專利名稱：一種高氨氮有機污水凈化處理系統(tǒng)與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種污水凈化處理系統(tǒng)與方法，特別是涉及一種以多層礦物質(zhì)材料為過濾介質(zhì)的高氨氮有機污水凈化處理系統(tǒng)與方法，屬于水、廢水或污水處理技術領域。
背景技術：
高氨氮(NH4-N)有機污水是當前我國主要污染物種類之一，來源包括味精污水、食品加工污水、禽畜養(yǎng)殖污水、垃圾滲濾液等，這類污水中氨氮含量通常大于等于300ml/L。高氨氮有機污水的凈化處理辦法一般首先采用沼氣發(fā)酵工藝進行厭氧消化去除絕大部分有機污染物，同時回收能源沼氣。厭氧消化后的厭氧消化液(處理原水)在無法完全用作農(nóng)田肥料的條件下，需經(jīng)進一步處理后達標排放。但是，高氨氮有機污水厭氧消化液(處理原水)后置處理過程中存在脫氮效果差、運行成本高，土地承載力不足等問題，大量厭氧消化液(處理原水)無法達標排放往往引起二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種顯著提高污水中有機氨氮去除能力的污水凈化處理系統(tǒng)與方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:一種高氨氮有機污水凈化處理系統(tǒng),包括處理原水儲存池，處理原水儲存池通過管道與礦質(zhì)過濾池連接，礦質(zhì)過濾池內(nèi)填裝多層礦質(zhì)過濾介質(zhì)，處理原水儲存池出水口連接必要的水泵再連接至布水管，布水管開口在礦質(zhì)過濾介質(zhì)層上部，礦質(zhì)過濾介質(zhì)層下部布置收水管；其特征在于:所述礦質(zhì)過濾池填裝的礦質(zhì)過濾介質(zhì)分為三層，由上至下分別是粗砂層、沸石層、碎石層，所述沸石層與碎石層厚度相等，粗砂層厚度是沸石層或碎石層厚度的二倍；所述布水管出水終端是霧化噴水裝置。上述高氨氮有機污水凈化處理系統(tǒng)采用普通礦質(zhì)材料作為過濾介質(zhì),過濾介質(zhì)的選擇與布置考慮到三點技術原理:—、多層礦質(zhì)過濾介質(zhì)由上至下分為三層，當處理原水(即厭氧消化液)進入本發(fā)明凈化處理系統(tǒng)，從上往下逐層經(jīng)過各礦質(zhì)過濾介質(zhì)層，在粗砂層為亞硝化區(qū)，通過強化布水均勻度提高了滲濾層中溶解氧氧濃度。在系統(tǒng)填料層中粗砂層進行好氧反應，在該好氧段，由于溶解氧的氧化作用，氨氮經(jīng)亞硝化反應轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，因此相應亞硝態(tài)氮濃度持續(xù)增加；在沸石層與碎石層為厭氧氨氧化區(qū)，亞硝態(tài)氮通過厭氧氨氧化作用，亞硝態(tài)氮與剩余氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣。二、污水凈化系統(tǒng)凈化效率的一個關鍵技術是嚴格控制凈化反應中各階段的反應程度與反應時間，本發(fā)明系統(tǒng)通過控制各礦質(zhì)過濾介質(zhì)層厚度顯著提升系統(tǒng)污水凈化效率。其中，沸石層與碎石層厚度相等可能提供氨氮與亞硝氮在厭氧氨氧化區(qū)有足夠反應時間，富集足夠的功能菌種；粗砂層厚度是 沸石層或碎石層厚度的二倍可以控制污水中含氧量，將流徑粗砂層的污水中的氨氮控制在亞硝化反應階段，實現(xiàn)處理原水進入本系統(tǒng)流經(jīng)粗砂層后氨氮轉(zhuǎn)化率達到50% ;在優(yōu)化設計下，粗砂層厚度設計為600mm，可以進一步保證氨氮轉(zhuǎn)化率達到50%。三、進一步設計過濾介質(zhì)的規(guī)格,具體是粗砂層粒徑0.5mm 2.0mm,沸石層粒徑
