專利名稱：上向流曝氣生物濾池及其曝氣方法
技術領域：
本發(fā) 明涉及一種污水處理系統(tǒng)及其曝氣方法，尤其是一種上向流曝氣生物濾池及其曝氣方法。
背景技術：
曝氣生物濾池簡稱BAF，是20世紀80年代末至90年代初在普通生物濾池的基礎上，借鑒給水濾池工藝而開發(fā)的新型污水處理工藝，是普通生物濾池的一種變形工藝，也可看成生物接觸氧化法的一種特殊形式，即在生物反應器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料，以提供生物膜生長的載體，并根據(jù)污水流向分為上向流或下向流，污水由上向或下向流過生物填料層后，在生物填料層下部鼓風曝氣，空氣與污水逆向或同向接觸，使污水中的有機物與填料表面的生物膜通過生化反應得到穩(wěn)定處理，填料起到物理過濾的作用。曝氣生物濾池是一種占地面積少、基建投資省、處理效率高和所需能耗低的新型生物膜污水處理系統(tǒng)， 同時由于其采用模塊化結構、自動化控制程度高，便于后期的改、擴建。因此，曝氣生物濾池由于其眾多優(yōu)點，正逐漸成為我國污水處理領域一種重要的技術手段之一。目前應用較多的曝氣生物濾池是采用的上向流態(tài)，即在結構上采用氣、水平行上向流態(tài)，并在采用底部強制鼓風曝氣技術。曝氣生物濾池根據(jù)其主要功能的不同，可以分為碳氧化池(C池)、硝化池(N池)、 碳氧化/硝化池(C/N池)以及反硝化池(DN池)。其中碳氧化池(C池)主要用于去除污水中的含碳有機物；硝化池(N池)主要用于完成氨氮的硝化，且硝化率大于60%;碳氧化/ 硝化池(C/N池)主要用于去除水中含碳有機物并完成氨氮的部分硝化(硝化率小于60%)。 目前，為了節(jié)約基建以及運行成本，污水處理廠一般采用碳氧化/硝化池(C/N池)對污水進行除碳并進行部分硝化，而這種除碳硝化同池的上向流曝氣生物濾池雖然能保證底部化學需氧量(COD)的降解，COD去除率高，但是，其硝化效率較低，氨氮(NH/-N)的去除效果不理想?，F(xiàn)有的方法是通過提高底部氣水比來改善硝化，這種方法雖然能提高硝化區(qū)的溶解氧濃度，但底部過高的氣水比容易對底部生物膜造成過度沖刷以及減弱生物填料層對固體懸浮物(SS)的截留能力；同時過大的曝氣量造成碳源的過度消耗，對于后續(xù)的反硝化生物脫氮而言，碳源不夠而影響了脫氮效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種上向流曝氣生物濾池，這種曝氣生物濾池能促進硝化細菌的大量繁殖，提高硝化效率。本發(fā)明還提供了這種上向流曝氣生物濾池的曝氣方法。本發(fā)明采用的技術方案是一種上向流曝氣生物濾池，包括自下而上依次設置的配水區(qū)、承托層、生物填料層、清水區(qū)，所述配水區(qū)內(nèi)設置有進水分布管和第一曝氣分布管， 所述清水區(qū)連接有出水管，在所述生物填料層中設置有第二曝氣分布管。作為本發(fā)明的進一步改進，所述第二曝氣分布管設置在自所述生物填料層底部往上0. 4至0. 6倍生物填料層高度的位置，優(yōu)選設置在自所述生物填料層底部往上0. 4至0. 5 倍生物填料層高度的位置。作為本發(fā)明的進一步改進，所述生物填料層包括陶粒濾料，所述陶粒濾料的粒徑為3mm至6mm、堆積密度為0. 85g/cm3至1. 05g/cm3、表觀密度為1. 4g/cm3至1. 9g/cm3、孔隙率為25%至30%。作為本發(fā)明的進一步改進，所述承托層包括粒徑為IOmm至15mm的鵝卵石。作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一曝氣分布管包括孔口向上的單孔膜曝氣器。作為本發(fā)明的進一步改進，所述第二曝氣分布管包括孔口向上的單孔膜曝氣器。作為本發(fā)明的進一步改進，所述配水區(qū)還設置有反沖洗配水管和反沖洗配氣管， 所述清水區(qū)還連接有反沖洗排水管。本發(fā)明的上向流曝氣生物濾池的曝氣方法，所述生物濾池包括生物填料層，所述生物填料層底部設置有第一曝氣分布管進行一次曝氣，所述生物填料層中設置有第二曝氣分布管進行二次曝氣。優(yōu)選的，所述第二曝氣分布管設置在自所述生物填料層底部往上0. 4 至0. 6倍生物填料層高度的位置。更優(yōu)選的，所述第二曝氣分布管設置在自所述生物填料層底部往上0. 4至0. 5倍生物填料層高度的位置。本發(fā)明的上向流曝氣生物濾池及這種濾池的曝氣方法具有以下技術效果
