公開(kāi)的一種廢水脫氮除磷的裝置和處理廢水方法，屬于污水處理領(lǐng)域。它包括木屑填充的反硝化柱以及酸性礦井排水殘?jiān)畛涞牧走^(guò)濾柱。明將木屑反硝化柱與酸性礦井排水殘?jiān)走^(guò)濾柱耦合在一起，集異養(yǎng)?自養(yǎng)反硝化脫氮以及生物?化學(xué)除磷技術(shù)為一體，對(duì)含有氮磷的點(diǎn)源養(yǎng)殖廢水和分散農(nóng)業(yè)地磚排水進(jìn)行脫氮除磷的處理，能達(dá)到高效凈化水質(zhì)的目的。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、占地面積小、所選材料成本低廉以及凈化效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。
1.一種廢水脫氮除磷的裝置，其特征在于：包括依次連接的污水池(1)、反硝化柱(2)、和磷過(guò)濾柱(3)，所述的反硝化柱(2)內(nèi)填充有木屑(9)，反硝化柱(2)的下部與污水池(1)的下部連通，所述的磷過(guò)濾柱(3)內(nèi)填充有酸性礦井排水殘?jiān)?12)，反硝化柱(2)的上部與磷過(guò)濾柱(3)的下部連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水脫氮除磷的裝置，其特征在于：所述的木屑(9)經(jīng)網(wǎng)格過(guò)篩，控制粒徑為4～8mm，再經(jīng)過(guò)0.1～0.3mol/L的NaOH浸泡12～36h后，清水洗滌至中性，風(fēng)干;所述木屑(9)的填充高度占反硝化柱(2)高度的90～95%，填充總孔隙度為68～78%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種廢水脫氮除磷的裝置，其特征在于：所述的反硝化柱(2)還包括上多孔隔板(8)、下多孔隔板(17)、粗海綿一(7)以及不銹鋼濾網(wǎng)(10);所述的上多孔隔板(8)位于反硝化柱(2)的頂端，下多孔隔板(17)位于反硝化柱(2)的底端，二者結(jié)構(gòu)相同，厚度為1～3cm，中間填充有木屑(9);所述的粗海綿一(7)置于上多孔隔板(8)上部，厚度為1～3cm;所述的不銹鋼濾網(wǎng)(10)安裝于反硝化柱(2)的出水口，孔徑為20～25目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水脫氮除磷的裝置，其特征在于：所述的酸性礦井排水殘?jiān)?12)粒徑為0.6～4.0cm，含有Fe2O3以及CaCO3;所述酸性礦井排水殘?jiān)?12)填充高度占磷過(guò)濾柱(3)高度的80～85%，填充總孔隙度為60～80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種廢水脫氮除磷的裝置，其特征在于：所述的磷過(guò)濾柱(3)還包括布水區(qū)以及粗海綿二(18)，所述布水區(qū)位于酸性礦井排水殘?jiān)?12)上部;所述的粗海綿二(18)位于布水區(qū)上部，厚度為1～3cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水脫氮除磷的裝置，其特征在于：所述的反硝化柱(2)與污水池(1)之間通過(guò)進(jìn)水管(14)連通，進(jìn)水管(14)上設(shè)置進(jìn)水蠕動(dòng)泵(4)和閥門(mén)開(kāi)關(guān)(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水 脫氮除磷的裝置，其特征在于：所述的磷過(guò)濾柱(3)與反硝化柱(2)之間通過(guò)連通管(20)連接，連通管(20)上設(shè)有連通蠕動(dòng)泵(19)和三通止回閥(11)。
8.一種廢水脫氮除磷方法，其特征在于：包括以下步驟：
A.搭建如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的裝置，并在水力停留時(shí)間為6～8h下對(duì)木屑(9)進(jìn)行2～3次的淋洗;在實(shí)驗(yàn)前對(duì)酸性礦井排水殘?jiān)?12)進(jìn)行沖刷去除細(xì)顆粒物;
B.打開(kāi)進(jìn)水蠕動(dòng)泵(4)，在進(jìn)水蠕動(dòng)泵(4)的蠕動(dòng)作用下，污水池(1)中廢水進(jìn)入反硝化柱(2)中，按照設(shè)定的運(yùn)行條件處理后，對(duì)污水厭氧反硝化;
C.反硝化結(jié)束后，打開(kāi)連通蠕動(dòng)泵(19)和三通止回閥(11)，反硝化柱(2)中的水進(jìn)入磷過(guò)濾柱(3)，按照設(shè)定的運(yùn)行條件處理后，處理水可從磷過(guò)濾柱(3)底部的出水口排出;
D.每1～3個(gè)月將0.2～0.5mol/L NaOH注入磷過(guò)濾柱(3)中，使酸性礦井排水殘?jiān)?12)得到再生。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢水脫氮除磷的方法，其特征在于：所述運(yùn)行條件如下：
