申请日2015.07.10
公开(公告)日2017.10.10
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种交替内循环生物滤池污水处理装置及其使用方法，属于环境工程水处理技术领域。它包括进水槽和曝气单元，还包括生物滤池和循环管道，所述的生物滤池从上到下依次设置为空白区、填料层、承托层和配水区，空白区、填料层和承托层组成的区域中间设有一块隔板，所述的隔板左侧为滤池A，所述的隔板右侧为滤池B;所述的进水槽设置在生物滤池顶部的侧面，通过循环管道的进水管分别与滤池A和滤池B连通，循环管道的出水管也分别与滤池A和滤池B连通，出水管的出水口伸出到生物滤池外部;所述的曝气单元的曝气管一端与生物滤池的下部连通，另一端与风机连接。它能够实现低C/N比污水的高效脱氮，并能大幅度削减剩余污泥产量。
权利要求书
1.一种交替内循环生物滤池污水处理装置，包括进水槽(1)和曝气单元，其特征在于，它还包括生物滤池和循环管道，所述的生物滤池从上到下依次设置为空白区、填料层(4)、承托层(6)和配水区，空白区、填料层(4)和承托层(6)组成的区域中间设有一块隔板(5)，所述的隔板(5)左侧为滤池A，所述的隔板(5)右侧为滤池B;
所述的进水槽(1)设置在生物滤池顶部的侧面，通过循环管道的进水管(2)分别与滤池A和滤池B连通，循环管道的出水管(3)也分别与滤池A和滤池B连通，出水管(3)的出水口伸出到生物滤池外部;
所述的曝气单元的曝气管一端与生物滤池的下部连通，另一端与风机(11)连接;
所述的进水管(2)共三个端口，分别为进水管端口I(21)、进水管端口II(22)和进水管端口III(23)，所述的进水管端口I(21)位于进水槽(1)内，所述的进水管端口II(22)位于滤池A内的空白区，所述的进水管端口III(23)位于滤池B内的空白区，所述的进水管(2)为底部开孔的穿孔管;
所述的出水管(3)共三个端口，分别为出水管端口I(31)、出水管端口II(32)和出水管端口III(33)，所述的出水管端口I(31)位于滤池A内的空白区，所述的出水管端口II(32)位于生物滤池外部，所述的出水管端口III(33)位于滤池B内的空白区，所述的出水管(3)为侧面开孔的穿孔管。
2.根据权利要求1所述的一种交替内循环生物滤池污水处理装置，其特征在于，所述的循环管道包括进水管(2)和出水管(3)，所述的出水管(3)所在平面高于所述的进水管(2)所在平面。
3.根据权利要求2所述的一种交替内循环生物滤池污水处理装置，其特征在于，所述的进水管(2)的俯视图外形为字母“F”形，共三个端口，分别为进水管端口I(21)、进水管端口II(22)和进水管端口III(23)，所述的进水管端口I(21)位于进水槽(1)内，所述的进水管端口II(22)位于滤池A内的空白区，所述的进水管端口III(23)位于滤池B内的空白区，所述的进水管(2)为底部开孔的穿孔管，所述的填料层(4)内为颗粒状填料。
4.根据权利要求2所述的一种交替内循环生物滤池污水处理装置，其特征在于，所述的出水管(3)的俯视图外形为字母“h”形，共三个端口，分别为出水管端口I(31)、出水管端口II(32)和出水管端口III(33)，所述的出水管端口I(31)位于滤池A内的空白区，所述的出水管端口II(32)位于生物滤池外部，所述的出水管端口III(33)位于滤池B内的空白区，所述的出水管(3)为侧面开孔的穿孔管，所述的填料层(4)内为颗粒状填料。
5.根据权利要求1所述的一种交替内循环生物滤池污水处理装置，其特征在于，所述的承托层(6)和所述的配水区之间设有穿孔滤板(7)。
