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1、(10)申请公布号 CN 103663693 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103663693 A (21)申请号 201310573287.2 (22)申请日 2013.11.15 C02F 3/30(2006.01) (71)申请人 广州中科院地球化学研究科技开发 有限公司 地址 510640 广东省广州市天河区五山地化 所 13 栋 101、 103 房 (72)发明人 陈繁荣 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 付茵茵 裘晖 (54) 发明名称 高氨氮浓度有机废水处理组合装置及方法 (57) 摘要 本发明涉及高氨氮浓度有机废。
2、水处理组合装 置， 包括厌氧池、 缺氧池和好氧生物滤池 ； 废水进 入厌氧池后， 被一提升泵输送至好氧生物滤池， 再 经缺氧池排出 ； 厌氧池和缺氧池相互连通。本发 明还涉及使用高氨氮浓度有机废水处理组合装置 的高氨氮浓度有机废水处理方法。本发明具有提 高废水处理效果、 降低运营能耗、 操作管理简便的 优点， 属于环境工程废水处理技术领域。 本发明可 用作独立的污水处理设施， 也可作为污水处理设 施的组成部分。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请。
3、公布号 CN 103663693 A CN 103663693 A 1/1 页 2 1. 高氨氮浓度有机废水处理组合装置， 其特征在于 ： 包括厌氧池、 缺氧池和好氧生物 滤池 ； 废水进入厌氧池后， 被一提升泵输送至好氧生物滤池， 再经缺氧池排出 ； 厌氧池和缺 氧池相互连通。 2. 按照权利要求 1 所述的高氨氮浓度有机废水处理组合装置， 其特征在于 ： 所述厌氧 池的进水口和提升泵分别设置在厌氧池的两端 ； 提升泵将废水输送至好氧生物滤池的上 方 ； 厌氧池内悬挂塑料纤维填料 ； 废水在厌氧池内的水力停留时间为 6-12 小时。 3. 按照权利要求 1 所述的高氨氮浓度有机废水处理组合装。
4、置， 其特征在于 ： 所述缺氧 池内悬挂塑料纤维填料 ； 废水在缺氧池内的水力停留时间为 4-8 小时 ； 缺氧池的进水口和 缺氧池的出水口在水平面上的投影相距最远 ； 厌氧池和缺氧池通过连通口相接， 连通口低 于缺氧池的出水口， 连通口靠近缺氧池的进水口。 4. 按照权利要求 1 所述的高氨氮浓度有机废水处理组合装置， 其特征在于 ： 所述好氧 生物滤池包括从上往下依次设置的使废水均匀喷淋的布水器、 收集反冲洗水的集水管、 使 废水均匀向下流的缓冲层、 生物滤料层、 支撑填料层和承托板 ； 支撑填料层内设置输入氧气 的布气管网 ； 承托板的下方设置好氧生物滤池的出水口和反冲洗水进水口 ； 布。
5、水器与好氧 生物滤池侧壁开设的好氧生物滤池的进水口相接 ； 收集反冲洗水的集水管与好氧生物滤池 侧壁开设的反冲洗水出水口相接 ； 好氧生物滤池的出水口装有常开电磁阀， 反冲洗水进水 口装有常闭电磁阀。 5. 按照权利要求 4 所述的高氨氮浓度有机废水处理组合装置， 其特征在于 ： 所述集水 管包括主管和支管 ； 支管端部开口， 管壁开设多个通孔 ； 支管和主管相接， 主管接反冲洗水 出水口。 6. 按照权利要求 4 所述的高氨氮浓度有机废水处理组合装置， 其特征在于 ： 所述缓冲 层为横向延伸且端部固定于好氧生物滤池内壁的塑料纤维填料。 7. 按照权利要求 4 所述的高氨氮浓度有机废水处理组合。
