CN109809565A - 序批式泥膜复合生物滤池及应用其处理污水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了序批式泥膜复合生物滤池及应用其处理污水的方法。池体内设有配水缺氧区、曝气沉淀区、过滤区和出水区；配水缺氧区下部设有搅拌器，上部与进水管连通；曝气沉淀区底部均布多个曝气头，多个曝气头通过曝气管与鼓风机连通；曝气沉淀区的底部还安装污泥回流泵和剩余污泥泵，剩余污泥泵通过管道接入污泥处理系统；过滤区设有漂浮陶粒，形成漂浮陶粒滤床，过滤区上端还设有滤网板；出水区设有气提管和出水阀；出水区设有气提管和出水阀；本发明兼具CASS、MBBR和MBR工艺优点，通过泥膜缺氧、厌氧、好氧多重生化循环，借助漂浮滤床维持生物多种群高浓度，实现污水高效净化。

Description

序批式泥膜复合生物滤池及应用其处理污水的方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体是涉及序批式泥膜复合生物滤池(Cyclicactiavated Sludge and Biofilm Filter，简称CSBF)及应用其对处理污水的方法。

背景技术

目前，我国的水体受到氮磷污染导致富营养化问题比较严重，故将氮、磷和有机物作为污水处理的重点控制排放指标。污水处理通常采用生物脱氮除磷工艺，生物脱氮利用微生物将水中的氨氮转化为硝态氮，再将硝态氮转化为氮气从水中释放，生物脱氮需要消耗碳源，利用污水中有机物作为碳源是最佳选择。污水中碳源不足时，往往需要外加碳源实现深度脱氮；生物除磷则是通过微生物的同化与吸附作用将污水中的磷随同微生物与污水分离得到去除，深度除磷往往需要化学除磷，外加铝盐或铁盐絮凝剂，与污水中磷酸盐反应生成含磷絮体从污水中分离。

为了提高污水处理容积负荷率，充分利用生物脱氮除磷降低处理成本，在传统的活性污泥和生物膜工艺的基础上相继出现了循环式生物池(CASS)、移动床生物膜池(MBBR)和膜生物池(MBR)等污水生物处理工艺。

CASS将生物选择器和序批式活性污泥法结合，具有节省占地、投资和运行费用较低的优势，但是脱氮效率尚显不足，其出水降深达2m以上，也不利于后续深度处理。MBBR是将活性污泥法与生物膜法相结合，向曝气池中投加悬浮载体，提高曝气池中的生物量及生物种类，既有悬浮态微生物，又有附着态微生物，具有双泥龄，从而提高好氧生化效率。但现有MBBR为了借助曝气实现载体悬浮流化，为防止回流导致填料堆积，悬浮载体需采用较大尺寸，导致比表面积较小，生物膜量不足。MBR池以超滤膜池替代活性污泥二沉池，大幅提高活性污泥浓度，脱氮除磷容积负荷率高，出水SS超低。但是水头损失大，需要二次提升，而且超滤膜池运行维护费用升幅较大。

发明内容

本发明目的在于提供一种生物脱氮除磷容积负荷率高，节省占地，水头损失小，投资和运行维护费用较低的序批式泥膜复合生物滤池(CSBF)及应用其处理污水的方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

序批式泥膜复合生物滤池，其特征在于，包括CSBF池体、滤网板、曝气管、曝气头、气提管、回水管、回流污泥管、污泥回流泵、剩余污泥泵和搅拌器；所述的池体内设有配水缺氧区、曝气沉淀区、过滤区和出水区；过滤区位于曝气沉淀过滤区上部，两者相互连通；配水缺氧区间隔设置在曝气沉淀区和过滤区的一侧；出水区间隔设置在曝气沉淀区和过滤区的另一侧上部；配水缺氧区下部设有搅拌器，上部与进水管连通；曝气沉淀区底部均布多个曝气头，多个曝气头通过曝气管与鼓风机连通；曝气沉淀区的底部还安装污泥回流泵和剩余污泥泵，剩余污泥泵通过管道接入污泥处理系统；过滤区设有漂浮陶粒，形成漂浮陶粒滤床，过滤区上端还设有滤网板；出水区设有气提管和出水阀；

