申请日2014.12.26
公开(公告)日2015.04.22
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种污水深度处理生物滤池装置系统及处理工艺，所述污水深度处理生物滤池装置系统，包括生物滤池、污水和臭氧供给系统、反冲水供给系统、反冲空气供给系统以及出水系统;生物滤池的顶部敞口，内部由上至下依次设有溢流室、催化氧化层、滤料层以及配水配气室;所述催化氧化层的底部设有均匀布水布气器;所述滤料层和所述配水配气室之间设有滤料支撑板;所述滤料支撑板上固定有长柄滤头;利用该装置系统的处理工艺能够有效分解石油化工等行业二级生化后的难降解有机污染物、而且相对于现有臭氧曝气方式，具有快速混合和高效催化的优势，能够有效降低制水成本，并能够有效利用残余臭氧分解后的余氧，降低装置运行能耗。
摘要附图
权利要求书
1.一种污水深度处理生物滤池装置系统，包括一生物滤池，其特征在于，所述生物滤池的 顶部敞口，内部由上至下依次设有溢流室、催化氧化层、滤料层以及配水配气室;所述 催化氧化层的底部设有均匀布水布气器;所述滤料层和所述配水配气室之间设有滤料支 撑板;所述滤料支撑板上固定有长柄滤头;
所述溢流室的池壁上设有溢流出口;所述均匀布水布气器设有气水进口;所述配水配 气室的池壁上设有液体进出口和反冲气进口;
所述配水配气室池壁上的液体进出口与新鲜水原料管道经管线连接，并在连接管线上 设有反冲水调节阀;所述液体进出口还与计量装置经管线连接，并在连接管线上设有出水 调节阀;
所述生物滤池外设有污水储箱、提升泵、臭氧发生装置、气液混合装置以及空气压缩 机;
所述污水储箱设有污水出口;所述提升泵设有进口和出口;所述臭氧发生装置设有臭 氧出口;所述气液混合装置设有液体进口、气体进口和气液混合出口;所述污水储箱的污 水出口与所述提升泵的进口经管线连接，并在连接管线上设有泵前控制阀;所述提升泵的 出口与所述气液混合器的液体进口经管线连接;所述臭氧发生装置的臭氧出口与所述气液 混合器的气体进口经管线连接;所述气液混合器的气液混合出口与所述均匀布水布气器的 气水进口经管线连接;
所述空气压缩机设有压缩气出口;所述空气压缩机的压缩气出口与所述配水配气室池 壁上的反冲气进口经管线连接，并在连接管线上设有反冲气调节阀。
2.一种生物滤池污水深度处理工艺，生物滤池的顶部敞口，内部由上至下依次设有溢流室、 催化氧化层、滤料层以及配水配气室;所述催化氧化层的底部设有均匀布水布气器;所 述滤料层和所述配水配气室之间设有滤料支撑板;所述滤料支撑板上固定有长柄滤头;
所述处理工艺包括以下步骤：
(1)启动提升泵，将污水储箱中的污水经均匀布水布气器的分布后进入的催化氧化 层，并流经滤料层进行接触氧化过滤;然后通过滤料支撑板进入配水配气室;待 生物滤池内的液位达到溢流室池壁上的溢流出口进行溢流时，再开启设于配水配 气室池壁上的出水调节阀，出水经计量装置计量后外排;并通过调节设于提升泵 前的泵前调节阀和所述出水调节阀使生物滤池的液位稳定;
(2)正常运行后，开启臭氧发生装置，臭氧与来自污水储箱的污水通过气液混合装置 快速混合形成气液混合物一起经均匀布水布气器分布后进入催化氧化层，臭氧在 催化氧化层中产生大量的羟基自由基，起到氧化处理难降解有机物的作用，而残 余臭氧可通过与催化氧化层进行化学反应而得到充分分解;
(3)运行一段时间后，对生物滤池进行反冲洗，以去除生物滤池内的截留污染物：利 用新鲜水作为反冲水，以及采用空气压缩机提供反冲气;首先关闭提升泵、臭氧 发生装置以及出水调节阀，然后分阶段开启反冲水进气阀和反冲气调节阀依次对 生物滤池进行气冲、水气冲和水冲三个阶段的反冲洗;反冲气从生物滤池的配水 配气室进入，然后从生物滤池顶部排出;反冲水则从生物滤池的配水配气室进入， 从生物滤池的溢流室池壁上的溢流出口排出。
3.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所述催化氧化层内 填充活性炭，粒径3～4mm、密度0.45～0.55g/cm3、比表面积800±50m2/g、碘吸附值 800～850mg/g。
4.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所述滤料层内填充 活性炭，粒径3～4mm、密度0.45～0.55g/cm3、比表面积800±50m2/g、碘吸附800～850mg/g。
