申请日2016.03.03
公开(公告)日2016.07.27
IPC分类号C02F3/30
摘要
本实用新型公开了一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统，属于污水脱氮除磷领域。该系统包括储水池，多级滤料装置和回流装置，多级滤料装置由相互连接的两个滤料箱体组成，第一级滤料箱体高于第二级滤料箱体。第一级滤料箱体左侧底部设有一个进水口，且顶部为封闭式;第二级滤料箱体底部设有两个出水口，顶部为敞开式;第一级滤料箱体自下而上依次为：承托层、酸中和残渣滤料层和布水层;第二级滤料箱体内自下而上依次为：承托层、脱水铝污泥滤料层和布水层;回流装置包括回流管道与回流储水池，该系统配合特定的水流运行方式连接，且设有回流提高了脱氮率，实现高效去除污水中氮和磷的目的。
权利要求书
1.一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统，包括储水池(1)和多级滤料装置，其特征在于，还包括回流装置;多级滤料装置包括第一级滤料箱体(5)和第二级滤料箱体(6)，回流装置包括回流储水池(3)和回流管道(17)，储水池(1)、回流储水池(3)、第一级滤料箱体(5)依次连接，第一级滤料箱体(5)的出水流入第二级滤料箱体(6)内，第二级滤料箱体(6)的底部设有两个出水口，其中一个与回流储水池(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于，第一级滤料箱体(5)自下而上依次为：承托层(9)、第一级滤料层(7)和布水层，第一级滤料层(7)的滤料为酸中和残渣或是酸中和残渣与脱水铝污泥二者的混合;进水口(10)设置在第一级滤料箱体(5)的左侧底部，两个出水口(11)设置在第一级滤料箱体(5)的右侧面上部同高度处。
3.根据权利要求1所述的一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于，第二级滤料箱体(6)自下而上依次为：承托层(9)、第二级滤料层(8)和布水层，第二级滤料层(8)的滤料为脱水铝污泥或者是酸中和残渣与脱水铝污泥二者的混合;第二级滤料箱体(6)底部分别设有回流出水口(12)和总出水口(13);与总出水口(13)连接的管道上设有排空阀门(15)。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于，第一级滤料箱体(5)的顶部所在位置高于第二级滤料箱体(6)的顶部所在位置，且第一级滤料箱体(5)的顶部为封闭式的，第二级滤料箱体(6)顶部为敞开式的。
5.根据权利要求1所述的一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于，一级滤料箱体(5)的两个出水口(11)设置在距离顶部同高度处，第一级滤料箱体(5)的顶部所在位置高于第二级滤料箱体(6)的顶部所在位置15～20dm。
6.根据权利要求3所述的一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于，回流出水口(12)通过回流管道(17)与回流储水池(3)连接，靠近回流出水口(12)一侧的回流管道(17)上依次设有回流阀门(14)和回流泵(16)。
7.根据权利要求3所述的一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于，储水池(1)与回流储水池(3)连接的管道上设有1号蠕动泵(2)，回流储水池(3)与第一级滤料箱体(5)连接的管道上设有2号蠕动泵(4)。
说明书
一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统
技术领域
