專利名稱：一種缺氧腐殖填料濾池及處理含氮難降解廢水的方法
一種缺氧腐殖填料濾池及處理含氮難降解廢水的方法技術領域
本發(fā)明屬于環(huán)境保護領域，更具體地說，涉及一種缺氧腐殖填料濾池及處理含氮難降解廢水的方法。
背景技術：
曝氣生物濾池是20世紀90年代初興起的污水處理新工藝，應用較多且較成熟的是B10F0R、BIOSTRY、TETRA DENITE和BIOPUR等工藝形式。曝氣生物濾池技術與傳統(tǒng)普通生物濾 池相比具有處理效率高、占地面積小、基建費用低、抗沖擊負荷能力強等特點，在難降解廢水深度處理及微污染水源預處理過程等領域有較好的應用前景。曝氣生物濾池的濾料是影響微生物附著生長、脫落以及最終處理效果的重要因素，選擇合適的濾料對于生物濾池的運行維護和處理效果具有決定作用。濾料根據(jù)比重不同分為懸浮式濾料和浸沒式濾料，前者一般為有機濾料，如聚苯乙烯(EPS)等。后者一般為無機或天然濾料，如膨脹球形粘土、頁巖、石英砂、陶粒、沸石等。選擇砂礫為濾料的BAF-De印Bed 砂濾池工藝在工業(yè)廢水處理中有著較廣的應用，它由好氧濾池CoLOX 和缺氧濾池DeniteK組成，其最大的特點是以價廉易得的砂碌代替了較貴的濾料。Muller和Marcini認為采用輕質(zhì)、大空隙率的填料比實心的砂石更有利于生物固體的積累(方芳，龍騰銳.厭氧生物濾池的研究及應用現(xiàn)狀[J].中國給水排水.1999，15(4):24-27)。Won-Seok Chang等以天然沸石和砂粒為填料研究BAF對紡織廢水的處理效果發(fā)現(xiàn):天然沸石對紡織廢水的處理效果優(yōu)于砂粒的處理效果，這是因為天然沸石具有更強的陽離子交換能力和更大的比表面積(周彩樓，尚琦，尹洪江.凈水廠沉淀池淤泥超輕陶粒的研究[J].熱固性樹脂，1999，4:83-86)，輕質(zhì)填料取代高密度填料是曝氣生物濾池污水處理技術發(fā)展的重要方向。
國內(nèi)對曝氣生物濾池工藝反硝化性能研究主要集中在曝氣位置、COD負荷、回流比以及溫度等因素，在溫度較低的情況下啟動BAF并定期反沖洗，亞硝酸菌生長較快，硝酸菌的生長受到抑制，因而在系統(tǒng)中表現(xiàn)出明顯的亞硝酸鹽積累現(xiàn)象，為短程反硝化創(chuàng)造條件。曝氣生物濾池能夠進行同步硝化反硝化脫氮的原理在于其獨特的結構特征和運行方式。宏觀環(huán)境上，進水沿填料推流而上，在整體不同的填料層表面的生物膜上存在著基質(zhì)和溶解氧的梯度分布。微觀環(huán)境上，由于氧的擴散限制，在生物膜微生物絮體內(nèi)產(chǎn)生溶解氧梯度，形成缺氧的微環(huán)境，為異養(yǎng)菌、自養(yǎng)菌和反硝化細菌等微生物分別占據(jù)優(yōu)勢生態(tài)位提供條件(章勝紅，陳季華，孫志國.曝氣生物濾池廢水深度處理同步硝化反硝化機理及影響因素[J].東華大學學報.2007，33 (I): 125-129)。孫漓青，甘一萍等在試驗中發(fā)現(xiàn)提高回流比和降低反應池內(nèi)的溶解氧并不能有效地改善反硝化效率(孫漓青，甘一萍，魏薇等.B10STYR曝氣生物濾池中試研究[J].給水排水.2005，31 (8): 14-18)。在反硝化的研究中，一般認為在進水TN (氮濃度)較高的情況下，通常要投加一定的碳源，以強化反硝化效果。
