CN105384236A - 一种新型组合填料双床层曝气生物滤池装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种新型组合填料双床层曝气生物滤池装置，解决了现有生物曝气滤池生物相容性差，对氨氮脱除效率低的问题。所述曝气生物滤池采用陶粒或火山岩和沸石两种填料，形成陶粒或火山岩填料层和沸石填料层两种床层，并且能够在运行中保持稳定的床层分离。本发明的填料层中陶粒层在下，沸石填料层在陶粒层的上方。组合填料双床层的新型曝气生物滤池，可以降低投资费用，发挥二种填料各自的优势，在保证较高COD脱除效率的同时，提高对氨氮的脱除效果，为低污染的废水和微污染的水源水处理提供了一种经济有效的方法。

Description

一种新型组合填料双床层曝气生物滤池装置

技术领域

本发明属于水处理领域，具体的是涉及一种特殊曝气生物滤池装置，特别是涉及一种双介质组合填料双床层曝气生物滤池装置，提高对低污染的废水或者微污染的水源水处理过程中脱除有机污染物与氨氮的效率。

背景技术

曝气生物滤池(BiologicalAeratedFilter)简称BAF，主要应用于低浓度的污水深度处理和微污染水源水的预处理，如城市生活污水和低浓度工业污水的深度处理，给水的源水预处理等。作为一种有效的污水处理工艺，BAF以其出水效果好、运行稳定、管理方便、占地小等特点受到重视。其基本原理是以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物多级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内去除。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可实现同步硝化、反硝化，在去除有机物的同时达到脱总氮的目的。因此，BAF在污水去除有机物、硝化去氨、反硝化脱氮、除磷以及微污染水源的预处理过程中有着较好的应用前景。

曝气生物滤池处理污水过程中填料作为微生物的载体，决定了反应器内附着生长的微生物量的多少，也影响了内部传质效果。因此，填料的选择决定了污染物的去除效率、工程基建投资及运行管理、运行动力消耗等诸多方面。目前，曝气生物滤池中应用最为广泛的填料是陶粒和火山岩，少数地方也应用到沸石、瓷粒、石英砂等。这类填料的主要特点是比表面积高，易于微生物在其表面附着，具有很强的物理截留能力，并且来源广泛，价格低廉。但是在工程应用中曝气生物滤池基本上都是采用单一的填料，导致曝气生物滤池的功能相对比较单一，不能高效地对多种目标污染物进行脱除。如何利用曝气生物滤池，同时高效脱除有机污染物——化学需氧量（COD）和氨氮（NH₄ ⁺-N）这两种常见的污染物成为重要的研究课题。例如，应用最广泛的普通陶粒或火山岩填料的曝气生物滤池有良好的脱除COD的能力，但是其脱NH₄ ⁺-N能力有限，一般情况下废水在经过曝气生物滤池处理后NH₄ ⁺-N仍有可能超标。少数地方也采用不同组合填料曝气生物滤池，例如CN103848496A中提出采用石英砂和陶粒两种填料，复合填装曝气生物滤池，其原理是利用石英砂的粒度较小，因此可以提高填料层的机械过滤作用，对出水SS的脱除起到促进效果。但是，该种曝气生物滤池在脱除NH₄ ⁺-N的性能上没有得到提升。专利，CN102502952A提出一种碳砂滤池，其主要功能是在砂滤池的基础上，利用活性炭的吸附NH₄ ⁺-N的作用，降低废水中的NH₄ ⁺-N浓度。但是活性炭价格昂贵，是普通陶粒的10倍以上，而且存在吸附饱和后再生的问题，从经济性上制约了其应用的价值。

