专利名称：下向流一体式硝化反硝化曝气生物过滤装置与方法
技术领域：
本发明属于污水处理技术领域，主要涉及利用下向流一体式硝化反硝化生物滤池处理含氮污废水的装置和方法。
背景技术：
曝气生物滤池工艺是一种集生化降解和过滤功能于一体的生物膜污水处理技术。具有高容积负荷、好氧和缺氧微生物共存、耐负荷冲击强的、无须污泥回流且处理设施紧凑等优点，可广泛用于城市污废水深度处理及回用、小区生活污水处理及回用、工业废水等高浓度废水的处理。曝气生物滤池按流向不同可分为上流式曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池。下向流曝气生物滤池在运行过程中污染物主要截留在滤池上部，水头损失小，反冲洗操作简便，但处理效果不稳定，出水水质难达标；传统上流式曝气生物滤池对进水SS要求较高，容易堵塞甚至板结，存在反冲洗操作复杂，反冲周期短且能耗高等缺点；针对传统曝气生物滤池的缺点，有研究者对传统生物滤池进行了改进，将缺氧、好氧集于一体，形成硝化反硝化一体化滤池，然而这种新型一体化滤池普遍存在反冲洗操作复杂且能耗高，出水SS难达标等问题。
发明内容
本发明针对目前曝 气生物滤池工艺所存在的各种问题，结合出水水质达标以及节能降耗的要求，提出下向流一体式硝化反硝化曝气生物过滤装置和方法。新型反应器采用下向流运行方式，在生物滤池的中间水层设置气水分离装置，将生物滤池分为上下两段。上段为反硝化过滤区，能有效利用含氮污废水中的碳源进行反硝化，并截留一定的悬浮物；下部为硝化区，实现硝化区和反硝化区的分离，并实现反冲洗操作的优化，最终达到高效脱氮以及节能降耗的目的。下向流一体式硝化反硝化曝气生物过滤装置，该装置特性在于原水箱I经进水泵2与曝气生物过滤池池体连接，曝气生物滤池池体从上到下的顺序为反硝化过滤区3、第二承托层4、中间水层5，硝化区6，第一承托层7，曝气生物滤池出水管8与出水水箱9连接，出水水箱9经硝化液回流泵11与曝气生物滤池的反硝化过滤区3连接。所述曝气生物滤池的反硝化过滤区3与硝化区6的体积比为1:1 1:1. 5。反硝化过滤区3所用滤料为轻质悬浮滤料，比重介于O. 6 O. 7g/cm3之间，空隙率为90、5%，填充比为6(Γ70%，反硝化过滤区3顶部设置滤料拦截筛网21 ;硝化区6所选滤料比重介于1.3^1. 9g/cm3之间，空隙率为25% 35% ;中间水层5无滤料，其高度为硝化区6高度的35 50%。所述鼓风机12通过气体流量计14及曝气管线13与曝气生物滤池的第一承托层7连接；所述气水分离装置15的漏斗状收集口设置在中间水层5，且气水分离装置15穿过反硝化过滤区3。所述曝气生物滤池底部设置第一反冲洗进水管17，中间水层5设置第二反冲洗进水管18 ;所述中间水层5设置第一反冲洗排水管19，曝气生物滤池顶端设置第二反冲洗排水管20 ;所述曝气管线13与曝气生物滤池的第一承托层7连接，作为曝气生物滤池反冲洗的气冲管线；所述出水水箱9经反冲洗进水泵16与第一反冲洗进水管17以及第二反冲洗进水管18连接，作为反冲洗时的进水箱。曝气生物滤池中部设置气水分离装置，将池体分为硝化区和反硝化过滤区，实现异养菌与自养菌的分离；实现硝化反硝化的良好组合，提高脱氮效率；截留大量悬浮物体的反硝化过滤区填充孔隙率较大轻质填料，硝化区填充比重较大孔隙率较小的填料，在保证滤料良好的截留能力的同时，又有效解决了滤池易堵塞的难题。