專利名稱：一種高氨氮有機污水凈化處理系統與方法
技術領域：
本發明涉及一種污水凈化處理系統與方法，特別是涉及一種以多層礦物質材料為過濾介質的高氨氮有機污水凈化處理系統與方法，屬于水、廢水或污水處理技術領域。
背景技術：
高氨氮(NH4-N)有機污水是當前我國主要污染物種類之一，來源包括味精污水、食品加工污水、禽畜養殖污水、垃圾滲濾液等，這類污水中氨氮含量通常大于等于300ml/L。高氨氮有機污水的凈化處理辦法一般首先采用沼氣發酵工藝進行厭氧消化去除絕大部分有機污染物，同時回收能源沼氣。厭氧消化后的厭氧消化液(處理原水)在無法完全用作農田肥料的條件下，需經進一步處理后達標排放。但是，高氨氮有機污水厭氧消化液(處理原水)后置處理過程中存在脫氮效果差、運行成本高，土地承載力不足等問題，大量厭氧消化液(處理原水)無法達標排放往往引起二次污染。
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種顯著提高污水中有機氨氮去除能力的污水凈化處理系統與方法。為實現上述目的，本發明的技術方案如下:一種高氨氮有機污水凈化處理系統,包括處理原水儲存池，處理原水儲存池通過管道與礦質過濾池連接，礦質過濾池內填裝多層礦質過濾介質，處理原水儲存池出水口連接必要的水泵再連接至布水管，布水管開口在礦質過濾介質層上部，礦質過濾介質層下部布置收水管；其特征在于:所述礦質過濾池填裝的礦質過濾介質分為三層，由上至下分別是粗砂層、沸石層、碎石層，所述沸石層與碎石層厚度相等，粗砂層厚度是沸石層或碎石層厚度的二倍；所述布水管出水終端是霧化噴水裝置。上述高氨氮有機污水凈化處理系統采用普通礦質材料作為過濾介質,過濾介質的選擇與布置考慮到三點技術原理:—、多層礦質過濾介質由上至下分為三層，當處理原水(即厭氧消化液)進入本發明凈化處理系統，從上往下逐層經過各礦質過濾介質層，在粗砂層為亞硝化區，通過強化布水均勻度提高了滲濾層中溶解氧氧濃度。在系統填料層中粗砂層進行好氧反應，在該好氧段，由于溶解氧的氧化作用，氨氮經亞硝化反應轉化為亞硝態氮，因此相應亞硝態氮濃度持續增加；在沸石層與碎石層為厭氧氨氧化區，亞硝態氮通過厭氧氨氧化作用，亞硝態氮與剩余氨氮轉化為氮氣。二、污水凈化系統凈化效率的一個關鍵技術是嚴格控制凈化反應中各階段的反應程度與反應時間，本發明系統通過控制各礦質過濾介質層厚度顯著提升系統污水凈化效率。其中，沸石層與碎石層厚度相等可能提供氨氮與亞硝氮在厭氧氨氧化區有足夠反應時間，富集足夠的功能菌種；粗砂層厚度是 沸石層或碎石層厚度的二倍可以控制污水中含氧量，將流徑粗砂層的污水中的氨氮控制在亞硝化反應階段，實現處理原水進入本系統流經粗砂層后氨氮轉化率達到50% ;在優化設計下，粗砂層厚度設計為600mm，可以進一步保證氨氮轉化率達到50%。三、進一步設計過濾介質的規格,具體是粗砂層粒徑0.5mm 2.0mm,沸石層粒徑
2.0mm 5.0mm,碎石層粒徑10.0mm 30.0mm,碎石層的碎石粒徑由上向下逐漸增大,其作用主要是提供生化反應區并作為承托層承托上層的粗砂層與沸石層。通過對過濾介質材料選擇、過濾介質層厚度設計以及過濾介質規格控制，能夠保證進入系統的處理原水經各礦質過濾介質層過濾后無堵塞，并順利完成各階段生化反應。上述系統的布水管終端的布水裝置采用霧化噴水裝置。霧化噴水是園林灌溉中常用的灌溉方式，其主要作用是通過高頻震蕩將水分子霧化為超微粒子(如I y m 5 i! m)，并借助通過風動裝置將水霧擴散到空氣中，既增加水超微粒子與土壤、植物、空氣的接觸面積，又增加水分在中空氣中的沉降時間，長時間保護環境空氣濕潤，由此達到節水灌溉的目的。在本系統中，采用無堵塞霧化噴水裝置作為終端布水裝置主要為實現五個技術目的，一、防止原水雜質堵塞噴頭，二、均勻增加處理原水與過濾介質層的接觸面積，三、降低原水微粒在過濾介質層中的過濾速度、延長過濾時間，四、增加原水與空氣接觸面積、延長水分在空氣中的沉降時間，從而增加處理原水曝氧時間、提高過濾介質層中溶解氧，避免了凈化處理系統中出現凈化死區；五、可以省略現有凈化系統中專門的曝氧裝置。以上述高氨氮有機污水凈化處理系統為基礎，本發明還提供一種利用該系統實現的高氨氮有機污水凈化處理方法，具體技術方案如下:一種利用上述污水凈化處理系統實現的高氨氮有機污水凈化處理方法，高氨氮有機污水進入處理原水儲存池，經厭氧消化處理形成處理原水，處理原水經布水管進入礦質過濾池內礦質過濾介質層表面，經礦質過濾介質過濾后再經收水管排出系統；其特征在于:系統采用干濕交替運轉方式處理污水，每天投配處理原水16次，每隔1.5h投配一次，一個水力負荷周期1.5h,投水時間IOmin,落干時間80min。