專利名稱：多介質(zhì)過濾生物脫氮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及通過過濾介質(zhì)過濾方式對廢水中硝態(tài)氮加以去除，替代傳統(tǒng)活性污泥生物脫氮工藝，用于城市污水的二次深度脫氮和含硝態(tài)氮的工業(yè)廢水及飲用水。
背景技術(shù)：
盡管國內(nèi)外開發(fā)了各種生物處理工藝以提高污水脫氮效果，使硝態(tài)氮被最終還原為氮氣排放，但是無論是原有污水處理廠升級改造還是新建多功能污水處理廠，在實現(xiàn)同一處理目標(biāo)情況下，基建投資和運行成本都高出本實用新型裝置。此外，由于硝態(tài)氮的分子量比較小，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的混凝技術(shù)也無濟于事。在傳統(tǒng)飲用水處理中，離子交換，生物脫氮，反滲透脫鹽或電滲析是當(dāng)前可被采用的去除硝態(tài)氮的方法，雖然從技術(shù)上說是有效的，但投資和運行費用要高出本實用新型裝置幾十倍。
利用果殼這類過濾介質(zhì)本身與污水接觸過程中釋放溶解性化學(xué)需氧量SCOD，為反硝化反應(yīng)提供電子供體，從而替代傳統(tǒng)的外投碳源，減少運行費用，簡化操作過程，降低投資費用；同時果殼濾料即作為反硝化菌生長的載體實現(xiàn)脫氮過程，又可起到截留懸浮物的作用，而且失效的過濾介質(zhì)可以被用于其他行業(yè)，因此，多介質(zhì)過濾生物脫氮工藝及其裝置是一種很有前景的城市污水生物脫氮工藝，這種廢物利用的理念和措施對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。
其反應(yīng)方程式可以表示為 實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有生物脫氮技術(shù)存在以下問題，開發(fā)出一種多介質(zhì)過濾生物脫氮工藝及其裝置。現(xiàn)有城市污水生物脫氮工藝需要投加大量的外加碳源主要是甲醇，同時必須存在活性污泥才能完成硝態(tài)氮的反硝化過程，不僅增加基建投資和運行成本，而且提高了污泥產(chǎn)量從而增加污泥處理費用。
本實用新型是對有關(guān)無需活性污泥和碳源就可實現(xiàn)硝態(tài)氮生物反硝化問題的革新。本實用新型將果殼這類植物體作為過濾介質(zhì)，利用過濾介質(zhì)自身的特點，充分發(fā)揮過濾介質(zhì)與污水接觸過程中釋放溶解性SCOD，同時又作為反硝化菌生長載體的優(yōu)點。本實用新型將介質(zhì)過濾與生物脫氮兩種方法集成在一起實現(xiàn)硝態(tài)氮的生物脫氮過程。該裝置可以根據(jù)在線傳感器的在線監(jiān)測，通過PLC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水力停留時間HRT，即使進(jìn)水濃度變化也能實現(xiàn)硝態(tài)氮的高效、快速脫除。
本實用新型提供了一種多介質(zhì)過濾生物脫氮裝置，其特征在于，該裝置主要包括四大組成部分，由進(jìn)水泵1、進(jìn)水閥門2和出水閥門6組成的進(jìn)出水系統(tǒng)，含有上層濾料3、中層濾料4和下層濾料5的過濾器，由反沖洗泵7、反沖洗進(jìn)水閥門8和反沖洗出水閥門9組成的反沖洗系統(tǒng)，包含有pH、ORP和溫度傳感器10和與傳感器10相連的PLC控制柜12的PLC控制系統(tǒng)；進(jìn)水系統(tǒng)的進(jìn)水泵1與進(jìn)水閥門2相連，連接進(jìn)水閥門2的管路進(jìn)入過濾器11，過濾介質(zhì)上層濾料3、中層濾料4、下層濾料5粒徑級配沿進(jìn)水水流方向逐級減小，出水閥門6與過濾器11下端相連；反沖洗系統(tǒng)的反沖洗泵7與反沖洗進(jìn)水閥門8相連，由管路連接反沖洗進(jìn)水閥門8與過濾器11下端相連，反沖洗出水閥門9與過濾器11上端相連；在過濾器11上端的固定支架上安裝在線傳感器pH，氧化還原電位ORP，T在線傳感器10置于過濾器11內(nèi)部，與被處理水接觸。
