申请日2014.12.26
公开(公告)日2015.07.15
IPC分类号C02F3/28
摘要
本实用新型涉及一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，生物滤池的顶部敞口，内部由上至下依次设置溢流室、悬浮填料层、滤料层以及配水配气室;在悬浮填料层底部设抽吸式布水器;在滤料层内设集气系统;集气系统与抽吸式布水器相连通;滤料层内反硝化过程产生的氮气被集气系统收集后经抽吸式布水器进入悬浮填料层，起到驱除生物滤池中氮气的作用，同时借助氮气的强烈水力搅拌作用以及悬浮填料层内填料充分悬浮流动的特点可进一步加速降低污水中的富余氧含量，维持系统的反硝化作用条件;从而能够实现自吸驱氮除氧，并有效实现二级生化后的脱氮处理，有效保证污水的脱氮效果。
摘要附图
权利要求书
1.一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，包括一生物滤池(1)，其特征在于，所述生物滤池(1)的顶部敞口，内部由上至下依次设有溢流室(2)、悬浮填料层(3)、滤料层(4)以及配水配气室(5);所述悬浮填料层(3)的底部设有抽吸式布水器(10);所述滤料层(4)内设集气系统;所述悬浮填料层(3)和滤料层(4)之间设有悬浮填料支撑板(33)，所述悬浮填料支撑板(33)上设有滤孔(34);所述滤料层(4)和所述配水配气室(5)之间设有滤料支撑板(30)，所述滤料支撑板(30)上设有长柄滤头(7);
所述抽吸式布水器(10)设有进液口(26)和抽吸气进口(27);所述集气系统与所述抽吸式布水器(10)的抽吸气进口(27)经管线连接;
所述溢流室(2)的池壁上设有溢流出口;所述配水配气室(5)的池壁上设有液体进出口和反冲气进口Ⅰ;所述集气总管(9)上设有反冲气进口Ⅱ和集气调节阀(20);
所述配水配气室(5)池壁上的液体进出口与新鲜水原料管道经管线连接，且在连接管线上设有反冲水调节阀(21);所述液体进出口还与计量装置(16)经管线连接，且在连接管线上设有出水调节阀(17);
所述生物滤池(1)外设有污水储箱(11)、提升泵(13)、碳源投加器(12)、混合器(14)以及空气压缩机(15);
所述污水储箱(11)设有污水出口;所述提升泵(13)设有进口和出口;所述碳源投加器(12)设有碳源出口;所述混合器(14)设有进口Ⅰ、进口Ⅱ和出口;所述污水储箱(11)的污水出口与所述提升泵(13)的进口经管线连接，且在连接管线上设有泵前控制阀(6);所述提升泵(13)的出口与所述混合器(14)的进口Ⅰ经管线连接;所述碳源投加器(12)的碳源出口与所述混合器(14)的进口Ⅱ经管线连接;所述混合器(14)的出口与所述抽吸式布水器(10)的进液口(26)经管线连接;
所述空气压缩机(15)设有压缩气出口;所述空气压缩机(15)的压缩气出口与所述反冲气进口Ⅰ经管线连接，且在连接管线上设有反冲气调节阀Ⅰ(18);所述空气压缩机(15)的压缩气出口还与所述反冲气进口Ⅱ经管线连接，且连接管线上设有反冲气调节阀Ⅱ(19)。
2.如权利要求1所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述悬浮填料层(3)内填充优质多孔球形聚丙烯悬浮填料，粒径为25mm。
3.如权利要求1所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述滤料层(4)内填充优质活性炭，粒径2～3mm。
4.如权利要求1所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述生 物滤池(1)的高度为3.8～5.8m，悬浮填料层(3)的高度为1-3m，滤料层(4)的高度为1-3m。
5.如权利要求1所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述悬浮填料支撑板(33)沿中心对称设有多个滤孔(34)，滤孔(34)直径为20±0.1mm;所述滤孔(34)总面积和悬浮填料支撑板(33)的总面积之比为0.01-0.025：1。
6.如权利要求1所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述滤料支撑板(30)上沿中心对称分布有多个开孔(31)，所述开孔(31)上安装有长柄滤头(7);所述长柄滤头(7)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(4)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(5)内。
7.如权利要求6所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，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总面积之比为0.01-0.025：1。
8.如权利要求6所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述滤帽的横截面为圆形，纵截面为梯形，高25-40mm;滤缝宽度2±0.1mm;所述滤柄的长度为225-350mm。