2.0mm 5.0mm,碎石層粒徑10.0mm 30.0mm,碎石層的碎石粒徑由上向下逐漸增大,其作用主要是提供生化反應區(qū)并作為承托層承托上層的粗砂層與沸石層。通過對過濾介質(zhì)材料選擇、過濾介質(zhì)層厚度設計以及過濾介質(zhì)規(guī)格控制，能夠保證進入系統(tǒng)的處理原水經(jīng)各礦質(zhì)過濾介質(zhì)層過濾后無堵塞，并順利完成各階段生化反應。上述系統(tǒng)的布水管終端的布水裝置采用霧化噴水裝置。霧化噴水是園林灌溉中常用的灌溉方式，其主要作用是通過高頻震蕩將水分子霧化為超微粒子(如I y m 5 i! m)，并借助通過風動裝置將水霧擴散到空氣中，既增加水超微粒子與土壤、植物、空氣的接觸面積，又增加水分在中空氣中的沉降時間，長時間保護環(huán)境空氣濕潤，由此達到節(jié)水灌溉的目的。在本系統(tǒng)中，采用無堵塞霧化噴水裝置作為終端布水裝置主要為實現(xiàn)五個技術目的，一、防止原水雜質(zhì)堵塞噴頭，二、均勻增加處理原水與過濾介質(zhì)層的接觸面積，三、降低原水微粒在過濾介質(zhì)層中的過濾速度、延長過濾時間，四、增加原水與空氣接觸面積、延長水分在空氣中的沉降時間，從而增加處理原水曝氧時間、提高過濾介質(zhì)層中溶解氧，避免了凈化處理系統(tǒng)中出現(xiàn)凈化死區(qū)；五、可以省略現(xiàn)有凈化系統(tǒng)中專門的曝氧裝置。以上述高氨氮有機污水凈化處理系統(tǒng)為基礎，本發(fā)明還提供一種利用該系統(tǒng)實現(xiàn)的高氨氮有機污水凈化處理方法，具體技術方案如下:一種利用上述污水凈化處理系統(tǒng)實現(xiàn)的高氨氮有機污水凈化處理方法，高氨氮有機污水進入處理原水儲存池，經(jīng)厭氧消化處理形成處理原水，處理原水經(jīng)布水管進入礦質(zhì)過濾池內(nèi)礦質(zhì)過濾介質(zhì)層表面，經(jīng)礦質(zhì)過濾介質(zhì)過濾后再經(jīng)收水管排出系統(tǒng)；其特征在于:系統(tǒng)采用干濕交替運轉(zhuǎn)方式處理污水，每天投配處理原水16次，每隔1.5h投配一次，一個水力負荷周期1.5h,投水時間IOmin,落干時間80min。上述方法通過控制處理原水投配頻度與時間，減小濕干比，增加系統(tǒng)復氧能力，控制系統(tǒng)處于合理的生化反應階段，最終可有效控制布水均勻度，最高可達95%。本發(fā)明污水凈化系統(tǒng)與方法適用的處理原水指標值為COD ( 1000mg/L、BOD ( 200mg/L、以 N 計的氨氮彡 500mg/L ;優(yōu)選為 C0D650mg/L 1000mg/L、B0D130mg/L 200mg/L、以 N 計的氨氮 250mg/L 500mg/L。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:一、本高氨氮有機污水凈化系統(tǒng)與方法能夠有效凈化處理高氨氮處理原水，在處理原水氨氮含量為250mg/L 350mg/L，C0D650mg/L 1000mg/L的條件下氨氮去除率84.5% 90.4% ；C0D去除率89.5% 91.4%，符合達標排放國家標準；二、本系統(tǒng)與方法也適用于凈化處理氨氮含量較低的常規(guī)微污染處理原水、農(nóng)村生活污水或城市二級出水再處理，處理后水質(zhì)符合達標排放國家標準；三、凈化處理系統(tǒng)結構簡單、用材低廉、投資建設成本經(jīng)濟、運行費用低、維護管理方便，凈化處理方法工藝易控、能耗小。


圖1是高氨氮有機 污水凈化處理系統(tǒng)平面結構示意圖。圖2是圖1的左側局部放大圖。
圖3是圖1A-A剖示結構示意圖。圖4是圖3的左側局部放大圖。附圖中的數(shù)字標記分別是: I處理原水儲存池2礦質(zhì)過濾池21粗砂層22沸石層23碎石層3布水管31布水干管32布水支管33霧化噴水裝置4收水管41收水干管42收水支管
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例作進一步的描述。實施例一四川省簡陽市石盤鎮(zhèn)四川省畜牧科學研究院科研基地糞污處理工程污水，經(jīng)測定，污水排放量40m3/d，經(jīng)厭氧 消化后，處理原水指標及出生指標如表I所示。具體如圖1、圖2所示，修筑一個高氨氮有機污水凈化處理系統(tǒng)。設計水力負荷為