6、装置， 其特征在于 ： 所述生物 滤料层包括混合的火山岩、 沸石和砂石颗粒， 颗粒粒径自上而下逐步减小 ； 生物滤料层的厚 度为 1.5-3 米。 8. 按照权利要求 4 所述的高氨氮浓度有机废水处理组合装置， 其特征在于 ： 所述支撑 层包括混合的碎石和鹅卵石， 粒径为 20-50 毫米 ； 支撑层的厚度为 10-20 厘米。 9.使用权利要求1至9中任一项所述的高氨氮浓度有机废水处理组合装置的高氨氮浓 度有机废水处理方法， 其特征在于 ： 包括如下步骤 ： a. 废水进入厌氧池 ； b. 关闭好氧生物滤池的出水口， 通过提升泵将废水从厌氧池抽送至好氧生物滤池， 使 好氧生物滤池的生物滤料被。
7、废水淹没 ； c. 关闭提升泵， 打开好氧生物滤池的出水口， 废水进入缺氧池 ； d. 好氧生物滤池的废水排空后， 关闭好氧生物滤池的出水口， 向好氧生物滤池通入新 鲜空气 ； e. 废水从缺氧池排出。 10. 按照权利要求 9 所述的高氨氮浓度有机废水处理方法， 其特征在于 ： 所述步骤 b 中， 提升泵向好氧生物滤池送水为间歇式。 权 利 要 求 书 CN 103663693 A 2 1/5 页 3 高氨氮浓度有机废水处理组合装置及方法 技术领域 0001 本发明属于环境工程废水处理技术领域， 特别涉及一种高氨氮浓度有机废水处理 组合装置及高氨氮浓度有机废水处理方法， 适用于畜禽养殖废水和。
8、橡胶生产等工业废水的 处理。本发明可用作独立的污水处理设施， 也可作为污水处理设施的组成部分。 背景技术 0002 氨氮和 COD 是环保部水污染物排放总量的主要控制指标， 高氨氮浓度有机废水以 氨氮和 COD 含量高为特征， 且处理难度较大， 处理费用高。其典型代表包括畜禽养殖场废 水、 橡胶生产等工业废水， 排放量大、 面广， 已经成为我国水环境的重要污染源。 0003 由于污染物浓度高， 需氧量很大， 采用生态处理技术的用地需求和投资费用均无 法接受。常用的处理方法采用常规 A/O 或 A2/O 工艺。其中， 厌氧处理主要是 （1） 通过产酸 菌水解酸化使大分子有机物转变成容易被微生物利。
9、用的乙酸等小分子有机物， 提高其可生 化性， 从而提高后续好氧处理的效率，（2） 通过产甲烷菌的代谢作用形成甲烷， 从而降低废 水的COD和BOD。 在厌氧处理过程中氨氮的硝化反应被完全抑制， 有机物分解伴随的氨化作 用使氨氮浓度进一步增加。 在好氧处理阶段， 分解有机物的异养菌繁殖快， 而化能自养硝化 菌的繁殖相对缓慢， 需要通过延时曝气提高硝化效果， 这不仅会增大处理系统规模 （建设投 资） 和处理能耗， 而且对于有机碳 / 氨氮比值较低的畜禽养殖废水而言， 当大约 80% 的氨氮 被硝化后， 常规好氧池的硝化反应因 CO2浓度低而受抑制， 反应速率缓慢， 而此时废水中的 氨氮浓度一般为 。
10、150-200mg/l（数倍于生活污水中的浓度） 。此外， 常规 A/O 工艺没有反硝 化功能， 其出水中大量的 NO3-N 排放到河湖水域， 造成水体富营养化， 甚至直接威胁饮用水 源。 A2/O工艺通过将好氧池的部分废水回流至缺氧池进行反硝化， 但也只能部分脱氮 （100% 回流的反消化率小于 50%） 。更重要的是， 常规生物处理工艺的管理维护较复杂， 需要环保、 机电等多个专业的技术支持， 而大部分企业 （如畜禽养殖企业、 小型工业企业） 缺少相关的 专业技术人员。 由此可见， 采用常规工艺处理高氨氮浓度的技术缺陷很明显， 在我国的经济 社会条件下的实施难度大。 发明内容 0004 针。
