一种潮汐流生物滤池装置及废水净化方法

摘要

本发明提供一种潮汐流生物滤池装置及废水净化方法，采用进水蠕动泵将废水从生物滤池的进水口泵入生物滤池中，到达预设的水力停留时间后，采用出水蠕动泵从生物滤池底部将净化后的水抽空收集，生物滤池空置预设的空置时间后，再采用进水蠕动泵将废水从生物滤池的进水口泵入生物滤池中，按照上述过程循环进行进水和出水操作。采用潮汐流进出水方式来提供氧气，无需格外供氧，操作简单、成本低廉。

说明书

技术领域

本发明属于水体净化处理技术领域，涉及低碳氮比养殖废水的净化，特别涉及一种潮汐流生物滤池装置及废水净化方法。

背景技术

畜禽养殖废水主要由尿液、冲洗水和部分生活污水组成，畜禽养殖废水中含有大量的有机物和病原体，规模化的养殖场每天排放的养殖废水量十分大，并且相当集中，不可否认，畜禽养殖业为我国的经济收入带来了非常可观的收益，也保障了民生，但是，由于养殖废弃物的处理不当，养殖废水和固体废弃物对我国的环境造成了相当不利的影响，畜禽养殖废物的排放已经成为了我国的重要污染源之一，对大气、水环境、土壤环境和人体健康都带来了影响。因此，寻找有效去除养殖废水中的污染物的方法是十分重要的。

目前为止，国内外养殖废水处理方法主要可以分为物化处理、生物处理和自然生态处理。各种方法都相对成熟，但是处理效果不高。

生物滤池是一种十分有效的污水处理技术，因此，在污水处理领域上已经被广泛使用。其中，曝气生物滤池是目前常用于的一种方式，但是这种方式需要连续不断的通过曝气管进行供氧，导致成本增加。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种潮汐流生物滤池装置及废水净化方法，采用潮汐流进出水方式来提供氧气，无需格外供氧，操作简单、成本低廉。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种废水净化方法，采用进水蠕动泵将废水从生物滤池的进水口泵入生物滤池中，到达预设的水力停留时间后，采用出水蠕动泵从生物滤池底部将净化后的水抽空收集，生物滤池空置预设的空置时间后，再采用进水蠕动泵将废水从生物滤池的进水口泵入生物滤池中，按照上述过程循环进行进水和出水操作。

优选的，水力停留时间与空置时间的比例为8-16h：12h。

一种潮汐流生物滤池装置，包括：生物滤池、进水蠕动泵和出水蠕动泵，生物滤池中填充有滤料，生物滤池顶部设置有进水口，生物滤池的进水口与进水蠕动泵的出水口连接，生物滤池底部设置有出水口，生物滤池的出水口与出水蠕动泵的进水口连接；生物滤池中不设置曝气管。

优选的，生物滤池设置若干个，各生物滤池之间通过出水蠕动泵依次串联连接。

优选的，滤料采用铝基陶粒，铝基陶粒采用凹凸棒土、聚合氯化铝以及碳酸镁制备得到。

优选的，滤料是通过自上而下循环交替填充大陶粒层和小陶粒层得到。

进一步的，大陶粒层的铝基陶粒直径在8-12mm，小陶粒层的铝基陶粒直径在5-8mm。

优选的，生物滤池底部填充鹅卵石作为承托层，在承托层上填充滤料。

优选的，生物滤池内底部设有穿孔管，穿孔管一端从生物滤池的出水口伸出并与出水蠕动泵进水口连接。

优选的，生物滤池中部设置有取样口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的废水净化方法，是采用间歇进水—瞬时排水的潮汐流进出水方式，通过产生一个充满/湿相和排出/干相的有节奏的连续循环，这增加了单个反应器中的硝化作用和反硝化作用，从而最大程度地减少了投资成本。这是因为当污水从生物滤池排空的瞬间，空气由于排水负压而被吸入池体，而且在空置期氧气继续从大气转移到池体，通过自然扩散促进再氧化从而使池体基质内形成好氧条件，有利于有机物的去除和硝化反应的产生。在停留期水阻碍了大气在介质中的传递，微生物的呼吸作用消耗溶解氧，并形成短暂的缺氧或厌氧梯度，有利于反硝化的发生。与曝气生物滤池相比，处理相同量的污水本发明可以减少一半的能耗，并满足出水要求。本发明方法相对曝气生物滤池工艺而言无需格外供氧，降低了运行成本；相对于潮汐流人工湿地而言占地面积大大减小，降低了投资成本，同时可以通过增加池体和滤料的高度来增加单次处理量，可以轻松扩大处理规模，利于改扩建后污水的处理。

