CN105000760B - 一种同步脱氮除磷及去除悬浮物工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步脱氮除磷及去除悬浮物工艺，在过滤过程，原水在重力作用下向下过滤，依次通过生物滤料层、精细过滤层、承托层和滤头，并由底部排出；驱氮过程中关闭进水，降低液位，再将反冲洗水经由滤头进行配水后向上进入生物滤料层，驱除滤料内累积的氮气气泡；反冲洗过程，由滤头进行均匀配气与配水后进入生物滤料层，清洗生物滤池，本发明具有水力负荷大、占地面积小、脱氮除磷效果好、悬浮物去除效果好、出水水质佳和运行维护简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，特别是一种适用于污水深度处理的同步脱氮、除磷及去除悬浮物的工艺。
背景技术
典型的污水水质一般包括有机物、氮、磷以及悬浮物。随着环保规范和标准的日益提高，在将处理水回用或排入环境水体前，必须要对水体中的氮、磷和悬浮物进行有效去除，尤其是为避免排入环境水体的处理水含氮磷过高造成水体富营养化，污水处理排放标准中已经对氮磷含量加以严格限制。
在去除悬浮物和磷方面，V型滤池具有良好的处理效果。V型滤池是一种砂滤过滤工艺，由法国得利满公司开发，于1994年在法国申请了专利(V型滤池)，并在给水和污水深度处理中得到广泛应用，对水体中的磷和悬浮物具有良好的处理效果。V型滤池有着良好的SS过滤效果，技术成熟，但无法直接用于总氮特别是硝态氮的去除。
在脱氮方面，DN反硝化滤池是由法国得利满公司开发的重质滤料生物滤池，在国内已得到业界普遍认可，具有占地面积小、脱氮负荷高、抗冲击能力强的技术特色。DN反硝化滤池在脱氮方面表现优异，但出水磷和悬浮物的浓度较高，在污水排放标准更要严格(如TP<0.5mg/L,SS<5mg/L)的区域，则无法有效满足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，结合V型滤池和DN反硝化滤池的技术特点，通过改进V型滤池的现有工艺，提供了一种同步脱氮、除磷及去除悬浮物的水处理工艺，它具有水力负荷大、占地面积小、出水水质佳的优点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种同步脱氮除磷及去除悬浮物工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、过滤过程，原水通过V型进水分配渠进入滤池，在重力作用下向下过滤，依次通过生物滤料层、精细过滤层、承托层和滤头，并由底部排出；
步骤二、驱氮过程，关闭进水，保持滤后出水调节阀开启至液位降低一定高度后关闭，再将反冲洗水经由反冲洗进水管进入滤池底部配水区，由滤头进行配水后向上进入生物滤料层，驱除滤料内累积的氮气气泡；
步骤三、反冲洗过程，反冲洗空气首先经由反冲洗进气管进入滤池底部，形成一个气垫层；然后反冲洗水再经由反冲洗进水管进入滤池底部配水区，由滤头进行均匀配气与配水后进入生物滤料层，清洗生物滤池，反冲洗废水到一定程度后经生物滤池顶部的反冲洗废水排水槽至废水管后排出。
进一步地，生物滤料层使用高比面积的陶料生物滤料，其多孔性结构附着大量微生物，去除水中的硝态氮，截留进水中的悬浮物；同时在混凝剂的作用下，去除进水中的磷酸盐以及悬浮物。
进一步地，生物滤料层的粒径大于下部精细过滤层的粒径，但密度相反，上部滤料粒径较大，以生物脱氮为主，并截留大颗粒的悬浮物。下部滤料粒径较小，进一步截留细小悬浮物、获得更好的出水水质。上层生物滤料和下层石英砂滤料粒径匹配，在反冲洗时均可达到一定的膨胀率和部分流化状态，反冲洗结束后恢复清晰的上下滤层分层。