曝氣生物濾池雖然具有上述特點和優(yōu)點，但仍然存在處理含懸浮物濃度高的有機廢水時易發(fā)生堵塞、硝化脫氮功能不理想以及占地面積大等問題；而且處理系統(tǒng)對布水均勻性要求很高，否則易發(fā)生短流，直接影響處理效果。因此，開發(fā)不易堵塞而又具有較好脫氮功能的生物濾池成為重要的發(fā)展方向。發(fā)明內(nèi)容
1.要解決的問題
針對現(xiàn)有生物濾池技術在對廢水進行脫氮時存在易堵塞、硝化脫氮功能不理想以及占地面積大等問題，本發(fā)明提供了一種缺氧腐殖填料濾池及處理含氮難降解廢水的方法，用于含氮難降解廢水的處理，既能發(fā)揮腐殖填料作為生物載體的缺氧生物脫氮作用，又能利用泥炭腐殖填料的吸附作用提高污水中難降解物質(zhì)的去除效果。
2.技術方案
為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術方案如下:
一種缺氧腐殖填料濾池，包括池體、進水管、配水室、承托層、填料層、填料投加管和排水管，還包括進氣管、長柄濾頭、布水孔板和溢流堰，所述的配水室位于池體的底部；所述的進水管和進氣管都與配水室相連；所述的池體內(nèi)沿著配水室從下往上依次為布水孔板、承托層和填料層；所述的長柄濾頭穿過布水孔板，一端與承托層連接，另一端插入配水室；所述的承托層采用天然卵石或礫石構成；所述的填料投加管在池體的一側與填料層7相連；所述的溢流堰位于池體的上部；所述的排水管與池體的上部連接。
優(yōu)選地，所述的長柄濾頭的密度為50-60個/m2。
優(yōu)選地，所述的承托層共分4層,其粒徑自上而下分別為2-4mm、4-8mm、8-16mm和16-32mm ;所述的配水室的高度為400_500mm ;所述的填料層的高度為1000mm - 2000mm ;所述的填料層頂部距離溢流堰的高度大于等于600mm。
優(yōu)選地，所述的填料層的填料采用經(jīng)粉碎的粒度小于2mm的泥炭。
一種缺氧腐殖填料濾池處理含氮難降解廢水的方法，其步驟為:
A)將含氮難降解廢水通過集水池經(jīng)水泵提升進入缺氧腐殖填料濾池的配水室，廢水通過長柄濾頭進入承托層中，然后廢水經(jīng)過承托層過濾后進入填料層；
B)向填料層中投加漿狀新鮮泥炭填料，廢水在填料層中利用腐殖填料附著生長的生物膜在缺氧環(huán)境下進行生物反硝化脫氮，同時利用泥炭腐殖填料的吸附作用吸附部分難降解物質(zhì)；填料層處理后的廢水溢出溢流堰后通過排水管排出；
C)排水管排出的廢水進入SBR處理器，經(jīng)過SBR處理后，廢水一部分直接排放，一部分回流至缺氧腐殖填料濾池的配水室中，提供反硝化所需要的硝態(tài)氮。
優(yōu)選地，還包括步驟D) ，定期利用壓縮空氣通過進氣管向配水室中通入壓縮空氣，壓縮空氣從配水室經(jīng)長柄濾頭進入上部承托層從而攪動泥炭腐殖填料層，對承托層和填料層進行擾動，同時開啟氣動隔膜泵向填料層中投加漿狀的新鮮泥炭腐殖填料。這樣是為防止填料堵塞以及泥炭腐殖填料更新的需要，目的是使填料層在整個過水截面上的過濾阻力基本相當。通過空氣反沖洗作用使泥炭腐殖填料層呈現(xiàn)出流化態(tài)，空氣反沖洗停止后腐殖填料均勻沉降，使得過濾阻力基本均勻，從而避免過濾阻力的差異影響均勻布水，造成過濾水短流現(xiàn)象。在氣水擾動形成的填料流態(tài)化過程中，由氣動隔膜泵投加漿狀的新鮮泥炭填料于填料層中部，在擾動作用下與原有填料迅速混合均勻，達到填料更新的目的。
優(yōu)選地，所述的壓縮空氣的通入時間為5-10min。較短的曝氣時間可使濾池內(nèi)填料層中氧濃度維持在較低水平，缺氧環(huán)境有利于反硝化細菌的生長，提高脫氮效率。
