复合式多级曝气生物滤池及其污水处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理领域，特别是一种复合式多级曝气生物滤池及基于该滤池的污水处理工艺。
【背景技术】
[0002]曝气生物滤池是八十年代末九十年代初兴起的污水处理装置，最初用于城市污水三级处理，后又发展成直接用于城市污水二级处理。其主要通过在生物滤池中装填有不同粒径的滤料，池底装有曝气装置，污水流过滤料层，洁净的无膜滤床长出生物膜，完成挂膜阶段。挂膜完成后污水流经滤床，污染物先经过物理吸附和离子交换，进而被滤料表面的微生物氧化分解。生物滤池最大的特点是生物氧化和物理截留过滤于一体，无需设置二沉池，具有容积负荷大，水力停留时间短，基建投资少，水质高等优点。
[0003]近年来曝气生物滤池发展迅速，工艺形式不断推陈出新，公开号为CN 203498151的专利文公开一种复合生物滤池，该滤池主要有生化反应池和漏斗状的过滤池组成，生化反应池的底端和过滤池的顶端固定对接连为一体，在生化反应池内靠近底部的位置固定有第一孔板，孔板上方固定有曝气头，曝气头由铺设在第一孔板上方的陶粒填料层覆盖，在过滤池中靠近底部的位置固定有第二孔板，第二孔板上铺设有石料层，石料层上方铺设有石英砂层，第二孔板下装有出水管，该复合生物滤池结构简单紧凑，清洗方便，将生化反应池与过滤池结合为一体;但是该滤池仅由生化池和过滤池组成，单个生化池难以完成碳化、硝化和反硝化过程，造成出水C0D、总氮浓度依然较高，处理效率较低。没有完善的反冲洗系统，容易造成滤池堵塞;韩梅(“悬浮填料-沸石BAF对低温水中氨氮的去除特性及机制研究”，哈尔滨工业大学博士论文，2014)提出将两种不用粒径的填料装填于一种反应器中，实现了将碳化阶段和硝化阶段分离，解决了自养菌和异养菌世代增值时间不同而导致的停留时间差异问题，但是仅解决滤池碳化和硝化的问题，仅仅将氨氮氧化为硝态氮和亚硝态氮，总氮浓度依然较高，反硝化脱氮问题依然存在，且该滤池占地面积较大，池体较高，能源消耗量大，不宜推广应用。
【发明内容】
[0004]针对上述现有曝气生物滤池易堵塞，无法完成反硝化，出水总氮较高以及碳化的异养菌和硝化的自养菌世代增殖期不一而引起的反冲洗频率不一的问题，本发明提供一种复合式多级曝气生物滤池及其工艺，该生物滤池实现将碳化和硝化反硝化分置，稳定出水，本发明是这样实现的:
一种复合式多级曝气生物滤池，包括罐状滤池体设置于滤池体底端的进水管和出水管，该滤池体底端中心设有圆柱状初级曝气生物滤池，初级曝气生物滤池外端由上至下分为二级曝气生物滤池和三级曝气生物滤池；
初级曝气生物滤池与进水管之间由下至上依次设有第一进水布水装置、第一曝气装置、第一穿孔板和第一碎石承托层;第一穿孔板和第一碎石承托层穿过初级曝气生物滤池下方延伸至过滤池填料下方;第一碎石承托层中设有第一反冲洗排泥管；
初级曝气生物滤池和二级曝气生物滤池顶端齐平，并设有第二穿孔板，污水由进水管、第一进水布水装置通过第一穿孔板和第一碎石承托层进入初级曝气生物滤池后，再通过第二穿孔板，由设置于初级曝气生物滤池顶端的溢流堰通过第二进水布水装置进入二级曝气生物滤池，溢流堰与第二进水布水装置之间设有止回阀，以防止二级曝气生物滤池反冲洗水进入到初级曝气生物滤池中；
二级曝气生物滤池底部由上至下依次设有第二曝气装置、第二碎石承托层和第三穿孔板，第二碎石承托层中设有第二反冲洗排泥管;污水由二级曝气生物滤池底部通过第二碎石承托层和第三穿孔板进入三级曝气生物滤池，三级曝气生物滤池底部由上至下依次为有第一碎石承托层和第一穿孔板，污水经过滤第一穿孔板后，再通过出水管排出；
