CN103214090B - 一种缺氧腐殖填料滤池及处理含氮难降解废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缺氧腐殖填料滤池及处理含氮难降解废水的方法，属于环境保护领域。一种缺氧腐殖填料滤池包括池体、进水管、配水室、承托层、填料层、填料投加管和排水管，还包括进气管、长柄滤头、布水孔板和溢流堰，进水管和进气管都与配水室相连；池体内沿着配水室从下往上依次为布水孔板、承托层和填料层；长柄滤头穿过布水孔板。本发明合理地利用了有限的空间，最大限度地节省占地面积，处理后的高含氮有机废水能达到各行业废水排放标准。该一种缺氧腐殖填料滤池处理含氮难降解废水的方法能通过缺氧腐殖填料滤池与活性污泥工艺的结合，将生物脱氮及难降解物质的吸附有机结合，提高了总氮和难降解物质的去除效率。

Description

一种缺氧腐殖填料滤池及处理含氮难降解废水的方法

技术领域

本发明属于环境保护领域，更具体地说，涉及一种缺氧腐殖填料滤池及处理含氮难降解废水的方法。

背景技术

曝气生物滤池是20世纪90年代初兴起的污水处理新工艺，应用较多且较成熟的是BIOFOR、BIOSTRY、TETRA DENITE和BIOPUR等工艺形式。曝气生物滤池技术与传统普通生物滤池相比具有处理效率高、占地面积小、基建费用低、抗冲击负荷能力强等特点，在难降解废水深度处理及微污染水源预处理过程等领域有较好的应用前景。曝气生物滤池的滤料是影响微生物附着生长、脱落以及最终处理效果的重要因素，选择合适的滤料对于生物滤池的运行维护和处理效果具有决定作用。滤料根据比重不同分为悬浮式滤料和浸没式滤料，前者一般为有机滤料，如聚苯乙烯(EPS)等。后者一般为无机或天然滤料，如膨胀球形粘土、页岩、石英砂、陶粒、沸石等。选择砂砾为滤料的BAF-DeepBed^TM砂滤池工艺在工业废水处理中有着较广的应用，它由好氧滤池CoLOX^TM和缺氧滤池Denite^R组成，其最大的特点是以价廉易得的砂砾代替了较贵的滤料。Muller和Marcini认为采用轻质、大空隙率的填料比实心的砂石更有利于生物固体的积累（方芳,龙腾锐.厌氧生物滤池的研究及应用现状[J].中国给水排水.1999,15(4):24-27）。Won-Seok Chang等以天然沸石和砂粒为填料研究BAF对纺织废水的处理效果发现：天然沸石对纺织废水的处理效果优于砂粒的处理效果，这是因为天然沸石具有更强的阳离子交换能力和更大的比表面积（周彩楼,尚琦,尹洪江.净水厂沉淀池淤泥超轻陶粒的研究[J].热固性树脂,1999,4：83-86），轻质填料取代高密度填料是曝气生物滤池污水处理技术发展的重要方向。

国内对曝气生物滤池工艺反硝化性能研究主要集中在曝气位置、COD负荷、回流比以及温度等因素，在温度较低的情况下启动BAF并定期反冲洗，亚硝酸菌生长较快，硝酸菌的生长受到抑制，因而在系统中表现出明显的亚硝酸盐积累现象，为短程反硝化创造条件。曝气生物滤池能够进行同步硝化反硝化脱氮的原理在于其独特的结构特征和运行方式。宏观环境上，进水沿填料推流而上，在整体不同的填料层表面的生物膜上存在着基质和溶解氧的梯度分布。微观环境上，由于氧的扩散限制，在生物膜微生物絮体内产生溶解氧梯度，形成缺氧的微环境，为异养菌、自养菌和反硝化细菌等微生物分别占据优势生态位提供条件（章胜红,陈季华,孙志国.曝气生物滤池废水深度处理同步硝化反硝化机理及影响因素[J].东华大学学报.2007,33(1):125-129）。孙漓青，甘一萍等在试验中发现提高回流比和降低反应池内的溶解氧并不能有效地改善反硝化效率（孙漓青,甘一萍,魏薇等.BIOSTYR曝气生物滤池中试研究[J]．给水排水．2005,31(8):14-18）。在反硝化的研究中，一般认为在进水TN（氮浓度）较高的情况下，通常要投加一定的碳源，以强化反硝化效果。

