CN102259980B

CN102259980B - 曝气生物滤池及其污水处理工艺

Info

Publication number: CN102259980B
Application number: CN 201110187606
Authority: CN
Inventors: 周伟; 周岳荣; 吴良基
Original assignee: JIANGSU LINGE PURE WATER EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: Jiangsu's Environmental Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: CN102259980A

Abstract

本发明公开了一种曝气生物滤池及其污水处理工艺，罐体内腔分为下半部的缺氧反应区和上半部的好氧反应区，缺氧反应区与好氧反应区之间自下而上依次设置有反冲洗排水管、曝气管与滤料承载结构；好氧反应区的生物滤料堆积在所述滤料承载结构上，缺氧反应区设置有悬挂厌氧生物填料的多组挂架；罐体下部设置进水管，顶部设置排水管，排水管设置有旁路回流管与底部进水管连通。本发明将传统分开设置的缺氧区和好氧区整合在一起，进行前置反硝化，不仅有效去除了水中的污染物质，而且去污效率高，设备简单，操作容易，便于维修保养。

Description

曝气生物滤池及其污水处理工艺

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其是涉及一种曝气生物滤池及多类污水的处理工艺。

背景技术

曝气生物滤池是90年代初兴起的污水处理新工艺，已在欧美和日本等发达国家广为流行，该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除有害物质的作用，其特点是集生物氧化和截留悬浮固体与一体，节省了后续沉淀池（二沉池），其容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好，运行能耗低，运行费用省。

由于曝气生物滤池不仅要去除COD、BOD，还要进行除氨、除磷等工艺，使得曝气生物滤池需要设置多个池子来进行不同的处理步骤，如申请号为CN200620060152.1的专利文献公开了一种叠式曝气生物滤池，包括一座降流式预曝气生物滤池和两座升流式曝气生物滤池，这种结构占地面积大，设备与工艺复杂。而目前制约曝气生物滤池设备小型化、工艺简单化的主要困难是硝化和反硝化环节。硝化是指在好氧条件下，自养型硝化细菌将氨氧化为亚硝酸（盐）和硝酸（盐）；反硝化是指亚硝酸（盐）和硝酸（盐）在异养型反硝化细菌的作用下，被还原为氮气的过程。通过硝化和反硝化两个步骤，可以把污水中存在的氨除去。

常用的反硝化工艺有两种，一种是同步硝化反硝化（即SND），是指在同一生物膜反应器中，由于曝气不均匀产生了好氧段和缺氧段，从而使得硝化和反硝化同步进行。由于有机碳源是硝化作用的抑制物质，却是反硝化作用的电子供体，有机碳源在好氧区被消耗，在微生物絮体内部的缺氧区得不到电子供体，反硝化速率就降低，SND脱氧效率也不会高。另一种是前置反硝化（即SBR），是指按照缺氧—好氧—沉淀—排水方式运行、在缺氧阶段完成进水的SBR工艺，好氧阶段结束后，生成的NO₃ ^-等一部分随出水流出系统，其余进入下一周期的缺氧阶段，利用进水中的碳源进行反硝化脱氧。

前置反硝化具有硝化效率高等优势，但是现有前置反硝化曝气生物滤池均采用多池串联或叠加的方式进行前置反硝化，如申请号为CN200920171675.7的专利文献公开了一种前置反硝化脱氮生物滤池组，该滤池组由缺氧反硝化生物滤池和好氧硝化生物滤池串联组成；申请号为CN201020122796.5的专利文献公开了一种前置反硝化曝气生物滤池，设有前置池、主池和清水池；申请号为CN200910071318.8的专利文献公开了一种前置反硝化生物滤池的处理方法，包括反硝化滤池和曝气生物滤池；申请号为CN200910116556.6的专利文献公开了一种前置反硝化脱氮生物滤池污水处理集成工艺，由缺氧反硝化生物滤池和好氧硝化生物滤池串联组合而成。这种方式不仅增加了设备成本投入，而且操作方式复杂，运行期间保养工作量大。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种曝气生物滤池，及汽车涂装废水、生活污水的处理工艺。本发明将传统分开设置的缺氧区和好氧区整合在一起，进行前置反硝化，不仅有效去除了水中的污染物质，而且去污效率高，设备简单，操作容易，便于维修保养。