本发明潮汐流生物滤池装置，不设置曝气管，使用时，采用间歇进水—瞬时排水的进出水方式，即可将大气中的氧气吸入池体或溶于滤料表面，保证池体中有充分的溶解氧供微生物生存，分解水中的污染物，无需格外供氧，降低了运行成本。装置使用初期，我们需要让整个系统先运行一段时间，待系统运行稳定后再正式投入使用。

进一步的，多级生物滤池串联的方式，能提高污染物去除效果。

进一步的，以铝基陶粒作为滤料，凹凸棒土为链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，还加入了聚合氯化铝，因此很容易与污水中的磷形成不溶性磷酸盐，同时以碳酸镁作为发泡剂，丰富了孔隙结构，有利于微生物的附着生长，提高污染物的去除效率。

进一步的，大陶粒和小陶粒交替分装入池体中，避免了单一粒径带来的不利影响。污染物进入生物滤池后，在填料的过滤、截留等物理作用下，污水中的粗大颗粒被留在填料空隙中，部分污染物在微生物的作用下转变成其它形态。随着系统运行时间的增长，填料空隙间会截留越来越多的污染物，而且填料上的生物膜也会越来越厚，这些条件使得基质间的有效空隙减少，基质的堵塞会引起污染物去除效率的下降。所以不同粒径的陶粒分装可以在一定程度上缓解池体堵塞的情况。

进一步的，生物滤池底部填充鹅卵石以作承托层，鹅卵石含有高达98％的二氧化硅，可以截留和去除水中的泥沙、悬浮物、胶体颗粒、微生物等，达到降低水的浊度和净化水质效果的目的。。

进一步的，生物滤池底部设有穿孔管，用以确保出水正常和反冲洗。

附图说明

图1为本发明所述的潮汐流生物滤池装置示意图。

图中：1为进水蠕动泵，2为第一生物滤池，3为取样口，4为大陶料层，5为小陶料层，6为承托层，7为穿孔管，8为第二出水蠕动泵，9为第一出水蠕动泵，10为第二生物滤池。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1，本发明利用潮汐流生物滤池装置处理低碳氮比养殖废水，所述的生物滤池装置包括：生物滤池、进水蠕动泵1和出水蠕动泵，生物滤池中填充有滤料，生物滤池顶部设置有进水口，进水口与进水蠕动泵1的出水口连接，生物滤池底部设置有出水口，出水口与出水蠕动泵的进水口连接。

在本发明实施例中，生物滤池设置两个，分别为第一生物滤池2和第二生物滤池10；出水蠕动泵设置两个，分别为第一出水蠕动泵9和第二出水蠕动泵8。两个生物滤池串联连接，即第一生物滤池2的出水口通过第一出水蠕动泵9与第二生物滤池10的进水口连接，第二生物滤池10的出水口与第二出水蠕动泵8进水口连接。还可以设置为多级串联的形式。

在本发明实施例中，滤料采用铝基陶粒，铝基陶粒按照直径大小分层填充，即自上而下大陶粒层4和小陶粒层5循环交替填充，大陶粒层4的铝基陶粒直径在8-12mm，小陶粒层5的铝基陶粒直径在5-8mm。大陶粒层4和小陶粒层5交替设置，避免了单一粒径带来的不利影响。

在本发明实施例中，生物滤池底部填充鹅卵石以作承托层6，在承托层6上填充滤料。

在本发明实施例中，生物滤池底部设有穿孔管7，穿孔管7一端从生物滤池的出水口伸出并与出水蠕动泵进水口连接，用以确保出水正常。

在本发明实施例中，生物滤池中部设置有取样口3。

在本发明实施例中，生物滤池内径120mm，外径150mm，高100mm。

本发明所述的铝基陶粒的制备为：

凹凸棒土、聚合氯化铝以及发泡剂碳酸镁按照比例30:10:1混合均匀，之后加入水并进行搅拌，按照不同粒径大小揉制成小球，将制成的小球放入干燥箱中于110℃干燥2h，最后将烘干后的小球放入马弗炉中于600℃烧制5h后冷却至室温即可得到所需铝基陶粒。

