專利名稱：一種沸石濾料曝氣生物濾池處理污水的方法及沸石濾料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低濃度生活污水回用處理及生活污水深度處理技術(shù)，尤其涉及一種沸石濾料曝氣生物濾池處理污水的方法及沸石濾料。
城市污水深度處理中目前采用的技術(shù)普遍存在占地面積大，處理負(fù)荷低等缺點(diǎn)。而且，城市生活污水中氨氮的濃度波動(dòng)較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，氨氮濃度最大負(fù)荷每天只有2～3小時(shí)，為了解決這短時(shí)間內(nèi)的沖擊負(fù)荷需要增大設(shè)計(jì)裕量，不僅增加了設(shè)備體積和占地面積，而且易造成設(shè)備不能在最佳工況下運(yùn)行，影響處理效果。
曝氣生物濾池(BAF)是80年代末和90年代初興起的污水處理工藝，最初用作三級(jí)處理，后發(fā)展成直接用于二級(jí)處理。它使用粗糙多孔的粒狀濾料，濾料表面生長(zhǎng)有生物膜，池底提供曝氣，污水流過(guò)濾床時(shí)，污染物首先被過(guò)濾和吸附，進(jìn)而被濾料表面的微生物氧化分解。其最大特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮物于一體，節(jié)省了后續(xù)沉淀池，具有容積負(fù)荷大，水力停留時(shí)間短，基建投資少，出水水質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)。
濾料對(duì)BAF的一次性投資、運(yùn)行成本和正常操作影響很大，選擇時(shí)主要考慮比表面積、機(jī)械強(qiáng)度、密度、物理化學(xué)穩(wěn)定性、粒徑及形狀、孔隙率以及掛膜特性等。另外，價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛也是需要考慮的重要因素。目前應(yīng)用最廣泛的是球形粘土陶粒和不規(guī)則的頁(yè)巖陶粒。
沸石(Zeolite)是一種分布廣泛且開(kāi)采量很高的天然離子交換物質(zhì)。天然沸石中產(chǎn)量最大的是斜發(fā)沸石(Clinoptilolite)，它具有孔隙度高、比表面積大的特點(diǎn)，另外它對(duì)氨氮具有很強(qiáng)的選擇性離子交換能力，常用于污水脫除氨氮的化學(xué)處理，但在國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有以它作為曝氣生物濾池濾料來(lái)處理污水的報(bào)道。
國(guó)外類似的技術(shù)有以下幾種(1)日本的Tsuno等人于1994年采用沸石作為生物濾池的濾料進(jìn)行了試驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)氨氮的吸附和生物硝化同時(shí)發(fā)生，當(dāng)氨氮的負(fù)荷超過(guò)硝化作用所能去除的負(fù)荷時(shí)，氨氮的吸附就會(huì)受到抑制，但當(dāng)濾料上的硝化菌得到充分生長(zhǎng)后會(huì)將吸附后釋放出來(lái)的氨氮硝化，這時(shí)沸石的離子交換容量得到再生(Tsuno，Hiroshi Nishimura，F(xiàn)umitake et.al.Removal ofammonium nitrogen in bio-zeolite reactor.InProceedings 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濾池，未采用曝氣生物濾池，故去除氨氮負(fù)荷能力有限。(2)德國(guó)的Oldenburg，Martin和Sekoulov，Ivan.于1995年發(fā)表了將沸石和其它濾料混合起來(lái)作為曝氣生物濾池濾料，利用沸石的離子交換作用來(lái)去除污水中氨氮沖擊負(fù)荷的試驗(yàn)結(jié)果。發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水中氨氮濃度較高時(shí)，沸石可富集氨氮；當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度降低時(shí)，氨氮從沸石中解吸出來(lái)，被其它濾料上的硝化細(xì)菌通過(guò)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)。這一技術(shù)利用了兩種濾料，勢(shì)必產(chǎn)生濾料由于密度和粒徑不同造成的反洗分層問(wèn)題，另外未充分利用沸石的離子交換能力。(3)挪威的Gisvold，B.等人于1999年發(fā)表了使用含有沸石粉的膨脹陶粒作為硝化濾池濾料(Filtralite ZL)來(lái)去除氨氮沖擊負(fù)荷的試驗(yàn)結(jié)果。