本发明还提供了利用上述装置进行污废水深度脱氮的方法，包括以下步骤1.含氮污废水由原水箱I经过进水泵2流入曝气生物滤池的反硝化过滤区3，同时泵入的还有来自出水水箱9的硝化液，进水流量和硝化液流量分别通过进水泵2和硝化液回流泵11控制，流量比为1:31:3. 5 ;含氮污废水与硝化液自上而下流经反硝化过滤区3，反硝化过滤区3中的反硝化细菌利用污水中的有机碳源将硝态氮还原为氮气，水力停留时间为3(T60min，溶解氧浓度维持在O. 3 O. 5mg/l。2.去除了大部分有机物的含氮污废水从上述反硝化过滤区3先后通过第二承托层4和中间水层5，进入硝化区6，硝化区富集的硝化细菌将原水中的氨氮氧化成硝态氮，水力停留时间为2(T50min，硝化区保持溶解氧浓度在1. (Γ3. Omg/L。3.硝化后的水通过第一承托层7后进入出水水箱9，调节滤池出水管8上的阀门使出水以进水流量的400 450%流入出水水箱9。4.出水水箱9中的水以300 350%的内循环比经硝化液回流泵11回流至反硝化过滤区3，其余部分经排水管10排放。5.鼓风机12通过曝气管线13对曝气生物滤池进行曝气，曝气管线设置在第一承托层7，气体和液体流向相反，气水比为3 8。6.气体流经中间水层时5后，通过气液分离器15排放到空气中，从而保证反硝化区5的缺氧环境。所述曝气生物滤池运行过程中，当测得中间水层5的SS大于15mg/L时，对反硝化过滤区3进行反冲洗，关闭进水泵2，硝化液回流泵11以及滤池出水管8，打开反冲洗进水泵16，第二反冲洗管18，反冲洗水经第二反冲洗管18进入第二承托层4，对反硝化过滤区3进行反冲洗，含有大量悬浮物和脱落生物膜的水通过第二反冲洗排水管20排放。曝气生物滤池运行过程中，当生物滤池底部出水SS大于10mg/L，NH4+-N大于5mg/L，同时曝气生物滤池总水头损失大于硝化区填料高度的60%时，对下向流硝化反硝化一体式曝气生物滤池进行反冲洗，鼓风机12的气体通过曝气管线13，反冲洗水经第一反冲洗进水管17，进入第一承托层7，反冲洗出水先经第一反冲洗排水管19排放，再经第二反冲洗排水管线20排放。本发明的有益效果是在同一生物滤池内实现生活污水的高效脱氮， 形成一体化设备，提高反应器的利用率，有效节省了占地面积；
含氮污废水先经过反硝化过滤区，利用水中COD降解回流的硝态氮，COD利用率高，有利于解决污水处理中普遍存在的碳源不足的问题；含氮污废水先经过反硝化过滤区，拦截大量悬浮物质，使SS主要集中在生物滤池上部；反硝化过滤区填充轻质填料，孔隙率高，纳污能力强；硝化区填充比重大于水、孔隙率较小的填料，在硝化的同时有进一步截留水中悬浮物质的作用；反硝化区与硝化区两种滤料的组合，保证出水SS达标的同时，同时解决了传统曝气生物滤池工艺易堵塞的难题；下向流的运行方式使悬浮物质主要截留在生物滤池上部，故只需要经常对滤池进行反冲洗，整个滤池反冲洗的周期延长，能耗低且反冲洗效果好。
图1为本发明下向流硝化反硝化一体式曝气生物滤池曝气生物滤池装置结构示意图；I 一原水池；2 —进水泵；3 —反硝化过滤区；4 一第二承托层；5 —中间水层；6 —硝化区；7 —第一承托层；8 —滤池出水管；9 一出水水箱；10 —排水管；11 一硝化液回流泵；12 —鼓风机；13 —曝气管线；14 一气体流量计；15 —气水分尚装置；16 —反冲洗进水泵；17 —第一反冲洗进水管；18 —第二反冲洗进水管；19 一第一反冲洗排水管；20 —第二反冲洗排水管；21 —滤料拦截筛网。
