CN103641241A - 一种前置反硝化曝气生物滤池及其处理污水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前置反硝化曝气生物滤池及其处理污水的方法，属于废水处理领域。其装置包括DN池本体和CN池本体，还包括第一储水池本体、第二储水池本体和曝气泵；所述的第一储水池本体中部放置有一个第一储水池内筒；所述的第一储水池内筒的外侧设置有一个环状储水池缓冲槽，储水池缓冲槽的高度低于第一储水池内筒的高度；所述的第一储水池本体的侧壁与第一储水池内筒之间的区域为第一储水池蓄水区。本发明DN池的水流方向采用上向流，能避免悬浮物集中在填料层中，加大填料纳污率，延长反冲洗间隔时间。本发明能够无动力提高CN池进水溶解氧，从而减少后续外加供氧量，具有结构简单、操作方便、低能耗的优点。

Description

一种前置反硝化曝气生物滤池及其处理污水的方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体地说，涉及一种前置反硝化曝气生物滤池及其处理污水的方法，更具体地说，涉及一种用于含有机物、氨氮的污水处理的前置反硝化曝气生物滤池及其处理污水的方法。

背景技术

生物过滤系统由于其占地面积小、维护费用低、易操作、运行管理方便灵活等优点，已广泛应用于污水脱氮处理。单独的上向流曝气生物滤池虽对氨氮有较高的去除率，但对总氮的去除率却很低。为了增加对总氮的去除率，常采用多个滤池并联的方式组合运行进行硝化反硝化脱氮。后置反硝化滤池在反硝化阶段常常存在着碳源不足的问题，需要外加碳源，而前置反硝化生物滤池反硝化阶段微生物能利用污水中的有机物作为碳源。因此，对于有机物充足且需脱氮的生活污水，从运行成本考虑前置反硝化工艺优势明显。

前置反硝化曝气生物滤池由缺氧反硝化生物滤池（DN池）和好氧硝化生物滤池（CN池）串联组合而成。CN池的主要作用是将进水氨氮转化成硝酸氮和亚硝酸氮。DN池主要用来反硝化脱氮，将CN池回流液中的硝酸氮和亚硝酸氮还原为氮气。硝化细菌是好氧菌，反应必须要在好氧状态下进行，而溶解氧对反硝化过程有抑制作用，微生物反硝化需要保持严格的缺氧条件。

由于前置反硝化生物滤池CN池进水来自DN池出水，DN池缺氧环境下出水DO低，需一定量的外加供氧量才能保证CN池的好氧环境。为了能够减少曝气量，节约运行成本，现在更多的思路是采用高效供氧方式来降低能耗。如申请号为201020122796.5的实用新型专利公开的一种前置反硝化曝气生物滤池，申请号为201120334591.8的实用新型专利公开的前置反硝化曝气生物滤池的CN池均采用向上流来促进气水均匀混合，提高氧转移效率；申请号为200910116556.6的发明专利公开的前置反硝化脱氮生物滤池污水处理集成工艺，申请号为200920171675.7的实用新型专利公开的前置反硝化脱氮生物滤池组均由DN池和CN池串联组合而成，DN池出水通过出水管进入CN池，高效空气扩散器系统向CN池水中供氧。

上述高效供氧方式虽提高了氧的转移效率，一定程度避免了外加氧的浪费，但由于CN池进水溶解氧低，仍需大量的外加供氧量才能保证CN池内硝化细菌严格的好氧环境，同时，现有的处理方法也存在处理效率低，成本高的问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中需大量的外加供氧量才能保证CN池内硝化细菌严格的好氧环境，处理效率低、增加了运行成本的问题，提供一种前置反硝化曝气生物滤池及其处理污水的方法，能提高CN池进水溶解氧，从而减少后续外加供氧量的前置反硝化曝气生物滤池，同时处理效率更高，成本更低。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案来实现。

