CN104876395A - 一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及利用其处理低温高氨氮受污染水的方法 - Google Patents

Abstract

一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及利用其处理低温高氨氮受污染水的方法，它涉及一种水处理装置及水处理方法。本发明的目的是要解决现有方法处理低温重污染水时对水中的氨氮和有机物降解能力显著下降，无法降解去除水中有机物和氨氮污染物和无法应对污染物浓度突然升高的问题。装置包括第一级上向流生物滤池、第二级上向流生物滤池、充氧单元、复合滤料层、主体滤料层、第一承托层和第二承托层。方法：低温高氨氮受污染水通过进水先后通过进水端、与臭氧接触氧化单元、臭氧催化氧化单元、第一级上向流生物滤池、充氧单元和第二级上向流生物滤池进行处理，得到去除污染物的水通过出水端进行外供。本发明适用于处理低温高氨氮受污染水。

Description

一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及利用其处理低温高氨氮受污染水的方法

技术领域

本发明涉及一种水处理装置及水处理方法。

背景技术

我国地表水富营养化状况普遍存在，尤其是北方冬季低温时期，给水处理的难度加大，而氨氮污染已经成为水源中重要现象，因此，低温重污染时期去除水中的氨氮，已经成为供水厂急需解决的难题。传统的生物滤池过滤工艺在低温时对氨氮去除率低，净水效果差，出水难以满足国家对饮用水水质的相关水质标准的规定。沸石可用于吸附水中的氨氮，但在工业生产中多以向水中投加沸石粉的方式使用。这是因为传统沸石主要发挥吸附作用，但吸附总要饱和，饱和后，沸石或沸石粉失效，就需要更换，因此，通常的用法是向水中投加沸石粉，通过化学、物理吸附去除氨氮。而沸石用于过滤则较少，主要是因为沸石表面生物附着性较差，沸石饱和后就需要更换滤料。

生物滤池在使用中，通常分为上向流滤池和下向流滤池。上向流滤池通常采用活性炭滤料或石英砂滤料，通过在石英砂或活性炭表面自然生长生物，或者通过向活性炭表面接种生物的方法，通过生物过滤去除水中氨氮。但这种滤池也存在问题，由于饮用水中有机物、氨氮、磷总体浓度相对较低，生物处于贫营养状态，生物总量较低，生物活性较弱，因此，对冲击性污染物浓度波动抵抗能力有限，氨氮向生物相中进行扩散速度与能力，将决定生物滤池除氨氮的效果。当停留时间较短时，无法使氨氮充分扩散至生物相中，因此，去除效率较低，当停留时间较长时，尽管氨氮可以充分扩散至生物相中，但由于单位时间内流经生物相的污染物浓度较小，造成生物营养及溶解氧不足，除氨氮效率低。目前常采用臭氧-活性炭工艺作为饮用水深度处理工艺，该工艺可以通过前端的臭氧氧化环节提升水中的溶解氧和生物可降解性有机炭，提高进水的可生化性，有利于后续生物过滤单元内生物的生长。同时活性炭本身对臭氧有很强的催化作用，进水中的残余臭氧可以在活性炭的作用下进行催化反应，提高臭氧的利用率，因此该工艺得到广泛的应用。传统生物滤池，包括臭氧-活性炭滤池，在进入低温时期后，特别是水温低于4摄氏度后，生物活性显著降低，对水中氨氮、有机物等的降解能力显著下降，无法降解去除水中有机物、氨氮等污染物，更加无法应对污染物浓度突然升高的状况。

针对上述问题，本发明提出了“一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及其处理低温高氨氮受污染水的方法”。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法处理低温重污染水时对水中的氨氮和有机物降解能力显著下降，无法降解去除水中有机物和氨氮污染物和无法应对污染物浓度突然升高的问题，而提供一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及利用其处理低温高氨氮受污染水的方法。

一种双级深床上向流复合滤料生物滤池包括臭氧接触氧化单元、臭氧催化氧化单元、第一级上向流生物滤池、第二级上向流生物滤池、充氧单元、复合滤料层、主体滤料层、第一承托层和第二承托层；

在臭氧接触氧化单元的上端设有进水端，臭氧接触氧化单元的下端与臭氧催化氧化单元的下端相连通，臭氧催化氧化单元的上端与第一级上向流生物滤池的底端相连通，第一级上向流生物滤池的上端与充氧单元的顶端相连通，充氧单元的下端与二级上向流生物滤池的底端相连通；