配水缺氧区与曝气沉淀区的间隔处底部设有配水孔；回流污泥管一端与污泥回流泵相接，另一端连通配水缺氧区的上部；回水管一端与气提管的一端连接，另一端连通配水缺氧区的上部；气提管的另一端与鼓风机连通，滤网板位于过滤区上部水面下方0.3～0.5m；过滤区中的漂浮陶粒具有不规则破碎状外形，筒压强度≥3Mpa，水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm³，在水中呈轻微漂浮状态。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述的滤网板网孔的孔径为3～3.5mm。

优选地，所述的气提管的另一端插入出水区的底部，气提管的另一端通过空气管与鼓风机连通。

优选地，所述的剩余污泥泵外周设有滤网。

优选地，所述的CSBF池体的平面截面形状为矩形或圆形。

优选地，所述的过滤区的漂浮陶粒滤床的静态厚度为1～3m。

优选地，所述的配水缺氧区的容积占配水缺氧区、曝气沉淀区、过滤区和出水区的总容积的20％﹣25％。

应用所述的序批式泥膜复合生物滤池处理污水的方法：包括曝气期、沉淀期、滤床清洗期和进水排水期循环运行序批式处理污水，总周期为1-1.5h：曝气沉淀区底部污泥回流泵全周期运行，通过回流污泥管将曝气沉淀区底部浓缩活性污泥回流至配水缺氧区；

1)曝气期占总周期的1/3～1/2，不进水，出水区回水；位于曝气沉淀区底部的曝气头通过曝气管输送压缩空气，对曝气沉淀区和过滤区充氧与混合，曝气沉淀区内活性污泥完全混合，过滤区内陶粒滤料膜膨胀流化，硝化氨氮及降解有机物，并促进漂浮滤料生物膜更新；穿过过滤区的混合液流入出水区，混合液通过气提管回水进入配水缺氧区，配水缺氧区的回水通过配水孔进入曝气沉淀区，形成回水循环，加强污水与生物膜接触，促进硝化与反硝化；

2)沉淀期占总周期的1/12～1/6；沉淀期不进水不回水；漂浮陶粒上浮形成漂浮滤床，混合液中活性污泥沉淀，在曝气沉淀区与过滤区界面形成上清水层，减少活性污泥絮体在进水排水期进入滤床；剩余污泥泵在沉淀期运行，将剩余污泥在好氧状态下及时排出污泥处理系统；

3)滤床清洗期占总周期的1/12～1/6，不进水，出水区回水清洗滤网板下方滤料，直至出水区水质变清；

4)进水排水期占总周期的1/3～1/2，边进水边排水，不回水；配水缺氧区通过搅拌器将来自进水管的污水和来自污泥回流管的回流液与配水缺氧区区存留消化液充分搅拌混合，回流活性污泥与原污水接触促进系统选择出絮凝性细菌和聚磷菌，反硝化菌利用污水中的碳源在缺氧环境下生物脱氮，然后从配水孔均匀分配至曝气沉淀区，顶托上清水经过漂浮滤床隔滤活性污泥絮体和脱落的生物膜以及大部分悬浮物，曝气沉淀区和过滤区内反硝化均利用污水中残存的有机物作为碳源继续进行深度反硝化，净化水流入出水区，再从出水阀恒水位排放；曝气沉淀区底部污泥区处于厌氧状态，促进活性污泥的生物除磷功效。

本发明配水缺氧区2主要有两个作用：其一是通过搅拌器17将来自进水管6的污水与来自回水管13和污泥回流管14的回流液充分搅拌混合，回流液中硝酸盐和反硝化细菌利用污水中的碳源在缺氧环境下生物脱氮，并利用回流活性污泥与原污水接触，促进系统选择出絮凝性细菌和聚磷菌；其二是将混合液从配水缺氧区2均匀分配至曝气沉淀区3，保证推流沉淀的效果。