1、本發(fā)明上向流曝氣生物濾池采用了二次曝氣的曝氣方式，并通過大量試驗選擇在生物濾池的合適高度位置加裝第二曝氣裝置進行二次曝氣，增加了異養(yǎng)菌和硝化菌交界區(qū)的溶解氧濃度和傳質效率，優(yōu)化了溶解氧沿生物填料層高度的分布，因此在濾池二次曝氣以上的區(qū)域，空氣、混合液和濾料表面附著的生物膜間的三相接觸效率得到極大加強，有效的促進了硝化菌的大量繁殖，提高了硝化效率，從而提高了 nh4+-N的去除率。2、二次曝氣減少了濾池底部曝氣量，避免了底部過大的空氣沖刷作用對生物載體和載體表面生物膜的沖擊，有利于生物膜的附著，提高了生物填料層對SS的截留能力。3、抑制了碳源的消耗，為后續(xù)反硝化單元保留碳源。4、通過將生物濾池底部的一部分氣量上移的方式改善溶解氧沿濾池高度的分布， 節(jié)約了一定的曝氣能耗。


圖1是本發(fā)明上向流曝氣生物濾池的結構示意圖。
具體實施例方式參看圖1，本發(fā)明的上向流曝氣生物濾池的池體底部為配水區(qū)1，自下而上依次設置有承托層2、生物填料層3和清水區(qū)4 ；配水區(qū)1內(nèi)設置有進水分布管11、第一曝氣分布管12、反沖洗配水管13和反沖洗配氣管14 ；生物填料層3中設置有第二曝氣分布管31 ；清水區(qū)4連接有出水管41和反沖洗排水管42 ；進水分布管11與污水池5連接，反沖洗配水管13接自來水管道，第一曝氣分布管12、第二曝氣分布管31和反沖洗配氣管14與鼓風機 6連接。第二曝氣分布管12設置在自所述生物填料層3底部往上0. 4至0. 6倍生物填料層 3高度的位置，最好是0. 4至0. 5倍生物填料層3高度的位置。其中承托層2由l(Tl5mm的鵝卵石組成，生物填料層3采用陶粒濾料作為填料，陶粒濾料的粒徑為3 6mm、堆積密度為0. 85 1. 05g/cm3、表觀密度為1. 4g/cm3至1. 9g/cm3、 孔隙率為25% 30%，生物填料層3放置于承托層2上。此種濾料強度高、孔隙率大、比表面積大、化學和物理穩(wěn)定性很好，具有很好的生物附著能力、掛膜性能良好，反沖洗過程中內(nèi)層生物膜不易脫落，反沖洗后的水質恢復快。第一曝氣分布管12、第二曝氣分布管31均采用單孔膜曝氣器進行曝氣，單孔膜曝氣器孔口向上。由于曝氣口出口為等分的凹凸設計，保證布氣均勻的同時可以避免原水中的SS堵塞曝氣頭的孔口，還可避免生物濾料層的堆壓。 曝氣生物濾池為氣水流同向的上流式曝氣生物濾池，運行時，待處理污水經(jīng)進水分布管11 流入承托層2，同時配水區(qū)1內(nèi)的第一曝氣分布管12開啟供氣，水氣流混合后自下而上通過濾池的生物填料層3，在流經(jīng)生物填料區(qū)3的第二曝氣分布管31以下區(qū)域后，原水中的大部分有機物和少量氨氮類物質被去除。經(jīng)過生物填料區(qū)3中的第二曝氣分布管31第二次工藝曝氣后，混合液中的溶解氧及其傳質效率提高，同時經(jīng)過底部生物填料層處理后的混合液中有機物的濃度較低，有利于硝化菌的大量繁殖和硝 化反應速率的提高，因此混合液流經(jīng)濾池中上部時，水中含有的大量氨氮類物質被逐漸去除，最終處理完成的水流經(jīng)清水區(qū)4 后通過出水管41流出。曝氣生物濾池(BAF)運行一段時間后，截留的SS和生物膜厚度增加，需要進行反沖洗。此時關閉進水分布管11、第一曝氣分布管12、第二曝氣分布管31和出水管41，打開反沖洗配氣管14、反沖洗排水管42，通過氣流的紊動作用對濾層進行松動，再打開反沖洗配水管13，讓反沖洗的氣、水混合進入承托層2后，對承托層2和生物填料層3進行進一步松動并沖洗；最后關閉反沖洗配氣管14，保持反沖洗配水管13開啟，讓進入的反沖洗清水對生物填料層3進行漂洗，整個反沖洗過程沖刷脫落的生物膜和SS通過濾池上部清水區(qū)4 的反沖洗排水管42排出。實施例1
一次曝氣和二次曝氣的效果對比