本发明属于污水脱氮除磷领域，更具体地说，涉及一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，农村生活以及畜禽养殖废水的污染问题日益严重。两种类型污水最大的特点是氮磷浓度高。随着废水排放总量的增加，水体中的营养物质浓度不断升高，而氮、磷是引起水体富营养化的主要原因之一。常规的生化处理工艺可以有效降低污水的BOD5和SS，但对污水中同时存在的N，P等营养物只能去除10%-20%。因此，寻找能有效利用于处理农村生活以及畜禽养殖废水且更加稳定、经济、高效的脱氮除磷方法就显得必要而迫切。
目前我国农村生活污水和畜禽养殖废水处理设施普及率很低，一部分设施存在着处理工艺简单、效果不好的问题;一部分虽然污染物去除效果较好，但其投资成本较大、运行费用高或占地面积大。水处理中滤料是生化反应技术的核心，其性能的好坏直接影响污水处理的效率、可靠性和稳定性。已有的报道中某些工业废弃物被广泛应用于污水处理中，例如无烟煤、钢渣、粉煤灰等。近几年水厂、矿业和冶金过程中产生的副产品的综合利用成为研究热点，其中包括脱水铝污泥、酸中和残渣。脱水铝污泥、酸中和残渣分别来自于自来水厂净水过程中的副产物、生产金红石过程中产生的残渣，两者含有丰富的铁和钙，脱水铝污泥以氧化铁和氧化铝为主，从对水体污染物去除方面分析，脱水铝污泥对污水脱氮除磷有较好的效果，酸中和残渣可降低地表水体中溶解性有机物、氮和磷的浓度，二者都有较大的比表面积，对水体中的污染物有一定的吸附能力，同时化学组成稳定无二次污染。单一滤料要想达到较高处理效果必须经过多级处理，若能将二者结合作为滤料应用于农村生活污水和畜禽养殖废水处理技术中，在提供低价高效的反应介质的同时也提供一种新的资源化利用的处理方式。同时，已有的脱氮除磷技术中，利用A2/O法进行污水处理取得良好的脱氮效果。因此，采用两种滤料并结合A2/O法对污水进行处理能大大增加污水的脱氮除磷效果。
中国发明专利，公开号：10743670A，公开日：2015年7月1日，公开了一种采用级配滤料配合下进下出流式污水处理系统及方法。该系统包括储水池和滤料装置，其中，滤料装置中间由隔板隔开，隔板的顶端低于滤料装置的顶部，进水口设置在滤料装置的左侧靠近底部位置，出水口设置在隔板的右边，滤料装置的底部位置上，水嘴设置在隔板的左边，滤料装置的底部位置上;滤料装置内隔板的左边自下而上依次为：承托层、第一级配滤料层和空气;滤料装置内隔板的右边自下而上依次为：承托层、第二级配滤料层和空气;储水池的侧面底部与所述进水口通过管道连接，且该管道上设有蠕动泵，储水池的底部高于滤料装置的顶部。它充分发挥滤料协同作用机制，实现高效去除污水中氮和磷的目的。该专利的不足之处在于，此发明运用两种级配滤料联合脱氮，但是脱氮除磷效率仍然不高。
中国发明专利，授权公告号：CN103395951B，授权公告日：2014.08.13，公开了一种利用酸中和残渣和脱水铝污泥处理含氮废水的系统及方法，属于含氮废水处理领域。该系统包括酸中和残渣装置和脱水铝污泥装置，酸中和残渣装置设置在脱水铝污泥装置的上方，且酸中和残渣装置的底部高于脱水铝污泥装置的顶部，该酸中和残渣装置的底部和该脱水铝污泥装置的底部通过管道连通，该管道上靠近脱水铝污泥装置的位置处设置有阀门;该系统还包括储水池，储水池与所述的酸中和残渣装置上端连通的管道上设置有第一水泵、储水池与脱水铝污泥装置上端连通的管道上设置有第二水泵。本发明利用酸中和残渣和脱水铝污泥作为反应介质，通过构造两级滤池，实施含氮废水的交替运行，实现了氨氮和总氮的高效去除。其不足之处是：在长时间的运行过程中，出现了装置堵塞问题，特别是在脱水铝污泥装置中，从而影响装置的处理效果。
