CN109384305A - 一种潮汐式曝气生物滤池及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种潮汐式曝气生物滤池，滤池上部设有进水口。滤池内由上至下依次设有主滤层和排水层，所述主滤层内填充一级滤料，所述排水层内填充二级滤料，二级滤料的粒径大于一级滤料的粒径。滤池底部设有出水口，所述出水口与潮汐排水装置相连。本发明还公开了一种污水处理方法。本发明的有益之处在于：在保留传统曝气生物滤池净化效果好、停留时间短、使用寿命长等优势的同时，解决了传统曝气生物滤池的多处局限：降低了滤池高度的要求，运行能耗也大大降低；降低了冲洗需要的水量，清堵效果更好；同时也更便于管理，使得污水处理技术有了新的发展与突破。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种潮汐式曝气生物滤池及污水处理方法。
背景技术
目前市场上应用于水污染治理的生物滤池主要有两种：传统生物滤池和曝气生物滤池。
传统生物滤池是在构筑物（塔）内分层布设轻质滤料，污水由上往下喷淋过程中，与滤料上生物膜及自下向上流动的空气充分接触，使污水获得净化的一种生物滤池。该滤池的特点是采用自然通风供氧，无能耗但供氧效率低；负荷较低，水力负荷在1.0～3.0m3/(m2·d)，BOD5负荷通常在0.15～0.3kgBOD5/（m3·d）；滤池高度较高，构筑物高度在5m以上。
曝气生物滤池是由接触氧化和过滤相结合的一种生物滤池，采用人工曝气、间歇反冲洗等措施可在短时间内实现有机污染物和悬浮物的去除。污染曝气生物滤池相比传统生物滤池，具有净化效果好、停留时间短、使用寿命长等优势。但滤池本身结构太高，运行过程中曝气量大，能耗高，管理复杂；反冲洗需水量大（约为产生量的15～20%）。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种潮汐式曝气生物滤池，集合传统生物滤池和曝气生物滤池的特点，模拟自然潮汐的周期性水位升降所设计，具有节能、高效、硝化进程可控等诸多优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种潮汐式曝气生物滤池，滤池上部设有进水口，滤池内由上至下依次设有主滤层和排水层，所述主滤层内填充一级滤料，所述排水层内填充二级滤料，所述二级滤料的粒径大于所述一级滤料的粒径，滤池底部设有出水口，所述出水口与潮汐排水装置相连。
进一步地，所述的排水层内固设有曝气管，所述曝气管外接供气设备。
进一步地，所述排水层的底部固设有集水管，所述滤池的侧边设有集水井，所述集水管的一端与所述出水口相连，另一端与所述集水井相连通。
一种实施方式中，所述的潮汐排水装置为虹吸管，所述虹吸管包括相互连通的进水虹吸水管和出水虹吸水管，所述虹吸管的最高点低于滤池最高液位的水位线。所述集水井的壁面上设有虹吸破坏杯，所述进水虹吸水管的一端伸入所述集水井内，进水虹吸水管的末端低于虹吸破坏杯，所述出水虹吸水管的末端设有水封。
另一种实施方式中，所述的潮汐排水装置包括水泵、控制器和排水管，所述水泵设在所述集水井内，所述排水管的一端与所述水泵连接，另一端向上延伸并伸出集水井外部，所述滤池内设有高液位传感器和低液位传感器，所述的水泵、高液位传感器和低液位传感器分别与所述控制器信号连接。
优选地，所述的水泵为低扬程大流量轴流泵。
进一步地，所述主滤层的上方为泥水混合层，所述的泥水混合层内设有污水混合液排放装置，所述污水混合液排放装置通过回流管与沉淀池相连，所述沉淀池的上部通过管道与滤池的进水口相连，所述沉淀池的底部设有排污管。
其中，所述的污水混合液排放装置为回流泵。
其中，所述的污水混合液排放装置为气力提升泵，所述气力提升泵通过气管与所述供气设备相连，所述气管上设有用于调节风量的球阀。
其中，所述的供气设备为鼓风机或空气压缩机。
进一步地，所述泥水混合层的顶部设有用于排放悬浮物的溢流口。当潮汐滤池内液位上升至污泥溢流口时，污水混合液通过窄缝型溢流口排放或回流，在避免滤池因悬浮物而堵塞的同时，实现生物滤池剩余污泥的排放累积。
进一步地，所述的一级滤料为粒径5-8mm的火山岩或生物陶粒。
进一步地，所述的二级滤料为厚度100-200mm，粒径8-16mm的砾石或厚度200-300mm，粒径16-32mm的砾石或卵石。
本发明还公开了一种污水处理方法，采用上述潮汐式曝气生物滤池进行污水处理。
本发明具有如下有益效果：