0.06m/d，每日污水處理量為40m3。凈化處理系統(tǒng)中礦質(zhì)過濾池有效截面積設計為670m2，采用磚混與低壓聚乙烯(HDPE)防滲膜修筑。礦質(zhì)過濾池也可以采用混凝土結構。圖1是高氨氮有機污水凈化處理系統(tǒng)平面結構示意圖；圖2是圖1的左側局部放大圖。高氨氮有機污水凈化處理系統(tǒng)，包括處理原水儲存池1，處理原水儲存池I通過管道與礦質(zhì)過濾池2連接，礦質(zhì)過濾池2內(nèi)填裝多層礦質(zhì)過濾介質(zhì)，處理原水儲存池I出水口連接必要的水泵再連接至布水管3，布水管3出水開口在礦質(zhì)過濾介質(zhì)層上部，礦質(zhì)過濾介質(zhì)層下部布置收水管4。布水管3與收水管4均采用陣列方式布置。布水管3包括布水干管31與布水支管32，處理原水儲存池I出水口連接布水干管31，布水干管31布置在礦質(zhì)過濾池2上層，與礦質(zhì)過濾池2底面平行，布水干管31布置有多根，間距4000mm。布水支管32是布水干管31的支路，從布水干管31上間距分出，與礦質(zhì)過濾池2底面垂直，布水32間距4000mm。布水支管32的出水末端是霧化噴水裝置33，距離礦質(zhì)過濾介質(zhì)層上表面450mm。霧化噴水裝置33采用無堵塞螺旋噴頭。收水管4包括收水干管41與收水支管42，縱橫布置在碎石層23之間，與礦質(zhì)過濾池2底面平行，距離礦質(zhì)過濾池2底10±3cm ;收水干管41間距4000mm，收水支管42間距3000mm。布水干管31與收水管4高度相差1000mm。圖3是圖1A-A剖示結構示意圖；圖4是圖3的左側局部放大圖。礦質(zhì)過濾池2內(nèi)部空間高1400mm,填裝的礦質(zhì)過濾介質(zhì)總高度1200mm。礦質(zhì)過濾介質(zhì)分為三層，由上至下分別是粗砂層21、沸石層22、碎石層23，沸石層22與碎石層23厚度相等為300mm，粗砂層21厚度是沸石層22或碎石層23厚度的二倍為600_。粗砂層21粒徑0.5mm 2.0_，沸石層22粒徑2.0mm 5.0mm,碎石層23粒徑IOmm 30mm,碎石粒徑由上向下逐漸增大。采用該系統(tǒng)實施的污水/沼液凈化處理方法，具體是:高氨氮有機污水進入處理原水儲存池I經(jīng)厭氧消化處理形成處理原水，處理原水經(jīng)布水管3進入礦質(zhì)過濾池2內(nèi)礦質(zhì)過濾介質(zhì)層表面，經(jīng)礦質(zhì)過濾介質(zhì)過濾后再經(jīng)收水管4排出系統(tǒng)。布水支管32末端霧化布水均勻度> 90%。系統(tǒng)采用干濕交替運轉(zhuǎn)方式處理污水，每天投配處理原水16次，每隔
1.5h投配一次,一個水力負荷周期1.5h,投水時間IOmin,落干時間80min。污水處理出水水質(zhì)如下表表I所示。表I不同污水處理原水水質(zhì)與出水水質(zhì)數(shù)據(jù)
權利要求
1.一種高氨氮有機污水凈化處理系統(tǒng)，包括處理原水儲存池(I)，處理原水儲存池(I)通過管道與礦質(zhì)過濾池(2 )連接，礦質(zhì)過濾池(2 )內(nèi)填裝多層礦質(zhì)過濾介質(zhì)，處理原水儲存池(I)出水口連接必要的水泵再連接至布水管(3)，布水管(3)開口在礦質(zhì)過濾介質(zhì)層上部，礦質(zhì)過濾介質(zhì)層下部布置收水管(4);其特征在于:所述礦質(zhì)過濾池(2)填裝的礦質(zhì)過濾介質(zhì)分為三層，由上至下分別是粗砂層(21)、沸石層(22)、碎石層(23)，所述沸石層(22)與碎石層(23)厚度相等，粗砂層(21)厚度是沸石層(22)或碎石層(23)厚度的二倍；所述布水管(3 )終端布水裝置是霧化噴水裝置(33 )。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述粗砂層(21)粒徑0.5mm 2.0mm，沸石層(22)粒徑2.0mm 5.0mm,碎石層(23)粒徑10.0mm 30.0mm,碎石粒徑由上向下逐漸增大。