11、对现有技术中存在的技术问题， 本发明的目的是 ： 提供一种提高处理效果的同 时， 降低投资和运行成本， 并且操作维护简便的高氨氮浓度有机废水处理组合装置及方法。 0005 为了达到上述目的， 本发明采用如下技术方案 ： 0006 高氨氮浓度有机废水处理组合装置， 包括厌氧池、 缺氧池和好氧生物滤池 ； 废水进 入厌氧池后， 被一提升泵输送至好氧生物滤池， 再经缺氧池排出 ； 厌氧池和缺氧池相互连 通。 0007 述厌氧池的进水口和提升泵分别设置在厌氧池的两端 ； 提升泵将废水输送至好氧 生物滤池的上方 ； 厌氧池内悬挂塑料纤维填料 ； 废水在厌氧池内的水力停留时间为 6-12 小 时。 说 明。
12、 书 CN 103663693 A 3 2/5 页 4 0008 缺氧池内悬挂塑料纤维填料 ； 废水在缺氧池内的水力停留时间为 4-8 小时 ； 缺氧 池的进水口和缺氧池的出水口在水平面上的投影相距最远， 即位于长方形对角线附近位 置 ； 厌氧池和缺氧池通过连通口相接， 连通口低于缺氧池的出水口， 连通口靠近缺氧池的进 水口。 0009 好氧生物滤池包括从上往下依次设置的使废水均匀喷淋的布水器、 收集反冲洗水 的集水管、 使废水均匀向下流的缓冲层、 生物滤料层、 支撑填料层和承托板 ； 支撑填料层内 设置输入氧气的布气管网 ； 承托板的下方设置好氧生物滤池的出水口和反冲洗水进水口 ； 布水器与。
13、好氧生物滤池侧壁开设的好氧生物滤池的进水口相接 ； 收集反冲洗水的集水管与 好氧生物滤池侧壁开设的反冲洗水出水口相接 ； 好氧生物滤池的出水口装有常开电磁阀， 反冲洗水进水口装有常闭电磁阀。 0010 集水管包括主管和支管 ； 支管端部开口， 管壁开设多个通孔 ； 支管和主管相接， 主 管接反冲洗水出水口。 0011 缓冲层为横向延伸且端部固定于好氧生物滤池内壁的塑料纤维填料。 0012 生物滤料层包括混合的火山岩、 沸石和砂石颗粒， 颗粒粒径自上而下逐步减小 ； 生 物滤料层的厚度为 1.5-3 米。 0013 支撑层包括混合的碎石和鹅卵石， 粒径为 20-50 毫米 ； 支撑层的厚度为 1。
14、0-20 厘 米。 0014 使用高氨氮浓度有机废水处理组合装置的高氨氮浓度有机废水处理方法， 其特征 在于 ： 包括如下步骤 ： a.废水进入厌氧池 ； b.关闭好氧生物滤池的出水口， 通过提升泵将废 水从厌氧池抽送至好氧生物滤池， 使好氧生物滤池的滤料被废水淹没 ； c. 关闭提升泵， 打 开好氧生物滤池的出水口， 废水进入缺氧池 ； d. 好氧生物滤池的废水排空后， 关闭好氧生 物滤池的出水口， 向好氧生物滤池通入新鲜空气 ； e. 废水从缺氧池排出。 0015 步骤 b 中， 提升泵向好氧生物滤池送水为间歇式。 0016 本发明的工作原理简述如下 ： 0017 经过格栅和初沉后的废水进。
15、入厌氧池并停留一段时间， 将在填料表面快速形成由 厌氧菌和兼性细菌构成的厌氧生物膜， 废水在厌氧生物膜的作用下水解酸化， 提高可生化 性， 并去除部分有机污染物。 然后废水通过提升泵进入好氧生物滤池， 并且通过布水器均匀 喷洒在生物滤料层中生物滤料的表面。废水在好氧生物滤池中从上往下渗滤， 与生物滤料 表面充分接触， 微生物在好氧环境下快速繁殖， 于生物滤料表面形成好氧生物膜 ； 其中的氨 氮和有机物首先被生物滤料及生物膜吸附， 氨氮在自养硝化菌的作用下转变成硝酸盐， 有 机物则在好氧和兼性微生物的作用下分解成CO2和H2O ； 好氧生物滤池的出水进入缺氧池并 停留一段时间。尽管本发明缺氧池中。