一种前置反硝化曝气生物滤池，包括DN池本体和CN池本体，还包括第一储水池本体、第二储水池本体和曝气泵；所述的DN池本体内部从上到下依次包括清水区、海砂滤料层、承托层和配水缓冲区；所述的配水缓冲区一侧设有进水口；所述的清水区的一侧还设有出水槽，出水槽与清水区之间通过隔水板隔开，隔水板的高度低于DN池本体顶部的高度；所述的清水区的一侧还设有DN池反冲洗排水管；所述的第一储水池本体中部放置有一个第一储水池内筒；所述的第一储水池内筒的外侧设置有一个环状储水池缓冲槽，储水池缓冲槽的高度低于第一储水池内筒的高度；所述的第一储水池本体的侧壁与第一储水池内筒之间的区域为第一储水池蓄水区；所述的CN池本体内部从上到下依次包括布水器、缓冲层、沸石填料层、布气层和承托层，所述的缓冲层的侧部连接有一个CN池反冲洗排水管；所述的出水槽通过一根管道与第一储水池内筒连接；所述的第一储水池本体通过管道与布水器连接，该管道上还设置有进水泵；所述的第一储水池内筒通过一根管道与配水缓冲区连接，该管道上设有第二水泵；所述的CN池本体的底部与第二储水池本体连接；所述的第二储水池本体通过管道与配水缓冲区连接，该管道上还设有第一水泵；所述的CN池本体底部与曝气泵连接。本发明DN池的水流方向采用上向流，能避免悬浮物集中在填料层中，加大填料纳污率，延长反冲洗间隔时间。

优选地，所述的海砂滤料层由海砂组成，选择粒径2-3mm，密度2.54g/cm³，孔隙率2.23%，比表面积0.26m²/g的海砂。

优选地，所述的海砂滤料层的厚度为1.5-1.7m。

优选地，所述的沸石填料层由沸石组成，选择粒径8-20mm，密度1.9-2.6g/cm³、孔隙率≥48%以及比表面积570-670m²/g的沸石。由于高比表面积以及空隙率提供了巨大的栖息空间，使大量微生物附着在填料上，并在填料表面大量繁殖。

优选地，所述的沸石填料层的厚度为1.4-1.6m。

优选地，所述的布水器由干管-支管-布水孔组成，每根支管的下侧均匀布置多个等孔距等直径的小孔。

优选地，所述的承托层由鹅卵石组成，鹅卵石粒径2-6cm，密度2.65g/cm³。

一种利用前置反硝化曝气生物滤池处理污水的方法，其步骤如下：

（1）将需处理的含有机物、氨氮的污水或需处理的含有机物、氨氮的污水与回流硝化液都注入配水缓冲区，向上流经海砂滤料层，海砂滤料层中反硝化细菌利用进水中的有机碳源将回流液中的亚硝酸氮和硝酸氮还原成氮气，实现反硝化脱氮，同时，污水中的悬浮物在滤料表面及上面微生物的吸附作用下被截留在海砂滤料层中；

（2）经DN池本体处理的污水经过清水区由出水槽进入第一储水池本体中部的第一储水池内筒；污水从第一储水池内筒溢出至储水池缓冲槽中，然后水流经过储水池缓冲槽的顶部流出，溢流出水瀑流至第一储水池蓄水区；从第一储水池内筒到储水池缓冲槽，再到第一储水池蓄水区的过程中，水中会溶解大量的空气中的氧，该特殊结构的第一储水池内筒能够将污水DO从0.27提高到2.22mg/L；第一储水池本体的水分为两个流向：一种是作为前置反硝化滤池（DN池本体）的反冲洗用水，另一种进入CN池本体进行硝化作用；

（3）使第一储水池本体的污水由进水泵经布水器喷洒至缓冲层，污水经布水器的喷洒过程，DO从2.22mg/L提高到2.74mg/L，打开曝气泵，使CN池本体内污水DO保持在1.8-2.7mg/L；沸石层硝化细菌利用水中的氨氮和DO进行硝化反应，将氨氮转化为硝酸氮、亚硝酸氮；好氧细菌利用水中DO进一步降解剩余有机物；

（4）使CN池本体出水进入第二储水池本体，部分作为回流硝化液经第一水泵进入DN池本体，部分用于CN池本体反冲洗水，其余达标排放。

优选地，还包括步骤（5），为避免由于滤层截留的SS以及微生物的增殖导致的滤层堵塞，DN池本体和CN池本体进行反冲洗。

优选地，所述的DN池本体的反冲洗间隔为7天，反冲洗采用水冲洗方法，持续时间4min；反冲洗水强度为10L/(s﹒m²)；所述的CN池本体的反冲洗间隔为14天，反冲洗采用气/水联合方法，气/水同时反冲洗持续时间3min；反冲洗水强度为8L/(s﹒m²)、气强度为14L/(s﹒m²)。

