CN102583723A - 局部气水逆向上流式曝气生物滤池及其处理污水的方法 - Google Patents

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Abstract

局部气水逆向上流式曝气生物滤池及其处理污水的方法，它涉及一种水处理的装置及方法。本发明的生物滤池采用针刺无纺布滤料做为填料，并且在曝气主管的高度方向上设置有多根曝气支管，水处理的方法是：将待处理污水调节pH值至7.5～8后泵入滤池中，并向滤池中泵入空气，水力停留时间为1～2h，得到的上清液直接排放。本发明采用与上向水流相反的曝气方向小流量曝气，在水流截面上扰动水流，气、水分布更加均匀，传质效果好，不仅短流、沟流的现象能够减少，系统内厌氧区域也有效地被消除，挂膜均匀，很大程度上解决了传统曝气生物滤池运行中出现硝化效果不佳的问题，出水水质氨氮平均浓度8.63mg/L。本发明用于处理废水。

Description

局部气水逆向上流式曝气生物滤池及其处理污水的方法
技术领域
本发明涉及一种水处理的装置及方法。
背景技术
目前，我国大多数污水处理厂脱氮除磷采用的是A2O和AO等生物处理工艺，但是由于其工艺自身的缺陷，主要表现在：1)硝化菌、反硝化菌和聚磷菌污泥龄不同的矛盾；2)硝化菌和聚磷菌对基质(碳源)竞争的矛盾；3)产泥量比较大的矛盾；4)部分高氨氮废水超过A2O和AO等二级生物处理系统硝化能力极限无法达标排放；5)传统的曝气生物滤池运行过程中水流阻力分布不均，短流、沟流现象明显，气、水分布不均匀，部分区域处于厌氧状态，部分区域水流速度快，冲刷强，不利于均匀挂膜，不利于硝化。综合以上几种矛盾导致污水厂出水的氨氮浓度高于排放标准，从而也在某种程度上加速了水体的富营养化的进程。
发明内容
本发明要解决现有的曝气生物滤池运行过程中水流阻力分布不均，短流、沟流现象明显，气、水分布不均匀，部分区域处于厌氧状态，部分区域水流速度快，冲刷强，不利于均匀挂膜，不利于硝化的问题，而提供局部气水逆向上流式曝气生物滤池及其处理污水的方法。
本发明局部气水逆向上流式曝气生物滤池，它包括集水槽、滤池池体、滤头、滤板、进水及反冲洗水口、底部曝气管、曝气主管、排泥放空口、出水口、反冲洗排水口和进水管；其中集水槽设置在滤池池体的顶部，出水口和反冲洗排水口分别设置在集水槽的左右两侧，进水管设置在滤池池体的底部，进水及反冲洗水口设置在进水管的进水端，底部曝气管与曝气主管连通，滤板设置在进水管的上部，滤板上设置有滤头，排泥放空口设置在滤池池体的底部；局部气水逆向上流式曝气生物滤池还包括针刺无纺布滤料和曝气支管，针刺无纺布滤料充填在滤池池体内部，在针刺无纺布滤料上铺设有多根曝气支管，曝气支管沿曝气主管的高度方向上排列，曝气支管与曝气主管连通，曝气支管的曝气方向与上向流水流方向相反。
利用上述局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的方法按以下步骤进行：
一、使用配制的生活污水在SBR反应器中培养生活污泥，每3天换一次水，培养25～35天，然后将污泥接种到局部气水逆向上流式曝气生物滤池内，用配制的生活污水闷曝12～18天，每3天换一次水，完成启动。
二、向待处理污水中投加碱度至pH值为7.5～8，然后将待处理污水通过进水及反冲洗水口泵入到局部气水逆向上流式曝气生物滤池中，同时通过曝气主管经底部曝气管和曝气支管向滤池中泵入空气，水力停留时间为1～2h，得到的上清液作为最终出水经集水槽通过出水口直接排放，完成污水处理。
本发明的待处理污水为二级生物处理二沉池出水，向二级生物处理二沉池出水中投加碱后泵入局部气水逆向上流式曝气生物滤池，以生物膜形式附着在针刺无纺布滤料上的化能自养的硝化细菌以氧气作为电子受体，将废水中的氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，同时生成有机物质，这部分物质一部分用于细胞生存，另一部分氧化分解供应硝化细菌生命活动所需的能量。