6.根据权利要求1所述的一种交替内循环生物滤池污水处理装置，其特征在于，所述的填料层(4)内为颗粒状填料。
7.根据权利要求1所述的一种交替内循环生物滤池污水处理装置，其特征在于，所述的曝气单元包括曝气管、三通阀(10)和风机(11);其中，所述的曝气管包括曝气管I(8)和曝气管II(9)。
8.根据权利要求7所述的一种交替内循环生物滤池污水处理装置，其特征在于，所述的隔板(5)左侧的承托层(6)内设有曝气管I(8)，所述的隔板(5)右侧的承托层(6)内设有曝气管II(9)，所述的曝气管I(8)和曝气管II(9)位于承托层(6)内的部分均设有孔，三通阀(10)的两个出口分别与曝气管I(8)和曝气管II(9)连通，所述的三通阀(10)的入口与风机(11)连接。
9.一种交替内循环生物滤池污水处理装置的使用方法，其特征在于，步骤为：
A、按照权利要求1构建所述的一种交替内循环生物滤池污水处理装置;
B、向进水槽(1)内通入待处理的原污水，原污水经过进水管(2)分别进入滤池A和滤池B内;
C、当污水高度到达填料层(4)顶部时，打开风机(11)，向生物滤池内充入空气;
D、切换三通阀(10)，通过曝气管I(8)向滤池A内曝气，滤池A的液面由于气水混合作用高于滤池B，因此原污水由进水槽(1)通过进水管(2)流入时，会自然流入滤池B，并向下依次流过滤池B的填料层(4)、承托层(6)，通过底部连通的配水区流入滤池A，再依次向上流过滤池A的承托层(6)和填料层(4)，同时滤池A内污水由于液面升高，达到出水管(3)的高度，一部分污水从出水管(3)流出生物滤池，一部分污水从连通的进水管(2)流回滤池B，形成内循环，滤池A处于好氧环境，滤池B处于缺氧环境，因此使得污水在生物滤池内先经过缺氧的填料层，再经过好氧的填料层，并有部分回流，有利于反硝化过程的进行，进出水流和内循环流会达到一个动态平衡;
E、经过0.5-2d后，切换三通阀(10)，通过穿孔曝气管II(9)向滤池B内曝气;会形成原污水从滤池A进入，从滤池B一侧的出水管(3)流出，同时有部分污水由滤池B从连通的进水管(2)流入滤池A的内循环形成，其余过程与通过曝气管I(8)进行曝气时类似，切换之后，由于之前滤池A的填料层(4)上的微生物处于好氧环境中，储存了大量的内碳源，此时处于缺氧环境，微生物在此进行反硝化，当供反硝化过程所利用的碳源相对不足，微生物便分解利用所储存的内碳源，充当反硝化的优质碳源，从而能够顺利地实现反硝化过程，明显地提高了脱氮效率;
F、经过0.5-2d后，再次切换三通阀(10)，重新通过穿孔曝气管I(8)向滤池A内曝气，重复步骤D和E，如此循环交替曝气，生物滤池持续运行。
说明书
一种交替内循环生物滤池污水处理装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及环境工程水处理技术领域，尤其涉及一种交替内循环生物滤池污水处理装置及其使用方法。
背景技术
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter)简称BAF，其基本原理是在一级处理的基础上，以颗粒填料及附着在其上的生物膜为处理介质，充分发挥过滤作用、膜和填料的吸附作用、生物代谢作用以及反应器内食物链多级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内去除。通过曝气方式的调整，反应器内存在不同的好氧、缺氧区域，可以实现同步硝化反硝化，节省空间，简化设计，尤其适用于人口密集、土地资源紧张的城镇污水处理，且不需要设置二沉池，工艺简化、设备配套少，便于操作管理。然而，Chiu等试验发现控制COD/NH4+-N比为11.1时，同步硝化反硝化进行完全，而当COD/NH4+-N比为6.3时，由于碳源不足，同步硝化反硝化效果受阻。我国城镇污水普遍存在低C/N比现象，较低的C/N比无法满足生物反硝化脱氮的需求。
