V型曝气生物滤池污水生物脱氮除磷工艺
时间: 2024-12-17 20:48:23 | 作者: 新闻中心
本发明涉及一种V型曝气生物滤池的污水生物脱氮除磷工艺及配套装置，属于污水处理领域。本发明的V型曝气生物滤池的污水生物脱氮除磷工艺为：污水自所述V型曝气生物滤池的上部进入生物滤料层，在所述生物滤料层内进行硝化反应和反硝化反应，然后依次经精密滤层、承托层及滤头于滤池底部排出。本发明的V型曝气生物滤池的污水生物脱氮除磷工艺，摒弃了目前上向流轻质曝气生物滤池的主流型式，采用下向流型式，增加了精密滤层，出水水质稳定优越，适用于污水深度处理以及微污染源水的预处理。
1.一种污水生物脱氮除磷工艺，其特征是，污水自V型曝气生物滤池的上部进入生物滤料层，在所述生物滤料层内进行硝化反应和反硝化反应，然后依次经精密滤层、承托层及滤头于滤池底部排出。
2.如权利要求1所述的污水生物脱氮除磷工艺，其特征是，所述精密滤层的滤料为石英砂，所述石英砂的粒径为0.85～1.30mm，所述精密滤层的高度为100～200mm。
3.如权利要求1所述的污水生物脱氮除磷工艺，其特征是，生物滤料层内溶解氧的含量DO为2～3mg/L。
4.如权利要求1所述的污水生物脱氮除磷工艺，其特征是，所述V型曝气生物滤池的曝气方式选用穿孔曝气管曝气，所述穿孔曝气管埋设于生物滤料层，其底部距精密滤层100～150mm。
5.如权利要求4所述的污水生物脱氮除磷工艺，其特征是，所述穿孔曝气管中气泡上升方向为与中垂线°，所述气泡上升方向沿线以下的生物滤料层区域为缺氧区域，所述缺氧区域占总池容的10～20%;所述穿孔曝气管孔口流速为9～12m/s。
6.如权利要求1所述的污水生物脱氮除磷工艺，其特征是，对于城镇污水，生物滤料层内的硝化及反硝化的有效反应时间为20～40min，滤速为3～5m/h;对于工业废水，生物滤料层内的硝化及反硝化的有效反应时间为60～120min，滤速为1.5～3m/h。
7.如权利要求1所述的污水生物脱氮除磷工艺，其特征是，所述V型曝气生物滤池采用气水联合反冲洗方式及小阻力配水系统;反冲洗水强度按5～8L/m2·s设计;当生物滤料层的滤料直径为3～5mm时，反冲洗空气强度按10L/m2·s设计;当生物滤料层的滤料直径为5～8mm时，反冲洗空气强度按12～15L/m2·s设计。
8.一种用于如权利要求1-7中任一权利要求所述工艺的V型曝气生物滤池，其特征是，包括进水分配渠、V型滤池及气水联合反冲洗装置，所述进水分配渠与V型滤池上部连接，所述V型滤池下部设有气水联合反冲洗装置;所述V型滤池内部自上而下依次设有生物滤料层、精密滤层、承托层及滤板，所述滤板上均布有滤头，所述生物滤料层内设有曝气装置。
9.如权利要求8所述的V型曝气生物滤池，其特征是，所述曝气装置包含曝气进气管和穿孔曝气管，所述穿孔曝气管埋设于生物滤料层内，其底部距精密滤层100～150mm;所述穿孔曝气管的排列方式选用“丰”字布置或单边“丰”字布置;所述穿孔曝气管的开孔方向为与中垂线所述的V型曝气生物滤池，其特征是，所述气水联合反冲洗装置包含反冲洗气水分配槽、气水分配室、反冲洗排水槽;其中，气水分配室位于所述滤板的下方，反冲洗气水分配槽位于气水分配室一侧，并与气水分配室通过气水分配孔连通;反冲洗 排水槽位于反冲洗气水分配槽上方，并与所述V型滤池通过反冲水排水溢流堰连通;所述反冲洗气水分配槽上设有反冲洗进气管、反冲洗进水管和出水管，所述反冲洗排水槽上设有反冲洗排水管。
本发明涉及一种V型曝气生物滤池的污水生物脱氮除磷工艺及配套装置，属于污水处理领域。