滤料为针刺无纺布，材质软、质量轻、表面孔径发达，枝状曝气系统保证针刺局部气水逆向上流式曝气生物滤池溶解氧充分，为硝化细菌的生长提供了良好的生长环境。二沉池出水较低的BOD，抑制异养微生物的生长，硝化细菌能够获得充分的溶解氧，使硝化细菌能以生物膜的形式大量富集，同时也可以保证在较短的水力停留时间下实现较长的污泥龄，有利于降低了硝化细菌世代时间长、硝化速率缓慢的缺点，实现较短的水力停留时间下良好的硝化效果。
底部曝气管与传统曝气生物滤池作用一样，向上曝气，为曝气生物滤池滤料上附着生长的微生物提供溶解氧。枝状曝气支管以一定间隔距离布置在装填针刺无纺布滤料的池体内，由于滤料材质软、重量轻，曝气系统能够安装在池体内而不被压坏，且便于拆卸维修。同时与上向水流相反的曝气方向小流量曝气能够在水流截面上扰动水流，气、水分布更加均匀，传质效果好，不仅短流、沟流的现象能够减少，系统内厌氧区域也有效地被消除，挂膜均匀，提高了曝气生物滤池的空间利用率，有利于气、液、固三相的传质作用，不仅给生长速率较慢的硝化菌创造了一个稳定的生活环境，增加了系统中硝化菌生物量、提高了硝化率，使硝化反应已不再是工艺运行的限制性因素。
利用上述生物方法和装置，很大程度上解决了现有传统曝气生物滤池实际运行过程中出现硝化效果不佳的问题，可确保出水水质氨氮平均浓度8.63mg/L，满足低于15mg/L的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标准。
如果能在A2O和AO等生物处理工艺的基础上，再经过局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的装置处理，能很大程度上降低最终出水中氨氮浓度。能够缓解日益严重的水污染问题实现水环境的可持续发展，同时能够较好的完善国内旧水厂的改建和新水厂的建设。
本发明用于处理二级生物处理二沉池出水，使其达到污水综合排放一级标准。
附图说明
图1是本发明局部气水逆向上流式曝气生物滤池的装置图，1为集水槽、2为针刺无纺布滤料、3为滤池池体、4为枝状曝气支管、5为滤头、6为滤板、7为进水及反冲洗水口、8为底部曝气管、9为曝气主管、10为排泥放空口、11为出水口、12为反冲洗排水口、13为进水管、14为四通。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种局部气水逆向上流式曝气生物滤池，它包括集水槽1、滤池池体3、滤头5、滤板6、进水及反冲洗水口7、底部曝气管8、曝气主管9、排泥放空口10、出水口11、反冲洗排水口12、进水管13和四通14；其中集水槽1设置在滤池池体3的顶部，出水口11和反冲洗排水口12分别设置在集水槽1的左右两侧，进水管13设置在滤池池体3的底部，进水及反冲洗水口7设置在进水管13的进水端，底部曝气管8与曝气主管9连通，滤板6设置在进水管13的上部，滤板6上设置有滤头5，排泥放空口10设置在滤池池体3的底部；局部气水逆向上流式曝气生物滤池还包括针刺无纺布滤料2和曝气支管4，针刺无纺布滤料2填充在滤池池体3内部，在针刺无纺布滤料2上铺设有多根曝气支管4，曝气支管4沿曝气主管9的高度方向上排列，曝气支管4与曝气主管9通过四通14连通，曝气支管4的曝气方向与上向流水流方向相反。
本实施方式中，枝状曝气支管以一定间隔距离布置在装填针刺无纺布滤料的池体内，由于滤料材质软、重量轻，曝气系统能够安装在池体内而不被压坏，且便于拆卸维修。同时与上向水流相反的曝气方向小流量曝气能够在水流截面上扰动水流，气、水分布更加均匀，传质效果好，不仅短流、沟流的现象能够减少，系统内厌氧区域也有效地被消除，挂膜均匀，提高了曝气生物滤池的空间利用率，有利于气、液、固三相的传质作用，不仅给生长速率较慢的硝化菌创造了一个稳定的生活环境，增加了系统中硝化菌生物量、提高了硝化率，使硝化反应已不再是工艺运行的限制性因素。
本实施方式中曝气主管9兼作反冲洗进气管。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述针刺无纺布滤料长度为1～3cm，宽度为1～3cm，厚度为0.2～0.8cm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：沿曝气主管9的高度方向上排列有3～5根曝气支管4。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：沿曝气主管9底部到顶部方向上，相邻曝气支管4的间距依次减小。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式利用局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的方法按以下步骤进行：