进一步地，原水处理后通过出水调节阀排出，过滤过程中的滤池的水位由出水调节阀控制，采用Regulazur III控制模式，保持过滤水位基本恒定。
进一步地，原水过程中需要外加碳源，外加碳源作为电子供体，促成硝态氮的去除，硝态氮以N2的形式排出。
进一步地，碳源为甲醇、乙醇、乙酸或乙酸钠。
进一步地，原水过程中需要外加混凝剂，去除水中的磷酸盐以及悬浮物。
进一步地，驱氮过程中将水位下降到接近滤料表面后，利用反冲洗水去除氮气，用时短且无需废水排出。
进一步地，生物滤池在反洗时仍保持V型进水分配渠进水，通过原水进水的表面辅助扫洗可加速将滤料中反洗到水面的生物膜和悬浮物迅速通过反冲洗废水管排走，缩短反洗时间并节约水量，反冲洗废水渠顶部的楔形缓冲出水堰，避免滤料流失。
本发明的有益效果：
1、处理滤速高，水力负荷大，占地面积小；
2、通过调节运行参数和反洗周期，可以适应不同的水质水量，抗冲击能力强；
4、脱氮效果良好，出水总氮可低于3mg/L；
5、除磷效果良好，出水总磷可低于0.3mg/L；
6、悬浮物去除效果良好，出水SS可低于5mg/L；
7、反冲洗水耗、能耗低，具有节水节能的特点。
附图说明
图1滤池正常过滤示意图
图2滤池反冲洗示意图
11-陶粒生物滤料；12-石英砂滤料；13-砾石承托层；14-滤头；20-V型进水和扫洗水渠；21-碳源；22-混凝剂；23-出水调节阀；30-反冲洗进水管；31-反冲洗进气管；32-气垫层；33-反冲洗废水管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中是一种下向流生物滤池，应用于污水处理。更加具体地，本发明是一种依靠重力过滤的下向流系统，使用一种重质滤料，滤床全部浸没在水中，同时达到有效的脱氮、除磷和去除悬浮物的功能。这种生物滤池工艺可被视为深度处理，用在污水二级处理之后。
在图1、图2所示实施例中，一个单体V型生物滤池由以下构件组成：一个矩形水槽，V型进水和扫洗水渠位于水槽两侧顶部，原水由此接入。反冲洗废水槽位于滤池中间，安装有反冲洗废水管33，反冲洗废水由此排出。具有生物净化功能的微生物大量附集于滤料11和12上。承托层13下为整体滤板，安装于其上的滤头14可以保证生物滤池配水配气均匀，滤板及其上滤头具有良好密封性，滤板下是反冲洗气水分配室。反冲洗废水槽下是反冲洗气水分配槽，反冲洗进水管30、反冲洗进气管31和滤后出水调节阀23由此接入。处理水由出水调节阀23排出，反冲洗废水经排水堰至反冲洗废水管33后排出。
具体的水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、过滤过程，原水通过V型进水分配渠进入滤池，在重力作用下向下过滤，依次通过生物滤料层、精细过滤层、承托层和滤头，并由底部排出；
步骤二、驱氮过程，关闭进水，保持滤后出水调节阀开启至液位降低一定高度后关闭，再将反冲洗水经由反冲洗进水管进入滤池底部配水区，由滤头进行配水后向上进入生物滤料层，驱除滤料内累积的氮气气泡；
步骤三、反冲洗过程，反冲洗空气首先经由反冲洗进气管进入滤池底部，形成一个气垫层；然后反冲洗水再经由反冲洗进水管进入滤池底部配水区，由滤头进行均匀配气与配水后进入生物滤料层，清洗生物滤池，反冲洗废水到一定程度后经生物滤池顶部的反冲洗废水排水槽至废水管后排出。
首先，生物滤池系统接收等待被处理的废水，通过V型进水和扫洗水渠20进入，处理完成后出水通过出水调节阀23排出。该系统内使用一种高比表面积的陶粒生物滤料11，有助于微生物的附着和生长。高比表面积滤料，如DN反硝化滤池使用的BIOLITETM粘土滤料，会被使用。BIOLITETM粘土滤料特有的多孔性结构有助于微生物的附着，滤料直径范围为1mm～5mm。