具体实施例方式附图1所示的下向流一体式硝化反硝化曝气生物过滤装置，原水箱I经进水泵2与曝气生物滤池连接，曝气生物滤池池体从上到下的顺序为反硝化过滤区3、第二承托层
4、中间水层5，硝化区6，第一承 托层7，曝气生物滤池出水管8流入出水水箱9，出水水箱9经硝化液回流泵11与曝气生物滤池的反硝化过滤区3连接。所述曝气生物滤池的反硝化过滤区3与硝化区6的体积比为1:1。反硝化过滤区3所用滤料为轻质悬浮滤料，比重介于O. 6 O. 7g/cm3之间，空隙率为90 95%，填充比为65%，反硝化过滤区3顶部设置滤料拦截筛网21 ;硝化区6所选滤料比重介于1. 3^1. 9g/cm3之间，空隙率为25% 35% ;中间水层5无滤料，其高度为硝化区6高度的40%。所述鼓风机12通过气体流量计14及曝气管线13与曝气生物滤池的第一承托层7连接；所述气水分离装置15的漏斗状收集口设置在中间水层5，且气水分离装置15穿过反硝化过滤区3。所述曝气生物滤池底部设置第一反冲洗进水管17，中间水层5设置第二反冲洗进水管18 ;所述中间水层5设置第一反冲洗排水管19，曝气生物滤池顶端设置第二反冲洗排水管20 ;所述曝气管线13与曝气生物滤池的第一承托层7连接，作为曝气生物滤池反冲洗的气冲管线；所述出水水箱9经反冲洗进水泵16与第一反冲洗进水管17及第二反冲洗进水管18连接,作为反冲洗时的进水箱。曝气生物滤池中部设置气水分离装置，将池体分为硝化区和反硝化过滤区，实现异养菌与自养菌的分离；实现硝化反硝化的良好组合，提高脱氮效率；反硝化区填充孔隙率较大轻质填料，纳污能力强，含氮污废水先经过反硝化区，使生物滤池上部截留大量悬浮物体，反冲洗方式简便且反冲洗效果好；硝化区填充比重较大孔隙率较小的填料，进一步拦截污废水中的SS，整个系统在保证滤料良好的截留能力的同时，又有效解决了滤池易堵塞的难题。本发明还提供了利用上述装置进行生活污水高效脱氮的方法，包括以下步骤I)含氮污废水由原水箱I经过进水泵2流入曝气生物滤池的反硝化过滤区3，同时泵入的还有来自出水水箱9的硝化液，进水流量和硝化液流量分别通过进水泵2和硝化液回流泵11控制，流量比为1:3 ;含氮污废水与硝化液自上而下流经反硝化过滤区3，缺氧过滤区3中的反硝化细菌利用污水中的有机碳源将硝态氮还原为氮气，水力停留时间为30min,溶解氧浓度维持在O. 3 O. 5mg/l。2)去除了大部分有机物的含氮污废水从上述反硝化过滤区3先后通过第二承托层4和中间水层5，进入硝化区6，硝化区富集的硝化细菌将原水中的氨氮氧化成硝态氮，水力停留时间为30min。硝化区保持溶解氧浓度在2mg/L。3)硝化后的水通过第一承托层7后进入出水水箱9，调节滤池出水管8上的阀门使出水以进水流量的400%流入出水水箱94)出水水箱9中的水以300%的内循环比经硝化液回流泵11回流至反硝化过滤区3，其余部分经排水管10排放。5)鼓风机12通过曝气管线13对曝气生物滤池进行曝气，曝气管线设置在第一承托层7，气体和液体流向相反，气水比为4:1，附着在硝化区6填料上的硝化菌将氨氮氧化成硝态氮。