一、使用配制的生活污水在SBR反应器中培养生活污泥，每3天换一次水，培养25～35天，然后将污泥接种到局部气水逆向上流式曝气生物滤池内，用配制的生活污水闷曝12～18天，每3天换一次水，完成启动。
二、向二级生物处理二沉池出水中投加碱度至pH值为7.5～8，然后将出水通过进水及反冲洗水口7泵入到局部气水逆向上流式曝气生物滤池中，同时通过曝气主管9经底部曝气管8和曝气支管4向滤池中泵入空气，水力停留时间为1～2h，得到的上清液作为最终出水经集水槽1通过出水口11直接排放。
二级生物处理二沉池出水投加碱度后泵入局部气水逆向上流式曝气生物滤池，以生物膜形式附着在针刺无纺布滤料上的化能自养的硝化细菌以氧气作为电子受体，将废水中的氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，同时生成有机物质，这部分物质一部分用于细胞生存，另一部分氧化分解供应硝化细菌生命活动所需的能量。
滤料为针刺无纺布，材质软、质量轻、表面孔径发达，枝状曝气系统保证针刺局部气水逆向上流式曝气生物滤池溶解氧充分，为硝化细菌的生长提供了良好的生长环境。二沉池出水较低的BOD，抑制异养微生物的生长，硝化细菌能够获得充分的溶解氧，使硝化细菌能以生物膜的形式大量富集，同时也可以保证在较短的水力停留时间下实现较长的污泥龄，有利于降低了硝化细菌世代时间长、硝化速率缓慢的缺点，实现较短的水力停留时间下良好的硝化效果。
底部曝气管与传统曝气生物滤池作用一样，向上曝气，为曝气生物滤池滤料上附着生长的微生物提供溶解氧。枝状曝气支管以一定间隔距离布置在装填针刺无纺布滤料的池体内，由于滤料材质软、重量轻，曝气系统能够安装在池体内而不被压坏，且便于拆卸维修。同时与上向水流相反的曝气方向小流量曝气能够在水流截面上扰动水流，气、水分布更加均匀，传质效果好，不仅短流、沟流的现象能够减少，系统内厌氧区域也有效地被消除，挂膜均匀，提高了曝气生物滤池的空间利用率，有利于气、液、固三相的传质作用，不仅给生长速率较慢的硝化菌创造了一个稳定的生活环境，增加了系统中硝化菌生物量、提高了硝化率，使硝化反应已不再是工艺运行的限制性因素。
利用上述生物方法和装置，很大程度上解决了现有传统曝气生物滤池实际运行过程中出现硝化效果不佳的问题，可确保出水水质氨氮平均浓度8.63mg/L，满足低于15mg/L的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标准。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤一中每升配制的生活污水中含有274mg(NH4)2SO4、10.6mgCaCl2、50mgNaH2PO4·2H2O、225mgNaHCO3、72mgKCl、1mLHCl水溶液、180gMgSO4·7H2O以及1.2mL矿物盐溶液，其中HCl水溶液的体积百分浓度为30～70％。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是：每升矿物盐溶液中含有375mgFeCl3·6H2O、30mgMnCl2·4H2O、37.5mgH3BO3、30mgZnSO4·7H2O、7.5mgCuSO4·5H2O、2500mgEDTA以及45mgKI。其它与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：步骤二中泵入的空气和二沉池出水的气水比为(5～10)：1，滤料高度1.6～2m，过水断面直径100mm。其它与具体实施方式五至七之一相同。