9.如权利要求1所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述抽吸式布水器(10)包括一条水平布置的螺旋状布水管(25)，所述布水管(25)上开设有布水孔(28);所述螺旋状布水管(25)一端密封，一端设有抽吸接口;所述抽吸接口连接有进液口(26)和抽吸气进口(27);所述进液口(26)与所述混合器(14)的出口经管线连接;所述抽吸气进口(27)与所述集气系统经管线连接。
10.如权利要求9所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述布水管(25)的管径为25-100mm;所述布水孔(28)的孔径为3-4mm;所述布水孔(28)在所述布水管(25)的两侧斜向上45°的管壁上交错布置。
11.如权利要求9所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述集气系统包括集气总管(9)和与所述集气总管(9)相连通的多根集气支管(8);所述集气总管(9)位于所述生物滤池(1)外，其上设有所述的集气调节阀(20);所述集气支管(8)位于所述滤料层(4)内，其上设有集气孔(29);所述集气总管(9)与所述抽吸式布水器(10)的抽吸气进口(27)经管线连接。
12.如权利要求11所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，所述集气支管(8)在所述滤料层(4)内水平布置并呈圆环状;所述集气支管(8)的 管径为25～32mm;所述集气孔(29)的孔径为2±0.1mm;所述集气孔(29)设于所述集气支管(8)的圆环外侧斜向下45°的管壁上。
13.如权利要求1所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，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(4)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(24);
(b)所述配水配气室(5)的池壁上还设有放空口;所述放空口上连接有放空阀(22);
(c)所述污水储箱(11)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(11)的顶部还设有溢流口;
(d)所述溢流室(2)的溢流出口上连接有溢流调节阀(23);
(e)所述空气压缩机(15)与所述配水配气室(5)的连接管线上设有反冲气调节阀Ⅰ(18);
(f)所述空气压缩机(15)与所述集气系统的集气总管(9)经管线连接，连接管线上设反冲气调节阀Ⅱ(19)。
14.如权利要求1所述的一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，其特征在于，还包括以下特征中的任一项或多项：
(a)所述混合器(14)为管式混合器;
(b)所述计量装置(16)为转子流量计或电磁流量计。
说明书
一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统
技术领域
本实用新型涉及一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，属于污水处理领域。
背景技术
从国内外污染治理的发展历程看，污水处理最初关注主要为COD消解，但随着人们对 环境质量要求的提升，污水排放对氮、磷等的去除要求也在逐步严格起来。相比而言，磷 可以利用化学沉淀方法脱除，而氮的降解则主要依靠生物处理法，这就要求污水处理工艺 单元需加强考虑脱氮问题。
2002年以前我国城镇污水厂出水标准为二级排放标准，其中只有氨氮(NH3-N)指标 要求，没有总氮指标要求，这种情况下，曝气生物处理过程可将NH3-N氧化为硝态氮，实 现达标排放。但随着人们对水体水质要求的日益严格，对于城镇处理厂处理后的污水部分 地方(城市重点流域)已经要求直接作为景观补充水，在各项水质指标中，尤以CODCr、 氮(TN)等排放指标更为苛刻。
表1 各级排放指标对应表
控制项目 CODCr BOD5 SS 动植物油 石油类 总氮 氨氮 单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 二级标准 100 30 30 5 5 — 25(30) 一级B 60 20 20 3 3 20 8(15) 一级A 50 10 10 1 1 15 5(8) 地表水环境质量标准IV类 30 6 0.5 1.5 1.5
目前，对于污水中TN的去除国内外城镇污水处理厂通常采用在常规二级处理后进行深 度反硝化提标改造，本技术旨在重点突破城镇污水处理厂等的深度反硝化提标技术，实施 重点工程的提标改造，完成废水资源化利用程度。
关于反硝化脱氮：利用反硝化细菌将水中硝酸盐氮还原成氨氮并进而将其去除的废水 脱氮处理过程。反硝化细菌大量存在于污水中，反应在缺氧条件下进行，水中溶解氧应小 于0.5mg/L。要求污水中存在一定数量的有机物质(可补充投加二次沉淀污泥、甲醇、醋酸 等)。