1、采用上部连续进水、下部间隙出水的方式，滤池底部连接虹吸管或低扬程大流量轴流泵，实现周期性大水量排水，使滤池内水体快速排空后再缓慢存储，液位呈现潮汐式周期性的上下波动。
2、主滤层通过虹吸破坏杯或低液位传感器所在的平面分隔成潮汐段和淹没段，潮汐段的水快速排空时，空气被吸入滤床内部，氧气通过传质作用快速进入滤料的液膜，提供生物膜降解有机物和氨氮硝化所必须的氧。此供氧方式远超淹没曝气的供氧效率，如此减少人工曝气的气量，降低运行费用；经过现场试验，在相同氨氮去除率的情况下，潮汐段比淹没段节省约50～80%的曝气量。
3、潮汐段的水快速排空时，潮汐滤池内的淹没段水位快速下降，最高可达到60m/h高流速,可促进生物膜的脱落和更新，增强净化效果，经过测试潮汐滤池NH3-N负荷可达0.8-1.2kgNH3-N/m3·d。
4、通过液位控制或虹吸管的进气量可以控制滤池内潮汐段和淹没段的比例，结合鼓风机的曝气量，进而控制硝化的进程。当系统需要100%硝化时，淹没段控制在最小值，曝气量调整到最大值；当系统硝化程度需要减少式，则可以提高淹没段，减少潮汐段，同减少气量。
5、本滤池底部设置的排水曝气层，在设置排水管、 曝气管的同时，用大颗粒滤料填充以实现其二次均匀配水、配气的要求，同时增加支撑层的稳定性，并有效降低了高度，使得本滤池更易于实现设备化制造、运输。
6、本滤池水位较低时，鼓风机出口压力减少，曝气量增加；当水位上升时，鼓风机出口压力升高，气量减少，如此实现滤池内部曝气的周期性脉冲，加速了生物膜的脱落。当进水量增加，水位波动频率增加，曝气脉冲频率增加，可实现系统的自我调节。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图。
图2为实施例二的结构示意图。
图3为实施例三的结构示意图。
图4为实施例四的结构示意图。
主要组件符号说明：1、滤池；10、进水口；100、出水口；101、主滤层；102、排水层；103、泥水混合层；11、污泥回流口；12、集水管；13、集水井；14、曝气管；15、虹吸管；151、进水虹吸水管；152、出水虹吸水管；153、虹吸破坏杯；16、水封；171、水泵；172、控制器；173、排水管；18、高液位传感器；19、低液位传感器；110、回流泵；111、回流管；112、气力提升泵；113、气管；114、球阀；115、排放管；2、鼓风机；3、沉淀池；31、排污管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
实施例一
如图1所示，一种潮汐式曝气生物滤池，滤池1内由上至下依次为主滤层101和排水层102，主滤层101的上方为泥水混合层103，主滤层101内填充一级滤料。一级滤料可以是粒径为5-8mm的优质火山岩、生物陶粒等，排水层102内填充二级滤料，二级滤料为厚度100mm，粒径8-16mm的砾石或厚度200mm，粒径16-32mm的砾石或卵石。
滤池1顶部设有进水口10，进水口10处设有进水配水堰，滤池1底部设有出水口100。泥水混合层103上部设有污泥回流口11，滤池1在排水层102底部设有集水管12，集水管12为塑料管。滤池1的侧边设有集水井13，集水井13与集水管12相连通，集水管12与出水口100相连通。排水层102内固设有曝气管14，曝气管14通过管道与外部的鼓风机2连接。
集水井13内设有潮汐排水装置，潮汐排水装置为虹吸管15，虹吸管15为不锈钢管，虹吸管15由相互连通的进水虹吸水管151和出水虹吸水管152组成，虹吸管15的最高点低于滤池最高液位的水位线。进水虹吸水管151伸入集水井13的底部，集水井13的壁面上一定高度处设有虹吸破坏杯153，设置集水井13的目的是为了保护虹吸破坏杯153不被滤料堵塞，出水虹吸水管152的末端设有水封16，以防止外部的空气跑入虹吸管15内。
在气体及水的作用下，微生物会附着在主滤层101的一级滤料上形成生物膜。当滤池1内的水位上涨并高于虹吸管15的最高点时，虹吸管15开始虹吸动作，水位快速下降，空气被吸入滤床内部，氧气通过传质作用快速进入一级滤料的液膜，提供生物膜降解有机物和氨氮硝化所必须的氧。当水位下降至虹吸破坏杯153的位置时，虹吸效果被破坏，虹吸停止，水位开始重新上涨。不断重复上述动作，滤池1内的液位呈现潮汐式周期性的上下波动。
采用上述潮汐式曝气生物滤池试运行水质数据如下：
实施例二
