生物脱氮与物化法强化除磷组合工艺处理微污染水体的方法

摘要

生物脱氮与物化法强化除磷组合工艺处理微污染水体的方法，属于水污染净化处理技术领域。本发明进水由提升泵进入生物接触氧化池，该池以软性纤维为挂膜填料采用回转式风机进行曝气；出水溢流到快滤池，池底端设计反冲洗管道，定期反冲洗，避免发生堵塞情况；快滤池的出水自下而上经过脱氧池，降低水体中的DO，为后续的反硝化提供有利条件；兼氧池采用香樟叶和陶粒组合填料实现硝基氮的反硝化，去除TN；出水流入絮凝反应池在搅拌下强化混凝；在除磷沉淀池进行固液分离，上清液自下而上流过无烟煤填料装置，最终流入湖体。保证出水对COD、NH4+-N、NO3--N、TN、TP、SS、Chla等物质最大化去除，达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准。

说明书

技术领域

生物脱氮与物化法强化除磷组合工艺处理微污染水体的方法，属于水污染控制、环保净化处理技术领域。

背景技术

随着经济的发展和城市化进程的加快，人类将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的氮、磷等植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体，水体富营养化现象日益严重。据国家环保总局《2006年中国环境状况公报》资料统计表明，2006年，全国七大水系的197条河流408个重点监测断面中，Ⅰ～Ⅲ类，Ⅳ、Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为46%、28%和26%。2006年，27个国控重点湖（库）中，满足Ⅱ类水质的湖（库）2个（占7%），Ⅲ类水质的湖（库）6个（占22%），Ⅳ类水质的湖（库）1个（占4%），Ⅴ类水质的湖（库）5个（占19%），劣Ⅴ类水质的湖（库）13个（占48%）。表明，水体已经受到严重污染，但水环境所承载的污染物却有增无减，水体逐步恶化，2007年5月份太湖蓝藻暴发就是典型的一例。各城市典型水域以氮磷以及有机物污染为主。

近年来，河水污染治理技术发展迅速，目前主要采用的方法一般是常规处理工艺的基础上加吸附法、化学预氧化法、生物预氧化法还有强化混凝水处理工艺等。传统的给水处理工艺混凝、沉淀、过滤、消毒仅对水中疏水性大分子有机物有较好的去除效果，对其他污染物的脱除效果甚微。化学预氧化处理法虽然对低有机污染的水体有一定的处理效果，但由于有些氧化剂不易存放，需临时配制，具有一定的危险性，同时氧化剂增加了水体的离子浓度，易造成二次污染，处理成本高。生物预处理法主要目的在于处理常规处理工艺不能有效去除的污染物，相比较物化法存在基础建设一次性投资大、占地面积大和运行管理不便等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物脱氮与物化法强化除磷组合工艺处理微污染水体的方法，得到一种具有较高处理效果、自动化控制、运行费用低、无二次污染、管理方便的新工艺技术，并将其规模化工程化，确保出水达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准。

本发明的技术方案：一种生物脱氮与物化法强化除磷组合工艺处理微污染水体的方法，本技术采用生物处理法、强化混凝沉淀和快速吸附过滤组合工艺实现对微污染水体的处理。进水由提升泵提升进入生物接触氧化池，提升泵出口设置流量计，控制水泵流量；生物接触氧化池以软性纤维为挂膜填料采用回转式风机进行曝气；出水溢流到快滤池，快滤池底端设计反冲洗管道，定期反冲洗，避免发生堵塞情况；快滤池的出水自下而上经过脱氧池，目的在于降低水体中的DO，为后续的反硝化提供有利条件；兼氧池采用香樟叶和陶粒组合填料主要实现硝基氮的反硝化，达到去除TN的目的；出水流入絮凝反应池在搅拌条件下进行强化混凝，在除磷沉淀池进行固液分离；上清液自下而上流过无烟煤填料装置，最终流入湖体。如图1，具体处理工艺参数如下：