3.有益效果

与现有技术相比，本发明有如下显著优点：

（1）本发明的装置第一储水池本体特殊的结构设计以及布水器在喷洒过程均增加了污水与空气的接触时间与面积，尤其是第一储水池本体中部放置有一个第一储水池内筒，第一储水池内筒的外侧设置有一个环状储水池缓冲槽，储水池缓冲槽的高度低于第一储水池内筒的高度，第一储水池本体的侧壁与第一储水池内筒之间的区域为第一储水池蓄水区，这样使得CN池本体的进水溶解氧能从0.27mg/L提高到2.74mg/L，在少量外加曝气量的情况下（气水比1.8-2.3）就能使CN池污水DO保持在1.8-2.7mg/L；

（2）本发明的装置及方法与现有前置反硝化生物滤池以及处理方法相比，本发明能够无动力提高CN池进水溶解氧，从而减少后续外加供氧量，具有结构简单、操作方便、低能耗的优点；

（3）本发明的装置中DN池滤料层由海砂组成，这个粒径的海砂，一方面作为生物载体，为微生物提供了良好的生活载体，另一方面起着过滤的作用，由于海砂具有耐腐蚀、粒形圆整，含硅高，硬度强的特点，能够有效截留进水中的悬浮物，延长更换滤料时间；

（4）本发明CN池滤料层由沸石组成，由于沸石对NH₄ ⁺-N的强烈吸附作用，尤其是粒径8-20mm，密度1.9-2.6g/cm³、孔隙率≥48%以及比表面积570-670m²/g的沸石，具有较强的抗氨氮冲击负荷能力；

（5）本发明的方法能够无动力提高CN池进水溶解氧，从而减少后续外加供氧量，具有结构简单、操作方便、低能耗的优点。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图中：1、配水缓冲区；2、承托层；3、海砂滤料层；4、DN池本体；5、清水区；6、出水槽；7、第一储水池内筒；8、储水池缓冲槽；9、第一储水池蓄水区；10、第一储水池本体；11、进水泵；12、布水器；13、缓冲层；14、沸石填料层；15、CN池本体；16、布气层；17、第二储水池本体；18、第一水泵；19、第二水泵；20、曝气泵；21、DN池反冲洗排水管；22、CN池反冲洗排水管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

如图1所示，一种前置反硝化曝气生物滤池，包括DN池本体4和CN池本体15，还包括第一储水池本体10、第二储水池本体17和曝气泵20；DN池本体4内部从上到下依次包括清水区5、海砂滤料层3、承托层2和配水缓冲区1；配水缓冲区1一侧设有进水口；清水区5的一侧还设有出水槽6，出水槽6与清水区5之间通过隔水板隔开，隔水板的高度低于DN池本体4顶部的高度；清水区5的一侧还设有DN池反冲洗排水管21；第一储水池本体10中部放置有一个第一储水池内筒7；第一储水池内筒7的外侧设置有一个环状储水池缓冲槽8，储水池缓冲槽8的高度低于第一储水池内筒7的高度；第一储水池本体10的侧壁与第一储水池内筒7之间的区域为第一储水池蓄水区9；CN池本体15内部从上到下依次包括布水器12、缓冲层13、沸石填料层14、布气层16和承托层2，缓冲层13的侧部连接有一个CN池反冲洗排水管22；出水槽6通过一根管道与第一储水池内筒7连接；第一储水池本体10通过管道与布水器12连接，该管道上还设置有进水泵11；第一储水池内筒7通过一根管道与配水缓冲区1连接，该管道上设有第二水泵19；CN池本体15的底部与第二储水池本体17连接；第二储水池本体17通过管道与配水缓冲区1连接，该管道上还设有第一水泵18；CN池本体15底部与曝气泵20连接。

海砂滤料层3由海砂组成，选择粒径2-3mm，密度2.54g/cm³，孔隙率2.23%，比表面积0.26m²/g的海砂。海砂滤料层3的厚度为1.6m。沸石填料层14由沸石组成，选择粒径8-20mm，密度1.9-2.6g/cm³、孔隙率≥48%以及比表面积570-670m²/g的沸石。沸石填料层14的厚度为1.5m。布水器12由干管-支管-布水孔组成，每根支管的下侧均匀布置30个等孔距等直径的小孔。承托层2由鹅卵石组成，鹅卵石粒径2-6cm，密度2.65g/cm³。

DN池本体4的水流方向采用上向流，水力停留时间为0.3-0.8h；所述的CN池本体15的水流方向采用下向流，气水比为1.8-2.3，硝化液回流比110-150%。具体的操作方法如下：