5.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所述生物滤池的总 高度3.8-5.8m，催化氧化层的高度为0.45-0.6m，滤料层的高度为2-4m。
6.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所述均匀布水布气 器包括水平布置的干道布水布气管和与所述干道布水布气管相连通的多根分支布水布 气管;所述分支布水布气管在所述干道布水布气管两侧均匀对称布置;所述分支布水布 气管上设有分布孔;所述分布孔在所述分支布水布气管两侧斜向上45°的管壁上交错布 置。
7.如权利要求6所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所示分支布水布气 管的管径为25-80mm;所述分布孔的孔径3-4mm。
8.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所述滤料支撑板上 沿中心对称分布有多个开孔，所述开孔上安装有长柄滤头;所述长柄滤头包括滤帽和滤 柄;滤帽和滤柄均为中空结构;所述滤帽位于所述滤料层内，滤帽顶部密封，侧面分布 有多个滤缝，底部与所述滤柄相连通;所述滤柄的底端开口，并插入所述配水配气室内。
9.如权利要求8所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所述滤料支撑板上 的滤缝总面积和滤料支撑板的面积之比为0.01-0.025：1。
10.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，还包括以下特 征中的任一项或多项：
(a)所述滤料层的池壁上由上至下设有多个取样口;所述取样口上连接有取样阀;
(b)所述配水配气室的池壁上还设有放空口;所述放空口上连接有放空阀;
(c)所述污水储箱还设有污水进口;所述污水进口与污水管道经管线连接;所述污水 储箱的顶部还设有溢流口;
(a)所述溢流室的溢流出口上连接有溢流调节阀。
11.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，还包括以下特 征中的任一项或多项：
(a)所述计量装置为转子流量计或电磁流量计;
(b)所述臭氧发生装置为氧气源臭氧发生器或空气源臭氧发生器;
(c)所述气液混合装置为文丘里射流装置;所述文丘里射流装置的气液混合出口管 路上连接有单向阀。
12.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所述臭氧投加 量为20～30mg/L。
13.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所述生物滤池 的水力停留时间为1-2h，容积负荷1.2-2kgCOD/m3.d。
14.如权利要求2所述的一种生物滤池污水深度处理工艺，其特征在于，所述反冲水强 度为5-8L/s.m2;所述反冲气的强度为10-13L/s.m2;所述气冲持续时间5-10分钟;所述 气水冲持续时间为5-10分钟;所述水冲持续时间为5-10分钟。
说明书
一种污水深度处理生物滤池装置系统及处理工艺
技术领域
本发明涉及一种污水深度处理生物滤池装置系统及处理工艺，属于污水处理领域。
背景技术
随着环保意识的增加，地方政府对环保的要求越来越高，对污水处理场污水受纳水体 提出了更高的污染物排放标准，对于部分重点流域近年来更升级为一级A排放标准，部分 指标(如难降解有机物占比COD)去除要求更为苛刻。
石油化工等行业经二级生化后的难降解有机污染物(不可生化的可溶性有机物)难以去 除，并易在生物体内富集，成为排放水体潜在污染源，若回用至生产，易对回用水处理系 统造成有机污染，进而降低其使用寿命。
同时，由于石油化工行业等生产工艺方面的变化，以及类似行业污水回用率的提高， 污水处理系统的稳定生产压力较大。
关于臭氧氧化：O3具有极强的氧化性能，且在水中短时间内可自行分解，无二次污染， 是理想的绿色氧化药剂。O3可将水中难降解有机物氧化分解为易降解有机物，并可进一步 氧化分解为CO2、H2O等简单无机物，同时O3对水中色度类物质有较强的氧化分解能力。