中国发明专利，授权公告号：CN103449682B，授权公告日：2015年1月7日，公开了一种利用工业固体废弃物脱氮除磷的装置及方法，属于污水脱氮除磷领域。该装置包括一级装置和二级装置，一级装置水平设置在二级装置的前部，且一级装置的底部和二级装置的底部通过管道连通，该管道上设置有二号电磁阀和水泵;一级装置内自上而下依次为植物层、一级装置反应滤料和鹅卵石，一级装置反应滤料为脱水铝污泥与轻烧氧化镁的混合物或脱水铝污泥与红砂的混合物;二级装置自上而下依次为二级装置反应滤料和鹅卵石，二级装置反应滤料为酸中和残渣与轻烧氧化镁的混合物或酸中和残渣与红泥球粒的混合物。该装置和方法充分发挥滤料协同作用机制，配以合理的运行工艺，实现了占地面积小、运行费用低，污水中氮磷高效去除的目的。该专利的不足之处是：该发明充分发挥滤料的协同作用机制，但脱氮除磷效率并不高效。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有的酸中和残渣和脱水铝污泥协同作用处理污水时会出现不能高效长时稳定的去除污水中氮和磷的问题，本发明提供了一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统，该系统充分利用了两种滤料与装置错落设计的特点，造成自然的水跌曝气，并结合A2/O法配以回流等合理的运行方式，实现了更加高效的去除污水中氮和磷的目的。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种利用工业废弃物与A2/O法结合脱氮除磷的污水处理系统及方法，包括储水池、多级滤料装置和回流装置;多级滤料装置包括第一级滤料箱体和第二级滤料箱体，回流装置包括回流储水池和回流管道，储水池、回流储水池、第一级滤料箱体依次连接，第一级滤料箱体的出水流入第二级滤料箱体内，第二级滤料箱体的底部设有两个出水口，其中一个与回流储水池连接，利用该系统能够实现高效长时稳定的去除污水中氮和磷。如果想进一步提高氮磷去除效率，可以将设置多个多级滤料装置并联，省去了二次处理。
优选地，第一级滤料箱体自下而上依次为：承托层、第一级滤料层和布水层，第一级滤料层的滤料为酸中和残渣或是酸中和残渣与脱水铝污泥二者的混合;进水口设置在第一级滤料箱体的左侧底部，两个出水口设置在第一级滤料箱体的右侧面上部同高度处，出水口用于将第一级滤料箱体内的污水排放到第二级滤料箱体内。承托层由砾石和鹅卵石组成，用于承载第一级滤料层，构建厌氧处理的环境;第一级滤料箱体整体结构简单紧凑，占地面积小，便于加工生产，推广应用。
优选地，第二级滤料箱体自下而上依次为：承托层、第二级滤料层和布水层，第二级滤料层的滤料为脱水铝污泥或者是酸中和残渣与脱水铝污泥二者的混合;第二级滤料箱体底部分别设有回流出水口和总出水口，回流出水口是为了将经过处理后的污水回流作进一步处理，进一步去除污水中的有机物、氮和磷，总出水口用于排放处理后的污水;与总出水口连接的管道上设有排空阀门，排空阀门用于控制污水从总出水口流出与否。承托层由砾石和鹅卵石组成，用于承载第一级滤料层，构建厌氧处理的环境;第二级滤料箱体与第一级滤料箱体类似，整体结构简单紧凑，占地面积小，便于加工生产，推广应用。
优选地，第一级滤料箱体的顶部所在位置高于第二级滤料箱体的顶部所在位置，且第一级滤料箱体的顶部为封闭式的，第二级滤料箱体顶部为敞开式的;第一级滤料箱体的出水通过两个出水口流入第二级滤料箱体内，跌落曝气，用于好氧处理。
第一级滤料箱体和第二级滤料箱体的大小是完全相同的，因为在第一级滤料箱体和第二级滤料箱体内分别同时进行着氨化、硝化和反硝化反应，脱氮除磷并不是分开进行的，同时这样设置也有利于批量生产第一级滤料箱体和第二级滤料箱体，简化生产制造本发明装置的工序步骤。
优选地，一级滤料箱体的两个出水口设置在距离顶部同高度处，第一级滤料箱体的顶部所在位置高于第二级滤料箱体的顶部所在位置15～20dm。便于第一级滤料箱体的出水通过两个出水口流入第二级滤料箱体内，利用重力作用跌落曝气，不需要使用额外的人工动力，节约能源。