優(yōu)選地，所述的步驟A)中廢水經(jīng)承托層向上流入泥炭腐殖填料層的流速為3_6m/d0
優(yōu)選地，所述的整個系統(tǒng)由兩組缺氧腐殖填料濾池和SBR并聯(lián)組成。兩組缺氧腐殖填料濾池和SBR組合之間交替運行。
3.有益效果
相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果為:
(I)本發(fā)明結構簡單，濾池巧妙地利用進水管、配水室、長柄濾頭和布水孔板組成小阻力配水系統(tǒng)，同時實現(xiàn)進水均勻配水和填料層攪動，合理地利用了有限的空間，最大限度地節(jié)省占地面積；
(2)本發(fā)明依靠小阻力配水系統(tǒng)定期利用壓縮空氣反沖洗，擾動泥炭腐殖填料層形成流態(tài)化，不僅避免了填料板結，改善了布水的均勻性，而且有利于提高生物活性；
(3)本發(fā)明填料 層采用粒徑小于2mm的泥炭腐殖填料，在每次空氣反沖洗時，由于補充新鮮的泥炭腐殖填料的同時，也相應排出相同體積的老化泥炭填料，出水排出后進入SBR，不僅實現(xiàn)泥炭填料及時定量更新，同時利用泥炭對難降解物質(zhì)的吸附作用、活性污泥與泥炭的絮凝作用以及剩余污泥的排放，有效去除部分難降解物質(zhì)；
(4)本發(fā)明采用的泥炭具有價格便宜，來源廣泛，且安全無毒的特點，具有比表面積大、陽離子交換容量高、飽和水力滲透系數(shù)大等優(yōu)點，是一種價廉物美的萬能吸附材料；
(5)本發(fā)明的方法將缺氧腐殖填料濾池和SBR組合使用，既是缺氧段與好氧段的組合，又是生物膜工藝與活性污泥工藝的組合，這種工藝組合能發(fā)揮各自處工藝單元的優(yōu)點:一方面生物膜法附著生長的微生物抗沖擊負荷能力強，另一方面好氧活性污泥微生物活性高，污泥齡控制比較靈活，處理效果好；
(6)本發(fā)明的方法處理的高含氮有機廢水，處理后能達到各行業(yè)廢水排放標準，出水的水質(zhì)好；
(7)本發(fā)明的方法中定期利用壓縮空氣通過進氣管向配水室中通入壓縮空氣，不僅實現(xiàn)了過濾阻力的均衡、防止濾池堵塞，而且有利于提高生物活性；
(8)本發(fā)明壓縮空氣的通入時間為5-10min，在不傷害反硝化細菌的基礎上達到了清洗缺氧腐殖填料濾池的目的，廢水經(jīng)承托層向上流入泥炭腐殖填料層的流速為3-6m/d，處理效率高。


圖1是本發(fā)明中反應器的結構示意圖2是本發(fā)明的工藝流程圖。
圖中:1、進水管；2、進氣管；3、配水室；4、長柄濾頭；5、布水孔板；6、承托層；7、填料層；8、填料投加管；9、溢流堰；10、排水管。
具體實施方式
下面結合具體附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
實施例1
設備如圖1所示，一種缺氧腐殖填料濾池，包括池體、進水管1、配水室3、承托層6、填料層7、填料投加管8和排水管10，還包括進氣管2、長柄濾頭4、布水孔板5和溢流堰9，配水室3位于池體的底部；進水管I和進氣管2都與配水室3相連；池體內(nèi)沿著配水室3從下往上依次為布水孔板5、承托層6和填料層7 ;長柄濾頭4穿過布水孔板5，一端與承托層6連接，另一端插入配水室3 ;承托層6采用天然卵石或礫石構成；填料投加管8在池體的一側與填料層7相連；溢流堰9位于池體的上部；排水管10與池體的上部連接。本實施例中池體為圓柱體，用厚度為20mm的PVC材料焊接而成，總高4000mm，直徑2300mm。