使用后，在没有大量碳源的情况下实现污水处理的脱氮要求，且产泥量较小。

天然固体物质因富含纤维素而被作为反硝化固体碳源，其价格低廉，来源广泛，其作为反硝化碳源时，结构疏松，具有较大的比表面积，利于微生物附着生长，由于反应初期微生物利用纤维素类碳源中易分解利用的物质 ，碳源充足，反硝化效率较高， 后期微生物所需碳源必须通过分解利用稻草中的纤维素、半纤维素获得，而纤维素的晶格结构及纤维素、半纤维素和木质素的交联缠绕都不利于纤维素的分解利用，碱法预处理是指利用强碱弱碱等处理纤维素类物质，该方法可以有效地脱除木质素，降低纤维素的结晶度，是目前应用最广泛和备受关注的预处理方法。

研究发现，纤维素类物质经碱预处理后，纤维素结晶度和聚合度降低，打破了木质素对纤维素和半纤维素的包裹，原料更易于被水解利用，其备水解后的产物可作为微生物反硝化能量利用，在一定比例下，木质纤维素水解可达到平衡态，在低浓度情况下释放碳源，在高浓度情况下停止释放碳源，从而达到稳定缓慢释放碳源的目的。

本发明缺氧段以及好氧段反应过程及工作原理如下：

好氧段反应是通过曝气控制该区域溶解氧，保证好氧菌所需要的营养源。好氧段和缺氧段填料内部形成一个兼氧生物环境，主要可以发生反硝化反应、短程硝化反应。保证系统短程、反硝化反应的稳定进行。

反硝化段生物脱氮一般由硝化和反硝化两个过程完成。硝化过程可以分为两个过程，分别由亚硝酸菌和硝酸菌完成。这两种细菌统称为硝化细菌,属于化能自养型微生物,硝化菌属专性好氧菌,它们利用无机化合物如CO3

好氧硝化反应式如下:

(1)氨化反应RCHNH

(2)硝化反应NH

好氧硝化过程总反应式为:NH

硝化细菌是化能自养菌,生长率低,对环境条件较为敏感,温度,溶解氧,污泥龄,pH值,有机负荷等都会对它产生影响,硝化反应对溶解氧有较高的要求,处理系统中的溶解氧最好保持在2mg/L以上,另外,在硝化反应过程中,有H+释放出来,使pH值下降,硝化菌受pH值的影响很敏感,为了保持适宜的pH值7-8,应该在废水中保持足够的碱度,以调节pH值的变化,1g氨态氮(以氮计)完全硝化,需要4.57g氧(其中亚硝化反应需耗氧3.43g,硝化反应需耗氧1.14g),同时约需碱度(以CaCO3计)7.14g以平衡硝化产生的酸度。

反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,在有氧存在时,它会以氧气为电子受体进行好氧呼吸;在无氧而有硝酸盐氮或亚硝酸盐氮存在时,则以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮为电子受体,以有机碳为电子供体进行反硝化反应。

反硝化反应是指在无分子氧条件下，反硝化菌将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气的过程，反硝化过程反应式如下：

NO

NO