在第一级上向流生物滤池的底部设有第一承托层，第一承托层的上方设有复合滤料层；

在第二级上向流生物滤池的上端设有出水端；在第二级上向流生物滤池的底部设有第二承托层，第二承托层的上方设有主体滤料层。

利用一种双级深床上向流复合滤料生物滤池处理低温高氨氮受污染水的方法，是按以下步骤完成的：

一、将低温高氨氮受污染水通过进水端引入到臭氧接触氧化单元中进行臭氧接触氧化，与臭氧接触氧化时间为10min～22min，得到经过臭氧接触氧化单元处理后的低温高氨氮受污染水；

步骤一中所述的低温高氨氮受污染水中氨氮浓度为1.1mg/L～1.8mg/L，水温为1℃～2℃；

二、将经过臭氧接触氧化单元处理后的低温高氨氮受污染水引入到臭氧催化氧化单元中，向经过臭氧接触氧化单元处理后的低温高氨氮受污染水中投加臭氧，臭氧投加量为1.5mg/L～1.6mg/L，在臭氧催化氧化单元中的停留时间为1min～15min，得到溶解氧含量为25毫克/升～35毫克/升的低温高氨氮受污染水；

步骤二中所述的臭氧催化氧化单元中采用蜂窝陶瓷非均相催化剂和紫外光催化串联工艺，其中蜂窝陶瓷非均相催化剂的厚度为200mm～800mm，催化接触时间为10s～90s；紫外光照射强度为0.2w/cm²～5w/cm²，紫外光照射时间为10s～40s；

三、将催化氧化后的低温高氨氮受污染水引入到第一级上向流生物滤池中，在第一级上向流生物滤池中停留8min～40min，得到第一级上向流生物滤池处理后的低温高氨氮受污染水；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池中底部的第一承托层的材质为鹅卵石；厚度为0.3m～0.4m；第一承托层上部的复合滤料层中填料为沸石和活性炭的混合物；所述的复合滤料层中沸石的质量分数为1％～99％；所述的复合滤料层的厚度为0.1m～4m；所述的复合滤料层中的填料粒径分布为0.5mm～4.0mm；所述的复合滤料层的膨胀率小于5％；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池采用上向流模式；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池的进水速度为10m/h～14m/h；

四、将第一级上向流生物滤池处理后的低温高氨氮受污染水引入到充氧单元中进行充氧，得到氧气含量为8.0毫克/升～16.0毫克/升的低温高氨氮受污染水；

步骤四中所述的充氧单元的充氧工艺为气浮工艺充氧、跌水充氧、空气源曝气充氧或纯氧气源曝气充氧中的一种或其中几种的组合；

五、将氧气含量为8.0毫克/升～16.0毫克/升的低温高氨氮受污染水引入到第二级上向流生物滤池中，在第二级上向流生物滤池中停留8min～40min，得到去除污染物的水，去除污染物的水通过出水端进行外供；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池底部的第二承托层的材质为鹅卵石；厚度为0.4m；第二承托层上部的主体滤料层中填料为无烟煤、轻质陶粒或活性炭；所述的主体滤料层的厚度为0.1m～4m；所述的主体滤料层中的填料粒径为0.1mm～4.5mm；所述的主体滤料层的膨胀率为40％～75％；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池采用上向流模式；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池的进水速度为10m/h～14m/h。

本发明的原理和优点：

一、本发明一种双级深床上向流复合滤料生物滤池解决了低温高氨氮重污染的问题；以往的国内外诸多研究认为，低温(4℃以下)高氨氮原水的处理是难以克服的，也是困扰供水行业工作者、国内外专家、学者的重大难题；本发明所提出的双级深床上向流复合滤料生物滤池中复合滤料的选择和设计解决了这一难题，实现了质的飞跃，是生物滤池深度处理工艺中的巨大进步，实现了低温(4℃以下)高氨氮原水的高效去除；其处理低温高氨氮受污染水的方法为：催化臭氧氧化工艺与双级深床上向流复合滤料生物滤池有机结合，具体涉及到臭氧投加量的确定、催化剂的选择、复合滤料层的选择和配比、主体滤料层的选择、以及双级深床的设计模式、过滤速度的选择等；该工艺培养和富集出了低温水氨氧化细菌，并且在中试研究中得到确认，其处理效果得到东北某水质检测中心的确认和证实；