進水管I和進氣管2分別采用DN100和DN20的塑料管，通入底部配水室3 ;進氣管2外接空氣壓縮機。濾池采用小阻力配水系統(tǒng)(配水層)來實現(xiàn)均勻配水，配水層包括布水孔板5和長柄濾頭4。底部配水室3高500mm ;布水孔板5厚度為IOOmm ;濾頭布置數(shù)為50個/m2。長柄濾頭4擰入預埋在混凝土布水孔板5中的內(nèi)螺紋套管中。布水孔板5之上鋪設含有碎石的承托層6,承托層6采用天然碌石,共分4層,其粒徑自上而下分別為2-4mm、4-8mm、8-16mm和16-32mm ;其厚度依次為50mm、50mm、50mm和100mm,總厚度為250mm ;腐殖填料米用經(jīng)粉碎粒度小于2mm的泥炭。填料層7的高度為2000mm，填料層7頂部距濾池出水溢流堰9的高度為600mm，溢流堰9的高度為300mm。出水由濾池頂部周邊的溢流堰9經(jīng)排水管10排出。
其使用工藝流程:采用圖2所示的裝置，其步驟為:A)利用缺氧腐殖填料濾池建設一個處理廢水的系統(tǒng)，該整個系統(tǒng)由兩組缺氧腐殖填料濾池和SBR并聯(lián)組成。兩組缺氧腐殖填料濾池和SBR組合之間交替運行。如圖2所示，該系統(tǒng)由一個集水池水泵提升系統(tǒng)、兩個缺氧腐殖填料濾池和兩個SBR組成，其中集水池水泵提升系統(tǒng)連接兩個缺氧腐殖填料濾池，每個缺氧腐殖填料濾池都與一個SBR連接。將含氮難降解廢水通過集水池經(jīng)水泵提升進入缺氧腐殖填料濾池的配水室3，廢水通過長柄濾頭4進入承托層6中，然后廢水經(jīng)過承托層6過濾后進入填料 層7。
B)向填料層7中投加漿狀新鮮泥炭填料120kg，廢水在填料層7中利用腐殖填料附著生長的生物膜在缺氧環(huán)境下進行生物反硝化脫氮，同時利用泥炭腐殖填料的吸附作用吸附部分難降解物質(zhì)；填料層7處理后的廢水溢出溢流堰9后通過排水管10排出。廢水經(jīng)承托層6向上流入泥炭腐殖填料層7的流速為4m/d。
C)排水管10排出的廢水進入SBR處理器，經(jīng)過SBR處理后，廢水一部分直接排放，一部分回流至缺氧腐殖填料濾池的配水室3中，提供反硝化所需要的硝態(tài)氮。每組圖2所示的流程中的兩個SBR交替運行，運行周期為12h。前4h進水，進水完畢后SBR中曝氣4h，靜置2h后出水，工作效率高。
D)定期利用壓縮空氣通過進氣管2向配水室3中通入壓縮空氣，壓縮空氣從配水室3經(jīng)長柄濾頭4進入上部承托層6從而攪動泥炭腐殖填料層7，對承托層6和填料層7進行擾動，同時開啟氣動隔膜泵向填料層7中投加漿狀的新鮮泥炭腐殖填料。每次壓縮空氣的通入時間為7min。這樣既能防止填料堵塞，同時滿足泥炭腐殖填料更新的需要，填料層7在整個過水截面上的過濾阻力基本相當。通過空氣反沖洗作用使泥炭腐殖填料層7呈現(xiàn)出流化態(tài)，空氣反沖洗停止后腐殖填料均勻沉降，使得過濾阻力基本均勻，從而避免過濾阻力的差異影響均勻布水，造成過濾水短流現(xiàn)象。在氣水擾動形成的填料流態(tài)化過程中，由氣動隔膜泵投加漿狀的新鮮泥炭填料于填料層7中部，在擾動作用下與原有填料迅速混合均勻，達到填料更新的目的。
本實施例的工藝條件和參數(shù)為:本實例進水為經(jīng)預處理后的制革廢水，已經(jīng)過除鉻和脫硫處理，進水流量為16m3/d。進水水質(zhì)中C0D&為1625mg/L，總氮為778mg/L，氨氮為232mg/L。環(huán)境溫度為25°C，進水濾速為4m/d。