（1）将需处理的含有机物、氨氮的污水或需处理的含有机物、氨氮的污水与回流硝化液（启动一段时间后是需处理的污水与回流硝化液都注入配水缓冲区1）都注入配水缓冲区1，向上流经海砂滤料层3，海砂滤料层3中反硝化细菌利用进水中的有机碳源将回流液中的亚硝酸氮和硝酸氮还原成氮气，实现反硝化脱氮，同时，污水中的悬浮物（SS）在滤料表面及上面微生物的吸附作用下被截留在海砂滤料层3中；

（2）经DN池本体4处理的污水经过清水区5由出水槽6进入第一储水池本体10中部的第一储水池内筒7；污水从第一储水池内筒7溢出至储水池缓冲槽8中，然后水流经过储水池缓冲槽8的顶部流出，溢流出水瀑流至第一储水池蓄水区9；从第一储水池内筒7到储水池缓冲槽8，再到第一储水池蓄水区9的过程中，水中会溶解大量的空气中的氧，该特殊结构的第一储水池内筒7能够将污水DO从0.27提高到2.22mg/L；第一储水池本体10的水分为两个流向：一种是作为前置反硝化滤池（DN池本体4）的反冲洗用水，另一种进入CN池本体15进行硝化作用；

（3）使第一储水池本体的污水由进水泵11经布水器12喷洒至缓冲层13，污水经布水器12的喷洒过程，DO从2.22mg/L提高到2.74mg/L，打开曝气泵20，使CN池本体15内污水DO保持在1.8-2.7mg/L之间；沸石层硝化细菌利用水中的氨氮和DO进行硝化反应，将氨氮转化为硝酸氮、亚硝酸氮；好氧细菌利用水中DO进一步降解剩余有机物；

（4）使CN池本体15出水进入第二储水池本体17，部分作为回流硝化液经第一水泵18进入DN池本体4，部分用于CN池本体15反冲洗水，其余达标排放；

（5）为避免由于滤层截留的SS以及微生物的增殖导致的滤层堵塞，DN池本体4和CN池本体15需进行反冲洗。DN池本体4的反冲洗间隔为7天，反冲洗采用水冲洗方法，持续时间4min；反冲洗水强度为10L/(s﹒m²)。CN池本体15的反冲洗间隔为14天，反冲洗采用气/水联合方法，气/水同时反冲洗持续时间3min；反冲洗水强度为8L/(s﹒m²)、气强度为14L/(s﹒m²)。

该工艺运行条件：进水COD为220±30mg/L，TN为30±10mg/L，运行过程中的温度为25±8℃，污水的pH值为7.5±0.4。

该工艺处理效果：COD去除率大于85%，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准中对于COD小于50mg/L的要求；TN去除率大于78%，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准中对于TN小于15mg/L的要求。

本发明的方法由于沸石对NH₄ ⁺-N具有很好的吸附和离子交换能力，即使进水不稳定，氨氮负荷提高到40mg/L的情况下，CN池出水氨氮仍稳定在6mg/L以内。

实施例2

同实施例1，所不同的是海砂滤料层3的厚度为1.5m；沸石填料层14的厚度为1.6m。

实施例3

同实施例1，所不同的是海砂滤料层3的厚度为1.7m；沸石填料层14的厚度为1.4m。

Claims (10)

1.一种前置反硝化曝气生物滤池，包括DN池本体（4）和CN池本体（15），其特征在于，还包括第一储水池本体（10）、第二储水池本体（17）和曝气泵（20）；所述的DN池本体（4）内部从上到下依次包括清水区（5）、海砂滤料层（3）、承托层（2）和配水缓冲区（1）；所述的配水缓冲区（1）一侧设有进水口；所述的清水区（5）的一侧还设有出水槽（6），出水槽（6）与清水区（5）之间通过隔水板隔开，隔水板的高度低于DN池本体（4）顶部的高度；所述的清水区（5）的一侧还设有DN池反冲洗排水管（21）；所述的第一储水池本体（10）中部放置有一个第一储水池内筒（7）；所述的第一储水池内筒（7）的外侧设置有一个环状储水池缓冲槽（8），储水池缓冲槽（8）的高度低于第一储水池内筒（7）的高度；所述的第一储水池本体（10）的侧壁与第一储水池内筒（7）之间的区域为第一储水池蓄水区（9）；所述的CN池本体（15）内部从上到下依次包括布水器（12）、缓冲层（13）、沸石填料层（14）、布气层（16）和承托层（2），所述的缓冲层（13）的侧部连接有一个CN池反冲洗排水管（22）；所述的出水槽（6）通过一根管道与第一储水池内筒（7）连接；所述的第一储水池本体（10）通过管道与布水器（12）连接，该管道上还设置有进水泵（11）；所述的第一储水池内筒（7）通过一根管道与配水缓冲区（1）连接，该管道上设有第二水泵（19）；所述的CN池本体（15）的底部与第二储水池本体（17）连接；所述的第二储水池本体（17）通过管道与配水缓冲区（1）连接，该管道上还设有第一水泵（18）；所述的CN池本体（15）底部与曝气泵（20）连接。