這種濾池利用硝化和吸附的共同作用來(lái)去除生活污水中的氨氮，濾池通過(guò)生物作用不斷得到再生，運(yùn)行十個(gè)月后性能仍然沒(méi)有降低(Gisvold，B.，Odegaard，H.，F(xiàn)ollesdal，M..Enhanced removal of ammonium by combined nitrification/adsorptionin expanded clay aggregate filters.Water Science and Technology，1999，41(4)409-416)。這一技術(shù)的缺點(diǎn)是含有沸石粉的膨脹陶粒需要高溫灼燒，增加了成本。(4)以色列的Lahav，O.和Green，M..于2000年發(fā)表了以沸石作為曝氣生物濾池的濾料用于生活污水的一級(jí)處理和二級(jí)處理的試驗(yàn)結(jié)果。采用的工藝為廢水先通過(guò)沸石過(guò)濾直到氨氮泄漏，然后停止過(guò)濾，用硝化菌對(duì)沸石進(jìn)行生物再生，再開(kāi)始下個(gè)周期的過(guò)濾(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)。這一方法的缺點(diǎn)是運(yùn)行一段時(shí)間后要停下來(lái)專門再生，減少了設(shè)備的有效利用時(shí)間。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種沸石濾料曝氣生物濾池處理污水的方法，含有污水處理工藝和氣水聯(lián)合反沖洗工藝，其特征在于所述污水處理工藝中污水的化學(xué)需氧量COD為(40～120)mg/L，氨氮為(10～40)mg/L時(shí)，水氣比為1∶1～1∶3，濾料高度在2～4m，水力負(fù)荷為(2～5)m/h；所述氣水聯(lián)合反沖洗工藝第一階段氣沖洗強(qiáng)度(12～18)L/m2s，第二階段氣沖洗強(qiáng)度(12～18)L/m2s，水沖洗強(qiáng)度為(8～12)L/m2s，第三階段水漂洗強(qiáng)度為(8～12)L/m2s。
本方法中采用的一種沸石濾料曝氣生物濾池處理污水方法用的沸石濾料，其特征在于該方法所述的沸石濾料粒徑為(3～6)mm，密度為(1900～2200)kg/m3，硬度為莫氏硬度3～5，氨離子交換容量為(3～6)kg/m3；所述的沸石濾料為天然斜發(fā)沸石。
利用本發(fā)明提出的一種沸石濾料曝氣生物濾池處理污水的方法及沸石濾料處理低濃度生活污水經(jīng)沉淀去除大部分懸浮物后，即可直接進(jìn)入設(shè)備，出水經(jīng)過(guò)消毒后即可回用，不需要二次沉淀；用于生活污水深度處理時(shí)，二級(jí)出水可直接進(jìn)入設(shè)備去除剩余的COD和NH4+-N。本方法容易掛膜，去除懸浮物、COD和氨氮的效果好，抗氨氮沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，可減小濾池體積，降低濾池造價(jià)，使設(shè)備運(yùn)行在最優(yōu)工況，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用低。另外，使用沸石經(jīng)濟(jì)性較好，且沸石濾料加工方便，貨源充足，有利于保護(hù)環(huán)境。
本發(fā)明所采用的上向流曝氣生物濾池主要由多孔板進(jìn)水分配裝置6、承托層7、沸石濾料層1、工藝曝氣裝置2、反沖洗空氣分配裝置3組成。運(yùn)行時(shí)污水從進(jìn)水口11進(jìn)入，通過(guò)進(jìn)水分配裝置3，穿過(guò)承托層7，經(jīng)過(guò)沸石濾料層1去除懸浮物、COD、BOD5和氨氮后，從出水口8排出，同時(shí)壓縮空氣由4進(jìn)入，通過(guò)2曝氣，為微生物生長(zhǎng)提供氧氣；反洗時(shí)壓縮空氣從空氣入口5進(jìn)入，清水從反洗進(jìn)水口10進(jìn)入，反洗水由排水口9排出。設(shè)備為連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)濾池水頭損失達(dá)到一定高度后(一般為1.5m左右)用壓縮空氣和出水聯(lián)合進(jìn)行反沖洗，反沖洗出水澄清后即可投入運(yùn)行。本工藝還可采用下向流運(yùn)行方式。
本發(fā)明以天然斜發(fā)沸石作為曝氣生物濾池濾料，天然沸石表面粗糙多孔，有很多直徑為20～30m的不規(guī)則小孔，大于細(xì)菌的尺寸，同時(shí)表面帶有正電荷，與細(xì)菌的電荷相反，利于細(xì)菌附著，因此沸石濾料BAF具有過(guò)濾、生物吸附和生物氧化功能，能去除懸浮物、化學(xué)需氧量COD、生化需氧量BOD5和氨氮等污染物。但因?yàn)樾卑l(fā)沸石對(duì)氨氮具有很強(qiáng)的選擇性交換能力(對(duì)常見(jiàn)離子的選擇交換順序?yàn)镵+＞NH4+＞Na+＞Ca2+＞Fe3+＞Al3+＞Mg2+＞Li+)，因此當(dāng)進(jìn)水中氨氮濃度較高時(shí)，沸石可富集氨氮，當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度降低時(shí)，氨氮可被Na+等陽(yáng)離子從沸石中交換出來(lái)，被濾料上的硝化細(xì)菌通過(guò)硝化作用去除，因此沸石濾料BAF具有很強(qiáng)的抗氨氮沖擊負(fù)荷的能力，這是沸石床BAF所獨(dú)有的特點(diǎn)。