6)气体流经中间水层时5后，通过气液分离器15排放到空气中，从而保证反硝化过滤区3的缺氧环境。7)所述 曝气生物滤池运行过程中，当测得中间水层5的SS大于15mg/L时，对反硝化过滤区3进行反冲洗，关闭进水泵2，硝化液回流泵11以及滤池出水管8，打开反冲洗进水泵16和第二反冲洗管18，反冲洗水经第二反冲洗管18进入第二承托层4，对反硝化过滤区3进行反冲洗，含有大量悬浮物和脱落生物膜的水通过第二反冲洗排水管20排放。8)曝气生物滤池运行过程中，当曝气生物滤池底部出水SS大于10mg/L，NH4+_N大于5mg/L，同时生物滤池总水头损失大于硝化区填料高度的60%时，对下向流硝化反硝化一体式滤池进行反冲洗，鼓风机12的气体通过曝气管线13，反冲洗水经第一反冲洗进水管17，进入第一承托层7，反冲洗出水先经第一反冲洗排水管19排放，再经第二反冲洗排水管线20排放。9)反冲洗过程中滤料拦截筛网21保护滤料在大的反冲洗强度时不被冲出池体。在同一生物滤池内实现生活污水的高效脱氮，形成一体化设备，提高反应器的利用率，有效节省了占地面积；含氮污废水先经过反硝化过滤区,利用水中COD降解回流的硝态氮，COD利用率高，有利于解决污水处理中普遍存在的碳源不足的问题；含氮污废水先经过反硝化过滤区，拦截大量悬浮物质，使SS主要集中在生物滤池上部；反硝化过滤区填充轻质填料，孔隙率高，纳污能力强；硝化区填充比重大于水、孔隙率较小的填料，在硝化的同时有进一步截留水中悬浮物质的作用；反硝化区与硝化区两种滤料的组合，保证出水SS达标的同时，同时解决了传统曝气生物滤池工艺易堵塞的难题；下向流的运行方式使悬浮物质主要截留在生物滤池上部，故只需要经常对滤池进行反冲洗，整个滤池反冲洗的周 期延长，能耗低且反冲洗效果好。
权利要求
1.下向流一体式硝化反硝化曝气生物过滤装置，其特性在于原水箱(I)经进水泵(2)与曝气生物滤池池体连接，曝气生物滤池池体从上到下的顺序为反硝化过滤区(3)、第二承托层(4)、中间水层(5)，硝化区￠)，第一承托层(7)，曝气生物滤池出水管(8)与出水水箱(9)连接，出水水箱(9)经硝化液回流泵(11)与曝气生物滤池的反硝化过滤区(3)连接； 所述曝气生物滤池的反硝化过滤区(3)与硝化区(6)的体积比为1:1 1:1. 5 ;反硝化过滤区(3)所用滤料为轻质悬浮滤料，比重介于O. 6 O. 7g/cm3之间，空隙率为90、5%，填充比为6(Γ70%，反硝化过滤区(3)顶部设置滤料拦截筛网(21);硝化区(6)所选滤料比重介于1.3 1.9g/cm3之间，空隙率为259Γ35%;中间水层(5)无滤料，其高度为硝化区(6)高度的35 50% ； 所述鼓风机(12)通过气体流量计(14)以及曝气管线(13)与曝气生物滤池的第一承托层(7)连接；所述气水分离装置(15)的漏斗状收集口设置在中间水层(5)，且气水分离装置(15)穿过反硝化过滤区(3); 所述曝气生物滤池底部设置第一反冲洗进水管(17)，中间水层(5)设置第二反冲洗进水管(18);所述中间水层(5)设置第一反冲洗排水管(19)，曝气生物滤池顶端设置第二反冲洗排水管(20);所述曝气管线(13)作为曝气生物滤池反冲洗的气冲管线；所述出水水箱(9)通过反冲洗进水泵(16)与第一反冲洗进水管(17)及第二反冲洗进水管(18)连接，作为反冲洗时的进水箱。