本发明的技术方案如下：

一种曝气生物滤池，罐体内腔分为下半部的缺氧反应区和上半部的好氧反应区，缺氧反应区与好氧反应区之间自下而上依次设置有反冲洗排水管、曝气管与滤料承载结构；好氧反应区的生物滤料堆积在所述滤料承载结构上，缺氧反应区设置有悬挂厌氧生物填料的多组挂架；罐体下部设置进水管，顶部设置排水管，排水管设置有旁路回流管与底部进水管连通。

其进一步特征在于：下半部缺氧反应区的厌氧生物填料与上半部好氧反应区的生物滤料的体积比为1：1～1：4。

所述滤料承载结构由下层钢管托架与上层丝网层组成，丝网为不锈钢材质。

所述旁路回流管上设置有开闭阀门与流量阀。

一种利用上述曝气生物滤池进行污水处理的工艺，包含以下步骤：

第一步：通过预处理步骤对进水水质进行调整；

第二步：将进水通入曝气生物滤池的罐体的底部进水管，污水自下而上上升，在缺氧区填料层内发生前置反硝化反应；

第三步：污水上升经过上部好氧反应区的生物滤料层，同时曝气管对上部好氧区进行曝气，实现气水平行上升；

第四步：处理后出水通过顶部排水管排出罐体，部分出水通过回流管汇入底部进水管。

其进一步特征在于，还包含反冲洗工艺：以顶部排水管作为反冲洗水的布水管路，反冲洗水自上而下对好氧反应区的生物滤料进行喷淋冲洗，然后通过中部的反冲洗排水管排出反冲洗水；采用排放剩余污泥方法来反洗缺氧反应区的厌氧生物填料。

对于氨氮含量≤30mg/l的污水，下半部缺氧反应区的厌氧生物填料与上半部好氧反应区的生物滤料的体积比设置为1：1.5～1：2.0。

对于氨氮含量>30mg/l的污水，下半部缺氧反应区的厌氧生物填料与上半部好氧反应区的生物滤料的体积比设置为1：2.5～1：4，回流比为50%～300%。

好氧区曝气的气水比为3：1～5：1。

本发明有益的技术效果在于：

1、本发明采用前置反硝化工艺，与同步硝化反硝化工艺比较而言，本发明具有如下优势：

（1）COD处理：在前置反硝化工艺中，在最下层500mm厚的缺氧区，COD去除效率最高，在运行中COD浓度为420mg/l，COD负荷为2.34kg/(m³.d)时，污水经过该滤层COD浓度降至80mg/l左右，COD去除率在80%以上，在好氧区，COD浓度没有明显的降低，最终COD出水在50mg/l以下，去除率在90%左右，大大超过了同步硝化反硝化工艺52~62%的COD去除率。

（2）NH₃-N处理：前置反硝化工艺中，最下层500mm厚的缺氧区NH₃-N去除效率最高，在运行中当进水负荷1.1~2.4m/h时，该滤层NH₃-N去除率在80%以上，最终出水去除率达95%，也优于同步硝化反硝化工艺的NH₃-N去除率在40%左右，最终出水去除率在85%左右的处理指标。

（3）总氮含量（TN）处理：同步硝化反硝化工艺对TN的去除效果不理想，脱氮率仅为30%左右。前置反硝化工艺具有较好的脱氮效果，如果原水中有充足的碳源，脱氮率可达80~90%。

综上所述，由于回流作用，使得前置反硝化工艺抗冲击的能力较强，出水水质相对较好。就目前我国生产滤料的性能看，要取得理想缺氧微环境有相当难度，如果有脱氮要求应采用前置反硝化工艺，如果原水COD浓度较高，尽管没有脱氮要求，仍可选前置反硝化工艺，因为缺氧区快速COD的降解了后续好氧段的负荷，同时可以实现脱氮功能，一举两得。回流水的稀释作用，使得前置反硝化工艺去除COD和NH₃-N的稳定性远远高于同步硝化反硝化工艺。

2、本发明的COD去除率较高，原因在于：

（1）原水中的COD被作为前置反硝化的碳源；

（2）回流水对原水有稀释作用；

（3）回流水携带少量的溶解氧进入缺氧区，部分溶解氧被水中的有机体优先利用；

（4）虽然原水与回流水混合经过反硝化后，COD浓度大大降低，因而好氧区生物降解效果相对不明显，但由于回流水增加，水力负荷的增加，加大了对填料的冲刷，使微生物的活性得到了提高，好氧区的COD去除率依然较高。

