申请日2014.05.27
公开(公告)日2014.10.22
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明公开了一种污水脱氮处理装置及其使用方法，其中一种污水脱氮处理装置，包含滤柱;所述滤柱内填充有人工合成可生物降解聚合物填充层;所述滤柱的底部设置有进水管;所述滤柱的上部设置有溢流管;所述溢流管与滤柱的连通处设置有浮渣滤网;所述人工合成可生物降解聚合物填充层的体积占滤柱4的总体积1/3至1/2;所述污水脱氮处理装置的使用方法中进水管的水流流速应控制在0.1m-0.2m/h，水流在人工合成可生物降解聚合物滤层的停留时间应控制在0.5-3h之间;所述人工合成可生物降解聚合物填充层可生物降解，且本发明的方法的总氮去除率高。
权利要求书
1.一种污水脱氮处理装置，包含滤柱;其特征在于：所述滤柱内填充有人工合成可生物降解聚合物填充层;所述滤柱的底部设置有进水管;所述滤柱的上部设置有溢流管;所述溢流管与滤柱的连通处设置有浮渣滤网;工作时，污水从进水管的进水口流入进水管并从滤柱的底部进入滤柱内，通过滤柱内的人工合成可生物降解聚合物填充层过滤后通过位于装置顶部的浮渣滤网进入溢流管并从溢流管的出水口出水;所述人工合成可生物降解聚合物填充层的体积占滤柱的总体积1/3至1/2。
2.根据权利要求1所述的污水脱氮处理装置，其特征在于：所述浮渣滤网的滤网孔径为0.5-1mm。
3.根据权利要求1所述的污水脱氮处理装置，其特征在于：所述人工合成可生物降解聚合物填充层由人工合成可生物降解聚合物制成，所述人工合成可生物降解聚合物为聚乙烯醇PVA或聚丁二酸丁二醇酯PBS或聚己内酯PCL或聚羟基脂肪酸酯PHA之一。
4.根据权利要求3所述的污水脱氮处理装置，其特征在于：所述人工合成可生物降解聚合物为聚己内酯PCL，所述聚己内酯PCL颗粒的平均粒径3-3.5mm，比表面积为0.87m2/L，真实密度和填充密度分别为1.12和0.74kg/L。
5.根据权利要求3所述的污水脱氮处理装置，其特征在于：所述人工合成可生物降解聚合物为聚丁二酸丁二醇酯PBS，所述聚丁二酸丁二醇酯PBS颗粒的平均粒径2.5-3.5mm，比表面积1.8 m2/L，填充密度1.26kg/L。
6.如权利要求1-5之一所述的污水脱氮处理装置的使用方法，包括如下步骤：
(1)在滤柱中填充人工合成可生物降解聚合物填充层，人工合成可生物降解聚合物填充层的体积占滤柱的总体积的1/3至1/2;
(2)进水管的水流流速应控制在0.1m-0.2m/h，水流在人工合成可生物降解聚合物滤层的停留时间应控制在0.5-3h之间;
(3)农村生活污水或饮用水源水流经填充层的过程中，水中或附着生长在填充层内的反硝化菌会利用人工合成可生物降解聚合物作为碳源，并利用污水中的NO2-或NO3-作为电子受体，进行缺氧反硝化过程，生成无害的最终产物N2，以达到脱除总氮的目的。
说明书
一种污水脱氮处理装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于污水深度处理的装置及其使用方法，特别是一种基于人工合成可生物降解聚合物，专门针对农村分散式生活污水深度脱氮处理的污水脱氮处理装置及其使用方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
近年来，随着经济社会的快速发展，用于解决农村面源污染问题的分散式污水处理系统的总氮负荷越来越大。然而，尽管我国污染物排放标准中总氮浓度的上限(一级A标准为15mg/L)远高于美国和欧盟规定的最大允许值(分别为3mg/L和8mg/L)，但是分散式污水处理系统的出水总氮仍然较高，大量的氮素营养盐被排放入环境水体中，造成了水体不同程度的富营养化;另一方面，很多地区用作饮用水原水的地下水都出现了硝酸盐含量超标的现象。上述现象正随着农用氮肥使用量的增加、城乡污水和生活垃圾排放量的加大而不断加剧。
在集中式污水处理设施中，为了提高总氮去除率，通常采用投加如甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖等的可溶性碳源，以增强异养反硝化过程。但投加外加液体碳源存在诸多问题，如投加易过量，尤其是进水氮负荷有波动的情况下，投加量更不易控制;另外，这种投加液体碳源的方式增大了系统的稳定运行和维护方面的负担。在分散式污水处理设施中，总氮的去除主要依赖生物脱氮，利用诸如A2O、AO等工艺的缺氧环节，将硝酸盐反硝化成氮气脱除。然而，农村分散式点源污水的处理有其特殊性，即水质水量波动较大，且运行管理不宜太繁琐，在这种情况下，传统的生物脱氮工艺并不适用。现有的研究表明，采用固相碳源的固相反硝化技术，可以有效去除饮用水原水或地下潜流污水中的总氮。但是，其装置及方法存在较多隐患。例如自上而下的水流方式，易形成短流和接触盲区;活性炭、沸石等材料的加入，会导致装置十分容易堵塞、需要频繁更换;饮用水原水污染程度较低，没有对固体碳源处理较高总氮浓度污水的特性进行论证等。