二、本发明也可以用于应对突发性水质变化，提高本发明抗污染物冲击负荷的能力；其原理为第一级上向流生物滤池和第二级上向流生物滤池可以用于吸附缓冲进水中的氨氮，形成富氨氮的环境，促进生物生长；其次吸附的过饱和的氨氮后，在进水氨氮浓度波动性降低时，可以逐步解吸，然后均匀释放至后续生物滤池，实现了后续生物单元的高底物浓度稳定性和生物的稳定性；在生物处理区域，氨氮逐步被生物降解，转化为亚硝酸盐和硝酸盐，同时伴有异养硝化菌的氨氧化作用和好氧脱氮菌的脱氮作用，进入后续生物滤池(第一级上向流生物滤池内、第二级上向流生物滤池)的氨氮浓度趋于稳定，有利于后续生物活性炭微生物活性和生物量的稳定，有利于保障生物滤池系统对氨氮的去除率，确保出水水质；

三、本发明上向流生物滤池与前端臭氧催化氧化工艺相结合，经臭氧催化氧化后，滤池进水中污染物的可生化性得到提高，进水中溶解氧浓度也得到提高，改善了生物滤池的营养环境和各生物相间对溶解氧的竞争关系，促使低温条件下生物相的复杂稳定、生物量和生物活性提高，从而保障了低温时期的供水安全；

四、本发明涉及的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及其处理低温高氨氮受污染水的方法的特殊的滤层设计及工作状态，具有化学氧化、吸附、生物氧化和均匀布水多层滤料流态化工作状态，主体滤料层的膨胀率为40％～75％，复合滤料层的膨胀率小于5％，滤池水头阻力小，使溶解氧、底物、微生物等均匀分布，不易出现滤料板结问题，基本实现了生物滤料的免反冲洗，使生物滤料层最大限度地发挥作用；

五、本发明生物滤池显著地解决了传统石英砂-活性炭生物滤池对氨氮等污染浓度突然升高缓冲能力极其微弱、低温(4℃以下)季节处理氨氮的能力极其低下、低温季节基本无法启动或无法成熟稳定运行、贫营养环境下挂膜困难启动慢等问题；该发明所提出的“一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及利用其处理低温高氨氮受污染水的方法”为低温(4℃以下)时期生物滤池强化除氨氮提供了一个经济有效的方法。

六、使用本发明处理后的低温高氨氮受污染水中氨氮浓度低于0.5毫克/升，并且出水水质稳定，满足生活饮用水卫生标准要求。

本发明适用于处理低温高氨氮受污染水。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池的结构示意图；图1中1为进水端，2为臭氧接触氧化单元，3为臭氧催化氧化单元，4为第一级上向流生物滤池，5为复合滤料层，6为充氧单元，7为主体滤料层，8为第二级上向流生物滤池，9-1为第一承托层，9-2为第二承托层，10为出水端。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种双级深床上向流复合滤料生物滤池包括臭氧接触氧化单元2、臭氧催化氧化单元3、第一级上向流生物滤池4、第二级上向流生物滤池8、充氧单元6、复合滤料层5、主体滤料层7、第一承托层9-1和第二承托层9-2；

在臭氧接触氧化单元2的上端设有进水端1，臭氧接触氧化单元2的下端与臭氧催化氧化单元3的下端相连通，臭氧催化氧化单元3的上端与第一级上向流生物滤池4的底端相连通，第一级上向流生物滤池4的上端与充氧单元6的顶端相连通，充氧单元6的下端与二级上向流生物滤池8的底端相连通；

在第一级上向流生物滤池4的底部设有第一承托层9-1，第一承托层9-1的上方设有复合滤料层5；

在第二级上向流生物滤池8的上端设有出水端10；在第二级上向流生物滤池8的底部设有第二承托层9-2，第二承托层9-2的上方设有主体滤料层7。

本实施方式的原理和优点：

一、本实施方式一种双级深床上向流复合滤料生物滤池解决了低温高氨氮重污染的问题；以往的国内外诸多研究认为，低温(4℃以下)高氨氮原水的处理是难以克服的，也是困扰供水行业工作者、国内外专家、学者的重大难题；本实施方式所提出的双级深床上向流复合滤料生物滤池中复合滤料的选择和设计解决了这一难题，实现了质的飞跃，是生物滤池深度处理工艺中的巨大进步，实现了低温(4℃以下)高氨氮原水的高效去除；其处理低温高氨氮受污染水的方法为：催化臭氧氧化工艺与双级深床上向流复合滤料生物滤池有机结合，具体涉及到臭氧投加量的确定、催化剂的选择、复合滤料层5的选择和配比、主体滤料层7的选择、以及双级深床的设计模式、过滤速度的选择等；该工艺培养和富集出了低温水氨氧化细菌，并且在中试研究中得到确认，其处理效果得到东北某水质检测中心的确认和证实；