16、没有动力供氧， 但好氧生物滤池出水中含少量溶解氧 和大量硝酸盐 （由前一次进水时吸附的氨氮氧化而成） ， 致使缺氧池内填料表面的生物膜与 厌氧池内填料表面的厌氧生物膜有较大差异， 其优势菌种为异养反硝化菌， 以异养反硝化 脱氮作用为主， 与此同时， 废水中的残留有机物被进一步分解。 由此完成高氨氮浓度有机废 水的处理过程。 0018 本发明工作时， 好氧生物滤池采用湿 - 干交替的运行模式。提升泵将厌氧池中的 废水间歇式地提升进入好氧生物滤池， 且在进水时将与好氧生物滤池底部出水口相接的常 开电磁阀关闭， 即关闭好氧生物滤池的出水口， 使废水积累上升， 浸泡滤料。这不仅可以增 说 明 书 CN。
17、 103663693 A 4 3/5 页 5 加废水在好氧生物滤池内的水力停留时间， 而且可以有效避免因局部水流短路导致生物滤 料死区出现， 保障废水与生物滤料充分接触。好氧生物滤池对有机物的去除能力已经在研 究和应用中得到证实 ； 常用滤料 （如天然砂石、 陶粒、 沸石） 及其附着生物膜的表面均带负 电荷， 因此将大量吸附带正电荷的 NH4+， 并且得到了理论和实践验证。在好氧生物滤池进 水期间， 除了生物滤料和生物膜对氨氮、 有机物等的吸附作用和转化作用外， 还有废水对滤 料表面 NO3-的脱附作用和反硝化作用。由于废水中的溶氧含量有限 （8mg/l） ， 而污染物分 解转化的需氧量很大，。
18、 因此好氧生物滤池中氨氮的硝化作用和有机物的矿化主要发生在随 后的滤池落干期间， 且保障好氧生物滤池内充足的氧气供给至关重要。当好氧生物滤池排 空时， 将在生物滤池中产生负压而吸入空气， 可为好氧生物滤池内部的硝化作用和有机物 的矿化提供部分氧气。然而， 从好氧生物滤池中每排放 1L 水只能吸入 1L 空气， 在 25、 1 大气压下， 每升空气中的氧气含量小于 300mg， 而根据氨氮硝化反应的化学计量关系， 每 100mg NH4+-N 被氧化形成硝酸盐需要消耗 286mg 氧气 （畜禽养殖废水中的氨氮含量一般为 800-1000mg/l） ， 再加上有机物氧化所需要的氧气消耗， 好氧生物。
19、滤池排空所吸入的氧气和 自然通风均远远不能满足好氧生物滤池的需氧量， 因此本发明在落干期间对生物滤池进行 适量微动力通风供氧， 使好氧生物滤池处于好氧环境。另一方面， 由于有机物矿化产生的 CO2在好氧生物滤池内的滞留时间长， 可有效避免因有机物快速分解和 CO2迅速散失对硝化 菌的抑制效应， 有利于硝化菌的持续生长繁殖。 0019 当好氧生物滤池排空时， 其出水携带大量硝酸盐进入缺氧池， 在异养反硝化菌的 作用下， 以 NO3-N 作电子受体， 以废水中的有机碳作电子供体， 将 NO3-N 还原成 N2， 将有机 碳氧化成 CO2， 在实现反硝化脱氮的同时， 进一步去除废水中的残留有机物。 。
20、0020 正常情况下， 好氧生物滤池中的死亡生物膜将被分解， 但在污染物负荷较大的情 况下， 好氧生物滤池的剩余污泥量将逐步累积， 需要适时进行反冲洗。反冲洗时， 打开反冲 洗水进水口阀门， 关闭好氧生物滤池的出水口阀门， 使反冲洗水从好氧生物滤池的底部进 入， 使之从下往上冲洗滤料， 并同时通气。 大量生物膜在反冲洗水和气流的冲刷下从生物滤 料表面脱落， 被反冲洗水带到好氧生物滤池顶部， 并且通过好氧生物滤池顶部的反冲洗水 集水管和反冲洗水出水口排出好氧生物滤池， 使好氧生物滤池的渗透性得以恢复。 0021 本发明通过将厌氧池与缺氧池连通起来， 并将其连通口设置在低于缺氧池的出水 口的高度，。