步驟B中，進(jìn)水溫度為15～20℃，進(jìn)水硝態(tài)氮濃度范圍在15～32mg L-1，溶解活性磷濃度范圍在1～10mg L-1;水力停留時(shí)間范圍為7.2～51h，環(huán)境空氣溫度為10.1～38.0℃;
步驟C中，水力停留時(shí)間范圍為7.6～59min;
步驟D中，所述酸性礦井排水殘?jiān)?12)在系統(tǒng)中運(yùn)行100～200天后需要進(jìn)行更換。
具體優(yōu)勢(shì)如下：
①與傳統(tǒng)木屑比較，本發(fā)明中的木屑的纖維素經(jīng)過(guò)NaOH的潤(rùn)漲作用，能夠引起分子的 晶格轉(zhuǎn)化和消晶，去除釋碳效果差的部分半纖維素和木質(zhì)素，使釋碳量更加均勻;
②一方面，木屑穩(wěn)定均勻的提供碳源，作為電子供體，既維護(hù)了反硝化柱中異養(yǎng)反硝化 過(guò)程的穩(wěn)定，又實(shí)現(xiàn)了后續(xù)的磷過(guò)濾柱中聚磷菌的生長(zhǎng);同時(shí)，木屑內(nèi)因富含天然纖維素， 其粗糙的表面上更容易形成適應(yīng)其微環(huán)境的生物膜，提高生物膜形成速度，利于異養(yǎng)反硝化 菌的增殖，并為其提供保護(hù)，有效的防止反硝化菌的流失。與此同時(shí)，吸附在載體上的微生 物因適應(yīng)固相載體表面的微環(huán)境而產(chǎn)生出誘導(dǎo)酶，使經(jīng)過(guò)潤(rùn)漲后的天然纖維素物質(zhì)分解為生 物膜生長(zhǎng)所需要的基質(zhì)，可以作為反硝化菌的生物掛膜載體。
(3)本發(fā)明所提供的廢水脫氮除磷的裝置和方法，磷過(guò)濾柱填充有粒徑為0.6～4.0cm的 酸性礦井排水殘?jiān)橘|(zhì)，殘?jiān)鼉?nèi)主要含有Fe2O3、還原性硫化物以及Al、Mn和Ca離子;具 體優(yōu)勢(shì)如下：
①富含大量還原性硫化物，可以進(jìn)行硫自養(yǎng)反硝化，發(fā)揮二次脫氮的作用;
②富含大量的Fe3+以及Ca2+離子，可以實(shí)現(xiàn)磷酸鹽的沉淀作用以及形成Fe3+和Ca2+的氧 化物與氫氧化物膠體，通過(guò)表面配位吸附和吸附共沉淀作用進(jìn)行化學(xué)除磷;
③木屑反硝化柱可以為其提供小分子碳源，促進(jìn)反硝化聚磷菌生長(zhǎng)的，實(shí)現(xiàn)生物除磷。
(4)現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)酸釋磷，但經(jīng)酸再生后的基質(zhì)對(duì)磷素的吸附率低于30%，明顯低 于未再生基質(zhì)的吸附率，難以回用;為了實(shí)現(xiàn)磷的有效釋放以及除磷介質(zhì)的再生，本發(fā)明所 提供的廢水脫氮除磷的方法，定期將一定濃度的NaOH注入磷過(guò)濾柱，OH-離子濃度升高， 通過(guò)離子交換作用，與被束縛的磷酸鹽陰離子產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，促使磷的釋放，同時(shí)，恢復(fù)礦渣對(duì) 磷酸根的吸附能力，經(jīng)堿再生后的酸性礦井排水殘?jiān)鼘?duì)磷素的吸附能力有極大的提高。
(5)本發(fā)明裝置中用多孔隔板補(bǔ)充多余的空間，可以壓縮后填充至工作層，相對(duì)連續(xù)介 質(zhì)材料而言,選用的材料一般具有相對(duì)密度低、比強(qiáng)度高、比表面積高、重量輕、隔熱、滲 透性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，因?yàn)槎嗫赘舭迨嵌栊圆牧?，表面光滑，微生物很難附著在其表面生長(zhǎng)， 且它對(duì)水中的一些物質(zhì)沒(méi)有吸附、降解、釋放等作用;硝化反應(yīng)柱上部的上多孔隔板構(gòu)可以 建高的緩沖層，以保證取樣過(guò)程中有足夠的水位淹沒(méi)工作層，反應(yīng)柱下部下多孔隔板作為承 托層，使得進(jìn)水端均勻布水;海綿防止雜質(zhì)微粒等進(jìn)入。
(6)本發(fā)明所涉及的脫氮除磷裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，易于制造，占地面積小;采用 的介質(zhì)為木屑以及酸性礦井排水殘?jiān)?，所選材料成本低廉、效果顯著，所采用的介質(zhì)木屑以 及酸性礦井排水殘?jiān)哂猩芷陂L(zhǎng)，可再生的優(yōu)勢(shì);通過(guò)設(shè)定運(yùn)行條件，可以最大限度 的發(fā)揮脫氮除磷的功效;并且尤其適合農(nóng)業(yè)地磚排水和水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，具有較大的市場(chǎng)前景 和推廣應(yīng)用價(jià)值。