二、本实施方式也可以用于应对突发性水质变化，提高本实施方式抗污染物冲击负荷的能力；其原理为第一级上向流生物滤池4和第二级上向流生物滤池8可以用于吸附缓冲进水中的氨氮，形成富氨氮的环境，促进生物生长；其次吸附的过饱和的氨氮后，在进水氨氮浓度波动性降低时，可以逐步解吸，然后均匀释放至后续生物滤池，实现了后续生物单元的高底物浓度稳定性和生物的稳定性；在生物处理区域，氨氮逐步被生物降解，转化为亚硝酸盐和硝酸盐，同时伴有异养硝化菌的氨氧化作用和好氧脱氮菌的脱氮作用，进入后续生物滤池(第一级上向流生物滤池4内、第二级上向流生物滤池8)的氨氮浓度趋于稳定，有利于后续生物活性炭微生物活性和生物量的稳定，有利于保障生物滤池系统对氨氮的去除率，确保出水水质；

三、本实施方式上向流生物滤池与前端臭氧催化氧化工艺相结合，经臭氧催化氧化后，滤池进水中污染物的可生化性得到提高，进水中溶解氧浓度也得到提高，改善了生物滤池的营养环境和各生物相间对溶解氧的竞争关系，促使低温条件下生物相的复杂稳定、生物量和生物活性提高，从而保障了低温时期的供水安全；

四、本实施方式涉及的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及其处理低温高氨氮受污染水的方法的特殊的滤层设计及工作状态，具有化学氧化、吸附、生物氧化和均匀布水多层滤料流态化工作状态，主体滤料层7的膨胀率为40％～75％，复合滤料层5的膨胀率小于5％，滤池水头阻力小，使溶解氧、底物、微生物等均匀分布，不易出现滤料板结问题，基本实现了生物滤料的免反冲洗，使生物滤料层最大限度地发挥作用；

五、本实施方式生物滤池显著地解决了传统石英砂-活性炭生物滤池对氨氮等污染浓度突然升高缓冲能力极其微弱、低温(4℃以下)季节处理氨氮的能力极其低下、低温季节基本无法启动或无法成熟稳定运行、贫营养环境下挂膜困难启动慢等问题；该实施方式所提出的“一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及利用其处理低温高氨氮受污染水的方法”为低温(4℃以下)时期生物滤池强化除氨氮提供了一个经济有效的方法；

六、使用本实施方式处理后的低温高氨氮受污染水中氨氮浓度低于0.5毫克/升，并且出水水质稳定，满足生活饮用水卫生标准要求。

本实施方式适用于处理低温高氨氮受污染水。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的复合滤料层5中的填料为沸石和活性炭的混合物；所述的复合滤料层5中的填料的粒径为0.5mm～4.0mm；所述的复合滤料层5的厚度为0.1m～4m；所述的复合滤料层5的膨胀率小于5％。其他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的不同点是：所述的复合滤料层5中沸石的质量分数为1％～99％。其他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的不同点是：所述的主体滤料层7中的填料为无烟煤、轻质陶粒或活性炭。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是：所述的主体滤料层7中的填料粒径为0.1mm～4.5mm；所述的主体滤料层7的厚度为0.1m～4m；所述的主体滤料层7的膨胀率为40％～75％。其他与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五的不同点是：所述的充氧单元6的充氧工艺为气浮工艺充氧、跌水充氧、空气源曝气充氧或纯氧气源曝气充氧中的一种或其中几种的组合。其他与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是：所述的第一承托层9-1和第二承托层9-2的材质均为鹅卵石；所述的第一承托层9-1和第二承托层9-2的厚度均为0.3m～0.4m。其他与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七的不同点是：所述的第一级上向流生物滤池4和第二级上向流生物滤池8均采用上向流模式。其他与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八的不同点是：所述的第一级上向流生物滤池4和第二级上向流生物滤池8的底端均设有气、水反冲洗装置。其他与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式是利用一种双级深床上向流复合滤料生物滤池处理低温高氨氮受污染水的方法是按以下步骤完成的：