关于臭氧混合：臭氧化法水处理过程可分为传质速度控制的快速反应和化学反应速度 控制的慢速反应过程。对于传质速度控制类型，一般强调气水接触溶解效果，可采用微孔 曝气器、文丘里射流器、臭氧混合泵、涡轮注入器等直接接触反应器。对于化学反应速度 控制类型，一般强调氧化反应过程，可采用填料塔、管式接触器等间接接触反应器以及多 点投加方式。根据现有的工程经验，由于污水中有机物的浓度均较高，一般在污水处理中 臭氧的处理过程属于传质速度控制类型。
关于生物滤池：充分借鉴污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，将生物降解 与吸附过滤两种处理过程合并在同一单元反应器中。以滤池中填装的粒状填料(如陶粒、 焦炭、石英砂、活性炭等)为载体，在滤池内部进行曝气，使滤料表面生长着大量生物膜， 当污水流经时，利用滤料上所附生物膜中高浓度的活性微生物强氧化分解作用以及滤料粒 径较小的特点，充分发挥微生物的生物代谢、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附和截留 以及反应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用,实现污染物的高效清除，同时利用反应器 内好氧、缺氧区域的存在，实现脱氮除磷的功能。
因O3制备成本较高，通常应用于微污染水源的给水处理或者污水深度处理，并与生物 滤池工艺组合形成O3-生物滤池组合工艺，综合O3氧化、滤料吸附、生物降解功能于一体， 经济高效地实现污染水体的处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种污水深度处理生物滤池装置系统及处 理工艺，能够有效分解石油化工等行业二级生化后的难降解有机污染物、而且相对于现有 臭氧曝气方式，具有快速混合和高效催化的优势，能够有效降低制水成本，并能够有效利 用残余臭氧分解后的余氧，降低装置运行能耗。
一种污水深度处理生物滤池装置系统，包括一生物滤池;所述生物滤池的顶部敞口， 内部由上至下依次设有溢流室、催化氧化层、滤料层以及配水配气室;所述催化氧化层的 底部设有均匀布水布气器;所述滤料层和所述配水配气室之间设有滤料支撑板;所述滤料 支撑板上固定有长柄滤头;
所述溢流室的池壁上设有溢流出口;所述均匀布水布气器设有气水进口;所述配水配 气室的池壁上设有液体进出口和反冲气进口;
所述配水配气室池壁上的液体进出口与新鲜水原料管道经管线连接，并在连接管线上 设有反冲水调节阀;所述液体进出口还与计量装置经管线连接，并在连接管线上设有出水 调节阀;
所述生物滤池外设有污水储箱、提升泵、臭氧发生装置、气液混合装置以及空气压缩 机;
所述污水储箱设有污水出口;所述提升泵设有进口和出口;所述臭氧发生装置设有臭 氧出口;所述气液混合装置设有液体进口、气体进口和气液混合出口;所述污水储箱的污 水出口与所述提升泵的进口经管线连接，并在连接管线上设有泵前控制阀;所述提升泵的 出口与所述气液混合器的液体进口经管线连接;所述臭氧发生装置的臭氧出口与所述气液 混合器的气体进口经管线连接;所述气液混合器的气液混合出口与所述均匀布水布气器的 气水进口经管线连接;
所述空气压缩机设有压缩气出口;所述空气压缩机的压缩气出口与所述配水配气室池 壁上的反冲气进口经管线连接，并在连接管线上设有反冲气调节阀;
在所述一种污水深度处理生物滤池装置系统基础上，本发明进一步提供一种污水深度 处理生物滤池处理工艺，包括以下步骤：
(1)启动提升泵，将污水储箱中的污水经均匀布水布气器的分布后进入的催化氧化 层，并流经滤料层进行接触氧化过滤;然后通过滤料支撑板进入配水配气室;待 生物滤池内的液位达到溢流室池壁上的溢流出口进行溢流时，再开启设于配水配 气室池壁上的出水调节阀，出水经计量装置计量后外排;并通过调节设于提升泵 前的泵前调节阀和所述出水调节阀使生物滤池的液位稳定;
(2)正常运行后，开启臭氧发生装置，臭氧与来自污水储箱的污水通过气液混合装置 快速混合形成气液混合物一起经均匀布水布气器分布后进入催化氧化层，臭氧在 催化氧化层中产生大量的羟基自由基，起到氧化处理难降解有机物的作用，而残 余臭氧可通过与催化氧化层进行化学反应而得到充分分解;
(3)运行一段时间后，对生物滤池进行反冲洗，以去除生物滤池内的截留污染物：利 用新鲜水作为反冲水，以及采用空气压缩机提供反冲气;首先关闭提升泵、臭氧 发生装置以及出水调节阀，然后分阶段开启反冲水进气阀和反冲气调节阀依次对 生物滤池进行气冲、水气冲和水冲三个阶段的反冲洗;反冲气从生物滤池的配水 配气室进入，由下至上流经滤料支撑板、滤料层和催化氧化层后从生物滤池顶部 排出;反冲水则从生物滤池的配水配气室进入，由下至上流经滤料支撑板、滤料 层和催化氧化层后从溢流室池壁上的溢流出口排出;