曝气生物滤池虽然具有上述特点和优点，但仍然存在处理含悬浮物浓度高的有机废水时易发生堵塞、硝化脱氮功能不理想以及占地面积大等问题；而且处理系统对布水均匀性要求很高，否则易发生短流，直接影响处理效果。因此，开发不易堵塞而又具有较好脱氮功能的生物滤池成为重要的发展方向。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有生物滤池技术在对废水进行脱氮时存在易堵塞、硝化脱氮功能不理想以及占地面积大等问题，本发明提供了一种缺氧腐殖填料滤池及处理含氮难降解废水的方法，用于含氮难降解废水的处理，既能发挥腐殖填料作为生物载体的缺氧生物脱氮作用，又能利用泥炭腐殖填料的吸附作用提高污水中难降解物质的去除效果。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种缺氧腐殖填料滤池，包括池体、进水管、配水室、承托层、填料层、填料投加管和排水管，还包括进气管、长柄滤头、布水孔板和溢流堰，所述的配水室位于池体的底部；所述的进水管和进气管都与配水室相连；所述的池体内沿着配水室从下往上依次为布水孔板、承托层和填料层；所述的长柄滤头穿过布水孔板，一端与承托层连接，另一端插入配水室；所述的承托层采用天然卵石或砾石构成；所述的填料投加管在池体的一侧与填料层7相连；所述的溢流堰位于池体的上部；所述的排水管与池体的上部连接。

优选地，所述的长柄滤头的密度为50-60个/m²。

优选地，所述的承托层共分4层，其粒径自上而下分别为2-4mm、4-8mm、8-16mm和16-32mm；所述的配水室的高度为400-500mm；所述的填料层的高度为1000mm–2000mm；所述的填料层顶部距离溢流堰的高度大于等于600mm。

优选地，所述的填料层的填料采用经粉碎的粒度小于2mm的泥炭。

一种缺氧腐殖填料滤池处理含氮难降解废水的方法，其步骤为：

A)将含氮难降解废水通过集水池经水泵提升进入缺氧腐殖填料滤池的配水室，废水通过长柄滤头进入承托层中，然后废水经过承托层过滤后进入填料层；

B)向填料层中投加浆状新鲜泥炭填料，废水在填料层中利用腐殖填料附着生长的生物膜在缺氧环境下进行生物反硝化脱氮，同时利用泥炭腐殖填料的吸附作用吸附部分难降解物质；填料层处理后的废水溢出溢流堰后通过排水管排出；

C)排水管排出的废水进入SBR处理器，经过SBR处理后，废水一部分直接排放，一部分回流至缺氧腐殖填料滤池的配水室中，提供反硝化所需要的硝态氮。

优选地，还包括步骤D)，定期利用压缩空气通过进气管向配水室中通入压缩空气，压缩空气从配水室经长柄滤头进入上部承托层从而搅动泥炭腐殖填料层，对承托层和填料层进行扰动，同时开启气动隔膜泵向填料层中投加浆状的新鲜泥炭腐殖填料。这样是为防止填料堵塞以及泥炭腐殖填料更新的需要，目的是使填料层在整个过水截面上的过滤阻力基本相当。通过空气反冲洗作用使泥炭腐殖填料层呈现出流化态，空气反冲洗停止后腐殖填料均匀沉降，使得过滤阻力基本均匀，从而避免过滤阻力的差异影响均匀布水，造成过滤水短流现象。在气水扰动形成的填料流态化过程中，由气动隔膜泵投加浆状的新鲜泥炭填料于填料层中部，在扰动作用下与原有填料迅速混合均匀，达到填料更新的目的。

优选地，所述的压缩空气的通入时间为5-10min。较短的曝气时间可使滤池内填料层中氧浓度维持在较低水平，缺氧环境有利于反硝化细菌的生长，提高脱氮效率。

优选地，所述的步骤A)中废水经承托层向上流入泥炭腐殖填料层的流速为3-6m/d。

优选地，所述的整个系统由两组缺氧腐殖填料滤池和SBR并联组成。两组缺氧腐殖填料滤池和SBR组合之间交替运行。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