本發(fā)明選用的天然斜發(fā)沸石濾料有效粒徑為(3～6)mm，密度為(1900～2200)kg/m3，硬度為莫氏硬度3～5，氨離子交換容量為(3～6)kg/m3。根據(jù)進(jìn)水COD與NH4+-N的濃度和出水水質(zhì)要求確定濾料的粒徑和填裝高度，濾料填裝高度為2～4m。低濃度生活污水經(jīng)初步沉淀去除大部分懸浮物后，就可直接進(jìn)入設(shè)備，出水經(jīng)過(guò)消毒后即可回用，不需要二次沉淀；二級(jí)出水可直接進(jìn)入設(shè)備去除剩余的COD和NH4+-N。
本工藝方法可達(dá)到以下技術(shù)效果(1)去除懸浮物、COD和氨氮的效果好。沸石濾料曝氣生物濾池處理低濃度生活污水時(shí)，異養(yǎng)區(qū)和硝化區(qū)分離，異養(yǎng)菌對(duì)硝化細(xì)菌抑制作用不明顯。另外，掛膜后的沸石濾料具有很好的過(guò)濾作用，因此在一臺(tái)沸石濾料曝氣生物濾池中，可同時(shí)去除懸浮物、COD和氨氮，出水水質(zhì)可以達(dá)到生活雜用水或污水回用作為電廠循環(huán)冷卻水中有關(guān)懸浮物、COD、BOD5和氨氮的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)進(jìn)水中懸浮物為10～30mg/L，COD為80～120mg/L，氨氮為7～15mg/L時(shí)，水氣比為1∶2～1∶3，濾料高度在3m，水力負(fù)荷為2m/h～4m/h，懸浮物去除率約為90％左右，COD去除率約為80％左右，氨氮的去除率為80～90％。
(2)抗氨氮沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。這樣可減小濾池的體積，降低濾池的造價(jià)，使設(shè)備運(yùn)行在最優(yōu)工況。濾速4m/h，停留時(shí)間為40min，進(jìn)水氨氮濃度由10mg/L提高至20mg/L維持2小時(shí)，出口氨氮濃度最大不超過(guò)3mg/L。
(3)容易掛膜。由于天然斜發(fā)沸石是一種粗糙多孔的粒狀濾料，并且具有很大的比表面積，且表面帶正電荷，孔隙直徑大于細(xì)菌尺寸，因此利于微生物附著，掛膜容易，且反洗時(shí)生物膜不易脫落。溫度20～30℃時(shí)采用接種掛膜，10天左右異養(yǎng)菌掛膜成熟，20天左右硝化菌掛膜成熟。
(4)設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用低。沸石濾料價(jià)格約為300元/m3，而粘土陶粒的價(jià)格約為1200元/m3左右，沸石的價(jià)格僅為陶粒的1/4左右，因此使用沸石經(jīng)濟(jì)性較好，且沸石濾料加工方便，貨源充足，有利于保護(hù)環(huán)境。
權(quán)利要求
1.一種沸石濾料曝氣生物濾池處理污水的方法，含有污水處理工藝和氣水聯(lián)合反沖洗工藝，其特征在于所述污水處理工藝中污水的化學(xué)需氧量COD為(40～120)mg/L，氨氮為(10～40)mg/L時(shí)，水氣比為1∶1～1∶3，濾料高度在2～4m，水力負(fù)荷為(2～5)m/h；所述氣水聯(lián)合反沖洗工藝第一階段氣沖洗強(qiáng)度(12～18)L/m2s，第二階段氣沖洗強(qiáng)度(12～18)L/m2s，水沖洗強(qiáng)度為(8～12)L/m2s，第三階段水漂洗強(qiáng)度為(8～12)L/m2s。
2.一種采用如權(quán)利要求1所述的沸石濾料曝氣生物濾池處理污水方法用的沸石濾料，其特征在于該方法所述的沸石濾料粒徑為(3～6)mm，密度為(1900～2200)kg/m3，硬度為莫氏硬度3～5，氨離子交換容量為(3～6)kg/m3；
3.按照權(quán)利要求2所述的沸石濾料，其特征在于所述的沸石濾料為天然斜發(fā)沸石。
全文摘要
一種沸石濾料曝氣生物濾池處理生活污水的方法及沸石濾料,涉及低濃度生活污水回用及生活污水深度處理技術(shù)。本發(fā)明的特征是污水處理工藝中生活污水的COD為40～120mg/L,氨氮為10～40mg/L時(shí),水氣比為1∶1～1∶3,濾料高度在2～4m,水力負(fù)荷為2～5m/h;氣水聯(lián)合反沖洗工藝氣沖洗強(qiáng)度12～18L/m
文檔編號(hào)C02F3/10GK1369440SQ0211630
公開(kāi)日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者田文華, 文湘華, 錢易 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 西北電力試驗(yàn)研究院