CN1369440A - 一种沸石滤料曝气生物滤池处理污水的方法及沸石滤料 - Google Patents

一种沸石滤料曝气生物滤池处理污水的方法及沸石滤料 Download PDF

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Abstract

一种沸石滤料曝气生物滤池处理生活污水的方法及沸石滤料,涉及低浓度生活污水回用及生活污水深度处理技术。本发明的特征是污水处理工艺中生活污水的COD为40~120mg/L,氨氮为10~40mg/L时,水气比为1∶1~1∶3,滤料高度在2~4m,水力负荷为2~5m/h;气水联合反冲洗工艺气冲洗强度12~18L/m2s,水冲洗强度为8~12L/m2s,水漂洗强度为8~12L/m2s。本方法中用的沸石滤料粒径为3~6mm,密度为1900~2200kg/m3,硬度为莫氏硬度3~5,氨离子交换容量为3~6kg/m3。本方法去除悬浮物、COD和氨氮的效果好,抗氨氮冲击负荷能力强,投资和运行费用低。

Description

一种沸石滤料曝气生物滤池处理污水的方法及沸石滤料
技术领域
本发明涉及一种低浓度生活污水回用处理及生活污水深度处理技术,尤其涉及一种沸石滤料曝气生物滤池处理污水的方法及沸石滤料。
背景技术
低浓度生活污水的回用处理目前缺乏适合的方法。若采用活性污泥法和生物接触氧化法等生物处理工艺,由于有机物负荷低使处理效率较低,且还需要二沉池沉淀,因此处理成本较高,另外除氨氮效果差,出水难以达到污水回用作为循环冷却水水质标准的要求。如果采用混凝、沉淀、过滤等物化工艺,无法去除氨氮,产生的污泥量且不容易处理,运行成本很高。
城市污水深度处理中目前采用的技术普遍存在占地面积大,处理负荷低等缺点。而且,城市生活污水中氨氮的浓度波动较大,据统计,氨氮浓度最大负荷每天只有2~3小时,为了解决这短时间内的冲击负荷需要增大设计裕量,不仅增加了设备体积和占地面积,而且易造成设备不能在最佳工况下运行,影响处理效果。
曝气生物滤池(BAF)是80年代末和90年代初兴起的污水处理工艺,最初用作三级处理,后发展成直接用于二级处理。它使用粗糙多孔的粒状滤料,滤料表面生长有生物膜,池底提供曝气,污水流过滤床时,污染物首先被过滤和吸附,进而被滤料表面的微生物氧化分解。其最大特点是集生物氧化和截留悬浮物于一体,节省了后续沉淀池,具有容积负荷大,水力停留时间短,基建投资少,出水水质高等优点。
滤料对BAF的一次性投资、运行成本和正常操作影响很大,选择时主要考虑比表面积、机械强度、密度、物理化学稳定性、粒径及形状、孔隙率以及挂膜特性等。另外,价格低廉、来源广泛也是需要考虑的重要因素。目前应用最广泛的是球形粘土陶粒和不规则的页岩陶粒。
沸石(Zeolite)是一种分布广泛且开采量很高的天然离子交换物质。天然沸石中产量最大的是斜发沸石(Clinoptilolite),它具有孔隙度高、比表面积大的特点,另外它对氨氮具有很强的选择性离子交换能力,常用于污水脱除氨氮的化学处理,但在国内目前还没有以它作为曝气生物滤池滤料来处理污水的报道。
国外类似的技术有以下几种:
(1)日本的Tsuno等人于1994年采用沸石作为生物滤池的滤料进行了试验,他发现氨氮的吸附和生物硝化同时发生,当氨氮的负荷超过硝化作用所能去除的负荷时,氨氮的吸附就会受到抑制,但当滤料上的硝化菌得到充分生长后会将吸附后释放出来的氨氮硝化,这时沸石的离子交换容量得到再生(Tsuno,Hiroshi Nishimura,Fumitake et.al.Removal ofammonium nitrogen in bio-zeolite reactor.In:Proceedings of the Japan Society ofCivil Engineers.Japan Soc of Civil Engineers,1994.159-166)但作者只采用了一般的生物滤池,未采用曝气生物滤池,故去除氨氮负荷能力有限。(2)德国的Oldenburg,Martin和Sekoulov,Ivan.于1995年发表了将沸石和其它滤料混合起来作为曝气生物滤池滤料,利用沸石的离子交换作用来去除污水中氨氮冲击负荷的试验结果。发现当进水中氨氮浓度较高时,沸石可富集氨氮;当进水氨氮浓度降低时,氨氮从沸石中解吸出来,被其它滤料上的硝化细菌通过硝化作用而去除(Oldenburg,Martin,Sekoulov,Ivan.Multipurpose filterswith ion-exchanger for the equalization of ammonia peaks.Water Science andTechnology,1995,32(7):199-206)。这一技术利用了两种滤料,势必产生滤料由于密度和粒径不同造成的反洗分层问题,另外未充分利用沸石的离子交换能力。