本實施例試驗數(shù)據(jù)如下:出水平均C0D&為90mg/L，去除率為94.5% ;出水總氮為147mg/L，去除率為81.1% ;出水氨氮為15mg/L以下，去除率大于93.5%。
實施例2
同實施例1，所不同的是，承托層6的4層天然礫石的厚度自上而下依次為30mm、30mm、40mm、100mm,總厚度為200mm。配水室3的高度為500_ ;填料層7的高度為IOOOmm ；填料層7頂部距離溢流堰9的高度為700mm。濾頭布置數(shù)為56個/m2。步驟B)中每次向填料層7中投加漿狀新鮮泥炭填料160kg。步驟D)中每次壓縮空氣的通入時間為5min。
工藝條件和參數(shù):本實例進水為經(jīng)預處理后的制革廢水，已經(jīng)過除鉻和脫硫處理。進水水質(zhì)中C0D&為1250mg/L，總氮為472mg/L，氨氮為225mg/L。環(huán)境溫度為25°C，進水濾速為3m/d。
本實施例組合工藝出水水質(zhì)數(shù)據(jù)如下:出水平均0 &為701^/1，去除率為94.4%;出水總氮為78mg/L，去除率為83.5% ;出水氨氮為15mg/L以下，去除率大于93.3%。
實施例3
同實施例1，所不同的是，承托層6的4層天然礫石的厚度自上而下依次為30mm、30mm、40mm、100mm,總厚度為200mm。配水室3的高度為450mm ;填料層7的高度為1700mm ；填料層7頂部距離溢流堰9的高度為630mm。濾頭布置數(shù)為60個/m2。步驟B)中每次向填料層7中投加漿狀新鮮泥炭填料240kg。步驟D)中每次壓縮空氣的通入時間為lOmin。
工藝條件和參數(shù):本實例進水為經(jīng)預處理后的制革廢水，已經(jīng)過除鉻和脫硫處理。進水水質(zhì)中COD&為906mg/L,總氮為367mg/L,氨氮為139mg/L。環(huán)境溫度為25°C,進水濾速為6m/d。
本實施例試驗數(shù)據(jù)如下:出水平均COD&為91mg/L，去除率為90% ;出水總氮66mg/L,去除率為82% ;出水氨氮為15mg/L以下， 去除率大于89.2%。
權利要求
1.一種缺氧腐殖填料濾池，包括池體、進水管(I)、配水室(3)、承托層(6)、填料層(7)、填料投加管(8)和排水管(10)，其特征在于:還包括進氣管(2)、長柄濾頭(4)、布水孔板(5)和溢流堰(9)，所述的配水室(3)位于池體的底部；所述的進水管(I)和進氣管(2)都與配水室(3)相連；所述的池體內(nèi)沿著配水室(3)從下往上依次為布水孔板(5)、承托層(6)和填料層(7);所述的長柄濾頭(4)穿過布水孔板(5)，一端與承托層(6)連接，另一端插入配水室(3);所述的承托層(6)采用天然卵石或礫石構成；所述的填料投加管(8)在池體的一側與填料層(7)相連；所述的溢流堰(9)位于池體的上部；所述的排水管(10)與池體的上部連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種缺氧腐殖填料濾池，其特征在于:所述的長柄濾頭(4)的密度為50-60個/m2。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種缺氧腐殖填料濾池，其特征在于:所述的承托層(6)共分4層,其粒徑自上而下分別為2-4mm、4-8mm、8-16mm和16_32mm ;所述的配水室(3)的高度為400-500mm ;所述的填料層(7)的高度為1000mm - 2000mm ;所述的填料層(7)頂部距離溢流堰(9)的高度大于等于600mm。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種缺氧腐殖填料濾池，其特征在于:所述的填料層(7)的填料采用經(jīng)粉碎的粒度小于2mm的泥炭。