曝气沉淀区3主要有三个作用：其一是在曝气期提供污泥混合液曝气流化空间，将污水中氨氮硝化，生化降解污水中残存的有机物；其二是在沉淀期让混合液中活性污泥沉淀，上清水进入上部过滤区，提高污泥回流以及排除剩余污泥的效率；其三，排水后期污泥区溶解氧消耗殆尽进入厌氧状态，有利于增进生物除磷效率。

过滤区4主要有两个作用：其一是提供生物膜膨胀流化空间，曝气时硝化生物膜将污水中氨氮硝化，缺氧时反硝化生物膜利用污水中残存的有机物作为碳源将污水中硝酸盐反硝化；其二是在沉淀期形成漂浮滤床，对活性污泥絮体的截滤维持着曝气沉淀区3内高污泥浓度，使进水排水期出水不再携带活性污泥和生物膜，并去除大部分悬浮物。

出水区5的作用是在曝气期和滤床清洗期收集来水，通过气提管12回流至配水缺氧区2，并通过出水阀9控制出水。

本发明综合了CASS、MBBR和MBR的优点，具有如下优点和有益效果：

1)本发明CSBF设有配水缺氧区、曝气沉淀区、过滤区和出水区，按曝气期、沉淀期、滤床清洗期和进水排水期循环运行。曝气期与滤床清洗期，出水回流至配水缺氧区。由于滤床具有隔滤活性污泥作用，故沉淀期和滤床清洗期一起仅需10-20分钟，进水排水期通过集水盲管恒水位出水，同时从沉淀区底部回流活性污泥。与CASS相比，CSBF通过加强了配水缺氧区脱氮功能提高了污水碳源反硝化利用率，采用动态过滤出水避免了静态沉淀出水产生的2m左右的水头损失。

2)CSBF以活性污泥与漂浮滤料生物膜作为净水微生物，漂浮滤料仅在曝气期膨胀流化，在排水期则以滤床参与净化。漂浮滤料颗粒尺寸4～8mm，比MBBR填料尺寸小一个数量级，而填料的比表面积与颗粒尺寸成反比，故CSBF的生物膜量(与比表面积成正比)较MBBR增大约一个数量级。

3)CSBF在进水排水期进水，将沉淀区清水向上推流，经过滤床过滤出水。CSBF过滤悬浮物的能力虽然不如MBR的超滤膜，但足以防止活性污泥流失，维持高污泥浓度。CSBF借助曝气期膨胀流化更新生物膜，不会板结。CSBF出水悬浮物较低，适合直接深度过滤。CSBF具备了MBR维持高生物量的功能，而飘浮陶粒滤料使用寿命远高于MBR膜，且无需额外清洗，水头损失可以忽略，运行能耗大幅度降低。

附图说明

图1为本发明序批式泥膜复合生物滤池(CSBF)的结构示意图。

图中示出：CSBF池体1、配水缺氧区2、曝气沉淀区3、过滤区4、出水区5、进水管6、配水孔7、滤网板8、出水阀9、曝气管10、曝气头11、气提管12、回水管13、回流污泥管14、污泥回流泵15、剩余污泥泵16、搅拌器17。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。

如图1所示，序批式泥膜复合生物滤池包括CSBF池体1、配水孔7、滤网板8、出水阀9、曝气管10、曝气头11、气提管12、回水管13、回流污泥管14、污泥回流泵15、剩余污泥泵16、搅拌器17；CSBF池体内设有配水缺氧区2、曝气沉淀区3、过滤区4和出水区5；过滤区4位于曝气沉淀过滤区3上部，两者相互连通；配水缺氧区2间隔设置在曝气沉淀区3和过滤区4的一侧；出水区5间隔设置在曝气沉淀区3和过滤区4的另一侧上部；配水缺氧区2下部设有搅拌器17，上部与进水管6连通；曝气沉淀区3底部均布多个曝气头11，曝气头11通过曝气管10与鼓风机连通；曝气沉淀区3的底部还安装污泥回流泵15和剩余污泥泵16，剩余污泥泵16通过管道接入污泥处理系统；过滤区4设有漂浮陶粒，过滤区4上端还设有滤网板8；出水区5设有气提管12和出水阀9；