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述礦質(zhì)過濾介質(zhì)層厚1200mm，其中粗砂層(21)厚600mm,沸石層(22)厚300mm,碎石層(23)厚300_。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述布水管(3)包括布水干管(31)與布水支管(32)，處理原水儲存池(I)出水口連接布水干管(31 )，布水干管(31)與礦質(zhì)過濾池(2 )底面平行，所述布水支管(32 )是布管干管(31)的支路，與礦質(zhì)過濾池(2 )底面垂直，布水支管(32 )末端是霧化噴水裝置(33 );所述收水管(4 )縱橫布置在礦質(zhì)過濾池(2 )下層。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述礦質(zhì)過濾池(2)內(nèi)部空間高1400mm，布水干管(31)與收水管(4)高度相差1000mm。
6.一種利用權利要求1或4或5所述的系統(tǒng)實現(xiàn)的高氨氮有機污水凈化處理方法，高氨氮有機污水進入處理原水儲存池(I)經(jīng)厭氧消化處理形成處理原水，處理原水經(jīng)布水管(3 )進入礦質(zhì)過濾池(2 )內(nèi)礦質(zhì)過濾介質(zhì)層表面，經(jīng)礦質(zhì)過濾介質(zhì)過濾后再經(jīng)收水管(4 )排出系統(tǒng)；其特征在于:系統(tǒng)采用干濕交替運轉(zhuǎn)方式處理污水，每天投配處理原水16次，每隔1.5h投配一次,一個水力負荷周期1.5h,投水時間IOmin,落干時間80min。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于:布水支管(32)末端霧化布水均勻度≥ 90%o
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于:適用的處理原水指標值為COD≤ IOOOmg/L、BOD ≤200mg/L、以 N 計的氨氮≤ 500mg/L。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于:適用的處理原水指標值為C0D650mg/L 1000mg/L、B0D130mg/L 200mg/L、以 N 計的氛氣 250mg/L 500mg/L。
10.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于:系統(tǒng)運行時冬季氨氮負荷9.87g/m2 (!，夏季氨氮負荷31.60g/m2 d,春、秋季氨氮負荷20.73g/m2 d。
全文摘要
本發(fā)明公開一種污水凈化處理系統(tǒng)與方法。針對現(xiàn)有技術對高氨氮有機污水凈化系統(tǒng)及方法存在脫氮效果差、運行成本高，土地承載力不足等缺陷，本發(fā)明提供了一種顯著提高污水中有機氨氮去除能力的污水凈化處理系統(tǒng)與方法。本方法凈化處理系統(tǒng)包括處理原水儲存池、礦質(zhì)過濾池連接、布水管、收水管。礦質(zhì)過濾池內(nèi)填裝多層礦質(zhì)過濾介質(zhì)，礦質(zhì)過濾介質(zhì)分為三層，由上至下分別是粗砂層、沸石層、碎石層，沸石層與碎石層厚度相等，粗砂層厚度是沸石層或碎石層厚度的二倍，布水管出水終端是霧化噴水裝置。本發(fā)明還提供配套的污水處理方法。本發(fā)明系統(tǒng)與方法凈化處理高氨氮有機污水，出水水質(zhì)符合國家達標排放標準。系統(tǒng)結構簡單、用材經(jīng)濟，配套方法工藝易控、能耗小。
文檔編號C02F9/14GK103112997SQ20131005077
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月8日 優(yōu)先權日2013年2月8日
發(fā)明者蒲小東, 鄧良偉, 宋立, 王智勇, 劉刈 申請人:農(nóng)業(yè)部沼氣科學研究所