（1）本发明结构简单，滤池巧妙地利用进水管、配水室、长柄滤头和布水孔板组成小阻力配水系统，同时实现进水均匀配水和填料层搅动，合理地利用了有限的空间，最大限度地节省占地面积；

（2）本发明依靠小阻力配水系统定期利用压缩空气反冲洗，扰动泥炭腐殖填料层形成流态化，不仅避免了填料板结，改善了布水的均匀性，而且有利于提高生物活性；

（3）本发明填料层采用粒径小于2mm的泥炭腐殖填料，在每次空气反冲洗时，由于补充新鲜的泥炭腐殖填料的同时，也相应排出相同体积的老化泥炭填料，出水排出后进入SBR，不仅实现泥炭填料及时定量更新，同时利用泥炭对难降解物质的吸附作用、活性污泥与泥炭的絮凝作用以及剩余污泥的排放，有效去除部分难降解物质；

（4）本发明采用的泥炭具有价格便宜，来源广泛，且安全无毒的特点，具有比表面积大、阳离子交换容量高、饱和水力渗透系数大等优点，是一种价廉物美的万能吸附材料；

（5）本发明的方法将缺氧腐殖填料滤池和SBR组合使用，既是缺氧段与好氧段的组合，又是生物膜工艺与活性污泥工艺的组合，这种工艺组合能发挥各自处工艺单元的优点：一方面生物膜法附着生长的微生物抗冲击负荷能力强，另一方面好氧活性污泥微生物活性高，污泥龄控制比较灵活，处理效果好；

（6）本发明的方法处理的高含氮有机废水，处理后能达到各行业废水排放标准，出水的水质好；

（7）本发明的方法中定期利用压缩空气通过进气管向配水室中通入压缩空气，不仅实现了过滤阻力的均衡、防止滤池堵塞，而且有利于提高生物活性；

（8）本发明压缩空气的通入时间为5-10min，在不伤害反硝化细菌的基础上达到了清洗缺氧腐殖填料滤池的目的，废水经承托层向上流入泥炭腐殖填料层的流速为3-6m/d，处理效率高。

附图说明

图1是本发明中反应器的结构示意图；

图2是本发明的工艺流程图。

图中：1、进水管；2、进气管；3、配水室；4、长柄滤头；5、布水孔板；6、承托层；7、填料层；8、填料投加管；9、溢流堰；10、排水管。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

设备如图1所示，一种缺氧腐殖填料滤池，包括池体、进水管1、配水室3、承托层6、填料层7、填料投加管8和排水管10，还包括进气管2、长柄滤头4、布水孔板5和溢流堰9，配水室3位于池体的底部；进水管1和进气管2都与配水室3相连；池体内沿着配水室3从下往上依次为布水孔板5、承托层6和填料层7；长柄滤头4穿过布水孔板5，一端与承托层6连接，另一端插入配水室3；承托层6采用天然卵石或砾石构成；填料投加管8在池体的一侧与填料层7相连；溢流堰9位于池体的上部；排水管10与池体的上部连接。本实施例中池体为圆柱体，用厚度为20mm的PVC材料焊接而成，总高4000mm，直径2300mm。进水管1和进气管2分别采用DN100和DN20的塑料管，通入底部配水室3；进气管2外接空气压缩机。滤池采用小阻力配水系统（配水层）来实现均匀配水，配水层包括布水孔板5和长柄滤头4。底部配水室3高500mm；布水孔板5厚度为100mm；滤头布置数为50个/m²。长柄滤头4拧入预埋在混凝土布水孔板5中的内螺纹套管中。布水孔板5之上铺设含有碎石的承托层6，承托层6采用天然砾石，共分4层，其粒径自上而下分别为2-4mm、4-8mm、8-16mm和16-32mm；其厚度依次为50mm、50mm、50mm和100mm，总厚度为250mm；腐殖填料采用经粉碎粒度小于2mm的泥炭。填料层7的高度为2000mm，填料层7顶部距滤池出水溢流堰9的高度为600mm，溢流堰9的高度为300mm。出水由滤池顶部周边的溢流堰9经排水管10排出。