1、取水

取水采用潜水提升泵，提升泵安装在固定于河驳岸的支架上，便于检修和维护。提升泵周围设置格栅，拦截尺寸大的杂物，防止后续管道的堵塞。

主要设备

根据处理装置的处理能力，采用潜水提升泵1台。

型号：WQ80-60-15-5.5，5.5 kW，Q=60 m³/h，H=10 m，变频控制。

另安装固定支架一个，格栅一套。

出口管道上安装止回阀一个，流量计一个，用于显示瞬时流量。

2.脱氮除磷池

脱氮除磷池为净化系统核心构筑物，完成有机物、悬浮物及氮磷等污染物的去除，主要由生物接触氧化池、快速过滤池、脱氧池、兼氧池、絮凝反应池、除磷沉淀池和吸附除磷等7段组合而成，完成氨氮的氧化、硝态氮的反硝化、化学除磷和吸附除磷的过程。

（1）生物接触氧化池

功能：湖水中的氨氮、有机物在接触氧化池中转化去除

设计参数：

平面尺寸为L×B＝2.5m×1.2 m

池深3.6 m，钢结构

池底布水管进水，布置软性纤维为挂膜填料，

设置曝气鼓风机一台，形式为回转式鼓风机，

Q=0.6 m³/h，H=40 Kpa，0.75kW，变频控制。

运行方式：连续运行

主要材料：软性填料：6.6 m³，φ65膜管式曝气器10 m

（2）快速过滤池

功能：快速过滤池中充填石英砂，过滤水中的杂质和接触氧化池中脱落的挂膜填料。

平面尺寸为L×B＝2.5m×1.5 m，

池深3.6 m，钢结构，

池底布置反冲洗水管，利用进水泵进行反冲洗，

运行方式：正常运行为过滤状态，视压力损失情况反冲洗。

主要材料：砾石  1.8-2 m³  石英砂 4-5 m³

（3）脱氧池

功能：在脱氧池中充填陶粒滤料，利用附着在滤料上的微生物降低水中的溶解氧，同时发生部分硝化反硝化作用。

平面尺寸：L×B＝2.5m×2.2 m

池深3.6 m，钢结构

运行方式：利用底部分砾石布水，微生物附着于滤料，降解水中有机物的同时降低水中溶解氧浓度。

主要材料：砾石  2.5-3 m³

陶粒滤料 8-8.5 m³

（4）兼氧池

功能：兼氧池采用香樟叶和陶粒组合填料，用香樟叶作为反硝化菌群的碳源和载体，可避免外投加碳源的弊端，此阶段主要去除脱氧池出水中的硝酸盐氮，最终达到去除TN的目的。

平面尺寸：L×B＝2.5m×3.3 m，

池深3.6 m，钢结构。

运行方式：正常运行时保持兼氧状态，利用底部砾石布水。

主要材料：砾石  4-4.5 m³

香樟叶 2-3 m³，

陶粒滤料：12-13 m³

（5）絮凝反应池

功能：絮凝剂投加、混合和沉淀反应的场所，利用压缩空气进行搅拌。利用絮凝、化学沉析过程将水中游离态的磷转移到絮体中。

平面尺寸：L×B＝2.5×0.7 m，

池深3.6 m，钢结构。

运行方式：药剂混凝剂明矾从池顶部投加，利用曝气鼓风机的压缩空气进行搅拌。

主要材料：φ63穿孔曝气管2米。

（6）除磷沉淀池

功能：絮凝反应池内生成的絮体沉淀分离，将这部分磷去除。池内部加斜管填料，增加去除效率。

平面尺寸：L×B＝2.5m×2.3 m，

池深3.6 m，钢结构。

运行方式：絮凝反应池出水从池中部进入沉淀池，清水通过斜管填料进入出水堰，沉淀物通过底部排污管排放。

主要材料：φ50斜管填料 5-6 m³。

（7）吸附除磷池

功能：在实验小试中筛选出的高吸附量填料无烟煤对磷的吸附量达到2 mg/g，并且填料吸附饱和后，可以对填料进行活化，实现其重复利用。通过小试实验比对得出，吸附填料针对微污染水体，磷可控制在0.02 mg/L以下。