初级曝气生物滤池和二级曝气生物滤池装有独立的反冲洗装置，以便于对其进行不同频率不同强度的反冲洗;其中初级曝气生物滤池还设有第一反冲洗布气装置和第一反冲洗进水管，压缩空气由第一反冲洗布气装置进入初级曝气生物滤池，清水则通过第一反冲洗进水管由第一进水布水装置进入初级曝气生物滤池后，再通过反冲洗出水管流出，冲洗所产生的污泥通过第一反冲洗排泥管排出；二级曝气生物滤池还设有第二反冲洗布气装置和第二反冲洗进水管，压缩空气由第二反冲洗布气装置进入二级曝气生物滤池，清水则通过第二反冲洗进水管由反冲洗进水布水装置进入二级曝气生物滤池后，再通过反冲洗出水管流出，冲洗所产生的污泥由第二反冲洗排泥管排出；
三级曝气生物滤池底部由上至下依次设有第三曝气装置和第三反冲洗排泥管，第三反冲洗排泥管位于第一碎石承托层中；
三级曝气生物滤池还设有第三反冲洗布气装置、第三反冲洗进水管和第三反冲洗进水布水装置，压缩空气由第三反冲洗布气装置进入三级曝气生物滤池，清水则通过第三反冲洗进水管经由第三反冲洗进水布水装置进入三级曝气生物滤池后，再通过出水管流出，冲洗所产生的污泥由第三反冲洗排泥管排出；
其中，所述初级曝气生物滤池内为装有悬浮填料的中心滤柱，所述悬浮填料由活性炭和聚氯乙烯混合获得;二级曝气生物滤池中装有由经柠檬酸钠改性沸石组成的填料(林海，刘泉利，柠檬酸钠改性对沸石吸附水中低浓度碳、氮污染物的影响研究，北京科技大学，2015)，以减少脱碳区的运行阻力，又可使硝化区生物量得到积累，提高碳化和硝化反应的效率。同时可以减少反冲洗用水量和反冲洗阻力损失;过滤池中装有经柠檬酸钠改性沸石组成的填料，进一步提高出水水质，缓解因低温和高负荷等冲击使出水水质不稳定的问题。
[0005]优选的，本发明中，中心滤柱内的悬浮填料是由粒径均为5_7mm的活性炭和聚氯乙烯按体积比3:7混合而成。
[0006]优选的，本发明中，所述二级曝气生物滤池和三级曝气生物滤池内填料的粒径为1-3mmο
[0007]优选的，本发明中，初级曝气生物滤池内第一进水布水装置、第二进水布水装置和第三布水装置以及反冲洗进水布水装置均为喷嘴式布水装置。
[0008]优选的，本发明中，所述第一碎石承托层和第二碎石承托层均采用粒径4-6cm的碎石或卵石，且碎石粒径自下而上逐渐变小，形成碎石积水层;第一碎石承托层和第二碎石承托层中设有集水管和排泥管，排水管即为第一反冲洗排水管、第二反冲洗排水管和第三反冲洗排水管，排水管用于排除反冲洗产生的污水，排泥管即为第一反冲洗排泥管、第二反冲洗排泥管和第三反冲洗排泥管，用于排出反冲洗产生的污泥。
[0009]—种基于所述复合式双级曝气生物滤池的污水处理工艺，具体步骤如下:
A)将待处理的农村生活污水由进水管经过第一进水布水装置均匀进入初级曝气生物滤池后，向上流经过悬浮填料并同时曝气，通过溢流堰和止回阀进入装有较细填料的二级曝气生物滤池，再向下运行至三级曝气生物滤池，通过重力由出水管排出；
其中，初级曝气生物滤池中溶解氧浓度为3_5mg/L，保证为有机物碳化提供充足的溶解氧量;二级曝气生物滤池溶解氧浓度为0.6-lmg/L，以同步完成硝化反硝化;三级曝气生物滤池溶解氧浓度为2-4mg/L，污水在罐状滤池体中停留的时间为30-45min ；
B)反冲洗装置采用大小反冲洗交替进行，每隔5-10天对初级曝气生物滤池进行反冲洗，即先由第一反冲洗布气装置向初级曝气生物滤池通入压缩空气，进行气洗;再由第一反冲洗进水管通过第一进水布水装置向初级曝气生物滤池均匀通入清水进行水洗，反冲洗出水由反冲洗出水管流出，水洗产生的污泥则通过第一反冲洗排泥管排出；
C)每隔20-40天对二级曝气生物滤池进行反冲洗，即先由第二反冲洗布气装置向二级曝气生物滤池通入压缩空气，进行气洗;再由第二反冲洗进水管通过反冲洗进水布水装置向二级曝气生物滤池通入均匀的清水进行水洗，反冲洗出水由反冲洗出水管流出，水洗产生的污泥则通过第二反冲洗排泥管排出；
d)每隔30-60天对三级曝气生物滤池进行反冲洗，即先由第三反冲洗布气装置向三级曝气生物滤池通入压缩空气，进行气洗;再由第三反冲洗进水管通过反冲洗进水布水装置向三级曝气生物滤池通入均匀的清水进行水洗，反冲洗出水由反冲洗出水管流出，水洗产生的污泥则通过第三反冲洗排泥管排出。
[0010]本发明公开一种复合式双级曝气生物滤池是一种适用于农村生活污水处理的地埋式一体化污水处