上述方法通過控制處理原水投配頻度與時間，減小濕干比，增加系統復氧能力，控制系統處于合理的生化反應階段，最終可有效控制布水均勻度，最高可達95%。本發明污水凈化系統與方法適用的處理原水指標值為COD ( 1000mg/L、BOD ( 200mg/L、以 N 計的氨氮彡 500mg/L ;優選為 C0D650mg/L 1000mg/L、B0D130mg/L 200mg/L、以 N 計的氨氮 250mg/L 500mg/L。與現有技術相比，本發明的有益效果是:一、本高氨氮有機污水凈化系統與方法能夠有效凈化處理高氨氮處理原水，在處理原水氨氮含量為250mg/L 350mg/L，C0D650mg/L 1000mg/L的條件下氨氮去除率84.5% 90.4% ；C0D去除率89.5% 91.4%，符合達標排放國家標準；二、本系統與方法也適用于凈化處理氨氮含量較低的常規微污染處理原水、農村生活污水或城市二級出水再處理，處理后水質符合達標排放國家標準；三、凈化處理系統結構簡單、用材低廉、投資建設成本經濟、運行費用低、維護管理方便，凈化處理方法工藝易控、能耗小。
圖1是高氨氮有機 污水凈化處理系統平面結構示意圖。圖2是圖1的左側局部放大圖。
圖3是圖1A-A剖示結構示意圖。圖4是圖3的左側局部放大圖。附圖中的數字標記分別是: I處理原水儲存池2礦質過濾池21粗砂層22沸石層23碎石層3布水管31布水干管32布水支管33霧化噴水裝置4收水管41收水干管42收水支管
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的優選實施例作進一步的描述。實施例一四川省簡陽市石盤鎮四川省畜牧科學研究院科研基地糞污處理工程污水，經測定，污水排放量40m3/d，經厭氧 消化后，處理原水指標及出生指標如表I所示。具體如圖1、圖2所示，修筑一個高氨氮有機污水凈化處理系統。設計水力負荷為
0.06m/d，每日污水處理量為40m3。凈化處理系統中礦質過濾池有效截面積設計為670m2，采用磚混與低壓聚乙烯(HDPE)防滲膜修筑。礦質過濾池也可以采用混凝土結構。圖1是高氨氮有機污水凈化處理系統平面結構示意圖；圖2是圖1的左側局部放大圖。高氨氮有機污水凈化處理系統，包括處理原水儲存池1，處理原水儲存池I通過管道與礦質過濾池2連接，礦質過濾池2內填裝多層礦質過濾介質，處理原水儲存池I出水口連接必要的水泵再連接至布水管3，布水管3出水開口在礦質過濾介質層上部，礦質過濾介質層下部布置收水管4。布水管3與收水管4均采用陣列方式布置。布水管3包括布水干管31與布水支管32，處理原水儲存池I出水口連接布水干管31，布水干管31布置在礦質過濾池2上層，與礦質過濾池2底面平行，布水干管31布置有多根，間距4000mm。布水支管32是布水干管31的支路，從布水干管31上間距分出，與礦質過濾池2底面垂直，布水32間距4000mm。布水支管32的出水末端是霧化噴水裝置33，距離礦質過濾介質層上表面450mm。霧化噴水裝置33采用無堵塞螺旋噴頭。收水管4包括收水干管41與收水支管42，縱橫布置在碎石層23之間，與礦質過濾池2底面平行，距離礦質過濾池2底10±3cm ;收水干管41間距4000mm，收水支管42間距3000mm。布水干管31與收水管4高度相差1000mm。圖3是圖1A-A剖示結構示意圖；圖4是圖3的左側局部放大圖。礦質過濾池2內部空間高1400mm,填裝的礦質過濾介質總高度1200mm。礦質過濾介質分為三層，由上至下分別是粗砂層21、沸石層22、碎石層23，沸石層22與碎石層23厚度相等為300mm，粗砂層21厚度是沸石層22或碎石層23厚度的二倍為600_。粗砂層21粒徑0.5mm 2.0_，沸石層22粒徑2.0mm 5.0mm,碎石層23粒徑IOmm 30mm,碎石粒徑由上向下逐漸增大。采用該系統實施的污水/沼液凈化處理方法，具體是:高氨氮有機污水進入處理原水儲存池I經厭氧消化處理形成處理原水，處理原水經布水管3進入礦質過濾池2內礦質過濾介質層表面，經礦質過濾介質過濾后再經收水管4排出系統。布水支管32末端霧化布水均勻度> 90%。系統采用干濕交替運轉方式處理污水，每天投配處理原水16次，每隔
1.5h投配一次,一個水力負荷周期1.5h,投水時間IOmin,落干時間80min。污水處理出水水質如下表表I所示。表I不同污水處理原水水質與出水水質數據
權利要求