又例如在“一种去除地下潜流污染的生态阻隔柱及方法(CN 103224286 A)”专利申请中，在固态碳源制成的外框中填充活性碳等聚合物，并埋入地下，用以降解地下潜流污水中的总氮，但是该技术会利用固相碳源将土壤浸出液中的总氮一并消耗，而这些总氮很可能是植物所需的氮素营养盐，因此造成了固相碳源的不必要的消耗和浪费;同时，埋入地下后，潜流污水中的较高悬浮物含量极易导致活性炭的堵塞，上述这些缺陷在该专利中并没有提出好的解决办法。为此，我们研发了一种基于人工合成可生物降解聚合物，专门针对农村分散式生活污水深度脱氮处理的污水脱氮处理装置及其使用方法。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种基于人工合成可生物降解聚合物，专门针对农村分散式生活污水深度脱氮处理的污水脱氮处理装置及其使用方法。
本发明的技术解决方案是这样实现的：一种污水脱氮处理装置，包含滤柱;所述滤柱内填充有人工合成可生物降解聚合物填充层;所述滤柱的底部设置有进水管;所述滤柱的上部设置有溢流管;所述溢流管与滤柱的连通处设置有浮渣滤网;工作时，污水从进水管的进水口流入进水管并从滤柱的底部进入滤柱内，通过滤柱内的人工合成可生物降解聚合物填充层过滤后通过位于装置顶部的浮渣滤网进入溢流管并从溢流管的出水口出水;所述人工合成可生物降解聚合物填充层的体积占滤柱的总体积1/3至1/2。
优选的，所述浮渣滤网的滤网孔径为0.5-1mm。
优选的，所述人工合成可生物降解聚合物填充层由人工合成可生物降解聚合物制成，所述人工合成可生物降解聚合物为聚乙烯醇PVA或聚丁二酸丁二醇酯PBS或聚己内酯PCL或聚羟基脂肪酸酯PHA之一。
优选的，所述人工合成可生物降解聚合物为聚己内酯PCL，所述聚己内酯PCL颗粒的平均粒径3-3.5mm，比表面积为0.87m2/L，真实密度和填充密度分别为1.12和0.74kg/L。
优选的，所述人工合成可生物降解聚合物为聚丁二酸丁二醇酯PBS，所述聚丁二酸丁二醇酯PBS颗粒的平均粒径2.5-3.5mm，比表面积1.8 m2/L，填充密度1.26kg/L。
所述的污水脱氮处理装置的使用方法，包括如下步骤：
(1)在滤柱中填充人工合成可生物降解聚合物填充层，人工合成可生物降解聚合物填充层的体积占滤柱的总体积的1/3至1/2;
(2)进水管的水流流速应控制在0.1m-0.2m/h，水流在人工合成可生物降解聚合物滤层的停留时间应控制在0.5-3h之间;
(3)农村生活污水或饮用水源水流经填充层的过程中，水中或附着生长在填充层内的反硝化菌会利用人工合成可生物降解聚合物作为碳源，并利用污水中的NO2-或NO3-作为电子受体，进行缺氧反硝化过程，生成无害的最终产物N2，以达到脱除总氮的目的。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、无动力升流式的进水方式：因为该进水方式是底部进水，由于重力的作用，在整个运行过程中，进水在滤柱中可以达到完全均布的状态;因此，不需要其他装置中所用到的布水板等设计，不易形成短流，不会形成污水和固相碳源的接触盲区;
2、现有的对固相碳源的应用，仅有用于处理饮用水原水、养殖水或地下潜流污水的，且都需要辅助添加活性炭、沸石等材料进行物理吸附;然而饮用水原水污染程度低;养殖水的成分稳定，硝酸盐呈线性累积;地下潜流污水所需达到的硝酸盐去除率不高;因此，对于水质水量波动较大的农村分散式点源污水，现有技术并不适用;而本发明提供的人工合成可生物降解聚合物脱氮过滤柱，作为好氧生物处理的后置深度处理工艺，特别考虑到农村生活污水的特性进行有针对性的处理，对有效降低农村生活污水中氮素营养盐意义重大;
3、现有技术中填充的沸石、活性炭等，使用周期短，引起堵塞较快，需要频繁地更换;而直接采用人工合成可生物降解碳源作为填充材料;由于固相碳源持续消耗，消耗同时，生物膜生长，生物相与固相碳源形成一个动态平衡，在保证物理过滤和吸附作用的同时，有效降低了堵塞的发生率;
4、将人工合成可生物降解固相碳源与过滤柱相结合;一方面为异养反硝化菌提供碳源，避免了液体碳源的诸多弊端;另一方面，为异养反硝化菌提供一个附着生长的环境，使其具有较强的抗冲击负荷能力，较大提高总氮脱除的稳定性;
5、现有技术的装置，通常对采用完全填充的形式，也即采用固态碳源全部填满整个装置，现有技术中固态碳源中通常需要辅助添加活性炭或沸石等材料;这种装置对聚合物的利用率较低，且容易发生堵塞，更重要的是，会导致出水中的浮渣难以排除，进而极大低影响出水水质;本发明提供的装置及方法，经试验论证，将填充体积优化为1/3至1/2，不仅可以提高聚合物的利用率;过滤掉出水中的浮渣，避免堵塞的发生;更可以为系统出水提供进一步沉淀的空间，极大地提高了出水水质;农村分散式生活污水好氧生物处理环节的出水，其中氨氮去除，总氮基本无去除，再经本发明提供装置的深度处理后，总氮去除率分别可达84.3%(PBS)和95.6%(PCL)。