本实施例与实施例一的区别仅在于：集水井13内设有潮汐排水装置，潮汐排水装置包括水泵171、控制器172和排水管173，水泵171优选低扬程大流量轴流泵，水泵171设在集水井13内，排水管172的一端与水泵171连接，另一端向上延伸并伸出集水井13外部。滤池1内设有高液位传感器18和低液位传感器19，控制器172、高液位传感器18和低液位传感器19分别与水泵171信号连接。本实施例其余部分结构均与实施例一相同。
当滤池1内的水位上涨并达到高液位传感器18的位置时，水泵171开始动作，水位快速下降，空气被吸入滤床内部，氧气通过传质作用快速进入一级滤料的液膜，提供生物膜降解有机物和氨氮硝化所必须的氧。当水位下降至低液位传感器19的位置时，水泵171停止动作，水位开始重新上涨。不断重复上述动作，滤池1内的液位呈现潮汐式周期性的上下波动。
实施例三
本实施例与实施例一的区别仅在于：滤池1的前端设有一沉淀池3，泥水混合层101内设有回流泵110，回流泵110通过回流管111与沉淀池3相连，沉淀池3的上部通过管道与滤池1的进水口10相连，沉淀池3底部设有排污管31。本实施例的其余部分结构均与实施例一相同。
泥水混合层101内的污水混合液及悬浮物等可通过回流泵110抽至沉淀池3内，沉淀池3将沉淀产生的沉淀物通过排污管31排出，上清液通过管道再次送到滤池1的进水口10进行循环。
实施例四
本实施例与实施例一的区别仅在于：滤池1的前端设有一沉淀池3，泥水混合层101内设有气力提升泵112，气力提升泵112通过气管113与鼓风机2相连，气管113上设有用于调节风量的球阀114。气力提升泵112通过排放管115与沉淀池3相连，沉淀池3的上部通过管道与滤池1的进水口10相连，沉淀池3底部设有排污管31。本实施例的其余部分结构均与实施例一相同。
泥水混合层101内的污水混合液及悬浮物等可通过气力提升泵112抽至沉淀池3内，沉淀池3将沉淀产生的沉淀物通过排污管31排出，上清液通过管道再次送到滤池1的进水口10进行循环。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种潮汐式曝气生物滤池，其特征在于：滤池上部设有进水口，滤池内由上至下依次设有主滤层和排水层，所述主滤层内填充一级滤料，所述排水层内填充二级滤料，所述二级滤料的粒径大于所述一级滤料的粒径，滤池底部设有出水口，所述出水口与潮汐排水装置相连。
2.如权利要求1所述的一种潮汐式曝气生物滤池，其特征在于：所述的排水层内固设有曝气管，所述曝气管外接供气设备。
3.如权利要求1所述的一种潮汐式曝气生物滤池，其特征在于：所述排水层的底部固设有集水管，所述滤池的侧边设有集水井，所述集水管的一端与所述出水口相连，另一端与所述集水井相连通。
4.如权利要求3所述的一种潮汐式曝气生物滤池，其特征在于：所述的潮汐排水装置为虹吸管，所述虹吸管包括相互连通的进水虹吸水管和出水虹吸水管，所述虹吸管的最高点低于滤池最高液位的水位线，所述集水井的壁面上设有虹吸破坏杯，所述进水虹吸水管的一端伸入所述集水井内，进水虹吸水管的末端低于虹吸破坏杯，所述出水虹吸水管的末端设有水封。
5.如权利要求3所述的一种潮汐式曝气生物滤池，其特征在于：所述的潮汐排水装置包括水泵、控制器和排水管，所述水泵设在所述集水井内，所述排水管的一端与所述水泵连接，另一端向上延伸并伸出集水井外部，所述滤池内设有高液位传感器和低液位传感器，所述的水泵、高液位传感器和低液位传感器分别与所述控制器信号连接。
6.如权利要求5所述的一种潮汐式曝气生物滤池，其特征在于：所述的水泵为低扬程大流量轴流泵。
7.如权利要求1所述的一种潮汐式曝气生物滤池，其特征在于：所述主滤层的上方为泥水混合层，所述的泥水混合层内设有污水混合液排放装置，所述污水混合液排放装置通过回流管与沉淀池相连，所述沉淀池的上部通过管道与滤池的进水口相连，所述沉淀池的底部设有排污管。
8.如权利要求7所述的一种潮汐式曝气生物滤池，其特征在于：所述的污水混合液排放装置为回流泵。
9.如权利要求7所述的一种潮汐式曝气生物滤池，其特征在于：所述的污水混合液排放装置为气力提升泵，所述气力提升泵通过气管与所述供气设备相连，所述气管上设有用于调节风量的球阀，所述的供气设备为鼓风机或空气压缩机，所述泥水混合层的顶部设有用于排放悬浮物的溢流口，所述的一级滤料为粒径5-8mm的火山岩或生物陶粒，所述的二级滤料为厚度100-200mm，粒径8-16mm的砾石或厚度200-300mm，粒径16-32mm的砾石或卵石。
10.一种污水处理方法，其特征在于：采用权利要求1-9中任一项所述潮汐式曝气生物滤池进行污水处理。
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