因此，面对当今的污水提标改造要求，迫切需要一种既能高效脱除COD，又能有效脱除废水中NH₄ ⁺-N，而且能保证投资费用低廉，占地面积小，运行费用低的新型曝气生物滤池。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有曝气生物滤池的不足，针对同时脱除废水中的COD和NH₄ ⁺-N的目标，提出一种采用组合填料双床层的新型曝气生物滤池，其填料层主要是包含陶粒填料层或火山岩填料层和沸石填料层。二者有机结合，在运行条件上进行合理控制，可以保证运行过程中二者床层分层明显，微生物相相互分离，保证了微生物相的多样性，提高了对有机物COD与NH₄ ⁺-N的处理效率。

根据本发明的第一方面，新型组合填料双床层曝气生物滤池的填料层包括沸石填料层和陶粒或火山岩填料层，沸石填料层在上部，陶粒或火山岩填料层在下部，双床层下面有鹅卵石铺成的填料承托层。

根据本发明的第二和第三方面，所述陶粒或火山岩填料层和沸石填料层的位置是沸石填料层在上，陶粒或火山岩填料层在下，其中沸石填料层高度为500mm~1500mm，陶粒层或火山岩层的高度为500mm~1500mm，总床层高度为2000~3000mm。

根据本发明的第四方面，所述陶粒或火山岩填料层中陶粒或火山岩直径为3~6mm，密度为1.2~2.1g/cm³，堆积密度为0.85~1.05g/cm³。

根据本发明的第五方面，所述沸石填料层中天然沸石的粒径为1.5~3.0mm，密度为2.0~2.3g/cm³，堆积密度为1.5~1.8g/cm³。

本发明的原理是：曝气生物滤池中的陶粒或火山岩填料具有比表面积大，易于被微生物附着的特点，其表面主要负载着的好氧条件下形成的微生物膜，除异养菌外还包括自养型的硝化细菌和亚硝化细菌。但是由于床层单一，异养菌和自养菌生活区域相同，存在着竞争关系，生物相相容性差，因此微生物菌群多样性受到限制，不利于脱除NH₄ ⁺-N的自养菌的同时生长。在新型组合填料双床层曝气生物滤池中，由于有机物COD在曝气生物滤池的下部，已被陶粒或火山岩为介质的床层大部分脱除，沸石填料层作为曝气生物滤池的上部填料层，一方面可以利用沸石对氨氮的吸附交换性能脱除NH₄ ⁺-N；另一方面由于吸附的NH₄ ⁺-N使得沸石表面可以富集硝化细菌，减少了COD对硝化菌的影响，利用其硝化作用来脱除NH₃-N，达到稳定高效去除氨氮、亚硝态氮的效果。沸石表面富集的硝化细菌群，可以将吸附的过量NH₄ ⁺-N转化为硝酸盐氮，从而空出吸附位，达到原位再生的目的，使得沸石的脱氨氮效果得到持续保证。分别用陶粒或火山岩和天然沸石做为新型曝气生物滤池的填料，形成两种床层，异养型的微生物菌群在陶粒或火山岩填料层为优势菌群，自养型的微生物菌群在沸石填料层为优势菌群，两者得到分开，形成有效的COD和NH₄ ⁺-N脱除效果。由于陶粒与沸石在粒径以及密度上存在差异，因此即使经过反冲洗，陶粒与火山岩层与沸石填料层也能够很好的分离，形成清晰的分界层，保证了装置的持续，稳定的有效性。

本发明和现有BAF装置相比，具有以下优点:

1.本发明采用陶粒或火山岩与沸石组成双层填料，形成双床层BAF。既发挥了陶粒或火山岩比表面积大易于微生物在其表面生长的特点，又发挥了沸石填料层物理和生物脱氮的作用。BAF中的生物群落得到分离，生物相的多样性和相容性得到增加。两个床对污染物的处理各有侧重，形成下部陶粒或火山岩填料层脱除COD，减少了废水中COD对脱除与转化氨氮的干扰，上部沸石填料层强化脱除NH₄ ⁺-N作用。因此，新型组合填料双床层曝气生物滤池在能够高效脱除COD的同时，相比传统BAF脱除NH₄ ⁺-N的能力得到明显的提高。