3、本发明的好氧区采用气水平行上升，有如下优点：

（1）气水平行上升使得气水进行极好均分，防止了气泡在滤料层中凝结核气堵现象，氧的利用率高，能耗低；

（2）与下向流过滤相反，上向流过滤维持在整个滤池高度上提供正压条件，可以更好的避免形成沟流或短流，从而避免通过形成的沟流影响过滤工艺而形成的气阱；

（3）采用气水平行上向流，使空间过滤能被更好的运用，空气能将固体物质带入滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，从而延长了反冲洗周期，减少清洗时间和清洗时用的气水量；

（4）滤料层对气泡的切割作用使气泡在滤池中的停留时间延长，提高了氧的利用率，由于滤池极好的截污能力，使得本发明后面不需再设二次沉淀池。

4、本发明采用了合适的好氧区与缺氧区的容积比，这是因为相对而言，缺氧区的COD去除率较高，合适的容积比可以提高COD的去除效率和速度。

5、本发明采用了合适的气水比，这是因为COD的去除效率随着气水比的增加逐步上升，当气水比从1：1增加到3：1时，COD的去除率明显上升，但当气水比从3：1增加到4：1时，COD去除效果没有明显变化。这主要是因为气水比比较低时，硝化作用较差，前置脱氮所需消耗进水中的有机物较少，有机物的去除主要在好氧区完成，当气水比较高时，硝化作用已经较为完全，有机物主要在缺氧区被用作反硝化碳源得以去除。

6、本发明采用了合适的反洗速度和时间，这是因为缺氧区与好氧区的填料材质、密度有区别，为达到最佳生物活性，采取一定强度的反洗水力负荷十分重要，强度小则留存污泥，造成运行阻塞，强度大则造成微生物被冲刷过度，生物量降低。

附图说明

图1为本发明的中部剖面图。

图2为图 1中A-A剖面向视图。

图3为图 1中B-B剖面向视图。

图4为图 1中C-C剖面向视图。

图5为图 1中D-D剖面向视图。

图6为图 1中E-E剖面向视图。

具体实施方法

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明所述的曝气生物滤池为由缺氧反硝化生物滤池和好氧生物滤池结合而成，在同一个罐体1中，分为下半部的缺氧反应区11和上半部的好氧反应区3，待处理污水从罐体1下部的进水管12进入罐体1，自下而上依次通过缺氧反应区11和好氧反应区3，从而在罐体1中发生前置反硝化反应，反应后的出水通过罐体1顶部的排水管2流出，部分出水通过回流管回流汇入底部进水管12，其他出水达标排放。

如图1、图2所示，进水管12横亘在罐体1的底部，在进水管12两侧均布有若干Φ6mm的进水孔，进水管12由外部两路进水汇入，一路为污水进水管12-1，一路为出水回流管12-2。罐体1的下部为悬挂厌氧生物填料10的多组挂架，厌氧生物填料10采用耐腐、耐温、耐老化的聚烯烃类和聚酰胺的优质原材料，混合以亲水、吸附、抗热氧等助剂，采用特殊的拉丝、丝条制毛工艺，将丝条穿插固着在耐腐、高强度的中心绳上，由于选材和工艺配方精良，刚柔适度，使丝条呈立体均匀排列辐射状态，制成了悬挂式立体弹性填料的单体，填料在有效区域内能立体全方位均匀舒展满布，使气、水、生物膜得到充分混渗接触交换。污水在经过此部分时，反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N₂）或一氧化二氮（N₂O）。

本发明的缺氧反应区11填料对COD的去除效果非常高，当水力负荷1.07m/h和1.6m/h时分别高达87%和82%，该层填料取得如此高的效果有下述三个原因：（1）进水中的快速COD被作为前置反硝化的碳源；（2）回流水对原水的稀释作用；（3）回流水携带少量的溶解氧进入缺氧区，部分溶解氧被水中的有机体优先利用。由于污水与回流水混合经过反硝化后，COD浓度大大降低，因而好氧区生物降解效果就相对不明显，但由于回流水增加，水力负荷的增加，加大了对填料的冲刷，使微生物的活性得到了提高，好氧区的COD去除率依然较高。