高比表面积的陶粒生物滤料11可寄居大量微生物，在适当的环境下(投加碳源21)，去除进水中的硝态氮(NO3-N和NO2-N)，并截留进水中的悬浮物；同时在混凝剂22的帮助下，协助去除进水中的磷酸盐(PO4-P)以及悬浮物。
除陶粒生物滤料层11外，该生物滤池系统同时还可在滤料层11下部放置石英砂滤料12，起进一步精密过滤的作用；石英砂滤料下部为砾石承托层13，用来支撑滤料层12和11，并防止滤料12或11堵塞滤头14。砾石承托层13可由不同级配的砾石构成。更加具体地，该级配砾石的尺寸在8mm～40mm之间。
上层生物滤料11的粒径大于下部石英砂12的粒径，但密度相反，这样有利于发挥各自的优势，上部滤料11粒径较大，以生物脱氮为主，并截留大颗粒的悬浮物。下部滤料12粒径较小，主要是起进一步截留细小悬浮物、获得更好的出水水质。上层生物滤料和下层石英砂滤料粒径匹配，在反冲洗时均可达到一定的膨胀率和部分流化状态，反冲洗结束后恢复清晰的分层11和12。
进水(以污水厂二沉池出水为例)从生物滤池系统的顶部进入，流经滤料层11、12和砾石层13后，再经滤头14，最终从底部处理出水调节阀23排出。
过滤过程中滤池中的水位由出水调节阀控制，采用Regulazur III控制模式，可使过滤水位基本恒定，这样既可保证出水水质稳定，又可基本没有进水落差从而减少碳源的消耗。
为了让微生物更好的附着在滤料11上以有效去除进水中的硝态氮，大部分情况下需要外加碳源21。不同种类的碳源均可被使用，如甲醇、乙醇、乙酸或乙酸钠。运行过程中，微生物会利用进水中的硝态氮作为电子受体，同时消耗外加碳源。由于在生物滤池系统中维持了特定的反硝化环境，滤料11上附着的微生物会消耗掉进水中的硝态氮，从而处理出水的DO一般低于0.5mg/L。外加碳源21会作为电子供体，促成硝态氮的去除，最终硝态氮会以N2的形式排出。
进一步优化设计，为保证该下向流系统的连续运行，必须定期运行驱氮程序，也即通过反冲洗水去除反硝化过程中积累在滤床内的氮气气泡，这有助于延长过滤周期和保证系统的平稳运行。驱氮程序是通过在过滤过程中停止进水，但继续过滤(出水调节阀23仍处于开启状态)，水位下降到接近滤料表面后，利用反冲洗进水去除氮气，这样用时很短也无废水排出。
在生物滤池系统运行过程中，进水中的悬浮物会首先被滤料吸附截留住。随着时间的推移，悬浮物会在系统内累积，造成水头损失，甚至于滤床穿透，造成处理出水悬浮物浓度恶化，因而必须及时移除截留的悬浮物。相应地，生物滤池系统包含了反冲洗进水用以协助悬浮物的去除。
反冲洗水通过反冲洗进水管30向上通过滤床，会造成滤床一定程度的膨胀并呈现流化状态，这种膨胀和流化状态可以让被截留的悬浮物洗脱并冲出。反冲洗产生的废水将通过反冲洗废水管33排出。
然而，单独的水反洗很难充分的将滤料截留的悬浮物冲洗干净，必须结合气洗，通过反冲洗进气管31引入。反冲洗进气会首先在滤板下形成气垫层32，再通过滤头均匀分配向上流入，较大流速的反洗空气可以增加滤床内的湍流度，释放被截留的悬浮物，并将滤料上附着的微生物剥离。通过定期的反冲洗，可以去除过量的微生物和被截留的悬浮物，保证系统的正常稳定运行。
V型生物滤池在反洗时仍保持V型槽进水，这样通过原水进水的表面辅助扫洗可加速将滤料中反洗到水面的生物膜和悬浮物迅速通过反冲洗废水管33排走，大大缩短了反洗时间并节约了水量。反冲洗废水渠顶部的楔形缓冲出水堰，可有效避免滤料流失。
对于生物滤池的反洗程序，必须满足以下几个要求：(1)反洗后滤床整体必须已经去除了截留的悬浮物和过量的微生物；(2)同时必须保持足够的微生物用于后续工艺运行：(3)反洗过程中不能导致滤料损失(如跑料)；(4)水耗和能耗必须最小化；(5)反洗程序必须是自动启动和运行。