其中，
优选的，所述催化氧化层内填充活性炭，粒径3～4mm、密度0.45～0.55g/cm3、比表面积 800±50m2/g、碘吸附值800～850mg/g。
优选的，所述滤料层内填充活性炭，粒径3～4mm、密度0.45～0.55g/cm3、比表面积 800±50m2/g、碘吸附值800～850mg/g。
优选的，所述生物滤池的总高度3.8-5.8m，催化氧化层的高度为0.45-0.6m，滤料层的 高度为2-4m。
优选的，所述均匀布水布气器包括水平布置的干道布水布气管和与所述干道布水布气管 相连通的多根分支布水布气管;所述分支布水布气管在所述干道布水布气管两侧均匀对称 布置。
所述干道布水布气管与所述气液混合器的气液混合出口经管线连接;所述分支布水布气 管上设有分布孔。
优选的，所述分布孔在所述分支布水布气管两侧斜向上45°的管壁上交错布置。
优选的，所示分支布水布气管的管径为25-80mm;所述分布孔的孔径3-4mm。
优选的，所述滤料支撑板上沿中心对称分布有多个开孔，所述开孔上安装有长柄滤头; 所述长柄滤头包括滤帽和滤柄;滤帽和滤柄均为中空结构;所述滤帽位于所述滤料层内， 滤帽顶部密封，侧面分布有多个滤缝，底部与所述滤柄相连通;所述滤柄的底端开口，并 插入所述配水配气室内。
滤料层的污水从滤料支撑板上的长柄滤头上的滤缝进入配水配气室;而配水配气室内的 反冲水或反冲气则从所述长柄滤头的缝隙进入滤料层。
优选的，所述滤帽的横截面为圆形，纵截面为梯形，高25-40mm;所述滤缝形状为楔 形;滤缝宽度2±0.1mm;所述滤柄的长度为225-350mm。
优选的，所述滤料支撑板上的滤缝总面积和滤料支撑板的面积之比为0.01-0.025：1。
优选的，所述气液混合装置为文丘里射流装置;所述文丘里射流装置的气液混合出口管 路上连接有单向阀。
优选的，所述滤料层的池壁上由上至下设有多个取样口;所述取样口上连接有取样阀。
优选的，所述配水配气室的池壁上还设有放空口;所述放空口上连接有放空阀。
优选的，所述污水储箱设有污水进口;所述污水进口与污水管道经管线连接;所述污水 储箱的顶部还设有溢流口，用于控制污水储箱中的水位。
优选的，所述溢流室的溢流出口上连接有溢流调节阀。在系统正常运行时，可以保证生 物滤池内液位的恒定，在反冲洗时，则作为反冲水的排出口。
优选的，所述计量装置为转子流量计或电磁流量计。
优选的，所述臭氧发生装置为氧气源臭氧发生器或空气源臭氧发生器。
优选的，所述反冲水强度为5-8L/s.m2。
优选的，所述反冲气的强度为10-15L/s.m2。
优选的，所述气冲持续时间5-10分钟;所述气水冲持续时间为5-10分钟;所述水持续 时间为5-10分钟。
优选的，所述臭氧投加量为20～30mg/L。即相对于每升污水进料投加的臭氧质量。
优选的，所述生物滤池的水力停留时间为1-2h，容积负荷1.2-2kgCOD/m3.d。
其中，所述容积负荷的计算方法：
容积负荷法：
容积V=(Sa-Se)*Q/Nv;
式中：Sa：进水污染物浓度(mg/L);
Se：出水污染物浓度(mg/L);
Q：进水流量(m3/d);
Nv：容积负荷(kg污染物/m3.d)。
与现有技术相比，本发明有如下显著特点：
(1)本发明的滤池设有催化氧化层，能减少臭氧与废水混合后的残余臭氧对滤料层 微生物的影响，增强生物滤池微生物的活性，保证系统运行的稳定性，同时 提高臭氧利用效率，节约能耗;
(2)本发明的滤池底部未设置曝气系统，利用臭氧反应后的余氧供应微生物生存需 求，保证处理效果的同时可大大降低供氧能耗(较常规曝气生物滤池能耗降 低约20%)，省却曝气系统的操作维护，运营管理也更为简便;
(3)本发明的滤池中利用活性炭/臭氧的催化活化协同作用，可以取得更好的催化臭 氧氧化效果，加速臭氧对废水中有机物的氧化作用;
(4)本发明的滤池中均匀布水布气器设置在催化氧化层底部，并朝上端出流，使整 个催化氧化层水流呈完全混合流态，更进一步加强臭氧的快速氧化效果;
(5)本发明的生物滤池装置系统利用臭氧与污水的快速传质效应，在保证较好臭氧 氧化效果的前提下，较常规臭氧曝气生物滤池可节约占地面积至少30%和投 资减少约20%。
(6)本发明的生物滤池反冲洗周期时间长，可达2～3d。