本发明利用潮汐流生物滤池装置处理低碳氮比养殖废水，具体方法为，

采用进水蠕动泵1将废水从生物滤池的进水口泵入生物滤池中，停留预设的水力停留时间后，采用出水蠕动泵将生物滤池中净化后的水从底部抽空后排出收集，然后生物滤池空置预设的空置时间，再重复上述过程，形成一个连续循环的过程。水力停留时间与空置时间的比例为8-16h：12h。

当生物滤池装置为两级生物滤池串联设置时，采用进水蠕动泵1将废水从第一生物滤池2的进水口泵入第一生物滤池2中，停留预设的水力停留时间后，采用第一出水蠕动泵9将第一生物滤池2中净化后的水从底部抽空，再泵入第二生物滤池10中，停留预设的水力停留时间后，采用第二出水蠕动泵8将第二生物滤池10中净化后的水从底部抽空后排出收集。第一生物滤池2空置预设的空置时间，再重复进水和出水过程。水力停留时间与空置时间的比例为8-16h：12h。优选，水力停留时间和空置时间均为12h。

各级生物滤池的进出水均由计时继电器连接蠕动泵进行控制，进水时间为4min，进水水量约为4L。

本发明实施例中，向自来水中加入不同比例的无水乙酸钠、磷酸二氢钾、硝酸钾模拟低碳氮比养殖废水，采用潮汐流进出水方式用泵将模拟废水抽入所搭建的生物滤池池体内，设置不同的水力停留时间(8h、12h、16h)，收集出水进行水质检测。

下面结合具体的实施例和模拟废水去除效果的检测对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

水力停留时间为8h，空置时间为12h：

进水水质为COD

出水水质检测结果表明在水力停留时间为8h时，COD

实施例2

水力停留时间为12h，空置时间为12h：

进水水质为COD

出水水质检测结果表明在水力停留时间为12h时，COD

实施例3

水力停留时间为16h，空置时间为12h：

进水水质为COD

出水水质检测结果表明在水力停留时间为16h时，COD

实施例4

碳氮比为5：

在进水COD

出水水质检测结果表明在碳氮比为5时，COD

实施例5

碳氮比为3：

在进水COD

出水水质检测结果表明在碳氮比为3时，COD

实施例6

碳氮比为1：

在进水COD

出水水质检测结果表明在碳氮比为1时，COD

实施例7

COD

在确定最佳水力停留时间和C/N比后，基于最佳水力停留时间和最佳C/N比的条件下，即水力停留时间为12h，空置时间为12h，C/N比为5，固定进水TP浓度为5mg/L，COD

出水水质检测结果表明在COD

实施例8

COD

在确定最佳水力停留时间和C/N比后，基于最佳水力停留时间和最佳C/N比的条件下，即水力停留时间为12h，空置时间为12h，C/N比为5，固定进水TP浓度为5mg/L，COD浓度为800mg/L左右时，潮汐流生物滤池系统去除废水中的污染物的效果。

出水水质检测结果表明在COD进水浓度约为800mg/L时，COD的平均去除率为99.26％，TP的平均去除率为98.91％，氨氮的平均去除率为100％，亚硝态氮的积累量为0.002mg/L，硝态氮的积累量为1mg/L。

综合上述实施例的结果，通过对生物滤池系统中C/N影响因素的探究分析发现，C/N对总磷以及有机物的去除影响并不是很大，对系统氮素的转化有很大影响，低C/N比时会造成硝态氮和亚硝态氮的累积，因此生物滤池系统的C/N为5时有良好的去除转化能力，且没有硝态氮和亚硝态氮的累积。水力停留时间过长或者过短均会对生物滤池系统的去除效果产生一定影响，因为过长会使生物滤池系统长期处于缺氧状态，过短的话可能会使污染物得不到充分的降解、转化和利用，所以水力停留时间是潮汐流生物滤池系统的运行效果的一个关键性因素。通过改变空置时间和水力停留时间的比例来调节好氧/缺氧的程度，使硝化反硝化过程更可控。本发明为确定最佳水力停留时间，将空置时间初步设定为12h，水力停留时间设置为8h、12h和16h，监测进出水水质指标，然后最佳水力停留时间由各污染物的去除效果确定，最终确定为12h。确定最佳水力停留时间后，将生物滤池系统空置时间设置为6h、8h和12h，取样分析进出水水质指标，确定最佳空置时间为12h。本发明将模拟养殖废水加入潮汐流生物滤池中，进水量为4L，进水时间为4min，单级水力停留时间设定为12小时，空置时间也是12小时，进水COD