相应地，标准反洗程序已经被开发用于满足上述需求，同时在实际运行过程中可以根据操作经验进行优化和修改。反洗程序可以根据运行时间或预先设定的水头损失自动启动。
反洗程序的主要步骤如下：(1)降低液位以减少废水排放；(2)气洗准备(形成气垫层32并松动滤床)；(3)气洗；(4)气水联合冲洗；(5)排气；(6)水洗；(7)冲洗完成。用于反冲洗的水一般来自处理出水的清水池。所述的自动反冲洗程序和驱氮程序确保了生物滤池系统运行和维护的简单可靠。
该生物滤池工艺可以提供(1)单层圆形重质滤料，供微生物附着生长以及截留悬浮物；(2)高比表面积滤料，以确保附着微生物数量充足，区别于相同体积的其它类型滤料(如砂滤)，从而保证了较高的污染物去除率；(3)反洗时采用上向流的气洗；(4)根据具体应用需求优化而成的自动反冲洗程序。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种同步脱氮除磷及去除悬浮物工艺，结合V型滤池和Biofor DN反硝化滤池的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、过滤过程，原水通过V型进水分配渠进入滤池，在重力作用下向下过滤，依次通过生物滤料层、精细过滤层、承托层和滤头，并由底部排出；滤池中维持特定反硝化环境，原水过程中需要外加碳源，外加碳源作为电子供体，促成硝态氮的去除，硝态氮以N2的形式排出；原水过程中需要外加混凝剂，去除水中的磷酸盐以及悬浮物；
步骤二、驱氮过程，关闭进水，保持滤后出水调节阀开启至液位降低一定高度后关闭，再将反冲洗水经由反冲洗进水管进入滤池底部配水区，由滤头进行配水后向上进入生物滤料层，驱除滤料内累积的氮气气泡；驱氮过程中将水位下降到接近滤料表面后，利用反冲洗水去除氮气，用时短且无需废水排出；
步骤三、反冲洗过程，反冲洗空气首先经由反冲洗进气管进入滤池底部，形成一个气垫层；然后反冲洗水再经由反冲洗进水管进入滤池底部配水区，由滤头进行均匀配气与配水后进入生物滤料层，清洗生物滤池，反冲洗废水到一定程度后经生物滤池顶部的反冲洗废水排水槽至废水管后排出；生物滤池在反洗时仍保持V型进水分配渠进水，通过原水进水的表面辅助扫洗可加速将滤料中反洗到水面的生物膜和悬浮物迅速通过反冲洗废水管排走，缩短反洗时间并节约水量，反冲洗废水渠顶部的楔形缓冲出水堰，避免滤料流失。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，生物滤料层使用高比面积的陶料生物滤料，其多孔性结构附着大量微生物，去除水中的硝态氮，截留进水中的悬浮物；同时在混凝剂的作用下，去除进水中的磷酸盐以及悬浮物。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，生物滤料层的粒径大于下部精细过滤层的粒径，但密度相反，上部滤料粒径较大，以生物脱氮为主，并截留大颗粒的悬浮物；下部滤料粒径较小，进一步截留细小悬浮物、获得更好的出水水质；上层生物滤料和下层石英砂滤料粒径匹配，在反冲洗时均可达到一定的膨胀率和部分流化状态，反冲洗结束后恢复清晰的上下滤层分层。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，原水处理后通过出水调节阀排出，过滤过程中的滤池的水位由出水调节阀控制，采用Regulazur III控制模式，保持过滤水位基本恒定。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，碳源为甲醇、乙醇、乙酸或乙酸钠。
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