2.本发明中的新型组合填料双床层BAF造价低廉。本发明在不改变原有的BAF构造的情况下，只是将填料换为二种填料。因此，在增加了污水处理效果的同时，BAF的基建费用相差不大。

3.本发明提供了一种经济有效的低污染废水和微污染水源水的处理措施。氨氮问题一直是困扰低污染废水和微污染水源水的一个重要问题。本发明中的BAF能够有效脱除废水中有机物的同时，对氨氮进行高效脱除，投资和运行费用低廉，是一种经济有效的处理装置。

附图说明

图1是组合填料双床层曝气生物滤池的结构示意图。

附中标记：1、曝气生物滤池体；2、沸石填料层；3、陶粒或火山岩填料层；4、填料承托层；5、滤板。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，但是本发明的实施方式不限于以下公开的实例，可以通过其他方式来实现。

在图1所示的实施例中，展示了根据本发明采用的新型组合填料双床层曝气生物滤池的剖面示意图。

该曝气生物滤池的池体部分从下至上依次为滤板5、填料承托层4、陶粒或火山岩填料层3、沸石填料层2、曝气生物滤池体1。

滤板5位于曝气生物滤池的下部，与池体底部相距一定距离150mm，形成水气混合缓冲区。

填料承托层4由鹅卵石组成，位于滤板5上方，厚度为150-500mm，从下到上依次堆放粒径为10~15mm和5~8mm的鹅卵石。

陶粒或火山岩填料层3在填料承托层4上方，由高度500-1500mm的陶粒或火山岩组成，陶粒或火山岩填料层中陶粒或火山岩直径为3~6mm，密度为1.2~2.1g/cm³，堆积密度为0.85~1.05g/cm³。

陶粒或火山岩填料层的上方为沸石填料层2，由高度500-1500mm的天然沸石颗粒组成，沸石填料层中天然沸石的粒径为1.5~3.0mm，密度为2.0~2.3g/cm³，堆积密度为1.5~1.8g/cm³。

填装过程中，按照上述要求进行填装，即陶粒或火山岩填料层3在下，高度为450-1550mm，沸石填料层2在上，高度为450-1550mm。

该新型组合填料双床层曝气生物滤池，能够发挥陶粒或火山岩和沸石填料各自的优点，两者有机结合，在每个床层中形成各自的优势菌群，能够有效的脱除废水中的COD和NH₄ ⁺-N。

实施案例1

采用实施案例中所述的陶粒与天然沸石两种介质作为BAF的填料。其中，下部陶粒层高度为500mm，上部沸石填料层高度为1500mm，总床层高度为2000mm，形成组合填料双床层曝气生物滤池。利用该新型组合填料双床层曝气生物滤池对某城市污水厂二沉池出水进行处理，污水在BAF内的停留时间为3h，处理结果见表1。从表1可以看到，新型组合填料双床层曝气生物滤池处理二沉池出水，COD的脱除效率达到69.6%，氨氮去除效率达到91.3%，具有高效的去除有机物和氨氮的效果。

表1

	COD（mg/L）	NH4 +-N(mg/L)
			原水	160.3	16.52
处理后	48.6	1.43

实施案例2

采用实施案例中所述的陶粒与天然沸石两种介质作为BAF的填料。其中，下部陶粒层高度为1500mm，上部沸石填料层高度为500mm，总床层高度为2000mm，形成组合填料双床层曝气生物滤池。利用该新型组合填料双床层曝气生物滤池对某城市污水厂二沉池出水进行处理，污水在BAF内的停留时间为3h，处理结果见表2。从表2可以看到，新型组合填料双床层曝气生物滤池处理二沉池出水，COD的脱除效率达到61.2%，氨氮去除效率达到91.8%，具有高效的去除有机物和氨氮的效果。