优选地，回流出水口通过回流管道与回流储水池连接，靠近回流出水口一侧的回流管道上依次设有回流阀门和回流泵。回流阀门用于控制污水从回流出水口回流与否，回流泵用于将回流污水泵入回流储水池内。
优选地，储水池与回流储水池连接的管道上设有1号蠕动泵，回流储水池与第一级滤料箱体连接的管道上设有2号蠕动泵。1号蠕动泵用于将储水池内的污水泵入回流储水池内，2号蠕动泵用于将回流储水池内的污水泵入第一级滤料箱体内。
一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统的方法，其步骤为：
A、搭建以上所述的一种结合A2/O法利用工业废弃物为滤料脱氮除磷的污水处理系统;
B、关闭回流阀门和排空阀门;
C、打开1号蠕动泵，设置流量为有效容积的1/2，储水池中含氮磷污水通过1号蠕动泵进入回流储水池，通过2号蠕动泵进入第一级滤料箱体，污水经过承托层进入第一级滤料层进行厌氧处理，第一级滤料层中的滤料，即脱水铝污泥，或者是脱水铝污泥和酸中和残渣的混合物，该滤料中含有丰富的铁和钙，脱水铝污泥以氧化铁和氧化铝为主，在厌氧的环境下，氧化铁和氧化铝分别与污水中的含氮和磷的污染物发生化学反应，变成沉淀，去除污水中的氮和磷;从对水体污染物去除方面分析，脱水铝污泥对污水脱氮除磷有较好的效果，酸中和残渣能够降低水体中溶解性有机物、氮和磷的浓度，二者都有较大的比表面积，对污水中的污染物有一定的吸附能力，同时化学组成稳定无二次污染。
D、随着污水水位不断升高，当水位高度到达第一级滤料箱体的两个出水口时，污水将从两个出水口经水跌曝气后进入第二级滤料箱体中，即进行好氧处理;第一级滤料箱体高于第二级滤料箱体，从第一级滤料箱体中流出的污水因两箱体的高度差造成自然的水跌曝气，水流夹带布水层进入第二级滤料箱体，增强了反硝化作用，提高了脱氮的效果;从出水口跌入第二级滤料箱体的过程中夹带了空气，有利于营造第二级滤料箱体中的好氧环境，进而有利于发生硝化与反硝化作用。
E、污水进入第二级滤料层进行厌氧处理;第二级滤料层中的滤料，即酸中和残渣，或者是脱水铝污泥和酸中和残渣的混合物，该滤料中含有丰富的铁和钙，脱水铝污泥以氧化铁和氧化铝为主，在厌氧的环境下，酸中和残渣能够降低水体中溶解性有机物、氮和磷的浓度，氧化铁和氧化铝分别与污水中的含氮和磷的污染物发生化学反应，变成沉淀，去除污水中的氮和磷;从对水体污染物去除方面分析，脱水铝污泥对污水脱氮除磷有较好的效果，酸中和残渣能够降低水体中溶解性有机物、氮和磷的浓度，二者都有较大的比表面积，对污水中的污染物有一定的吸附能力，同时化学组成稳定无二次污染。
F、污水从第二级滤料层流入承托层，打开回流阀门，污水从回流出水口流经回流泵流入回流储水池;待回流污水进入回流储水池后，打开排空阀门;
G、储水池中含氮磷污水通过1号蠕动泵进入回流储水池内，与回流储水池中的回流污水混合，通过2号蠕动泵进入第一级滤料箱体内，经承托层进入第一级滤料层对混合后的污水进进行厌氧处理，第一级滤料层内的滤料进一步去除污水中的氮和磷;即，有效容积的1/2含氮磷污水经1号蠕动泵流进储水池，与有效容积的1/2回流污水混合后一同流进第一级滤料箱体，经承托层进入第一级滤料层处理;由于本装置运行过程中有回流的步骤，设置进水流量为有效容积的1/2，回流污水也为有效容积1/2，这样以保证装置内污水总量不超过有效容积。
H、随着混合污水水位不断升高，当水位高度到达第一级滤料箱体两个出水口时，重复进行步骤D和E;分别进行好氧处理和厌氧处理，进一步去除污水中的有机物、氮和磷;经过处理后的污水一部分从回流出水口流经回流泵流入回流储水池内，另一部分从总出水口经排空阀门流出;