本實用新型采用的一種多介質(zhì)過濾生物脫氮工藝，包括以下步驟1、上層濾料3、中層濾料4和下層濾料5經(jīng)過加水-排放-加水-排放循環(huán)交替20-30天直到過濾介質(zhì)出水SCOD達(dá)到穩(wěn)定值＜100mg/L后投入過濾器11；2、打開進(jìn)水泵1，進(jìn)水閥門2和出水閥門6，關(guān)閉反沖洗泵7、反沖洗進(jìn)水閥門8和反沖洗出水閥門9，過濾被處理水，根據(jù)PLC控制程序調(diào)節(jié)水力停留時間，即PLC控制系統(tǒng)采用溫度T，氧化還原電位ORP和pH值在線傳感器10的指示值作為出水硝態(tài)氮含量接近于0的控制信號；當(dāng)進(jìn)水溫度高于控制系統(tǒng)設(shè)定溫度20-22℃時降低水力停留時間HRT，反之，增加HRT；當(dāng)氧化還原電位ORP值高于設(shè)定范圍85-95mv時，增加HRT，反之，降低HRT；當(dāng)進(jìn)出水pH值變化范圍超過設(shè)定值0.3-0.4時，降低HRT，反之，增加HRT；3、當(dāng)進(jìn)出水pH值處于穩(wěn)定值時，關(guān)閉進(jìn)水泵1，進(jìn)水閥門2和出水閥門6，打開反沖洗泵7、反沖洗進(jìn)水閥門8和反沖洗出水閥門9進(jìn)行反沖洗，根據(jù)PLC控制柜12表盤上在線傳感器指示值調(diào)節(jié)反沖洗泵7的流量，反沖洗歷時2-3小時；4、該系統(tǒng)以后依次重復(fù)2、3步驟。
采用多個相同多介質(zhì)過濾脫氮裝置并聯(lián)，但是共同使用同一PLC控制系統(tǒng)。
與現(xiàn)有的活性污泥法生物脫氮相比，具有如下優(yōu)點(1)無需活性污泥和碳源就可實現(xiàn)硝態(tài)氮生物反硝化，減小容積和占地面積，簡化操作過程，降低投資和運行成本；(2)在運行過程中無需人工操作和能源消耗，不產(chǎn)生二次污染；(3)根據(jù)在線傳感器監(jiān)測，通過PLC控制系統(tǒng)可實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)水力停留時間HRT；(4)出水懸浮物濃度低。
本實用新型用于城市污水的二次深度脫氮和含硝態(tài)氮的工業(yè)廢水及飲用水。
本實用新型的有益效果是，無需活性污泥和碳源就可實現(xiàn)硝態(tài)氮生物反硝化，減小容積和占地面積，簡化操作過程，降低投資和運行成本；在運行過程中無需人工操作和能源消耗，更換的果殼濾料可加工成活性炭，不產(chǎn)生二次污染，無任何浪費。


圖1是本實用新型裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
1進(jìn)水泵；2進(jìn)水閥；3上層濾料；4中層濾料；5下層濾料；6出水閥；7反沖洗泵；8反沖洗水進(jìn)水閥；9反沖洗水出水閥；10在線傳感器；11過濾器；12 PLC控制柜具體實施方式

本實用新型的具體操作步驟在實用新型內(nèi)容已經(jīng)有詳述，該處不再贅述。
實施例1以某實驗室由自來水和硝酸鹽、自來水和亞硝酸鹽分別配成的硝酸鹽和亞硝酸鹽溶液作為原水，所選用的過濾介質(zhì)為天然果殼杏殼粒徑2～4cm。上、下層過濾介質(zhì)所選用的石英砂濾料粒徑分別為3-6cm，0.5-1cm，。進(jìn)水方式為下向流。所選用的過濾裝置是一個圓柱形有機玻璃反應(yīng)器，反應(yīng)器直徑19cm，高38cm，反應(yīng)器底部石英砂厚度為5cm，核桃殼的厚度為18cm，反應(yīng)器上部石英砂厚度為5cm，進(jìn)行反硝化試驗的有效容積為7.9L。在線傳感器固定支架距反應(yīng)器頂部10cm，試驗所處溫度范圍為20-22℃。試驗考察了硝酸鹽和亞硝酸鹽溶液，兩種溶液的試驗濃度分別為15-22mg/L和25mg/L-30mg/L。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在與傳統(tǒng)活性污泥工藝同樣水力停留時間HRT9小時的條件下，在兩種進(jìn)水濃度條件下，硝態(tài)氮的去除率均提高約50％，SS的去除率均提高55-60％，100％節(jié)省曝氣能耗，省去曝氣設(shè)備和外碳源投加的費用，不產(chǎn)生二次污染，一個正常過濾運行時間長達(dá)1個月，反沖洗歷時2小時即可回復(fù)正常過濾過程。