本实施方式中，气水比是指每小时通入的气体量与每小时通入的水量的比值。过水断面是指，过水断面是与元流或总流所有流线正交的横断面，即和曝气生物滤池水流方向垂直的横断面。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是：步骤一和步骤二中保持生物滤池内溶解氧DO＞4mg/L。其它与具体实施方式五至八之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种局部气水逆向上流式曝气生物滤池，集水槽1、滤池池体3、滤头5、滤板6、进水及反冲洗水口7、底部曝气管8、曝气主管9、排泥放空口10、出水口11、反冲洗排水口12、进水管13和四通14；其中集水槽1设置在滤池池体3的顶部，出水口11和反冲洗排水口12分别设置在集水槽1的左右两侧，进水管13设置在滤池池体3的底部，进水及反冲洗水口7设置在进水管13的进水端，底部曝气管8与曝气主管9连通，滤板6设置在进水管13的上部，滤板6上设置有滤头5，排泥放空口10设置在滤池池体3的底部；局部气水逆向上流式曝气生物滤池还包括针刺无纺布滤料2和曝气支管4，针刺无纺布滤料2填充在滤池池体3内部，在针刺无纺布滤料2上铺设有多根曝气支管4，4根曝气支管4沿曝气主管9的高度方向上排列，曝气支管4与曝气主管9通过四通14连通，曝气支管4的曝气方向与上向流水流方向相反。
利用本实施例的局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的方法按以下步骤进行：
一、使用配制的生活污水(不添加碳源)在SBR反应器中培养生活污泥，每3天换一次水，培养30天，用以富集硝化细菌，然后将污泥接种到局部气水逆向上流式曝气生物滤池内，用配制的生活污水闷曝14天，每3天换一次水，完成启动。
二、向二级生物处理二沉池出水中投加碱至pH值为8，然后将出水通过进水及反冲洗水口7泵入到局部气水逆向上流式曝气生物滤池中，同时通过曝气主管9经底部曝气管8和曝气支管4向滤池中泵入空气，水力停留时间为1h，得到的上清液作为最终出水经集水槽1通过出水口11直接排放。
本实施例中滤料为2cm×2cm×0.5cm的针刺无纺布滤料，步骤二中泵入的空气和二沉池出水的气水比为10∶1，滤料高度1.6m，过水断面直径100mm，步骤一和步骤二中保持生物滤池内溶解氧DO＞4mg/L。
本实施例中配制的生活污水的配方如表1所示，其中HCl水溶液的体积百分浓度为50％，矿物盐的配方如表2所示。
表1生活污水配方
Figure BDA0000146540070000061
表2矿物盐溶液配方
本实施例中，用配制的生活污水运行两周，闷曝。挂膜成功后，开始连续进二级生物处理二沉池出水，运行10d后处理效果稳定，出水氨氮平均浓度10.21mg/L，低于15mg/L。
本实施例中，底部曝气管8为曝气生物滤池滤料上附着生长的微生物提供溶解氧。枝状曝气系统在一定间隔距离布置在装填针刺无纺布滤料的池体内，与上向水流相反的曝气方向小流量曝气能够在水流截面上扰动水流，气、水分布更加均匀。以生物膜形式附着在针刺无纺布滤料上的化能自养的硝化细菌在硝化细菌发达的表面孔径生长富集，以氧气作为电子受体，将废水中的氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，同时生成有机物质，这部分物质一部分用于细胞生存，另一部分氧化分解供应硝化细菌生命活动所需的能量。
以针刺无纺布作为曝气生物滤池滤料，发达的孔径系统为硝化细菌提供稳定的生长环境，使硝化细菌能以生物膜的形式大量富集，同时也可以保证在较短的水力停留时间下实现较长的污泥龄，有利于降低了硝化细菌世代时间长、硝化速率缓慢的缺点，实现较短的水力停留时间下良好的硝化效果。针刺无纺布质地软，重量轻的特点，便于曝气系统的安装、维护维修等。
枝状曝气系统在一定间隔距离布置在装填针刺无纺布滤料的池体内，得益于滤料材质软、重量轻，曝气系统能够安装在池体内而不被压坏，且便于拆卸维修。同时与上向水流相反的曝气方向小流量曝气能够在水流截面上扰动水流，气、水分布更加均匀，传质效果好，不仅短流、沟流的现象能够减少，系统内厌氧区域也有效地被消除，挂膜均匀，提高了曝气生物滤池的空间利用率，有利于气、液、固三相的传质作用，不仅给生长速率较慢的硝化菌创造了一个稳定的生活环境，增加了系统中硝化菌生物量、提高了硝化率，使硝化反应已不再是工艺运行的限制性因素。