如图3所示，在罐体1的中部、缺氧反应区11上方位于设置有十字排列的反冲洗排水管9，在排水管9上均布有若干Φ6的排水孔；如图4所示，在反冲洗排水管9上方设置有多列曝气管8，在曝气管8上均布有若干Φ4mm的曝气孔，工作时曝气区7对上部生物滤料4进行曝气增氧。如图5所示，在曝气管8上方由钢管托架6与不锈钢丝网5组成生物滤料4的承载结构，其中钢管托架6排列在下一层，而上一层为60目的不锈钢丝网5，生物滤料4堆积在不锈钢丝网5上，形成了好氧反应区3。生物滤料4采用“WX-Ⅱ型”生物滤料，WX-Ⅱ型高效生物滤料的物理特性如表1所示，其由火山岩矿石加工而成的，在热化学效应下，成为类似于碳球状的物质，其主要成份为硅酸盐，物化性能强，特别适合于微生物在其表面生长、繁殖，形成生物膜。在处理废水过程中滤料表面上生成生物膜，产生吸附和微生物氧化分解有机物的协同作用的废水生物处理过程。此法提高了对废水中有机物的去除率，增加了对毒物和负荷变化的稳定性，改善了污泥脱水及消化的性能，延长了活性炭的使用寿命，是一种以生物处理为主，同时具有物化处理特点的生物处理新技术。

表1：生物滤料的主要参数指标

本发明的曝气强度（气水比）取值是比较重要的运行参数，气水比是工程上的简易算法，计算依据是气水的体积比，其实准确计算应按水处理的耗氧量来确定。根据实践可知，COD的去除效率随着气水比的增加逐步上升，当气水比从1：1增加到3：1时，COD的去除率明显上升，但当气水比从3：1增加到4：1时，COD去除效果没有明显变化。这主要是因为气水比比较低时，硝化作用较差，前置脱氮所需消耗进水中的有机物较少，有机物的去除主要在好氧区完成，当气水比较高时，硝化作用已经较为完全，有机物主要在缺氧区被用作反硝化碳源得以去除。

如图6所示，排水管2设置在罐体1的顶部，排水管2为多列，均布有Φ4～Φ8mm的排水孔。排水管2的外部管路一路为排水管路2-1，另一路为反冲洗进水管路2-2。在排水管路2-1上还设置有回流水的旁路，在此管路上设置有开关阀门与流量阀，根据废水中实际氨氮含量，对于汽车涂装废水等氨氮较低的污水类型，处理时无须回流脱氮，则可以关闭开关阀门；而对于生活污水和食品、制药、酿酒等工业废水，由于氨氮含量很高，则开启开关阀门，将出水进行回流并控制不同的回流比。

由于曝气生物滤池的好氧区采用的是固定床滤料，不仅滤料的表面附着生物膜起到接触氧化作用，而且滤料自身的大量微孔起到了过滤作用，经一定时间的运行，死亡的生物膜脱落、滤料底层由于过滤作用，微孔被堵塞，此时应采取反冲洗措施，提高好氧生物滤料的活性。在需要进行反冲洗时，本发明利用顶部排水管2作为反冲洗水的布水管路，反冲洗水自上而下对好氧反应区3的生物滤料4进行喷淋冲洗，然后通过中部的反冲洗排水管9流出。缺氧反应区（水解酸化区）不能与好氧反应区同步反洗，这是由于好氧反应区排水中溶解氧（DO）浓度较高，而水解区的工作微生物大多为厌氧菌和兼氧菌，当高DO废水进入水解区后将影响缺氧及兼氧菌的活性。对于缺氧反应区的反洗，本发明采用排放剩余污泥方法来反洗。本发明将反冲洗排水管9设置在缺氧反应区与好氧反应区之间，因此可以及时排出好氧反应区的反冲洗水。

由于缺氧区与好氧区的填料材质、密度的区别，为达到最佳生物活性，采取一定强度的反洗水力负荷十分重要，强度小则留存污泥，造成运行阻塞，强度大则造成微生物被冲刷过度生物量降低。缺氧区的冲洗可采用剩余污泥排泥时的较大流速反洗，一般情况不大于3m/h的水力负荷，反洗时间（排泥时间）不超过5min；好氧区反洗强度，由于填料密度大，一般采用8m/h的水力负荷，反洗时间为为8~10min。

利用本发明的曝气生物滤池，可以灵活处理多种污水；以下是两种典型污水的处理工艺实施例。

实施例1：

汽车涂装等工业涂装废水通常CODcr含量较高，氨氮含量极低，主要污染物是重金属、络合物、磷等物质，在经过预处理后通常COD约为1500mg/l，经加酸处理后使其pH值调整为3.5；经过微电解氧化催化后，加碱调整其pH值为10，进行絮凝沉淀；再经加酸处理，使其pH值为7.5，此时COD为600~750 mg/l，BOD₅为100~200mg/l。将上述步骤处理后的污水作为本发明的进水。