2.用权利要求1所述的下向流一体式硝化反硝化曝气生物过滤装置处理含氮污废水，其特征在于 1)含氮污废水由原水箱(I)经过进水泵(2)流入曝气生物滤池的反硝化过滤区(3)，同时泵入的还有来自出水水箱(9)的硝化液，进水流量和硝化液流量分别通过进水泵(2)和硝化液回流泵(11)控制，流量比为1:3 1:3. 5 ;含氮污废水与硝化液自上而下流经反硝化过滤区(3)，反硝化过滤区(3)中的反硝化细菌利用污水中的有机碳源将硝态氮还原为氮气，水力停留时间为3(T60min，溶解氧浓度维持在O. 3^0. 5mg/l ； 2)去除了大部分有机物的含氮污废水从上述反硝化过滤区(3)先后通过第二承托层(4)和中间水层(5)，进入硝化区￠)，硝化区富集的硝化细菌将原水中的氨氮氧化成硝态氮，水力停留时间为2(T50min; 3)硝化后的水通过第一承托层(7)后进入出水水箱(9)，调节滤池出水管(8)上的阀门使出水以进水流量的40(Γ450%流入出水水箱(9)； 4)出水水箱(9)中的水以300 350%的内循环比经硝化液回流泵(11)回流至反硝化过滤区(3)，其余部分经排水管(10)排放； 5)鼓风机(12)通过曝气管线(13)对曝气生物滤池进行曝气，曝气管线设置在第一承托层(7)，气体和液体流向相反，气水比为31 ； 6)气体流经中间水层时(5)后，通过气液分离器(15)排放到空气中；所述曝气生物滤池运行过程中，当测得中间水层(5)的SS大于15mg/L时，对反硝化过滤区(3)进行反冲洗，关闭进水泵(2)，硝化液回流泵(11)以及滤池出水管(8)，打开反冲洗进水泵(16)和第二反冲洗管(18)，反冲洗水经第二反冲洗管(18)进入第二承托层(4)，对反硝化过滤区(3)进行反冲洗，含有大量悬浮物和脱落生物膜的水通过第二反冲洗排水管(20)排放；所述曝气生物滤池运行过程中，当曝气生物滤池底部出水SS大于10mg/L，NH4+-N大于5mg/L，同时曝气生物滤池总水头损失大于硝化区填料高度的60%时，对下向流硝化反硝化一体式曝气生物滤池进行反冲洗，鼓风机(12)的气体通过曝气管线(13)，反冲洗水经第一反冲洗进水管(17)， 进入第一承托层(7)，反冲洗出水先经第一反冲洗排水管(19)排放，再经第二反冲洗排水管线(20)排放。
全文摘要
本发明公开了一种污水处理技术领域中利用下向流一体式硝化反硝化曝气生物滤池处理含氮污废水的装置和方法。本发明提供了一种高效脱氮的新型生物滤池装置，在生物滤池中部设置气水分离装置，将滤池分为硝化区和反硝化过滤区。本发明同时提供了一种高效脱氮的方法，采用下向流的运行方式，含氮污废水和回流的硝化液同时泵入反硝化区，利用水中的碳源将硝态氮还原为氮气；脱氮后的水在硝化区进行硝化，将水中的氨氮氧化为硝态氮，滤池的出水大部分回流到反硝化区，为反硝化区提供电子受体，从而高效去除含氮污废水中的有机物、氮以及悬浮物。本发明的在同一生物滤池内实现含氮污废水的高效脱氮，出水水质好，反冲洗的周期长，且能耗低，有效节省占地面积。
文档编号C02F3/30GK103058372SQ201310000519
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月2日 优先权日2013年1月2日
发明者彭永臻, 刘青松, 张为堂, 何建中 申请人:北京工业大学