I、重复步骤C-H，该污水处理系统中水流处于动态过程，对污水进行循环处理。采用回流污水与原污水同时进水的方式，充分利用了原水中的碳源，提高了反硝化效果;
单一滤料要想达到较高处理效果必须经过多级处理，若能将二者结合作为滤料应用于农村生活污水和畜禽养殖废水处理技术中，在提供低价高效的反应介质的同时也提供一种新的资源化利用的处理方式，同时，已有的脱氮除磷技术中，利用A2/O法进行污水处理取得良好的脱氮效果。因此，采用两种滤料并结合A2/O法对污水进行处理能大大增加污水的脱氮除磷效果。所选材料成本低廉、效果显著，尤其适合农村生活污水和畜禽养殖废水处理，具有较大的市场前景和推广应用价值。
优选地，储水池布入第一级滤料箱体中的含氮磷污水水力负荷范围为0.4～1.0m3·m-2·d-1。
优选地，循环的次数是根据原污水的污染程度决定的，原污水中的COD在200～300mg/L内，循环1～3次;COD在300～500mg/L范围内，循环2～4次;COD在500～1000mg/L范围内，循环3～6次。这样设置是为了充分去除污水中的有机物、氮和磷。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明中滤料为酸中和残渣和脱水铝污泥，第一级滤料层为酸中和残渣或是二者混合，所述的第二级滤料层为脱水铝污泥或是二者混合，储水池中含氮磷污水通过蠕动泵与回流污水混合后从进水口进入第一级滤料箱体，配合特定的水流运行方式流经第二级滤料箱体，能够充分发挥其脱氮除磷的能力，使污水中氮和磷两种营养物质的去除效果得到进一步提升，整体的协同运行能达到远大于单一滤料运行所带来的技术效果;
(2)本发明的滤料中含有丰富的铁和钙，在厌氧的环境下，氧化铁和氧化铝分别与污水中的含氮和磷的污染物发生化学反应，变成沉淀，去除污水中的氮和磷;从对水体污染物去除方面分析，脱水铝污泥对污水脱氮除磷有较好的效果，酸中和残渣能够降低水体中溶解性有机物、氮和磷的浓度，二者都有较大的比表面积，对污水中的污染物有一定的吸附能力，同时化学组成稳定无二次污染;
(3)本发明滤料装置包括第一级滤料箱体与第二级滤料箱体，第一级滤料箱体高于第二级滤料箱体，从第一级滤料箱体中流出的污水因两箱体的高度差造成自然的水跌曝气，水流夹带布水层进入第二级滤料箱体，增强了反硝化作用，提高了脱氮的效果;
(4)本发明的第一级滤料箱体的两个出水口设置在距离顶部1dm同高度处，第一级滤料箱体的顶部所在位置高于第二级滤料箱体的顶部所在位置15～20dm，便于第一级滤料箱体的出水通过两个出水口流入第二级滤料箱体内，利用重力作用跌落曝气，不需要使用额外的人工动力，节约能源;
(5)本发明由第二级滤料箱体回流的污水与原污水混合后一同进入第一级滤料箱体的过程中，采用回流污水与原污水同时进水的方式，增大反应接触面积并能充分利用原水中的碳源，提高了反硝化效果;
(6)单一滤料要想达到较高处理效果必须经过多级处理，将二者结合作为滤料应用于农村生活污水和畜禽养殖废水处理技术中，在提供低价高效的反应介质的同时也提供一种新的资源化利用的处理方式，同时，利用A2/O法进行污水处理取得良好的脱氮效果;因此，采用两种滤料并结合A2/O法对污水进行处理能大大增加污水的脱氮除磷效果。所选材料成本低廉、效果显著，尤其适合农村生活污水和畜禽养殖废水处理，具有较大的市场前景和推广应用价值;
(7)本发明的承托层由砾石和鹅卵石组成，用于承载第一级滤料层和第二级滤料层，构建厌氧处理的环境;第一级滤料箱体同第二级滤料箱体类似，整体结构简单紧凑，占地面积小，便于加工生产，推广应用;
(8)本发明的第一级滤料箱体和第二级滤料箱体的大小是完全相同的，因为在第一级滤料箱体和第二级滤料箱体内分别同时进行着氨化、硝化和反硝化反应，脱氮除磷并不是分开进行的，同时这样设置也有利于批量生产第一级滤料箱体和第二级滤料箱体，简化生产制造本发明装置的工序步骤，便于加工生产。