关于生物滤池：生物滤池之一—移动床生物膜反应器(MBBR)，通过向反应器中投 加一定数量的悬浮填料，污水连续经过反应器时，比表面积较大的填料因搅拌(好氧反应 器为空气搅拌)在水中自由运动，并逐渐在其表面生长出生物膜，生物膜中的异氧和自养 微生物利用水中的营养物质进行新陈代谢，进而达到去除污水中污染物、净化水的目的。 因填料、水都是运动的，故气、水、固相之间的传质较好，填料上生物膜的活性较高，较 传统生物膜法耐冲击负荷、缓冲能力强。
生物滤池之二—曝气生物滤池(BAF)，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。该工艺有机 物容积负荷高、出水水质稳定，且具有占地面积小、投资少等特点。
关于通氮除氧：利用氮气防止空气中的氧或者其他物质对反硝化反应造成干扰，并可对 反应溶液中的氧进行吹脱，尽量保证反应过程的缺氧化进程。
充分结合MBBR和BAF两种工艺优势(MBBR的耐冲击负荷、缓冲能力强和BAF有 机物负荷高、出水水质稳定、占地面积小等优势)，对城镇污水处理厂的二级生化处理出 水进行深度反硝化生物处理，以达到较优的出水水质。
利用反硝化过程中产生的氮气对原水中进行除氧，保证污水在整个生物滤池反应过程 中高效地实现脱氮处理，并利用生物填料对有机物、总磷的吸附降解作用，同时实现污水 的深度去碳除磷作用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有城镇污水处理厂对TN指标要求的提升，以及针对变水 位反硝化滤池进水溶解氧变化及驱氮问题，提供一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系 统，能够实现自吸驱氮除氧，并有效实现二级生化后的脱氮处理，有效保证污水的脱氮效 果。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种污水深度处理反硝化生物滤池装置系统，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、悬浮填料层、滤料层以及配水配气室;所述悬浮填 料层的底部设有抽吸式布水器;所述滤料层内设集气系统;所述悬浮填料层和滤料层之间 设有悬浮填料支撑板，所述悬浮填料支撑板上设有滤孔;所述滤料层和所述配水配气室之 间设有滤料支撑板，所述滤料支撑板上设有长柄滤头;
所述抽吸式布水器设有进液口和抽吸气进口;所述集气系统与所述抽吸式布水器的抽 吸气进口经管线连接;
所述溢流室的池壁上设有溢流出口;所述配水配气室的池壁上设有液体进出口和反冲 气进口Ⅰ;所述集气总管上设有反冲气进口Ⅱ和集气调节阀;
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，且在连接管线上 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，且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、碳源投加器、混合器以及空气压缩机;
所述污水储箱设有污水出口;所述提升泵设有进口和出口;所述碳源投加器设有碳源 出口;所述混合器设有进口Ⅰ、进口Ⅱ和出口;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，且在连接管线上设有泵前控制阀;所述提升泵的出口与所述混合器的进 口Ⅰ经管线连接;所述碳源投加器的碳源出口与所述混合器的进口Ⅱ经管线连接;所述混 合器的出口与所述抽吸式布水器的进液口经管线连接;
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反冲气进口Ⅰ 经管线连接，且在连接管线上设有反冲气调节阀Ⅰ;所述空气压缩机的压缩气出口还与所 述反冲气进口Ⅱ经管线连接，且连接管线上设有反冲气调节阀Ⅱ。
一种生物滤池污水反硝化深度处理工艺，所述生物滤池的顶部敞口，内部由上至下依 次设置溢流室、悬浮填料层、滤料层以及配水配气室;在悬浮填料层的底部设抽吸式布水 器;在滤料层内设集体系统;所述集气系统与所述抽吸式布水器相连通;所述悬浮填料层 和滤料层之间设有悬浮填料支撑板;所述悬浮填料支撑板上设有滤孔;所述滤料层和所述 配水配气室之间设有滤料支撑板;所述滤料支撑板上设有长柄滤头;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抽吸式布水器分布后进入悬浮填料层，污水在 悬浮填料层中发生脱氮除氧及匀质作用;然后通过悬浮填料支撑板进入滤料层进行 反硝化过滤;处理后的污水再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，开启碳源投加器，碳源与污水通过混合器快速混合形成混合液一起经 抽吸式布水器分布后进入悬浮填料层;与此同时，在所述抽吸式布水器的抽吸作用 下，滤料层内反硝化过程产生的氮气则通过集气系统被抽吸至抽吸式布水器，经抽 吸式布水器分布后进入悬浮填料层，起到驱除生物滤池中氮气的作用;同时氮气进 入悬浮填料层后，借助氮气的强烈水力搅拌作用以及悬浮填料层内填料充分悬浮流 动的特点可进一步加速降低污水中的富余氧含量，维持系统的反硝化作用条件;