配水缺氧区2与曝气沉淀区3的间隔处底部设有配水孔7，配水孔7实现配水缺氧区2与曝气沉淀区3连通；回流污泥管14一端与污泥回流泵15相接，另一端连通配水缺氧区2的上部；回水管13一端与气提管12连接，另一端连通配水缺氧区2的上部；滤网板8位于过滤区4上部水面下方0.3～0.5m；过滤区4中的漂浮陶粒具有不规则破碎状外形，其筒压强度≥3Mpa，水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm³，在水中呈轻微漂浮状态；

优选地，气提管连接空气管的一端插入出水区5的底部，该空气管与鼓风机连通，气提管的另一端与回水管13连接。

CSBF池体1的平面截面形状优选为矩形或圆形。

优选地，滤网板8网孔的孔径为3～3.5mm，阻挡漂浮陶粒滤料流失。

优选地，剩余污泥泵16外周设有滤网，可阻挡漂浮陶粒滤料流失。

漂浮陶粒系采用页岩为原料，经过破碎机破碎、烘干后，在回转窑中烧制18～22min，烧制温度为1100～1300℃，出炉后自然冷却，再经过破碎机破碎，然后进行筛分出4～10mm的颗粒作为产品，其筒压强度≥3Mpa，水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm³，在水中呈轻微漂浮状态。破碎页岩陶粒表面粗糙亲水，具有丰富的孔隙，有利于生物膜附着。过滤区4的漂浮陶粒滤床的静态厚度为1～3m，陶粒滤料颗粒直径为4～10mm。

优选地，所述配水缺氧区2的容积约占配水缺氧区、曝气沉淀区、过滤区和出水区的总容积的20％-25％，其内安装有搅拌器17，用于实现水流充分混合。

曝气头11通过曝气管10与鼓风机连通，用以输送压缩空气，对曝气沉淀区3和过滤区4充氧与混合；污泥回流泵15通过回流污泥管14与配水缺氧区2连通，用于回流污泥；剩余污泥泵16接入污泥处理系统，用于排出剩余污泥。

出水区5与出水阀9相连通；出水区5安装气提管12，用于将穿过过滤区4的混合液或滤床清洗水回水至配水缺氧区2；出水阀9用于控制净化水排放。

一种应用CSBF处理污水的方法，包括曝气期、沉淀期、滤床清洗期和进水排水期循环运行序批式处理污水，总周期为1-1.5h：曝气沉淀区3底部污泥回流泵15全周期运行，通过回流污泥管14将曝气沉淀区3底部浓缩活性污泥回流至配水缺氧区2；

1)曝气期占总周期的1/3～1/2，不进水，出水区5回水；位于曝气沉淀区3底部的曝气头11通过曝气管10输送压缩空气，对曝气沉淀区3和过滤区4充氧与混合，曝气沉淀区3内活性污泥完全混合，过滤区4内陶粒滤料膜膨胀流化，硝化氨氮及降解有机物，并促进漂浮滤料生物膜更新；穿过过滤区4的混合液流入出水区5，混合液通过气提管12回水进入配水缺氧区2，配水缺氧区2的回水通过配水孔7进入曝气沉淀区3，形成“出水区5→配水缺氧区2→曝气沉淀区3→过滤区4→出水区5”回水循环，加强污水与生物膜接触，促进硝化与反硝化。

2)沉淀期占总周期的1/12～1/6。沉淀期不进水不回水；漂浮陶粒上浮形成漂浮滤床，混合液中活性污泥沉淀，在曝气沉淀区3与过滤区4界面形成上清水层，减少活性污泥絮体在进水排水期进入滤床；剩余污泥泵16在沉淀期运行，将剩余污泥在好氧状态下及时排出污泥处理系统，其自带滤网可阻挡陶粒。