平面尺寸：L×B＝2.5m×2.6 m，

池深3.6 m，钢结构。

运行方式：沉淀池出水通过底部砾石布水，向上流过吸磷材料，处理水通过出水堰排放。

主要材料：无烟煤 8-10 m³。

（8）污泥池

功能：收集各池污泥，定期排放或外运处理。

平面尺寸：L×B＝2.5m×0.6 m，

池深3 m，钢结构。

3、其它设备

絮凝剂溶配投加装置

功能：将固态絮凝剂明矾溶解，溶液通过机械隔膜计量泵投加到絮凝反应池。

主要设备：500 L PE加药桶1个。

          15 L/h机械隔膜计量泵1台。

本发明技术的优点：

1、采用微污染水体的土著菌种，实现了自培养菌的强劲生存繁殖能力；不投加其他菌种，从而防止了外来菌种的入侵和污染；出水生物活性高，有利于水体自身的生态修复；

2、在兼氧池投加独特的脱氮材料香樟叶作为反硝化菌群的碳源和附着载体，避免传统外投加液态碳源难以控制的弊端，同时香樟一年四季均落叶，来源方便，成本低廉；

3、在传统的处理工艺基础上加以改进强化并组合，将生物法、化学法和物理法集为一体，有效去除水体中各种污染物，显著提高了污水净化效率，整个处理装置无臭气和噪声二次污染；

4、生物处理法前置可以大大减轻混凝沉淀的负荷、改善了水体混凝和沉淀特性并延长后置吸附过滤填料的使用周期；整个设计和构造具有很强的抗冲击负荷能力；

5、设计上采用自然流动式组合方式，无需多级提升泵和回流泵；快滤池布置反冲洗系统，定期反冲洗解决了堵塞和动力消耗问题；整个工艺全自动化运行，不需人工看守，管理维护方便；

6、土建设计尽量做到与周围环境相协调，反应装置基础降低，低于自然地面500 mm；污泥产生量少。

本发明的有益效果：

科学技术迅猛发展的今天，工业用水需求量也急速加大，而其主要来源于河道水体，如何保持河道水体清洁安全成为当下急需解决的问题。本发明避免了传统对河道处理技术比较单一净化效率低的问题，通过生物法和物化法组合的形式对微污染水体进行高效处理。生物接触氧化池、脱氧池和兼氧池能够将河道中土著微生物大量的截留并繁殖生长，形成强而稳定的生物膜，通过过滤截留、生物氧化还原和生物絮凝作用主要用于去除河体中有机污染物、悬浮颗粒物以及氮素污染，期间不需要投加任何外加碳源等物质，而是通过香樟叶不断的缓释碳源能力，为兼氧池中反硝化菌群提供营养物质，确保反应正常运行。混凝池、除磷沉淀池以及吸附池主要用于对水体中的磷进行去除。利用双电层理论向兼氧池出水投加混凝剂明矾，将磷以不溶性磷酸盐胶体通过固液分离方式在沉淀池得以去除，最后通过具有高效吸附磷能力的无烟煤对出水进行进一步净化，最终保证出水对COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、TP、SS、Chla等物质最大化去除，达到达到《地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准。对于实验中采用的香樟叶其为纤维素固态碳源，其使用周期较长；而石英砂由于定期反冲洗可以重复利用，高吸附量填料对磷的吸附量达到2 mg/g，对于处理微污染水体本套装置使用周期可达2年。本发明对温度不作控制，目的在于了解不同季节的处理效果。

附图说明

图1 微污染水体脱氮除磷处理技术路线。

具体实施方式

以江南大学中央湖泊小蠡湖水为处理对象，建设了日处理1200 m³的处理设备，通过逐步增大流量法对河道水体进行处理。进水由提升泵提升进入生物接触氧化池，提升泵出口设计流量计，控制水泵流量；生物接触氧化池以软性纤维为挂膜填料采用回转式风机进行曝气；出水溢流到快滤池，快滤池底端设计反冲洗管道，定期反冲洗，避免发生堵塞情况。快滤池的出水自下而上经过脱氧池，目的在于降低水体中的DO，为后续的反硝化提供有利条件；兼氧池采用香樟叶和陶粒组合填料主要实现硝基氮的反硝化，达到去除TN的目的；出水流入絮凝反应池在搅拌条件下进行强化混凝，在除磷沉淀池进行固液分离；上清液自下而上流过无烟煤填料装置，最终流入湖体。定期对各反应装置出水进行取样监测，当在恒一流量下运行稳定时，继续加大流量进行检测。