一、将低温高氨氮受污染水通过进水端1引入到臭氧接触氧化单元2中进行臭氧接触氧化，与臭氧接触氧化时间为10min～22min，得到经过臭氧接触氧化单元2处理后的低温高氨氮受污染水；

步骤一中所述的低温高氨氮受污染水中氨氮浓度为1.1mg/L～1.8mg/L，水温为1℃～2℃；

二、将经过臭氧接触氧化单元2处理后的低温高氨氮受污染水引入到臭氧催化氧化单元3中，向经过臭氧接触氧化单元2处理后的低温高氨氮受污染水中投加臭氧，臭氧投加量为1.5mg/L～1.6mg/L，在臭氧催化氧化单元3中的停留时间为1min～15min，得到溶解氧含量为25毫克/升～35毫克/升的低温高氨氮受污染水；

步骤二中所述的臭氧催化氧化单元3中采用蜂窝陶瓷非均相催化剂和紫外光催化串联工艺，其中蜂窝陶瓷非均相催化剂的厚度为200mm～800mm，催化接触时间为10s～90s；紫外光照射强度为0.2w/cm²～5w/cm²，紫外光照射时间为10s～40s；

三、将催化氧化后的低温高氨氮受污染水引入到第一级上向流生物滤池4中，在第一级上向流生物滤池4中停留8min～40min，得到第一级上向流生物滤池4处理后的低温高氨氮受污染水；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池4中底部的第一承托层9-1的材质为鹅卵石；厚度为0.3m～0.4m；第一承托层9-1上部的复合滤料层5中填料为沸石和活性炭的混合物；所述的复合滤料层5中沸石的质量分数为1％～99％；所述的复合滤料层5的厚度为0.1m～4m；所述的复合滤料层5中的填料粒径分布为0.5mm～4.0mm；所述的复合滤料层5的膨胀率小于5％；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池4采用上向流模式；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池4的进水速度为10m/h～14m/h；

四、将第一级上向流生物滤池4处理后的低温高氨氮受污染水引入到充氧单元6中进行充氧，得到氧气含量为8.0毫克/升～16.0毫克/升的低温高氨氮受污染水；

步骤四中所述的充氧单元6的充氧工艺为气浮工艺充氧、跌水充氧、空气源曝气充氧或纯氧气源曝气充氧中的一种或其中几种的组合；

五、将氧气含量为8.0毫克/升～16.0毫克/升的低温高氨氮受污染水引入到第二级上向流生物滤池8中，在第二级上向流生物滤池8中停留8min～40min，得到去除污染物的水，去除污染物的水通过出水端10进行外供；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池8底部的第二承托层9-2的材质为鹅卵石；厚度为0.4m；第二承托层9-2上部的主体滤料层7中填料为无烟煤、轻质陶粒或活性炭；所述的主体滤料层7的厚度为0.1m～4m；所述的主体滤料层7中的填料粒径为0.1mm～4.5mm；所述的主体滤料层7的膨胀率为40％～75％；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池8采用上向流模式；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池8的进水速度为10m/h～14m/h。

本实施方式的原理和优点：

一、本实施方式一种双级深床上向流复合滤料生物滤池解决了低温高氨氮重污染的问题；以往的国内外诸多研究认为，低温(4℃以下)高氨氮原水的处理是难以克服的，也是困扰供水行业工作者、国内外专家、学者的重大难题；本实施方式所提出的双级深床上向流复合滤料生物滤池中复合滤料的选择和设计解决了这一难题，实现了质的飞跃，是生物滤池深度处理工艺中的巨大进步，实现了低温(4℃以下)高氨氮原水的高效去除；其处理低温高氨氮受污染水的方法为：催化臭氧氧化工艺与双级深床上向流复合滤料生物滤池有机结合，具体涉及到臭氧投加量的确定、催化剂的选择、复合滤料层5的选择和配比、主体滤料层7的选择、以及双级深床的设计模式、过滤速度的选择等；该工艺培养和富集出了低温水氨氧化细菌，并且在中试研究中得到确认，其处理效果得到东北某水质检测中心的确认和证实；