3)滤床清洗期占总周期的1/12～1/6，不进水，出水区5回水清洗滤网板8下方滤料，直至出水区5水质变清。

4)进水排水期占总周期的1/3～1/2，边进水边排水，不回水；配水缺氧区2通过搅拌器17将来自进水管6的污水和来自污泥回流管14的回流液与配水缺氧区2区存留消化液充分搅拌混合，回流活性污泥与原污水接触促进系统选择出絮凝性细菌和聚磷菌，反硝化菌利用污水中的碳源在缺氧环境下生物脱氮，然后从配水孔7均匀分配至曝气沉淀区3，顶托上清水经过漂浮滤床隔滤活性污泥絮体和脱落的生物膜以及大部分悬浮物，曝气沉淀区3和过滤区4内反硝化均利用污水中残存的有机物作为碳源继续进行深度反硝化，净化水流入出水区5，再从出水阀9恒水位排放；曝气沉淀区3底部污泥区处于厌氧状态，促进活性污泥的生物除磷功效。

曝气沉淀区3底部污泥回流泵15全周期运行，通过回流污泥管14将曝气沉淀区3底部浓缩活性污泥回流至配水缺氧区2，形成“曝气沉淀区3→配水缺氧区2→曝气沉淀区3”污泥循环。

CSBF按曝气期、沉淀期、滤床清洗期和进水排水期循环运行，通过如下时序控制方式实现的，以周期1小时为例：

设定曝气期25分钟，沉淀期5分钟，滤床清洗期5分钟，进水排水期25分钟。

第0～25分钟，序批式泥膜复合生物滤池处于曝气期：曝气管10接通压缩空气，流入曝气头11，曝气沉淀过滤区3处于曝气状态，曝气沉淀过滤区3内活性污泥完全混合，漂浮陶粒滤料膨胀流化，曝气沉淀过滤区3内微生物与污水充分接触。开通气提管12，穿过过滤区4的混合液流入出水区5，混合液通过气提管12回水进入配水缺氧区2，配水缺氧区2的回水通过配水孔7进入曝气沉淀区3，形成“出水区5→配水缺氧区2→曝气沉淀区3→过滤区4→出水区5”回水循环。

第26～30分钟，序批式泥膜复合生物滤池处于沉淀期：关闭曝气管10压缩空气源，曝气沉淀过滤区3内活性污泥开始下沉，破碎状漂浮滤料上浮，在过滤区4形成漂浮滤床。短时运行剩余污泥泵16，将剩余污泥排出污泥处理系统。

第31～35分钟，序批式泥膜复合生物滤池处于滤床清洗期：开通气提管12的压缩空气，通过气提回水清洗滤网板8下方滤料，直至出水区5水质变清。气提回水形成“出水区5→配水缺氧区2→曝气沉淀区3→过滤区4→出水区5”回水循环。

第36～60分钟，序批式泥膜复合生物滤池处于进水排水期：进水管6与污水接通，向配水缺氧区2进水；关闭气提管12压缩空气源，开启出水阀9，净化从出水区5恒水位排放。

在0～60分钟期间，搅拌器17和污泥回流泵15连续运行，原污水与回流液在配水缺氧区2充分混合，硝化细菌利用硝酸盐和污水中的碳源在缺氧环境下生物脱氮，回流活性污泥则通过吸附有机物进行生物选择。

第60min结束期，进水管6和出水阀9关闭，进入下一个周期。

曝气期主要有两个作用：其一对活性污泥和滤料曝气供氧，其二是通过曝气使活性污泥流化为混合液，并使漂浮滤料膨胀流化，加强微生物与污水接触氧化，并促进漂浮滤料生物膜更新。

沉淀期主要有三个作用：其一是漂浮滤料上浮形成滤床；其二是曝气沉淀区与过滤区分界面下方形成上清水层，减少活性污泥絮体进入滤床。其三是及时在好氧状态下从沉淀区底部排除高浓度剩余污泥。