其使用工艺流程：采用图2所示的装置，其步骤为：A)利用缺氧腐殖填料滤池建设一个处理废水的系统，该整个系统由两组缺氧腐殖填料滤池和SBR并联组成。两组缺氧腐殖填料滤池和SBR组合之间交替运行。如图2所示，该系统由一个集水池水泵提升系统、两个缺氧腐殖填料滤池和两个SBR组成，其中集水池水泵提升系统连接两个缺氧腐殖填料滤池，每个缺氧腐殖填料滤池都与一个SBR连接。将含氮难降解废水通过集水池经水泵提升进入缺氧腐殖填料滤池的配水室3，废水通过长柄滤头4进入承托层6中，然后废水经过承托层6过滤后进入填料层7。

B)向填料层7中投加浆状新鲜泥炭填料120kg，废水在填料层7中利用腐殖填料附着生长的生物膜在缺氧环境下进行生物反硝化脱氮，同时利用泥炭腐殖填料的吸附作用吸附部分难降解物质；填料层7处理后的废水溢出溢流堰9后通过排水管10排出。废水经承托层6向上流入泥炭腐殖填料层7的流速为4m/d。

C)排水管10排出的废水进入SBR处理器，经过SBR处理后，废水一部分直接排放，一部分回流至缺氧腐殖填料滤池的配水室3中，提供反硝化所需要的硝态氮。每组图2所示的流程中的两个SBR交替运行，运行周期为12h。前4h进水，进水完毕后SBR中曝气4h，静置2h后出水，工作效率高。

D)定期利用压缩空气通过进气管2向配水室3中通入压缩空气，压缩空气从配水室3经长柄滤头4进入上部承托层6从而搅动泥炭腐殖填料层7，对承托层6和填料层7进行扰动，同时开启气动隔膜泵向填料层7中投加浆状的新鲜泥炭腐殖填料。每次压缩空气的通入时间为7min。这样既能防止填料堵塞，同时满足泥炭腐殖填料更新的需要，填料层7在整个过水截面上的过滤阻力基本相当。通过空气反冲洗作用使泥炭腐殖填料层7呈现出流化态，空气反冲洗停止后腐殖填料均匀沉降，使得过滤阻力基本均匀，从而避免过滤阻力的差异影响均匀布水，造成过滤水短流现象。在气水扰动形成的填料流态化过程中，由气动隔膜泵投加浆状的新鲜泥炭填料于填料层7中部，在扰动作用下与原有填料迅速混合均匀，达到填料更新的目的。

本实施例的工艺条件和参数为：本实例进水为经预处理后的制革废水，已经过除铬和脱硫处理，进水流量为16m³/d。进水水质中COD_Cr为1625mg/L，总氮为778mg/L，氨氮为232mg/L。环境温度为25℃，进水滤速为4m/d。

本实施例试验数据如下：出水平均COD_Cr为90mg/L，去除率为94.5%；出水总氮为147mg/L，去除率为81.1%；出水氨氮为15mg/L以下，去除率大于93.5%。

实施例2

同实施例1，所不同的是，承托层6的4层天然砾石的厚度自上而下依次为30mm、30mm、40mm、100mm，总厚度为200mm。配水室3的高度为500mm；填料层7的高度为1000mm；填料层7顶部距离溢流堰9的高度为700mm。滤头布置数为56个/m²。步骤B)中每次向填料层7中投加浆状新鲜泥炭填料160kg。步骤D)中每次压缩空气的通入时间为5min。

工艺条件和参数：本实例进水为经预处理后的制革废水，已经过除铬和脱硫处理。进水水质中COD_Cr为1250mg/L，总氮为472mg/L，氨氮为225mg/L。环境温度为25℃，进水滤速为3m/d。

本实施例组合工艺出水水质数据如下：出水平均COD_Cr为70mg/L，去除率为94.4%；出水总氮为78mg/L，去除率为83.5%；出水氨氮为15mg/L以下，去除率大于93.3%。

实施例3

同实施例1，所不同的是，承托层6的4层天然砾石的厚度自上而下依次为30mm、30mm、40mm、100mm，总厚度为200mm。配水室3的高度为450mm；填料层7的高度为1700mm；填料层7顶部距离溢流堰9的高度为630mm。滤头布置数为60个/m²。步骤B)中每次向填料层7中投加浆状新鲜泥炭填料240kg。步骤D)中每次压缩空气的通入时间为10min。