二、本实施方式也可以用于应对突发性水质变化，提高本实施方式抗污染物冲击负荷的能力；其原理为第一级上向流生物滤池4和第二级上向流生物滤池8可以用于吸附缓冲进水中的氨氮，形成富氨氮的环境，促进生物生长；其次吸附的过饱和的氨氮后，在进水氨氮浓度波动性降低时，可以逐步解吸，然后均匀释放至后续生物滤池，实现了后续生物单元的高底物浓度稳定性和生物的稳定性；在生物处理区域，氨氮逐步被生物降解，转化为亚硝酸盐和硝酸盐，同时伴有异养硝化菌的氨氧化作用和好氧脱氮菌的脱氮作用，进入后续生物滤池(第一级上向流生物滤池4内、第二级上向流生物滤池8)的氨氮浓度趋于稳定，有利于后续生物活性炭微生物活性和生物量的稳定，有利于保障生物滤池系统对氨氮的去除率，确保出水水质；

三、本实施方式上向流生物滤池与前端臭氧催化氧化工艺相结合，经臭氧催化氧化后，滤池进水中污染物的可生化性得到提高，进水中溶解氧浓度也得到提高，改善了生物滤池的营养环境和各生物相间对溶解氧的竞争关系，促使低温条件下生物相的复杂稳定、生物量和生物活性提高，从而保障了低温时期的供水安全；

四、本实施方式涉及的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及其处理低温高氨氮受污染水的方法的特殊的滤层设计及工作状态，具有化学氧化、吸附、生物氧化和均匀布水多层滤料流态化工作状态，主体滤料层7的膨胀率为40％～75％，复合滤料层5的膨胀率小于5％，滤池水头阻力小，使溶解氧、底物、微生物等均匀分布，不易出现滤料板结问题，基本实现了生物滤料的免反冲洗，使生物滤料层最大限度地发挥作用；

五、本实施方式生物滤池显著地解决了传统石英砂-活性炭生物滤池对氨氮等污染浓度突然升高缓冲能力极其微弱、低温(4℃以下)季节处理氨氮的能力极其低下、低温季节基本无法启动或无法成熟稳定运行、贫营养环境下挂膜困难启动慢等问题；该实施方式所提出的“一种双级深床上向流复合滤料生物滤池及利用其处理低温高氨氮受污染水的方法”为低温(4℃以下)时期生物滤池强化除氨氮提供了一个经济有效的方法。

六、使用本实施方式处理后的低温高氨氮受污染水中氨氮浓度低于0.5毫克/升，并且出水水质稳定，满足生活饮用水卫生标准要求。

本实施方式适用于处理低温高氨氮受污染水。

采用以下试验验证本发明的优点：

试验一：一种双级深床上向流复合滤料生物滤池包括臭氧接触氧化单元2、臭氧催化氧化单元3、第一级上向流生物滤池4、第二级上向流生物滤池8、充氧单元6、复合滤料层5、主体滤料层7、第一承托层9-1和第二承托层9-2；

在臭氧接触氧化单元2的上端设有进水端1，臭氧接触氧化单元2的下端与臭氧催化氧化单元3的下端相连通，臭氧催化氧化单元3的上端与第一级上向流生物滤池4的底端相连通，第一级上向流生物滤池4的上端与充氧单元6的顶端相连通，充氧单元6的下端与二级上向流生物滤池8的底端相连通；

在第一级上向流生物滤池4的底部设有第一承托层9-1，第一承托层9-1的上方设有复合滤料层5；

在第二级上向流生物滤池8的上端设有出水端10；在第二级上向流生物滤池8的底部设有第二承托层9-2，第二承托层9-2的上方设有主体滤料层7。

利用一种双级深床上向流复合滤料生物滤池处理低温高氨氮受污染水的方法，是按以下步骤完成的：

一、将低温高氨氮受污染水通过进水端1引入到臭氧接触氧化单元2中进行臭氧接触氧化，与臭氧接触氧化时间为15min，得到经过臭氧接触氧化单元2处理后的低温高氨氮受污染水；

步骤一中所述的低温高氨氮受污染水中氨氮浓度为1.1mg/L～1.8mg/L，水温为1.8℃；

二、将经过臭氧接触氧化单元2处理后的低温高氨氮受污染水引入到臭氧催化氧化单元3中，向经过臭氧接触氧化单元2处理后的低温高氨氮受污染水中投加臭氧，臭氧投加量为1.53mg/L，在臭氧催化氧化单元3中的停留时间为8min，得到溶解氧含量为30毫克/升的低温高氨氮受污染水；