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter，简称BAF)，又称“生物曝气滤池”、“淹没式曝气生物滤池”，是在生物接触氧化工艺基础上，引入给水处理中的过滤工艺，而形成的一种污水处理工艺。曝气生物滤池起源于欧美20世纪70年代末，经80年代中后期的较大发展后，到90年代初已基本成熟，目前，工艺形式不断推陈出新，功能逐步扩展和完善。对于污染物浓度较高的情况下(如城镇污水经初次沉淀后立即进入曝气生物滤池)，滤池内的生物量可达10～15g/L，具有较高的容积负荷;同时利用了填料和滤头的过滤作用，节省了沉淀池，具有占地小、能耗低、效率高、运行稳定可靠等优点，是目前中水回用领域内值得推广和使用的新技术。我国在“九五”期间组织了对生物曝气滤池的攻关研究，对生物曝气滤池的滤料、处理性能及设计参数等方面做了较为深入的试验研究。迄今为止，作为污水处理的一项新技术，生物曝气滤池在世界各国主要是应用于去除污水中的有机物、悬浮固体和硝化去除氨氮。
曝气生物滤池是一种高负荷淹没式固定床三相反应器，充分运用了给水处理中的过滤技术将过滤技术和接触氧化法有机地结合起来，不设沉淀池，通过反冲洗再生实现滤池的周期更替。曝气生物滤池的主要特征是采用粒径较小的粒状材料作为滤料，滤料浸没在水中，利用鼓风曝气供氧。滤料层起两方面的作用，一是作为微生物的载体，与一般的生物滤池相比，由于其具有更大的比表面积，污水与生物膜实际的接触时间长，可使生物化学反应进行得更为彻底;二是可作为过滤介质，截留进水中的悬浮固体和新形成的生物固体，从而省去其他生物处理法中的二次沉淀池，取得优质的出水。生物曝气滤池可用作不同目的的污水生物处理，如作为污水的二级生物处理，可用来去除污水中的SS、COD、BOD，或进一步硝化去除氨氮;用作污水三级生物处理，主要是硝化以去除氨氮，并进一步深度处理去除污水中有机物和悬浮固体。若同时在厌氧和好氧条件下运行，还可用作污水的脱氮除磷。
在曝气生物滤池中可以生长许多不同性质的菌群。在距进水端较近的滤层中，污水中的有机物浓度较高，各种异养菌占优势，主要是去除BOD;在距出水口较近的滤料层中，污水中的有机物浓度已很低，自养型的硝化菌将占优势，可进行氨氮的硝化反应。硝化菌存在于生物膜的内侧，在滤料上有很强的附着能力，一旦形成，不易完全脱落。它通过沿滤层高度上充氧强度的灵活调整达到下部缺氧区和上层好氧区的相互配合，生物曝气滤池具备极高的硝化去除氨氮的能力，气水相对运动，气液接触面积大，气、水、生物膜的接触时间长，来提升了氧的利用率和处理效果。
曝气生物滤池的滤料一般都会采用陶粒、无烟煤、活性炭、页岩、沸石等，以及密度远小于水的有机滤料。一般要求滤料除应满足强度、耐磨、耐水、耐腐蚀等方面的要求外，一般都会采用相对密度小的为好，这主要是考虑反冲洗的方便。相对密度小的滤料在反冲洗时易被松动，滤料层容易被冲洗干净，节省冲洗水量，避免滤料层引起严重积泥现象，影响处理效果。滤料粒径的选择取决于进水水质和设计的反冲洗周期。为运行管理方便，反冲洗周期一般定为24h。一般建议采用粒径3～6mm，滤料层的高度可取为1.8～3.0m，正常的情况滤层高度为2.0m。曝气系统可采用穿孔管曝气系统。穿孔管使用塑料或不锈钢材料质地，设置在距滤料底底面以上约0.3m处，使得滤料层的底部有一小段距离内不进行曝气，不受空气气泡的扰动，保证有更好的过滤效果，以取得清澈的出水。生物曝气滤池的底部为反冲洗的布气、布水和出水区。气和水通过滤头混合，从滤头的缝隙中均匀喷出，这种装置与给水处理的V型滤池相似。反冲洗排水装置反冲水可采用设置在滤料层上部的排水槽连续排除，为防止滤料流失，也可采用虹吸管排水。这些装置的设计方法同给水滤池。
曝气生物滤池的反冲洗周期一般受水头损失的限制。经验表明：当水头损失达到约0.6m时，若再延长运行时间，水头损失急剧升高，这时如采用增大水头损失来延长工作周期并无多大实际意义。在实际生产中，为管理方便，满负荷运行条件下，生物曝气滤池可每天反冲洗一次，即经24h运行水头损失不应超过0.6m。
按布水方向，曝气生物滤池可分为下向流和上向流两种。下向流指进水端为上部，属气水逆向流方式，上向流指进水端为底部，属气水同向流方式。对于一般污水，目前的发展的新趋势倾向于上向流方式，根本原因在于过滤介质总纳污能力强，不易堵塞;从处理效果上，有研究表明上向流更好些，也有研究持反面的观点，总体上，与水质条件、滤池具体型式等有很大关系。