(3)运行一段时间后，对生物滤池进行反冲洗，以去除生物滤池内截留的污染物：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、碳源投加 器、出水调节阀以及集气系统上的集气调节阀，然后分阶段开启空气压缩机、反冲 气调节阀以及反冲水调节阀，依次对生物滤池进行气冲、水气冲和水冲三个阶段的 反冲洗以及对所述集气系统的反吹扫;反冲气分两路，分别从生物滤池的配水配气 室以及集气系统进入，最后经过悬浮填料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，从溢流室池壁上的溢流出口排出。
其中，
优选的，所述悬浮填料层填充优质多孔球形聚丙烯悬浮填料，粒径为25mm，堆积比重 83kg/m3、比表面积237m2/m3。可市场购得。
优选的，所述滤料层内填充优质活性炭，粒径2～3mm、密度0.45～0.55g/cm3、比表面积 800±50m2/g、碘吸附值800～850mg/g。
优选的，所述生物滤池的高度为3.8～5.8m，悬浮填料层的高度为1～3m，滤料层的高度 为1～3m。
优选的，所述悬浮填料支撑板沿中心对称设有多个滤孔，滤孔直径为20±0.1mm;所述 滤孔总面积和悬浮填料支撑板的总面积之比为0.01-0.025：1。
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;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总面积之比为0.01-0.025：1。
优选的，所述抽吸式布水器包括一条水平布置的螺旋状布水管，所述布水管上开设有 布水孔;所述螺旋状布水管一端密封，一端设有抽吸接口;所述抽吸接口连接有进液口和 抽吸气进口;所述进液口与所述混合器的出口经管线连接;所述抽吸气进口与所述集气系 统经管线连接。
优选的，所述布水管的管径为25-100mm(根据流量大小可组合);所述布水孔的孔径 为3-4mm;所述布水孔在所述布水管的两侧斜向上45°的管壁上交错布置。
优选的，所述集气系统包括集气总管和与所述集气总管相连通的多根集气支管;所述 集气总管位于所述生物滤池外，其上设有集气调节阀;所述集气支管位于所述滤料层内， 其上设有集气孔;所述集气总管与所述抽吸式布水器的抽吸气进口相经管线连接。
优选的，所述集气支管在所述滤料层内水平布置并呈圆环状;所述集气支管的管径为 25～32mm;所述集气孔的孔径为2±0.1mm;所述集气孔设于所述集气支管的圆环外侧斜向 下45°的管壁上。
优选的，所述混合器为管式混合器。
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，所述空气压缩机与所述配水配气室的连接管线上设有反冲气调节阀Ⅰ。
优选的，所述空气压缩机与所述集气系统的集气总管经管线连接，连接管线上设反冲气 调节阀Ⅱ。
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，所述污水储箱设有水质监测仪;所述水质监测仪和所述碳源投加器通过PLC 控制系统控制连接。
水质监测仪的监测数据反馈到PLC控制系统，然后PLC控制系统可依此控制调节碳源 投加器的碳源投加量。
优选的，所述生物滤池的水力停留时间为0.2～0.5h。
优选的，所述生物滤池的容积负荷2～4kgNO3-N/m3.d，水力负荷6～8m3/m2.h。其中NO3-N 指硝态氮。
优选的，所述碳源选自甲醇、乙酸钠等。
优选的，所述碳源为甲醇或乙酸钠;甲醇投加量与污水中总氮的质量之比小于2.9;乙 酸钠投加量与污水中总氮的质量之比小于5。
优选的，所述反冲水强度为4.0-8.0L/s.m2。
优选的，所述反冲气强度为10.0-14.0L/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;所述水冲持 续时间为5-10分钟。气水中即同时开启反冲水和反冲气进行冲洗。
本实用新型的技术效果及优点在于：
(1)生物滤池充分结合了移动床生物反应器和曝气生物滤池等两种工艺优势，具有 耐冲击负荷、有机物负荷高、出水水质稳定等多重特性。
(2)生物滤池设有悬浮填料层和抽吸式布水器，能加速回流氮气对原水中的残余氧 驱除作用，增强生物滤池反硝化脱氮效果，保证系统运行的稳定性;
(3)生物滤池设有悬浮填料层和抽吸式布水器，能减少氮气反冲洗泵或气提管的能 耗(滤池驱氮运行无需外加额外能耗)，管理维护也更为简便;
(4)生物滤池设置的集气系统，可协同抽吸式布水器及时加速对反硝化过程中氮气 的消散作用，减少滤池内部的气阻及水头损失，以稳定滤池系统的流通量和反冲洗周期。
(5)生物滤池中利用活性炭的增强吸附作用，增加对进水的负荷冲击，同时加速对 废水中有机物的反硝化作用，相比常规深床反硝化滤池，容积负荷可增加 0.5～1kgNO3-N/m3.d，占地面积小(至少节省20%)，投资较低(可节约10～25%)。
(6)悬浮填料支撑板和滤料支撑板可有效防止滤料的流失和损失，无需多余的添加 或更换。
(7)生物滤池反冲洗周期时间可达2～3d。