5.一種缺氧腐殖填料濾池處理含氮難降解廢水的方法，其步驟為: A)將含氮難降解廢水通過集水池經(jīng)水泵提升進入缺氧腐殖填料濾池的配水室(3)，廢水通過長柄濾頭(4)進入承托層(6)中，然后廢水經(jīng)過承托層(6)過濾后進入填料層(7)； B)向填料層(7)中投加漿狀新鮮泥炭填料，廢水在填料層(7)中利用腐殖填料附著生長的生物膜在缺氧環(huán)境下進行生物反硝化脫氮，同時利用泥炭腐殖填料的吸附作用吸附部分難降解物質(zhì)；填料層(7)處理后的廢水溢出溢流堰(9)后通過排水管(10)排出； C)排水管( 10)排出的廢水進入SBR處理器，經(jīng)過SBR處理后，廢水一部分直接排放，一部分回流至缺氧腐殖填料濾池的配水室(3)中，提供反硝化所需要的硝態(tài)氮。
6.根據(jù)權利要 求5所述的一種缺氧腐殖填料濾池處理含氮難降解廢水的方法，其特征在于，還包括步驟D)，定期利用壓縮空氣通過進氣管(2)向配水室(3)中通入壓縮空氣，壓縮空氣從配水室(3)經(jīng)長柄濾頭(4)進入上部承托層(6)從而攪動泥炭腐殖填料層(7)，對承托層(6 )和填料層(7 )進行擾動，同時開啟氣動隔膜泵向填料層(7 )中投加漿狀的新鮮泥炭腐殖填料。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種缺氧腐殖填料濾池處理含氮難降解廢水的方法，其特征在于，所述的壓縮空氣的通入時間為5-10min。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種缺氧腐殖填料濾池處理含氮難降解廢水的方法，其特征在于，所述的步驟A)中廢水經(jīng)承托層(6)向上流入泥炭腐殖填料層(7)的流速為3-6m/d。
9.根據(jù)權利要求5或6或7或8所述的一種缺氧腐殖填料濾池處理含氮難降解廢水的方法，其特征在于，所述的整個系統(tǒng)由兩組缺氧腐殖填料濾池和SBR并聯(lián)組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種缺氧腐殖填料濾池及處理含氮難降解廢水的方法，屬于環(huán)境保護領域。一種缺氧腐殖填料濾池包括池體、進水管、配水室、承托層、填料層、填料投加管和排水管，還包括進氣管、長柄濾頭、布水孔板和溢流堰，進水管和進氣管都與配水室相連；池體內(nèi)沿著配水室從下往上依次為布水孔板、承托層和填料層；長柄濾頭穿過布水孔板。本發(fā)明合理地利用了有限的空間，最大限度地節(jié)省占地面積，處理后的高含氮有機廢水能達到各行業(yè)廢水排放標準。該一種缺氧腐殖填料濾池處理含氮難降解廢水的方法能通過缺氧腐殖填料濾池與活性污泥工藝的結合，將生物脫氮及難降解物質(zhì)的吸附有機結合，提高了總氮和難降解物質(zhì)的去除效率。
文檔編號C02F9/14GK103214090SQ20131018242
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權日2013年5月16日
發(fā)明者吳軍, 張旋, 陳振鵬, 潘丙才, 王娟, 丁亮, 胡靜, 周文敏, 王秋實, 高雅, 楊智力 申請人:南京大學