工艺条件和参数：本实例进水为经预处理后的制革废水，已经过除铬和脱硫处理。进水水质中COD_Cr为906mg/L，总氮为367mg/L，氨氮为139mg/L。环境温度为25℃，进水滤速为6m/d。

本实施例试验数据如下：出水平均COD_Cr为91mg/L，去除率为90%；出水总氮66mg/L,去除率为82%；出水氨氮为15mg/L以下，去除率大于89.2%。

Claims (9)

1.一种缺氧腐殖填料滤池，包括池体、进水管（1）、配水室（3）、承托层（6）、填料层（7）、填料投加管（8）和排水管（10），其特征在于：还包括进气管（2）、长柄滤头（4）、布水孔板（5）和溢流堰（9），所述的配水室（3）位于池体的底部；所述的进水管（1）和进气管（2）都与配水室（3）相连；所述的池体内沿着配水室（3）从下往上依次为布水孔板（5）、承托层（6）和填料层（7）；所述的长柄滤头（4）穿过布水孔板（5），一端与承托层（6）连接，另一端插入配水室（3）；所述的承托层（6）采用天然卵石或砾石构成；所述的填料投加管（8）在池体的一侧与填料层（7）相连；所述的溢流堰（9）位于池体的上部；所述的排水管（10）与池体的上部连接。

2.根据权利要求1所述的一种缺氧腐殖填料滤池，其特征在于：所述的长柄滤头（4）的密度为50-60个/m²。

3.根据权利要求1所述的一种缺氧腐殖填料滤池，其特征在于：所述的承托层（6）共分4层，其粒径自上而下分别为2-4mm、4-8mm、8-16mm和16-32mm；所述的配水室（3）的高度为400-500mm；所述的填料层（7）的高度为1000mm–2000mm；所述的填料层（7）顶部距离溢流堰（9）的高度大于等于600mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种缺氧腐殖填料滤池，其特征在于：所述的填料层（7）的填料采用经粉碎的粒度小于2mm的泥炭。

5.一种缺氧腐殖填料滤池处理含氮难降解废水的方法，其步骤为：

A)将含氮难降解废水通过集水池经水泵提升进入缺氧腐殖填料滤池的配水室（3），废水通过长柄滤头（4）进入承托层（6）中，然后废水经过承托层（6）过滤后进入填料层（7）；

B)向填料层（7）中投加浆状新鲜泥炭填料，废水在填料层（7）中利用腐殖填料附着生长的生物膜在缺氧环境下进行生物反硝化脱氮，同时利用泥炭腐殖填料的吸附作用吸附部分难降解物质；填料层（7）处理后的废水溢出溢流堰（9）后通过排水管（10）排出；

C)排水管（10）排出的废水进入SBR处理器，经过SBR处理后，废水一部分直接排放，一部分回流至缺氧腐殖填料滤池的配水室（3）中，提供反硝化所需要的硝态氮。

6.根据权利要求5所述的一种缺氧腐殖填料滤池处理含氮难降解废水的方法，其特征在于，还包括步骤D)，定期利用压缩空气通过进气管（2）向配水室（3）中通入压缩空气，压缩空气从配水室（3）经长柄滤头（4）进入上部承托层（6）从而搅动泥炭腐殖填料层（7），对承托层（6）和填料层（7）进行扰动，同时开启气动隔膜泵向填料层（7）中投加浆状的新鲜泥炭腐殖填料。

7.根据权利要求6所述的一种缺氧腐殖填料滤池处理含氮难降解废水的方法，其特征在于，所述的压缩空气的通入时间为5-10min。

8.根据权利要求5所述的一种缺氧腐殖填料滤池处理含氮难降解废水的方法，其特征在于，所述的步骤A)中废水经承托层（6）向上流入泥炭腐殖填料层（7）的流速为3-6m/d。

9.根据权利要求5或6或7或8所述的一种缺氧腐殖填料滤池处理含氮难降解废水的方法，其特征在于，所述的整个系统由两组缺氧腐殖填料滤池和SBR并联组成。

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