21、 既可以减小短时水力冲击对系统运行效果的影响， 又可以防止因废水进水量不 足导致提升泵过热而损坏。 0022 总的说来， 本发明具有如下优点 ： 0023 （1） 通过集成创新和运行模式创新， 大幅度提高了系统的硝化和反硝化脱氮效果， 降低了好氧生物滤池的有机物负荷， 提高废水处理效果 ； 0024 （2） 本发明通过运行模式创新， 避免淹水曝气， 实现了对好氧生物滤池的微动力供 氧， 从而大幅度降低运营能耗 ； 0025 （3） 本发明的机电设备少， 操作管理简便， 有利于推广应用和保障系统的正常运 行。 附图说明 0026 图 1 是本发明高氨氮浓度有机废水处理组合装置的结构示意图， 图中。
22、虚线表示其 说 明 书 CN 103663693 A 5 4/5 页 6 位置在池体的背面。 0027 图 2 是厌氧池和缺氧池的进水口和出水口的位置分布示意图。 0028 其中， 10 为厌氧池， 11 为厌氧池的进水口， 12 为提升泵 （与好氧生物滤池进水口连 接） ， 13 为塑料纤维填料， 14 为连通口， 20 为缺氧池， 21 为缺氧池的进水口 （虚线表示位于池 体背面） ， 22 为塑料纤维填料， 23 为缺氧池的出水口， 30 为好氧生物滤池， 31 为好氧生物滤 池的进水口， 32 为布水器， 33 为集水管， 34 为反冲洗水出水口， 35 为缓冲层， 36 为生物滤料 。
23、层， 37 为支撑填料层， 38 为布气管网， 39 为承托板， 40 为好氧生物滤池的出水口 （接常开电 磁阀） ， 41 为反冲洗水进水口 （接常闭电磁阀） 。 具体实施方式 0029 下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。 0030 如图 1 所示， 本发明高氨氮浓度有机废水处理组合装置由厌氧池、 缺氧池和好氧 生物滤池构成。厌氧池的进水口靠近上方， 厌氧池通过安装在泵台上的提升泵与好氧生物 滤池上方的布水器相连， 好氧生物滤池的出水口与缺氧池的进水口相连， 厌氧池与缺氧池 通过连通口相互连通， 该连通口的标高低于缺氧池的出水口， 好氧生物滤池的出水口的标 高高于厌氧。
24、池的进水口， 厌氧池的进水口的标高高于缺氧池的出水口。 0031 如图 2 所示， 厌氧池的进水口与提升泵在水平面上的投影尽量远离， 即分别置于 厌氧池的两端。缺氧池的进水口和缺氧池的出水口在水平面上的投影相距最远， 即分别置 于缺氧池长方形对角线的两端附近， 厌氧池与缺氧池之间的连通口靠近缺氧池的进水口。 0032 废水通过厌氧池的进水口流入， 经过厌氧处理后通过提升泵将废水输送至好氧生 物滤池的上方 ； 厌氧池内悬挂塑料纤维填料 ； 废水在厌氧池内的水力停留时间为 6-12 小 时。 0033 缺氧池内悬挂塑料纤维填料 ； 废水在缺氧池内的水力停留时间为 4-8 小时。 0034 好氧生物。
25、滤池的池顶下方为好氧生物滤池的进水口， 与好氧生物滤池的进水口连 接的是固定在好氧生物滤池内上部的布水器， 布水器之下依次为收集反冲洗水的集水管和 反冲洗水出水口、 缓冲层、 生物滤料层、 支撑填料层、 承托板。支撑填料层中埋设布气管网。 承托板之下的好氧生物滤池的内壁上分布有好氧生物滤池的出水口和反冲洗水进水口。 生 物滤池的出水口装有常开电磁阀， 反冲洗水进水口安装常闭电磁阀。 正常运行时， 反冲洗水 进水口是关闭的， 只有反冲洗时才打开。 0035 布水器为均匀布置的带孔管网， 将废水均匀喷淋在好氧生物滤池内。 0036 集水管包括主管和支管 ； 支管端部开口， 管壁开设多个通孔 ； 支。