在生物脱氮过程中，微生物能够将大部分溶解性基质转化为内碳源储存于细胞中，在缺氧条件且碳源相对不足的情况下，储存的内碳源能作为电子供体，使反硝化过程顺利进行。卢文建等人提出强化SBBR工艺，它由两格交替运行的SBBR组成，交替运行强化了碳源的保存，可以利用内碳源实现硝态氮的反硝化，提高脱氮效率。但是强化SBBR工艺的操作包括交替进水、交替曝气、出水等三道工序，本质上是生物膜法的间歇操作模式，因此系统的控制较为复杂，另外工艺时间利用率低，当进水流量较大时，需要的调节池容积会很大。
中国发明专利，授权公告号：CN 100357194C，授权公告日：2007年12月26日，公开了一种单级内循环曝气生物滤池，包括滤池中心的内部导流筒、导流筒外部的生物填料区及底部泥斗，生物填料区底部为均匀开孔的承托板，承托板的下部为进水空间，内部导流筒的底部设置曝气装置，并设置开孔的配水墙连通进水空间，进水空间及内部导流筒采用开孔法兰盘与底部泥斗连接在一起，底部泥斗中设置反冲洗曝气装置并安装排泥管。其不足之处是：1)滤池内部好氧、缺氧部分的位置是固定的，不能互相交替，因此无法利用微生物储存内碳源强化反硝化，对于较低C/N比的污水难以实现氮的有效去除;2)滤池需要定期反冲洗，增加了系统的运行管理复杂程度。
中国发明专利，公开号：CN 102001802 A，公开日：2011.4.6，公开了一种环境工程污水技术领域的硝化反硝化组合一体化生物滤池，包括位于上部的好氧处理单元、位于中部的厌氧处理单元、位于底部的布水布气处理单元以及分割厌氧处理单元和布水布气处理单元的滤板。此发明通过对传统两级脱氮曝气生物滤池结构形式的改进，在单级滤池中实现硝化反硝化脱氮，简化处理工艺流程，不增加生物滤池构造的复杂性，降低基建费用和运行成本，提高系统的生物脱氮性能。其不足之处是：虽然此专利在单一构筑物内同时存在好氧、厌氧环境，从而实现同步硝化反硝化，但是工艺原理仍然是传统的前置缺氧反硝化过程，对低C/N比的污水处理效果不佳，并且也需要定期对滤池进行反冲洗，运行管理复杂。
中国实用新型专利，授权公告号：CN 201077794Y，授权公告日：2008年6月25日，公开了一种新型生化反应器，旨在提供一种不仅能提高污水处理效率，而且能节省污水处理能耗、降低处理成本的新型生化反应器，它含有外部缸体、蜂窝胞壁断面结构纤维滤料单元、颗粒滤料单元、隔板、曝气器、曝气管、气泵。按水深要求设置1～2层的蜂窝胞壁断面结构纤维滤料单元，通过两组曝气器交替对新型生化反应器不同部分进行曝气，在气体升的作用下，形成循环流。其不足之处在于：1)、此专利进水槽和出水槽位置固定，当对装置左边进行曝气时，会出现原污水从左边进入便立即被循环流带入右侧，从右侧出水槽直接流出的原污水短流问题，会严重影响装置对污水的处理效果;2)、此专利只是为了防止滤料堵塞而简单地进行交替运行，并不能实现强化反硝化作用，缩短交替周期的目的。
发明内容
针对现有技术的污水处理设备工艺复杂，不能够对低C/N比污水有效脱氮的问题，本发明提供了一种交替内循环生物滤池污水处理装置及其使用方法，它能够实现低C/N比污水的高效脱氮，并能大幅度削减剩余污泥产量。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种交替内循环生物滤池污水处理装置，包括进水槽和曝气单元，它还包括生物滤池和循环管道，所述的生物滤池从上到下依次设置为空白区、填料层、承托层和配水区，空白区、填料层和承托层组成的区域中间设有一块隔板，所述的隔板左侧为滤池A，所述的隔板右侧为滤池B;