步骤二中所述的臭氧催化氧化单元3中采用蜂窝陶瓷非均相催化剂和紫外光催化串联工艺，其中蜂窝陶瓷非均相催化剂的厚度为500mm，催化接触时间为50s；紫外光照射强度为3w/cm²，紫外光照射时间为30s；

三、将催化氧化后的低温高氨氮受污染水引入到第一级上向流生物滤池4中，在第一级上向流生物滤池4中停留30min，得到第一级上向流生物滤池4处理后的低温高氨氮受污染水；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池4中底部的第一承托层9-1的材质为鹅卵石；厚度为0.4m；第一承托层9-1上部的复合滤料层5中填料为沸石和活性炭的混合物；所述的复合滤料层5中沸石的质量分数为80％；所述的复合滤料层5的厚度为3m；所述的复合滤料层5中的填料粒径分布为2mm～4.0mm；所述的复合滤料层5的膨胀率为3％；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池4采用上向流模式；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池4的进水速度为12m/h；

四、将第一级上向流生物滤池4处理后的低温高氨氮受污染水引入到充氧单元6中进行充氧，得到氧气含量为12.0毫克/升的低温高氨氮受污染水；

步骤四中所述的充氧单元6的充氧工艺为跌水充氧；

五、将氧气含量为12.0毫克/升的低温高氨氮受污染水引入到第二级上向流生物滤池8中，在第二级上向流生物滤池8中停留20min，得到去除污染物的水，去除污染物的水通过出水端10进行外供；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池8底部的第二承托层9-2的材质为鹅卵石；厚度为0.4m；第二承托层9-2上部的主体滤料层7中填料为活性炭；所述的主体滤料层7的厚度为3m；所述的主体滤料层7中的填料粒径为0.12mm～1.5mm；所述的主体滤料层7的膨胀率为50％；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池8采用上向流模式；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池8的进水速度为12m/h。

试验一中通过出水端10进行外供的去除污染物的出水氨氮浓度低于0.5毫克/升，并且出水水质稳定，满足生活饮用水卫生标准要求；试验一中进水和出水的氨氮浓度如表1所示。

表1

Claims (10)

1.一种双级深床上向流复合滤料生物滤池，其特征在于一种双级深床上向流复合滤料生物滤池包括臭氧接触氧化单元(2)、臭氧催化氧化单元(3)、第一级上向流生物滤池(4)、第二级上向流生物滤池(8)、充氧单元(6)、复合滤料层(5)、主体滤料层(7)、第一承托层(9-1)和第二承托层(9-2)；

在臭氧接触氧化单元(2)的上端设有进水端(1)，臭氧接触氧化单元(2)的下端与臭氧催化氧化单元(3)的下端相连通，臭氧催化氧化单元(3)的上端与第一级上向流生物滤池(4)的底端相连通，第一级上向流生物滤池(4)的上端与充氧单元(6)的顶端相连通，充氧单元(6)的下端与二级上向流生物滤池(8)的底端相连通；

在第一级上向流生物滤池(4)的底部设有第一承托层(9-1)，第一承托层(9-1)的上方设有复合滤料层(5)；

在第二级上向流生物滤池(8)的上端设有出水端(10)；在第二级上向流生物滤池(8)的底部设有第二承托层(9-2)，第二承托层(9-2)的上方设有主体滤料层(7)。

2.根据权利要求1所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池，其特征在于所述的复合滤料层(5)中的填料为沸石和活性炭的混合物；所述的复合滤料层(5)中的填料的粒径为0.5mm～4.0mm；所述的复合滤料层(5)的厚度为0.1m～4m；所述的复合滤料层(5)的膨胀率小于5％。

3.根据权利要求1或2所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池，其特征在于所述的复合滤料层(5)中沸石的质量分数为1％～99％。

4.根据权利要求1所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池，其特征在于所述的主体滤料层(7)中的填料为无烟煤、轻质陶粒或活性炭。

5.根据权利要求1或4所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池，其特征在于所述的主体滤料层(7)中的填料粒径为0.1mm～4.5mm；所述的主体滤料层(7)的厚度为0.1m～4m；所述的主体滤料层(7)的膨胀率为40％～75％。