(3)挪威的Gisvold,B.等人于1999年发表了使用含有沸石粉的膨胀陶粒作为硝化滤池滤料(Filtralite ZL)来去除氨氮冲击负荷的试验结果。这种滤池利用硝化和吸附的共同作用来去除生活污水中的氨氮,滤池通过生物作用不断得到再生,运行十个月后性能仍然没有降低(Gisvold,B.,Odegaard,H.,Follesdal,M..Enhanced removal of ammonium by combined nitrification/adsorptionin expanded clay aggregate filters.Water Science and Technology,1999,41(4):409-416)。这一技术的缺点是含有沸石粉的膨胀陶粒需要高温灼烧,增加了成本。(4)以色列的Lahav,O.和Green,M..于2000年发表了以沸石作为曝气生物滤池的滤料用于生活污水的一级处理和二级处理的试验结果。采用的工艺为:废水先通过沸石过滤直到氨氮泄漏,然后停止过滤,用硝化菌对沸石进行生物再生,再开始下个周期的过滤(Lahav,O.,Green,M..Ammonium removal from primary and secondary effluents using a bioregeneratedion-exchange process.Water Science and Technology,2000,42(1):179-185)。这一方法的缺点是运行一段时间后要停下来专门再生,减少了设备的有效利用时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗氨氮冲击负荷能力强、设备投资和运行费用低的沸石滤料曝气生物滤池处理污水的方法及沸石滤料。
为实现上述目的,本发明提出的一种沸石滤料曝气生物滤池处理污水的方法,含有污水处理工艺和气水联合反冲洗工艺,其特征在于:所述污水处理工艺中污水的化学需氧量COD为(40~120)mg/L,氨氮为(10~40)mg/L时,水气比为1∶1~1∶3,滤料高度在2~4m,水力负荷为(2~5)m/h;所述气水联合反冲洗工艺第一阶段气冲洗强度(12~18)L/m2s,第二阶段气冲洗强度(12~18)L/m2s,水冲洗强度为(8~12)L/m2s,第三阶段水漂洗强度为(8~12)L/m2s。
本方法中采用的一种沸石滤料曝气生物滤池处理污水方法用的沸石滤料,其特征在于:该方法所述的沸石滤料粒径为(3~6)mm,密度为(1900~2200)kg/m3,硬度为莫氏硬度3~5,氨离子交换容量为(3~6)kg/m3;所述的沸石滤料为天然斜发沸石。
利用本发明提出的一种沸石滤料曝气生物滤池处理污水的方法及沸石滤料处理低浓度生活污水经沉淀去除大部分悬浮物后,即可直接进入设备,出水经过消毒后即可回用,不需要二次沉淀;用于生活污水深度处理时,二级出水可直接进入设备去除剩余的COD和NH4 +-N。本方法容易挂膜,去除悬浮物、COD和氨氮的效果好,抗氨氮冲击负荷能力强,可减小滤池体积,降低滤池造价,使设备运行在最优工况,设备投资和运行费用低。另外,使用沸石经济性较好,且沸石滤料加工方便,货源充足,有利于保护环境。
附图说明
图1为本发明采用的一种沸石滤料曝气生物滤池结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明涉及的一种沸石滤料曝气生物滤池处理污水的方法及沸石滤料。
本发明所采用的上向流曝气生物滤池主要由多孔板进水分配装置6、承托层7、沸石滤料层1、工艺曝气装置2、反冲洗空气分配装置3组成。运行时污水从进水口11进入,通过进水分配装置3,穿过承托层7,经过沸石滤料层1去除悬浮物、COD、BOD5和氨氮后,从出水口8排出,同时压缩空气由4进入,通过2曝气,为微生物生长提供氧气;反洗时压缩空气从空气入口5进入,清水从反洗进水口10进入,反洗水由排水口9排出。设备为连续运行,当滤池水头损失达到一定高度后(一般为1.5m左右)用压缩空气和出水联合进行反冲洗,反冲洗出水澄清后即可投入运行。本工艺还可采用下向流运行方式。
本发明以天然斜发沸石作为曝气生物滤池滤料,天然沸石表面粗糙多孔,有很多直径为20~30m的不规则小孔,大于细菌的尺寸,同时表面带有正电荷,与细菌的电荷相反,利于细菌附着,因此沸石滤料BAF具有过滤、生物吸附和生物氧化功能,能去除悬浮物、化学需氧量COD、生化需氧量BOD5和氨氮等污染物。但因为斜发沸石对氨氮具有很强的选择***换能力(对常见离子的选择交换顺序为:K+>NH4 +>Na+>Ca2+>Fe3+>Al3+>Mg2+>Li+),因此当进水中氨氮浓度较高时,沸石可富集氨氮,当进水氨氮浓度降低时,氨氮可被Na+等阳离子从沸石中交换出来,被滤料上的硝化细菌通过硝化作用去除,因此沸石滤料BAF具有很强的抗氨氮冲击负荷的能力,这是沸石床BAF所独有的特点。