2.根据权利要求1所述的一种前置反硝化曝气生物滤池，其特征在于，所述的海砂滤料层（3）由海砂组成，选择粒径2-3mm，密度2.54g/cm³，孔隙率2.23%，比表面积0.26m²/g的海砂。

3.根据权利要求2所述的一种前置反硝化曝气生物滤池，其特征在于，所述的海砂滤料层（3）的厚度为1.5-1.7m。

4.根据权利要求1所述的一种前置反硝化曝气生物滤池，其特征在于，所述的沸石填料层（14）由沸石组成，选择粒径8-20mm，密度1.9-2.6g/cm³、孔隙率≥48%以及比表面积570-670m²/g的沸石。

5.根据权利要求4所述的一种前置反硝化曝气生物滤池，其特征在于，所述的沸石填料层（14）的厚度为1.4-1.6m。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种前置反硝化曝气生物滤池，其特征在于，所述的布水器（12）由干管-支管-布水孔组成，每根支管的下侧均匀布置多个等孔距等直径的小孔。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种前置反硝化曝气生物滤池，其特征在于，所述的承托层（2）由鹅卵石组成，鹅卵石粒径2-6cm，密度2.65g/cm³。

8.一种利用前置反硝化曝气生物滤池处理污水的方法，其步骤如下：

（1）将需处理的含有机物、氨氮的污水或需处理的含有机物、氨氮的污水与回流硝化液都注入配水缓冲区（1），向上流经海砂滤料层（3），海砂滤料层（3）中反硝化细菌利用进水中的有机碳源将回流液中的亚硝酸氮和硝酸氮还原成氮气，实现反硝化脱氮，同时，污水中的悬浮物在滤料表面及上面微生物的吸附作用下被截留在海砂滤料层（3）中；

（2）经DN池本体（4）处理的污水经过清水区（5）由出水槽（6）进入第一储水池本体（10）中部的第一储水池内筒（7）；污水从第一储水池内筒（7）溢出至储水池缓冲槽（8）中，然后水流经过储水池缓冲槽（8）的顶部流出，溢流出水瀑流至第一储水池蓄水区（9）；第一储水池本体（10）的水分为两个流向：一种是作为前置反硝化滤池的反冲洗用水，另一种进入CN池本体（15）进行硝化作用；

（3）使第一储水池本体的污水由进水泵（11）经布水器（12）喷洒至缓冲层（13），打开曝气泵（20），使CN池本体（15）内污水DO保持在1.8-2.7mg/L；沸石层硝化细菌利用水中的氨氮和DO进行硝化反应，将氨氮转化为硝酸氮、亚硝酸氮；好氧细菌利用水中DO进一步降解剩余有机物；

（4）使CN池本体15出水进入第二储水池本体（17），部分作为回流硝化液经第一水泵（18）进入DN池本体（4），部分用于CN池本体（15）反冲洗水，其余达标排放。

9.根据权利要求8所述的一种利用前置反硝化曝气生物滤池处理污水的方法，其特征在于，还包括步骤（5），DN池本体（4）和CN池本体（15）进行反冲洗。

10.根据权利要求9所述的一种利用前置反硝化曝气生物滤池处理污水的方法，其特征在于，所述的DN池本体（4）的反冲洗间隔为7天，反冲洗采用水冲洗方法，持续时间4min；反冲洗水强度为10L/(s﹒m²)；所述的CN池本体（15）的反冲洗间隔为14天，反冲洗采用气/水联合方法，气/水同时反冲洗持续时间3min；反冲洗水强度为8L/(s﹒m²)、气强度为14L/(s﹒m²)。