實施例2以某工廠工業(yè)廢水處理站高硝態(tài)氮廢水作為原水，所選用的過濾介質(zhì)為天然核桃殼粒徑1～2cm；上、下層過濾介質(zhì)所選用的石英砂濾料粒徑分別為3-6cm，0.5-1cm。進(jìn)水方式為下向流。試驗選用的連續(xù)流反應(yīng)器是一個矩形敞口的反應(yīng)器，反應(yīng)器長93cm，寬20cm，反應(yīng)器底部石英砂厚度為3cm，核桃殼的厚度為13cm，反應(yīng)器上部石英砂厚度為2cm厚，連續(xù)流反應(yīng)器的有效容積為33.5L。試驗考察了硝酸鹽溶液濃度分別為30mg/L-35mg/L和50-52mg/L。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在與傳統(tǒng)活性污泥工藝同樣水力停留時間9小時條件下，硝態(tài)氮的去除率均提高43-47.5％，出水SS提高42-46％，省去曝氣設(shè)備，省去大規(guī)模的活性污泥處理裝置和外碳源投加的費用，無需污泥處理設(shè)備，無需人工操作，不產(chǎn)生二次污染。正常過濾過程長達(dá)3個月，反沖洗歷時3小時回復(fù)正常過濾，與傳統(tǒng)的石英砂過濾器相比正常過濾時間僅幾天，甚至幾小時，反沖洗頻率大大降低。
權(quán)利要求1.一種多介質(zhì)過濾生物脫氮裝置，其特征在于，該裝置主要包括四大組成部分，由進(jìn)水泵(1)、進(jìn)水閥門(2)和出水閥門(6)組成的進(jìn)出水系統(tǒng)，含有上層濾料(3)、中層濾料(4)和下層濾料(5)的過濾器，由反沖洗泵(7)、反沖洗進(jìn)水閥門(8)和反沖洗出水閥門(9)組成的反沖洗系統(tǒng)，包含有pH、ORP和溫度傳感器(10)和與傳感器(10)相連的PLC控制柜(12)的PLC控制系統(tǒng)；進(jìn)水系統(tǒng)的進(jìn)水泵(1)與進(jìn)水閥門(2)相連，連接進(jìn)水閥門(2)的管路進(jìn)入過濾器(11)，過濾介質(zhì)上層濾料(3)、中層濾料(4)、下層濾料(5)粒徑級配沿進(jìn)水水流方向逐級減小，出水閥門(6)與過濾器(11)下端相連；反沖洗系統(tǒng)的反沖洗泵(7)與反沖洗進(jìn)水閥門(8)相連，由管路連接反沖洗進(jìn)水閥門(8)與過濾器(11)下端相連，反沖洗出水閥門(9)與過濾器(11)上端相連；在過濾器(11)上端的固定支架上安裝在線傳感器pH，氧化還原電位ORP，T在線傳感器(10)置于過濾器(11)內(nèi)部，與被處理水接觸。
專利摘要本實用新型屬污水處理領(lǐng)域?，F(xiàn)有污水脫氮裝置基建投資和運行成本都高出本裝置。該裝置包括進(jìn)出水系統(tǒng)，含有上層濾料(3)、中層濾料(4)和下層濾料(5)的過濾器，反沖洗系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)；進(jìn)水泵(1)連接過濾器(11)，過濾介質(zhì)上層濾料(3)、中層濾料(4)、下層濾料(5)粒徑級配沿進(jìn)水水流方向逐級減小，出水閥門(6)與過濾器(11)下端相連；反沖洗泵(7)與過濾器(11)下端相連，反沖洗出水閥門(9)與過濾器(11)上端相連；傳感器(10)置于過濾器(11)內(nèi)部，與被處理水接觸。本實用新型無需活性污泥和碳源就可實現(xiàn)硝態(tài)氮生物反硝化，減小容積和占地面積，簡化操作過程，降低投資和運行成本；不產(chǎn)生二次污染。
文檔編號C02F3/00GK2910915SQ200620001680
公開日2007年6月13日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者彭永臻, 王曉蓮 申請人:北京工業(yè)大學(xué)