曝气生物滤池所受外界条件的影响与一般的生化反应系统基本一致，但最主要的影响因素可归结为：
a)负荷。容积负荷是衡量生物曝气滤池处理性能的主要指标，在满足容积负荷的要求下，水力负荷的变化对处理效果的影响并不重要。但水力负荷不宜太低，否则易导致滤层顶部堵塞过快。
b)进水中溶解性BOD5的比例。生物曝气滤池去除污水中的颗粒性BOD5，主要是通过吸附和过滤作用，截留悬浮性BOD5，同时利用固着型微生物将其分解。但对去除污水中的溶解性BOD5，生物化学反应会要比较长的时间，此时应采用低一些的容积负荷。
c)进水SS浓度。在正常的情况下，经过预沉后，悬浮物浓度不影响生物曝气滤池的去除的效果。但进水中SS过高对生物曝气滤池生物膜的活性会有影响，使生物曝气滤池去除溶解性BOD5的效果有所下降。
然而，在目前应用的曝气生物滤池工艺中，几乎均偏重于污染程度较高的污水领域，而对污染程度较低、对安全性要求更高的污水深度处理领域，研究和应用甚少。由于水质条件、安全性能等方面存在有较大的差异，曝气生物滤池应用于污染物浓度较低的污水领域还有待发展。而随国家和地区污水排放标准的日益提高，以及很多城镇供水水源污染程度加剧的态势，该技术的应用有着广阔的市场空间。
本发明的目的是提供一种污水生物脱氮除磷工艺及配套装置，以克服现存技术的不足，该工艺适用于对污水的深度处理，也同样适用于对微污染源水的预处理。
本发明一方面，提供了一种污水生物脱氮除磷工艺，其特征是，污水自V型曝气生物滤池的上部进入生物滤料层，在所述生物滤料层内进行硝化反应和反硝化反应，然后依次经精密滤层、承托层及滤头于滤池底部排出。
本发明的工艺作为一种高效低能耗的生物脱氮除磷技术，有机结合了一般曝气生物滤池工艺的部分特点，从低浓度污水/微污染源水生化预处理领域的水质特点及实际要求出发，在滤料组成及级配上进行了优化改进。
本发明的工艺采用污水向下流型式，确保出水水质，平均过滤周期长，滤程不再成为限制因素。由于负荷低(平均进水水质浓度低，特别是BOD和SS指标)，产泥量少，故平均工作周期可达到7～10d甚至更高。
较佳地，所述生物滤料层的填料采用陶粒滤料，该滤料来源广泛，性能好价格低，可降低处理成本。当生物滤料层的填料选用3～5mm粒径的滤料时，生物滤料层的高度为2～3m;当工程占地紧张时，也可采用6～8mm粒径的滤料，此时生物滤料层高度可达到3～5m。
较佳地，所述生物滤料层下设置的精密滤层，采用石英砂作为滤料;优选采用石英砂均质滤料，其粒径为0.85～1.30mm，不均匀系数K80约1.2;所述精密滤层的有效高度为100～200mm，该高度取值综合了实际生产实验及科研成果：传统滤池中，表层100～200mm截留了80%以上的悬浮物。运行实践表明，采用本发明的工艺，出水悬浮物SS可达10mg/L以下。
本发明的V型曝气生物滤池的过滤作用包括了生物滤料的粗过滤作用和石英砂的精密过滤作用，生产运行实践表明，生物滤料的粗过滤作用截留了绝大部分的悬浮物质，保障了系统有足够的纳污能力，而石英砂的精密过滤则充分保障了出水水质，出水悬浮物浓度可降低至10mg/L甚至5mg/L以下，较一般曝气生物滤池出水水质要优越得多(一般曝气生物滤池出水SS为20mg/L)。
较佳地，所述承托层采用砾石，其高度为60～80mm，以能均匀覆盖所述滤头为基准。
较佳地，所述V型曝气生物滤池的曝气方式选用穿孔曝气管曝气，所述穿孔曝气管埋设于生物滤料层，其底部距精密滤层100～150mm，以防止空气对精密滤层的扰动，同时能在生物滤料层形成局部缺氧环境，以完成反硝化脱氮的需求。
进一步，本发明根据生物膜法机理(表层微生物好氧，内部为兼氧至厌氧)，通过调节曝气供氧量以达到同步硝化及反硝化反应。从生物膜反应机理和大量的科研成果以及生产实践数据上分析，当生物滤料层内溶解氧的含量DO控制在2～3mg/L时，曝气生物滤池同步硝化反硝化的反应效果较为理想。