1.一種高氨氮有機污水凈化處理系統，包括處理原水儲存池(I)，處理原水儲存池(I)通過管道與礦質過濾池(2 )連接，礦質過濾池(2 )內填裝多層礦質過濾介質，處理原水儲存池(I)出水口連接必要的水泵再連接至布水管(3)，布水管(3)開口在礦質過濾介質層上部，礦質過濾介質層下部布置收水管(4);其特征在于:所述礦質過濾池(2)填裝的礦質過濾介質分為三層，由上至下分別是粗砂層(21)、沸石層(22)、碎石層(23)，所述沸石層(22)與碎石層(23)厚度相等，粗砂層(21)厚度是沸石層(22)或碎石層(23)厚度的二倍；所述布水管(3 )終端布水裝置是霧化噴水裝置(33 )。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于:所述粗砂層(21)粒徑0.5mm 2.0mm，沸石層(22)粒徑2.0mm 5.0mm,碎石層(23)粒徑10.0mm 30.0mm,碎石粒徑由上向下逐漸增大。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于:所述礦質過濾介質層厚1200mm，其中粗砂層(21)厚600mm,沸石層(22)厚300mm,碎石層(23)厚300_。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于:所述布水管(3)包括布水干管(31)與布水支管(32)，處理原水儲存池(I)出水口連接布水干管(31 )，布水干管(31)與礦質過濾池(2 )底面平行，所述布水支管(32 )是布管干管(31)的支路，與礦質過濾池(2 )底面垂直，布水支管(32 )末端是霧化噴水裝置(33 );所述收水管(4 )縱橫布置在礦質過濾池(2 )下層。
5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于:所述礦質過濾池(2)內部空間高1400mm，布水干管(31)與收水管(4)高度相差1000mm。
6.一種利用權利要求1或4或5所述的系統實現的高氨氮有機污水凈化處理方法，高氨氮有機污水進入處理原水儲存池(I)經厭氧消化處理形成處理原水，處理原水經布水管(3 )進入礦質過濾池(2 )內礦質過濾介質層表面，經礦質過濾介質過濾后再經收水管(4 )排出系統；其特征在于:系統采用干濕交替運轉方式處理污水，每天投配處理原水16次，每隔1.5h投配一次,一個水力負荷周期1.5h,投水時間IOmin,落干時間80min。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于:布水支管(32)末端霧化布水均勻度≥ 90%o
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:適用的處理原水指標值為COD≤ IOOOmg/L、BOD ≤200mg/L、以 N 計的氨氮≤ 500mg/L。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:適用的處理原水指標值為C0D650mg/L 1000mg/L、B0D130mg/L 200mg/L、以 N 計的氛氣 250mg/L 500mg/L。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:系統運行時冬季氨氮負荷9.87g/m2 (!，夏季氨氮負荷31.60g/m2 d,春、秋季氨氮負荷20.73g/m2 d。
全文摘要
本發明公開一種污水凈化處理系統與方法。針對現有技術對高氨氮有機污水凈化系統及方法存在脫氮效果差、運行成本高，土地承載力不足等缺陷，本發明提供了一種顯著提高污水中有機氨氮去除能力的污水凈化處理系統與方法。本方法凈化處理系統包括處理原水儲存池、礦質過濾池連接、布水管、收水管。礦質過濾池內填裝多層礦質過濾介質，礦質過濾介質分為三層，由上至下分別是粗砂層、沸石層、碎石層，沸石層與碎石層厚度相等，粗砂層厚度是沸石層或碎石層厚度的二倍，布水管出水終端是霧化噴水裝置。本發明還提供配套的污水處理方法。本發明系統與方法凈化處理高氨氮有機污水，出水水質符合國家達標排放標準。系統結構簡單、用材經濟，配套方法工藝易控、能耗小。
文檔編號C02F9/14GK103112997SQ20131005077
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月8日 優先權日2013年2月8日
發明者蒲小東, 鄧良偉, 宋立, 王智勇, 劉刈 申請人:農業部沼氣科學研究所