本发明选用的天然斜发沸石滤料有效粒径为(3~6)mm,密度为(1900~2200)kg/m3,硬度为莫氏硬度3~5,氨离子交换容量为(3~6)kg/m3。根据进水COD与NH4 +-N的浓度和出水水质要求确定滤料的粒径和填装高度,滤料填装高度为2~4m。低浓度生活污水经初步沉淀去除大部分悬浮物后,就可直接进入设备,出水经过消毒后即可回用,不需要二次沉淀;二级出水可直接进入设备去除剩余的COD和NH4 +-N。
本工艺方法可达到以下技术效果:
(1)去除悬浮物、COD和氨氮的效果好。沸石滤料曝气生物滤池处理低浓度生活污水时,异养区和硝化区分离,异养菌对硝化细菌抑制作用不明显。另外,挂膜后的沸石滤料具有很好的过滤作用,因此在一台沸石滤料曝气生物滤池中,可同时去除悬浮物、COD和氨氮,出水水质可以达到生活杂用水或污水回用作为电厂循环冷却水中有关悬浮物、COD、BOD5和氨氮的水质标准。当进水中悬浮物为10~30mg/L,COD为80~120mg/L,氨氮为7~15mg/L时,水气比为1∶2~1∶3,滤料高度在3m,水力负荷为2m/h~4m/h,悬浮物去除率约为90%左右,COD去除率约为80%左右,氨氮的去除率为80~90%。
(2)抗氨氮冲击负荷能力强。这样可减小滤池的体积,降低滤池的造价,使设备运行在最优工况。滤速4m/h,停留时间为40min,进水氨氮浓度由10mg/L提高至20mg/L维持2小时,出口氨氮浓度最大不超过3mg/L。
(3)容易挂膜。由于天然斜发沸石是一种粗糙多孔的粒状滤料,并且具有很大的比表面积,且表面带正电荷,孔隙直径大于细菌尺寸,因此利于微生物附着,挂膜容易,且反洗时生物膜不易脱落。温度20~30℃时采用接种挂膜,10天左右异养菌挂膜成熟,20天左右硝化菌挂膜成熟。
(4)设备投资和运行费用低。沸石滤料价格约为300元/m3,而粘土陶粒的价格约为1200元/m3左右,沸石的价格仅为陶粒的1/4左右,因此使用沸石经济性较好,且沸石滤料加工方便,货源充足,有利于保护环境。
实施例1:
低浓度生活污水的处理:选择粒径为4~6mm,密度为(1900~2100)kg/m3,硬度为莫氏硬度4~5,氨离子交换容量为(3~4)kg/m3。污水中COD为(80~120)mg/L,氨氮为(10~15)mg/L时,水气比为1∶2~1∶3,滤料高度在(2~3)m,水力负荷为(2~4)m/h;本工艺采用气水联合反冲洗方式,第一阶段气冲洗强度(15~18)L/(m2s),冲洗时间(3~7)min;第二阶段气冲洗强度(15~18)L/(m2s)、水冲洗强度为(10~12)L/(m2s),冲洗时间(10~15)min;第三阶段水漂洗强度为(10~12)L/(m2s),时间(5~10)min。悬浮物去除率约为90%左右,COD去除率约为80%左右,氨氮的去除率为80~90%。
实施例2:
生活污水的深度处理:选择粒径为(3~4)mm,密度为(2000~2200)kg/m3,硬度为莫氏硬度3~4,氨离子交换容量为(5~6)kg/m3。污水中COD为(40~90)mg/L,氨氮为(15~40)mg/L时,水气比为1∶1~1∶2,水力负荷为(4~6)m/h,滤料高度在(2~4)m。本工艺采用气水联合反冲洗方式,第一阶段气冲洗强度(12~15)L/(m2s),冲洗时间(3~7)min;第二阶段气冲洗强度(12~15)L/(m2s)、水冲洗强度为(8~10)L/(m2s),冲洗时间(10~20)min;第三阶段水漂洗强度为(8~10)L/(m2s),时间(5~10)min。悬浮物去除率约为90%左右,COD去除率约为70~80%左右,氨氮的去除率为90%。

Claims (3)

1、一种沸石滤料曝气生物滤池处理污水的方法,含有污水处理工艺和气水联合反冲洗工艺,其特征在于:所述污水处理工艺中污水的化学需氧量COD为(40~120)mg/L,氨氮为(10~40)mg/L时,水气比为1∶1~1∶3,滤料高度在2~4m,水力负荷为(2~5)m/h;所述气水联合反冲洗工艺第一阶段气冲洗强度(12~18)L/m2s,第二阶段气冲洗强度(12~18)L/m2s,水冲洗强度为(8~12)L/m2s,第三阶段水漂洗强度为(8~12)L/m2s。
2、一种采用如权利要求1所述的沸石滤料曝气生物滤池处理污水方法用的沸石滤料,其特征在于:该方法所述的沸石滤料粒径为(3~6)mm,密度为(1900~2200)kg/m3,硬度为莫氏硬度3~5,氨离子交换容量为(3~6)kg/m3
3、按照权利要求2所述的沸石滤料,其特征在于:所述的沸石滤料为天然斜发沸石。
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