生物填料層的高度均為410cm ；總曝氣量固定為氣、水體積比4:1 ；待處理污水工況條件為C0D 為 140-160mg/L、NH4+-N 為 20_30mg/L。一次曝氣BAF中，氣水體積比為4 1。二次曝氣BAF中，第二曝氣分布管設置在生物填料層中自下往上180cm處。曝氣量為2:1+2:1，即第一曝氣分布管進行一次曝氣、曝氣量氣水體積比為2:1，第二曝氣分布管進行二次曝氣、曝氣量氣水體積比也為2:1 ；和曝氣量為3:1+1:1，即第一曝氣分布管進行一次曝氣、曝氣量氣水體積比為3:1、第二曝氣分布管進行二次曝氣、曝氣量氣水體積比也為1:1。1、供氣能耗
在Q=300L/h，總氣水比為4:1的條件下的曝氣能耗進行了估算。鼓風機的功率與排氣量及壓力有關。本試驗中，第一曝氣分布管位于水面下的水深約為6m處；第二曝氣分布管位于水面下水深約為4m處。由于鼓風機需要提供的壓力為曝氣分布管空氣擴散器處的絕對壓力之和，因此當總氣量一致，而氣水比分配不同時，鼓風機需要提供的壓力也不一致。在不同的氣水比條件下，鼓風機的總需壓如表1所示
權利要求
1.一種上向流曝氣生物濾池，包括自下而上依次設置的配水區(qū)、承托層、生物填料層、 清水區(qū)，所述配水區(qū)內(nèi)設置有進水分布管和第一曝氣分布管，所述清水區(qū)連接有出水管，其特征在于在所述生物填料層中設置有第二曝氣分布管。
2.根據(jù)權利要求1所述的上向流曝氣生物濾池，其特征在于所述第二曝氣分布管設置在自所述生物填料層底部往上0. 4至0. 6倍生物填料層高度的位置。
3.根據(jù)權利要求2所述的上向流曝氣生物濾池，其特征在于所述第二曝氣分布管設置在自所述生物填料層底部往上0. 4至0. 5倍生物填料層高度的位置。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的上向流曝氣生物濾池，其特征在于所述生物填料層包括陶粒濾料，所述陶粒濾料的粒徑為3mm至6mm、堆積密度為0. 85g/cm3至1. 05g/ cm3、孔隙率為25%至30%。
5.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的上向流曝氣生物濾池，其特征在于所述承托層包括粒徑為IOmm至15mm的鵝卵石。
6.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的上向流曝氣生物濾池，其特征在于所述第一曝氣分布管包括孔口向上的單孔膜曝氣器。
7.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的上向流曝氣生物濾池，其特征在于所述第二曝氣分布管包括孔口向上的單孔膜曝氣器。
8.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的上向流曝氣生物濾池，其特征在于所述配水區(qū)還設置有反沖洗配水管和反沖洗配氣管，所述清水區(qū)還連接有反沖洗排水管。
9.一種上向流曝氣生物濾池的曝氣方法，所述生物濾池包括生物填料層，所述生物填料層底部設置有第一曝氣分布管進行一次曝氣，其特征在于所述生物填料層中設置有第二曝氣分布管進行二次曝氣。
10.根據(jù)權利要求9所述的上向流曝氣生物濾池的曝氣方法，其特征在于所述第二曝氣分布管設置在自所述生物填料層底部往上0. 4至0. 6倍生物填料層高度的位置。
全文摘要
本發(fā)明屬于污水處理技術領域，公開了一種上向流曝氣生物濾池，包括自下而上依次設置的配水區(qū)、承托層、生物填料層、清水區(qū)，配水區(qū)內(nèi)設置有進水分布管和第一曝氣分布管，清水區(qū)連接有出水管，在生物填料層中設置有第二曝氣分布管。本發(fā)明還公開了一種上向流曝氣生物濾池的曝氣方法。本發(fā)明采用了二次曝氣的曝氣方式，增加了濾池異養(yǎng)菌和硝化菌交界區(qū)的溶解氧濃度和傳質效率，優(yōu)化了溶解氧沿生物填料層高度的分布，不但節(jié)約了曝氣能耗，而且有效的促進了硝化菌的大量繁殖，提高了硝化效率，從而提高了NH4+-N的去除率，并且抑制了碳源的消耗，為后續(xù)反硝化單元保留必要的碳源。
文檔編號C02F3/02GK102198971SQ201110096678
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權日2011年4月18日
發(fā)明者廖鳳京, 李婷, 李宗偉, 李繼, 王宏杰, 王維康, 范翊, 董文藝 申請人:哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院