26、管汇集到主管并 和主管相接， 主管接反冲洗水出水口。 0037 缓冲层为横向延伸且两端固定于好氧生物滤池内壁的塑料纤维填料， 其主要作用 是防止废水直接冲刷下方生物滤料的表面， 并且进一步分散废水水滴， 使布水更均匀。 0038 生物滤料层由火山岩、 陶粒、 沸石及砂石等混合而成， 具有较大的比表面积， 总厚 度为 1.8 米。为了防止生物滤料堵塞， 减少反冲洗， 生物滤料层的粒径自上而下逐步减小。 0039 支撑层为碎石、 鹅卵石等混合而成， 粒径 20-50 毫米， 厚度 15 厘米。 0040 布气管网为管壁上开孔的塑料管， 端口密封， 其进风口与高位风机相连接。 0041 承托板为多孔。
27、状高强度、 耐腐蚀板材， 其材质为玻璃钢。 说 明 书 CN 103663693 A 6 5/5 页 7 0042 好氧生物滤池的出水口及与其相接的常开电磁阀在好氧生物滤池进水阶段和反 冲洗水阶段关闭。 0043 反冲洗水进水口及常闭电磁阀在反冲洗水进水时打开， 即反冲洗水进水口开启。 0044 经过格栅和初沉后的废水从厌氧池上方进入厌氧池后， 在厌氧生物膜的作用下， 废水中的大分子有机物被分解成容易被微生物矿化分解的小分子有机物 （如乙酸） 及甲烷， 与此同时， 从有机物中释放出来的氧原子形成 CO2， 从而在提高有机物可生化性的同时， 去 除部分有机污染物。提升泵间歇性地将经过厌氧处理的废。
28、水送入好氧生物滤池， 并且通过 布水器均匀喷洒、 缓冲层缓冲， 废水随后落在生物滤料的表面， 同时关闭与好氧生物滤池的 出水口相接的常开电磁阀。废水在好氧生物滤池中从上往下渗滤， 到达好氧生物滤池的底 部后则从下往上淹没生物滤料， 使废水与生物滤料的表面充分接触， 其中的氨氮和有机物 首先被生物滤料及生物膜吸附， 生物滤料表面的硝酸盐则被洗脱， 并同时伴随一系列的微 生物代谢反应 （如异养反硝化反应、 有机物矿化等） 。提升泵停止工作时， 打开与好氧生物 滤池的出水口相接的常开电磁阀， 将经过好氧生物滤池处理后的废水排入缺氧池， 然后废 水部分通过连通口自流进入厌氧池， 部分在缺氧池中向缺氧池。
29、的出水口转移。由于经过好 氧生物滤池处理的废水含有大量硝酸盐， 进入厌氧池的硝酸盐通过异养反硝化作用转化为 N2， 同时降低厌氧池废水的 COD， 向缺氧池的出水口迁移的硝酸盐则利用废水中的残留有机 碳进行反硝化脱氮， 使其中的残留有机物含量进一步降低。 0045 实施效果如下 ： 0046 按照本发明实施例构建的高氨氮浓度有机废水处理组合装置运行， 进水为畜禽 养殖废水， COD 和氨氮浓度分别为 1800-2600mg/l 和 600-1050mg/l， 废水负荷为 1.5m3/ (m2d)， 好氧生物滤池间歇性进水， 每天进水 10 次， 其出水的 COD200mg/l， 氨氮 80mg/l， 且总氮的去除率高达 80%， 达到畜禽养殖污染物排放标准的要求。如果有必要， 可通过土地 处理、 生态处理等简易方法达到更高的排放标准。 0047 上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、 替代、 组合、 简化， 均应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103663693 A 7 1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103663693 A 8 2/2 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103663693 A 9 。