所述的进水槽设置在生物滤池顶部的侧面，通过循环管道的进水管分别与滤池A和滤池B连通，循环管道的出水管也分别与滤池A和滤池B连通，出水管的出水口伸出到生物滤池外部;
所述的曝气单元的曝气管一端与生物滤池的下部连通，另一端与风机连接。
优选地，所述的循环管道包括进水管和出水管，所述的出水管所在平面高于所述的进水管所在平面。
优选地，所述的进水管的俯视图外形为字母“F”形，共三个端口，分别为进水管端口I、进水管端口II和进水管端口III，所述的进水管端口I位于进水槽内，所述的进水管端口II位于滤池A内的空白区，所述的进水管端口III位于滤池B内的空白区，所述的进水管为底部开孔的穿孔管。
优选地，所述的出水管的俯视图外形为字母“h”形，共三个端口，分别为出水管端口I、出水管端口II和出水管端口III，所述的出水管端口I位于滤池A内的空白区，所述的出水管端口II位于生物滤池外部，所述的出水管端口III位于滤池B内的空白区，所述的出水管为侧面开孔的穿孔管。
优选地，所述的承托层和所述的配水区之间设有穿孔滤板，便于污水经过配水区在滤池A和滤池B之间循环。
优选地，所述的填料层内为颗粒状填料，如陶粒、轻质塑料粒子。
优选地，所述的曝气单元包括曝气管、三通阀和风机;其中，所述的曝气管包括曝气管I和曝气管II。
优选地，所述的隔板左侧的承托层内设有曝气管I，所述的隔板右侧的承托层内设有曝气管II，所述的曝气管I和曝气管II位于承托层内的部分均设有孔，三通阀的两个出口分别与曝气管I和曝气管II连通，所述的三通阀的入口与风机连接。
曝气边滤池内颗粒填料由于气流提升作用而处于微流态化，基质与微生物可以充分接触，同时形成好氧环境，有利于硝化菌的生长;非曝气边滤池内由于原污水的进入而处于缺氧状态，利用曝气侧和未曝气侧流体密度差实现污水内循环;由于两格滤池交替曝气，因而交替处于好氧和缺氧环境，可以强化微生物吸收原水有机物并储存为内碳源用于反硝化反应，因此强化了反硝化过程，使得滤池具有优异的脱氮性能。
一种交替内循环生物滤池污水处理装置的使用方法，其步骤为：
A、按照以上所述，构建所述的一种交替内循环生物滤池污水处理装置;
B、向进水槽内通入待处理的原污水，原污水经过进水管分别进入滤池A和滤池B内;
C、当污水高度到达填料层顶部时，打开风机，向生物滤池内曝气;
D、切换三通阀，通过曝气管I向滤池A内曝气，滤池A的液面由于气水混合作用高于滤池B，因此原污水由进水槽通过进水管流入时，会自然流入滤池B，并向下依次流过滤池B的填料层、承托层，通过底部连通的配水区流入滤池A，再依次向上流过滤池A的承托层和填料层，同时滤池A内污水由于液面升高，达到出水管的高度，一部分污水从出水管流出生物滤池，一部分污水从连通的进水管流回滤池B，形成内循环，滤池A处于好氧环境，滤池B处于缺氧环境，因此使得污水在生物滤池内先经过缺氧的填料层，再经过好氧的填料层，并有部分回流，有利于反硝化过程的进行，进出水流和内循环流会达到一个动态平衡;
曝气气流扰动填料层内的颗粒填料，使其轻微流态化，防止填料层堵塞，并使得颗粒填料表面的老化生物膜剥落随出水流出，颗粒填料表面经过更新提高生物膜活性;
根据水力学原理设计进、出水管，通过交替曝气，利用曝气侧和未曝气侧流体密度差实现污水内循环、进出水方向和两格滤池内好氧/缺氧环境三者的同步交替变化，无需采用电动阀自控控制进水方向，使得系统的运行管理大为简化。
颗粒填料上的微生物频繁地交替处于好氧和缺氧的环境中，需要将内碳源大量用于缺氧环境中的反硝化过程，因而自身生长过程受到限制，系统的剩余污泥产率很低，实验室条件下测得表观产率系数Yobs为0.02kgMLVSS/kgBOD5。