利用上述生物方法和装置，很大程度上解决了现有传统曝气生物滤池实际运行过程中出现硝化效果不佳的问题，可确保出水水质氨氮平均浓度8.63mg/L，＜15mg/L的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标准。

Claims (9)

1.局部气水逆向上流式曝气生物滤池，它包括集水槽(1)、滤池池体(3)、滤头(5)、滤板(6)、进水及反冲洗水口(7)、底部曝气管(8)、曝气主管(9)、排泥放空口(10)、出水口(11)、反冲洗排水口(12)、进水管(13)和四通(14)；其中集水槽(1)设置在滤池池体(3)的顶部，出水口(11)和反冲洗排水口(12)分别设置在集水槽(1)的左右两侧，进水管(13)设置在滤池池体(3)的底部，进水及反冲洗水口(7)设置在进水管(13)的进水端，底部曝气管(8)与曝气主管(9)通过四通(14)连通，滤板(6)设置在进水管(13)的上部，滤板(6)上设置有滤头(5)，排泥放空口(10)设置在滤池池体(3)的底部，其特征在于局部气水逆向上流式曝气生物滤池还包括针刺无纺布滤料(2)和曝气支管(4)，针刺无纺布滤料(2)填充在滤池池体(3)内部，在针刺无纺布滤料(2)上铺设有多根曝气支管(4)，曝气支管(4)沿曝气主管(9)的高度方向上排列，曝气支管(4)与曝气主管(9)连通，曝气支管(4)的曝气方向与上向流的水流方向相反。
2.根据权利要求1所述的局部气水逆向上流式曝气生物滤池，其特征在于所述针刺无纺布滤料长度为1～3cm，宽度为1～3cm，厚度为0.2～0.8cm。
3.根据权利要求1或2所述的局部气水逆向上流式曝气生物滤池，其特征在于沿曝气主管(9)的高度方向上排列有3～5根曝气支管(4)。
4.根据权利要求1或2所述的局部气水逆向上流式曝气生物滤池，其特征在于沿曝气主管(9)底部到顶部方向上，相邻曝气支管(4)的间距依次减小。
5.利用权利要求1所述的局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的方法，其特征在于利用局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的方法按以下步骤进行：
一、使用配制的生活污水在SBR反应器中培养生活污泥，每3天换一次水，培养25～35天，然后将污泥接种到局部气水逆向上流式曝气生物滤池内，用配制的生活污水闷曝12～18天，每3天换一次水，完成启动；
二、向待处理污水中投加碱至pH值为7.5～8，然后将待处理污水通过进水及反冲洗水口(7)泵入到局部气水逆向上流式曝气生物滤池中，同时通过曝气主管(9)经底部曝气管(8)和曝气支管(4)向滤池中泵入空气，水力停留时间为1～2h，得到的上清液作为最终出水经集水槽(1)通过出水口(11)直接排放，完成污水处理。
6.根据权利要求5所述的利用局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的方法，其特征在于步骤一中每升配制的生活污水中含有274mg(NH4)2SO4、10.6mg CaCl2、50mgNaH2PO4·2H2O、225mg NaHCO3、72mg KCl、1mLHCl水溶液、180gMgSO4·7H2O以及1.2mL矿物盐溶液，其中HCl水溶液的体积百分浓度为30～70％。
7.根据权利要求6所述的利用局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的方法，其特征在于每升矿物盐溶液中含有375mgFeCl3·6H2O、30mgMnCl2·4H2O、37.5mgH3BO3、30mgZnSO4·7H2O、7.5mgCuSO4·5H2O、2500mgEDTA以及45mgKI。
8.根据权利要求5所述的利用局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的方法，其特征在于步骤二中泵入的空气和二沉池出水的气水比为(5～10)∶1，滤料高度1.6～2m，过水断面直径100mm。
9.根据权利要求5所述的利用局部气水逆向上流式曝气生物滤池处理污水的方法，其特征在于步骤一和步骤二中保持生物滤池内溶解氧DO＞4mg/L。
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