6.根据权利要求1所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池，其特征在于所述的充氧单元(6)的充氧工艺为气浮工艺充氧、跌水充氧、空气源曝气充氧或纯氧气源曝气充氧中的一种或其中几种的组合。

7.根据权利要求1所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池，其特征在于所述的第一承托层(9-1)和第二承托层(9-2)的材质均为鹅卵石；所述的第一承托层(9-1)和第二承托层(9-2)的厚度均为0.3m～0.4m。

8.根据权利要求1所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池，其特征在于所述的第一级上向流生物滤池(4)和第二级上向流生物滤池(8)均采用上向流模式。

9.根据权利要求1所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池，其特征在于所述的第一级上向流生物滤池(4)和第二级上向流生物滤池(8)的底端均设有气、水反冲洗装置。

10.利用权利要求1所述的一种双级深床上向流复合滤料生物滤池处理低温高氨氮受污染水的方法，其特征在于利用一种双级深床上向流复合滤料生物滤池处理低温高氨氮受污染水的方法是按以下步骤完成的：

一、将低温高氨氮受污染水通过进水端(1)引入到臭氧接触氧化单元(2)中进行臭氧接触氧化，与臭氧接触氧化时间为10min～22min，得到经过臭氧接触氧化单元(2)处理后的低温高氨氮受污染水；

步骤一中所述的低温高氨氮受污染水中氨氮浓度为1.1mg/L～1.8mg/L，水温为1℃～2℃；

二、将经过臭氧接触氧化单元(2)处理后的低温高氨氮受污染水引入到臭氧催化氧化单元(3)中，向经过臭氧接触氧化单元(2)处理后的低温高氨氮受污染水中投加臭氧，臭氧投加量为1.5mg/L～1.6mg/L，在臭氧催化氧化单元(3)中的停留时间为1min～15min，得到溶解氧含量为25毫克/升～35毫克/升的低温高氨氮受污染水；

步骤二中所述的臭氧催化氧化单元(3)中采用蜂窝陶瓷非均相催化剂和紫外光催化串联工艺，其中蜂窝陶瓷非均相催化剂的厚度为200mm～800mm，催化接触时间为10s～90s；紫外光照射强度为0.2w/cm²～5w/cm²，紫外光照射时间为10s～40s；

三、将催化氧化后的低温高氨氮受污染水引入到第一级上向流生物滤池(4)中，在第一级上向流生物滤池(4)中停留8min～40min，得到第一级上向流生物滤池(4)处理后的低温高氨氮受污染水；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池(4)中底部的第一承托层(9-1)的材质为鹅卵石；厚度为0.3m～0.4m；第一承托层(9-1)上部的复合滤料层(5)中填料为沸石和活性炭的混合物；所述的复合滤料层(5)中沸石的质量分数为1％～99％；所述的复合滤料层(5)的厚度为0.1m～4m；所述的复合滤料层(5)中的填料粒径分布为0.5mm～4.0mm；所述的复合滤料层(5)的膨胀率小于5％；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池(4)采用上向流模式；

步骤三中所述的第一级上向流生物滤池(4)的进水速度为10m/h～14m/h；

四、将第一级上向流生物滤池(4)处理后的低温高氨氮受污染水引入到充氧单元(6)中进行充氧，得到氧气含量为8.0毫克/升～16.0毫克/升的低温高氨氮受污染水；

步骤四中所述的充氧单元(6)的充氧工艺为气浮工艺充氧、跌水充氧、空气源曝气充氧或纯氧气源曝气充氧中的一种或其中几种的组合；

五、将氧气含量为8.0毫克/升～16.0毫克/升的低温高氨氮受污染水引入到第二级上向流生物滤池(8)中，在第二级上向流生物滤池(8)中停留8min～40min，得到去除污染物的水，去除污染物的水通过出水端(10)进行外供；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池(8)底部的第二承托层(9-2)的材质为鹅卵石；厚度为0.4m；第二承托层(9-2)上部的主体滤料层(7)中填料为无烟煤、轻质陶粒或活性炭；所述的主体滤料层(7)的厚度为0.1m～4m；所述的主体滤料层(7)中的填料粒径为0.1mm～4.5mm；所述的主体滤料层(7)的膨胀率为40％～75％；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池(8)采用上向流模式；

步骤五中所述的第二级上向流生物滤池(8)的进水速度为10m/h～14m/h。