本发明充分利用微生物储存内碳源强化反硝化的理论原理，并结合曝气生物滤池的各项优点，目的在于既能连续进水，又能够实现低C/N比污水的高效脱氮，并能大幅度削减剩余污泥产量。
E、经过0.5-2d后，切换三通阀，通过穿孔曝气管II向滤池B内曝气，会形成原污水从滤池A进入，从滤池B一侧的出水管流出，同时有部分污水由滤池B从连通的进水管流入滤池A的内循环形成，其余过程与通过曝气管I进行曝气时类似，切换之后，由于之前滤池A的填料层上的微生物处于好氧环境中，储存了大量的内碳源，此时处于缺氧环境，微生物在此进行反硝化，由于供反硝化过程所利用的碳源相对不足，微生物便分解利用所储存的内碳源，充当反硝化的优质碳源，从而能够顺利地实现反硝化过程，明显地提高了脱氮效率;
F、经过0.5-2d后，再次切换三通阀(10)，重新通过穿孔曝气管I(8)向滤池A内曝气，重复步骤D和E，如此循环交替曝气，生物滤池持续运行;交替曝气周期越长，微生物的储碳反硝化效果相对越小，但工艺稳定性越高。
当向滤池A内曝气，其中溶解氧浓度(DO)在6mg/L以上，是好氧环境，同时滤池A内污水一部分通过进水管与进水混合回流至滤池B，一部分通过出水管流出滤池，滤池B内污水消耗溶解氧，其中溶解氧浓度在1.2mg/L以下，是缺氧环境，因此使得污水在池体内先经过缺氧的填料层，再经过好氧的填料层，并有部分回流，有利于反硝化过程的进行。同样地，当向滤池B内曝气，情况类似。
本发明的滤池A和滤池B交替曝气，因而交替处于好氧和缺氧环境，能够同步硝化反硝化作用，并去除有机物，实现COD和TN在同一单元反应器内去除，节省空间，简化设计，尤其适用于人口密集、土地资源紧张的城镇污水处理。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明曝气边滤池内颗粒填料由于气流提升作用而处于微流态化，基质与微生物可以充分接触，同时形成好氧环境，有利于硝化菌的生长;非曝气边滤池内由于原污水的进入而处于缺氧状态，利用曝气侧和未曝气侧流体密度差实现污水内循环;由于两格滤池交替曝气，因而交替处于好氧和缺氧环境，可以强化微生物吸收原水有机物并储存为内碳源用于反硝化反应，因此强化了反硝化过程，使得滤池具有低C/N比污水的高效脱氮性能;
(2)本发明根据水力学原理设计进、出水管，能够连续进水，通过交替曝气，利用曝气侧和未曝气侧流体密度差实现污水内循环、进出水方向和两格滤池内好氧/缺氧环境三者的同步交替变化，无需采用电动阀自控控制进水方向，使得系统的运行管理大为简化，并且不存在原污水短流的问题;
(3)本发明颗粒填料上的微生物频繁地交替处于好氧和缺氧的环境中，需要将内碳源大量用于缺氧环境中的反硝化过程，因而自身生长过程受到限制，系统的剩余污泥产率很低，实验室条件下测得表观产率系数Yobs为0.02kgMLVSS/kgBOD5，降低了剩余污泥产量;
(4)本发明的曝气气流扰动填料层内的颗粒填料，使其轻微流态化，起到反冲洗效果，气液混合流持续对填料上微生物进行冲刷，因此省掉了定期的反冲洗工序，工艺运行控制过程大为简化;防止填料层内的颗粒填料板结、堵塞，并使得颗粒填料表面的老化生物膜剥落随出水流出，颗粒填料表面经过更新，提高生物膜活性;
(5)本发明交替内循环颗粒填料生物滤池可以同步硝化反硝化作用，并去除有机物，实现COD和TN在同一单元反应器内去除，节省空间，简化设计，尤其适用于人口密集、土地资源紧张的城镇污水处理;
(6)本发明根据微生物储存内碳源强化反硝化理论，通过实验室研究确定了交替周期的时间长度对反硝化作用的影响程度，相比于普通工艺基于反冲洗目的的交替曝气，大大缩短了交替周期的时间，有目的地进行工艺交替周期控制，对低C/N比的污水具有优异的脱氮效果。