将进水通入本发明所述的曝气生物滤池罐体1的底部进水管12，污水经过缺氧区填料层和好氧区滤料层后，进行前置反硝化处理，并通过顶部排水管2排出罐体1；由于涂装废水中的氨氮含量相对较低，因此本实施例不需要将出水回流；同时好氧区的填料体积与缺氧区的滤料体积比例在V_好氧：V_缺氧=2.0：1左右时，可以取得较好的COD去除率。涂装废水的曝气强度（气水比）取4：1为宜，其他工艺参数如表2所示，处理结果如表3所示。

实施例2：

生活污水通常氨氮含量很高， COD/BOD₅＞30%，比较高，易生化处理。在经过类似实施例1中的预处理工艺后COD为300~400 mg/l，BOD₅为150~200mg/l，氨氮值≥30mg/l，将上述步骤处理后的生活污水作为本发明的进水。

将进水通入本发明所述的曝气生物滤池罐体1的底部进水管12，污水经过缺氧区滤料层和好氧区填料层后，发生前置反硝化处理，并通过顶部排水管2排出罐体1；由于生活污水中的氨氮含量很高，因此本实施例需要将出水回流，根据氨氮含量的高低和具体脱氮要求，回流量最高可达300%；同时好氧区的填料体积与缺氧区的滤料体积比例在V好氧：V缺氧=3：1左右时，可以取得较好的COD去除率。生活污水的曝气强度（气水比）取3：1为宜，其他工艺参数如表2所示，处理结果如表3所示。

表2 污水处理工艺参数表

表3 污水处理出水水质表

通过调整不同的工艺参数，本发明的曝气生物滤池可以处理多种不同特质的污水水质，且占地面积小，不需要设置专用的处理池，因此应用灵活，投资成本低。从表3可以看出，本发明具有显著的处理效果，对于COD的去除率可达86%；NH3-N去除率可达93.2%，而TN去除率可达95.5%，具有突出的经济与环保效益。

Claims

1.一种曝气生物滤池，其特征在于：罐体内腔分为下半部的缺氧反应区和上半部的好氧反应区，缺氧反应区与好氧反应区之间自下而上依次设置有反冲洗排水管、曝气管与滤料承载结构；好氧反应区的生物滤料堆积在所述滤料承载结构上，缺氧反应区设置有悬挂厌氧生物填料的多组挂架；罐体下部设置进水管，顶部设置排水管，排水管设置有旁路回流管与底部进水管连通。

2.按照权利要求1所述的曝气生物滤池，其特征在于：下半部缺氧反应区的厌氧生物填料与上半部好氧反应区的生物滤料的体积比为1：1～1：4。

3.按照权利要求1所述的曝气生物滤池，其特征在于：所述滤料承载结构由下层钢管托架与上层丝网层组成，丝网为不锈钢材质。

4.按照权利要求1所述的曝气生物滤池，其特征在于：所述旁路回流管上设置有开闭阀门与流量阀。

5.一种利用如权利要求1所述的曝气生物滤池进行污水处理的工艺，其特征在于，包含以下步骤：

第一步：通过预处理步骤对进水水质进行调整；

6.按照权利要求5所述的污水处理工艺，其特征在于，还包含反冲洗工艺：以顶部排水管作为反冲洗水的布水管路，反冲洗水自上而下对好氧反应区的生物滤料进行喷淋冲洗，然后通过中部的反冲洗排水管排出反冲洗水；采用排放剩余污泥方法来反洗缺氧反应区的厌氧生物填料。

7.按照权利要求5所述的污水处理工艺，其特征在于：对于氨氮含量≤30mg/l的污水，下半部缺氧反应区的厌氧生物填料与上半部好氧反应区的生物滤料的体积比设置为1：1.5～1：2.0。

8.按照权利要求5所述的污水处理工艺，其特征在于：对于氨氮含量>30mg/l的污水，下半部缺氧反应区的厌氧生物填料与上半部好氧反应区的生物滤料的体积比设置为1：2.5～1：4，回流比为50%～300%。

9.按照权利要求5所述的污水处理工艺，其特征在于：好氧区曝气的气水比为3：1～5：1。