表2

	COD（mg/L）	NH4 +-N(mg/L)
			原水	92.3	18.82
处理后	35.8	1.54

实施案例3

采用实施案例中所述的火山岩与天然沸石两种介质作为BAF的填料。其中，下部火山岩层高度为500mm，上部沸石填料层高度为1500mm，总床层高度为2000mm，形成组合填料双床层曝气生物滤池。利用该新型组合填料双床层曝气生物滤池对某城市污水厂二沉池出水进行处理，污水在BAF内的停留时间为3h，处理结果见表3。从表3可以看到，新型组合填料双床层曝气生物滤池处理二沉池出水，COD的脱除效率达到63.3%，氨氮去除效率达到93.7%，具有高效的去除有机物和氨氮的效果。

表3

	COD（mg/L）	NH4 +-N(mg/L)
			原水	117.8	7.52
处理后	43.3	0.47

实施案例4

采用实施案例中所述的火山岩与天然沸石两种介质作为BAF的填料。其中，下部火山岩层高度为1500mm，上部沸石填料层高度为500mm，总床层高度为2000mm，形成组合填料双床层曝气生物滤池。利用该新型组合填料双床层曝气生物滤池对某城市污水厂二沉池出水进行处理，污水在BAF内的停留时间为3h，处理结果见表4。从表4可以看到，新型组合填料双床层曝气生物滤池处理二沉池出水，COD的脱除效率达到65.4%，氨氮去除效率达到92.5%，具有高效的去除有机物和氨氮的效果。

表4

	COD（mg/L）	NH4 +-N(mg/L)
			原水	135.2	12.41
处理后	46.8	0.93

实施案例5

采用实施案例中所述的陶粒与天然沸石两种介质作为BAF的填料。其中，下部陶粒层高度为1500mm，沸石填料层高度为1500mm，总床层高度为3000mm，形成组合填料双床层曝气生物滤池。利用该新型组合填料双床层曝气生物滤池对某城市污水厂二沉池出水进行处理，污水在BAF内的停留时间为3h，处理结果见表5。从表5可以看到，新型组合填料双床层曝气生物滤池处理二沉池出水，COD的脱除效率达到70.3%，氨氮去除效率达到93.4%，具有高效的去除有机物和氨氮的效果。

表5

	COD（mg/L）	NH4 +-N(mg/L)
			原水	132.5	18.52
处理后	39.4	1.23

Claims (3)

1.一种新型组合填料双床层曝气生物滤池装置，曝气生物滤池装置由下至上包括滤板(5)、填料承托层(4)、陶粒或火山岩填料层(3)、沸石填料层(2)、曝气生物滤池体(1)，其特征在于：陶粒或火山岩填料层(3)和沸石填料层(2)组成组合填料双床层，其中陶粒或火山岩填料层(3)在下，沸石填料层(2)在上，陶粒或火山岩填料层(3)和沸石填料层(2)组成的总床层高度为1000~3000mm；滤板(5)位于曝气生物滤池的下部，与池体底部相距距离为50-350mm，形成水气混合缓冲区；填料承托层(4)由鹅卵石组成，位于滤板(5)上方，厚度为150-500mm，从下到上依次堆放粒径为10~15mm和5~8mm的鹅卵石；陶粒或火山岩填料层(3)在填料承托层(4)上方，由高度500-1500mm的陶粒或火山岩组成；陶粒或火山岩填料层(3)的上方为沸石填料层(2)，由高度500-1500mm的天然沸石颗粒组成。

2.根据权利要求1所述的一种新型组合填料双床层曝气生物滤池装置，其特征在于：述中陶粒或火山岩填料层(3)中的陶粒或火山岩粒径为3~6mm，密度为1.2~2.1g/cm³，堆积密度为0.85~1.05g/cm³。

3.根据权利要求1所述的一种新型组合填料双床层曝气生物滤池装置，其特征在于：述中沸石填料层(2)中天然沸石的粒径为1.5~3.0mm，密度为2.0~2.3g/cm3，堆积密度为1.5~1.8g/cm3。