更进一步，本发明通过穿孔曝气管的优化布置形成局部缺氧区域以进一步保证硝态氮的反硝化反应。所述穿孔曝气管中气泡上升方向为与中垂线°;所述缺氧区域为穿孔曝气管中气泡上升方向的下部区域，即所述气泡上升方向沿线以下的生物滤料层区域，如图2所示。为确保系统脱氮效率稳定达到60%以上，该缺氧区域占总池容的10～20%。所述穿孔曝气管的优化布置是在保证穿孔曝气管孔口流速9～12m/s的条件下，通过调整穿孔曝气管孔口的间距以调整穿孔曝气管之间的间距，来调整缺氧区域的容积。
为使出水达标率达到90%以上，对于大多数城镇污水，生物滤料层内的硝化及反硝化的有效反应时间应为20～40min，滤速控制在3～5m/h;对于一些可生化性尚可的工业废水，生物滤料层内的硝化及反硝化的有效反应时间应为60～120min，滤速控制在1.5～3m/h。
当设计池容时，可仅按硝化反应进程来计算，宜取较低的负荷参数，优选负荷参数为0.3kgNH3-N/m3·d。
较佳地，本发明的工艺中，反冲洗采用气水联合反冲洗方式及小阻力配水系统，具有节水、节能的特点。反冲洗水强度可按5～8L/m2·s设计;当生物滤料层的滤料直径为3～5mm时，反冲洗空气强度可按10L/m2·s设计;当生物滤料层的滤料直径为5～8mm时，反冲洗空气强度可按12～15L/m2·s设计。所述小阻力配水系统可采用本领域内常规的小阻力系统，包括滤板、长柄滤头，开孔比为1.2%～2.4%。
本发明另一方面，提供了一种用于上述污水生物脱氮除磷工艺的V型曝气生物滤池装置，其特征是，包括进水分配渠、V型滤池及气水联合反冲洗装置，所述进水分配渠与V型滤池上部连接，所述V型滤池下部设有气水联合反冲洗装置;所述V型滤池内部自上而下依次设有生物滤料层、精密滤层、承托层及滤板，所述滤板上均布有滤头，所述生物滤料层内设有曝气装置。
较佳地，所述曝气装置采用穿孔曝气管曝气，包括曝气进气管和穿孔曝气管，所述穿孔曝气管埋设于生物滤料层内，其底部距精密滤层100～150mm。曝气进气管的连接方式能采用本领域内的常规方式，穿孔曝气管的排列方式可采用为“丰”字布置或单边“丰”字布置，穿孔曝气管的开孔方向为与中垂线°交错开孔。穿孔曝气管中的气泡沿开孔方向上升，使生物滤料层分成下部的缺氧区域和上部的好氧区域。穿孔曝气管的长度、设计基本信息参数包括1)孔口流速9-12m/s;2)缺氧区域的容积。
本发明的气水联合反冲洗装置与给水处理中的V型滤池相似，为本领域的技术人员所熟知。较佳地，所述气水联合反冲洗装置包含反冲洗气水分配槽、气水分配室、反冲洗排水槽;其中，气水分配室位于所述滤板的下方，反冲洗气水分配槽位于气水分配室一侧，并与气水分配室通过气水分配孔连通;反冲洗排水槽位于反冲洗气水分配槽上方，并与所述V型滤池通过反冲水排水溢流堰连通;所述反冲洗气水分配槽上设有反冲洗进气管、反冲洗进水管和出水管，所述反冲洗排水槽上设有反冲洗排水管。
较佳地，所述滤头固定于滤板上，滤头的上端探入所述的承托层中。本发明中的滤板和滤头均与V型滤池的滤板和滤头结构相同，具有节水、节能的特点。所述V型滤池的滤板和滤头的结构为本领域的技术人员所熟知。
较佳地，当生物滤料层的填料选用3～5mm粒径的滤料时，生物滤料的层高度为2～3m;当工程占地紧张时，也可采用6～8mm粒径的滤料，此时生物滤料层的高度可达到3～5m;所述精密滤层的有效高度为100～200mm;所述承托层的高度为60～80mm，以能均匀覆盖所述滤头为基准。
本发明的V型曝气生物滤池系统的操作与V型滤池相接近，作为曝气的穿孔曝气系统可全程开启;可配备在线全自动无人操作系统，主要为清洗泵、清洗风机及相应阀门的启闭。
本发明的V型曝气生物滤池的污水生物脱氮除磷工艺，摒弃了目前上向流轻质曝气生物滤池的主流型式，采用下向流型式，增加了精密滤层，出水水质稳定优越，适用于污水深度处理以及微污染源水的预处理。
1.出水水质优越，由《污水综合排放标准》(GB8978-96)石化行业二级提高至石化行业一级，其中氨氮5mg/L以下;
2.缺氧区域优化设计，兼顾反硝化、水解酸化功能，除有机物及反硝化脱氮效果好;
3.结合生物滤料层的粗滤功能和精密滤层的精滤功能，截留悬浮物效果非常明显，出水悬浮物SS 10mg/L以下;