滤床清洗期主要作用是通过出水区5气提回水清洗滤网板8下方滤料，直至出水区5水质变清。

进水排水期主要有三个作用：其一是通过滤床过滤恒水位出水，阻挡活性污泥和脱落的生物膜流失并去除大部分悬浮物；其二是沉淀浓缩活性污泥，提高污泥回流效率；其三是借助污泥区厌氧环境，促进活性污泥的生物除磷功效。

Claims (8)

1.序批式泥膜复合生物滤池，其特征在于，包括CSBF池体、滤网板、曝气管、曝气头、气提管、回水管、回流污泥管、污泥回流泵、剩余污泥泵和搅拌器；所述的池体内设有配水缺氧区、曝气沉淀区、过滤区和出水区；过滤区位于曝气沉淀过滤区上部，两者相互连通；配水缺氧区间隔设置在曝气沉淀区和过滤区的一侧；出水区间隔设置在曝气沉淀区和过滤区的另一侧上部；配水缺氧区下部设有搅拌器，上部与进水管连通；曝气沉淀区底部均布多个曝气头，多个曝气头通过曝气管与鼓风机连通；曝气沉淀区的底部还安装污泥回流泵和剩余污泥泵，剩余污泥泵通过管道接入污泥处理系统；过滤区设有漂浮陶粒，形成漂浮陶粒滤床，过滤区上端还设有滤网板；出水区设有气提管和出水阀；

配水缺氧区与曝气沉淀区的间隔处底部设有配水孔；回流污泥管一端与污泥回流泵相接，另一端连通配水缺氧区的上部；回水管一端与气提管的一端连接，另一端连通配水缺氧区的上部；气提管的另一端与鼓风机连通，滤网板位于过滤区上部水面下方0.3～0.5m；过滤区中的漂浮陶粒具有不规则破碎状外形，筒压强度≥3Mpa，水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm³，在水中呈轻微漂浮状态。

2.根据权利要求1所述的序批式泥膜复合生物滤池，其特征在于，所述的滤网板网孔的孔径为3～3.5mm。

3.根据权利要求1所述的序批式泥膜复合生物滤池，其特征在于，所述的气提管的另一端插入出水区的底部，气提管的另一端通过空气管与鼓风机连通。

4.根据权利要求1所述的序批式泥膜复合生物滤池，其特征在于，所述的剩余污泥泵外周设有滤网。

5.根据权利要求1所述的序批式泥膜复合生物滤池，其特征在于，所述的CSBF池体的平面截面形状为矩形或圆形。

6.根据权利要求1所述的序批式泥膜复合生物滤池，其特征在于，所述的过滤区的漂浮陶粒滤床的静态厚度为1～3m。

7.根据权利要求1所述的序批式泥膜复合生物滤池，其特征在于，所述的配水缺氧区的容积占配水缺氧区、曝气沉淀区、过滤区和出水区的总容积的20％﹣25％。

8.应用权利要求1-7任一项所述的序批式泥膜复合生物滤池处理污水的方法，其特征在于，包括曝气期、沉淀期、滤床清洗期和进水排水期循环运行序批式处理污水，总周期为1-1.5h：曝气沉淀区底部污泥回流泵全周期运行，通过回流污泥管将曝气沉淀区底部浓缩活性污泥回流至配水缺氧区；

1)曝气期占总周期的1/3～1/2，不进水，出水区回水；位于曝气沉淀区底部的曝气头通过曝气管输送压缩空气，对曝气沉淀区和过滤区充氧与混合，曝气沉淀区内活性污泥完全混合，过滤区内陶粒滤料膜膨胀流化，硝化氨氮及降解有机物，并促进漂浮滤料生物膜更新；穿过过滤区的混合液流入出水区，混合液通过气提管回水进入配水缺氧区，配水缺氧区的回水通过配水孔进入曝气沉淀区，形成回水循环，加强污水与生物膜接触，促进硝化与反硝化；

2)沉淀期占总周期的1/12～1/6；沉淀期不进水不回水；漂浮陶粒上浮形成漂浮滤床，混合液中活性污泥沉淀，在曝气沉淀区与过滤区界面形成上清水层，减少活性污泥絮体在进水排水期进入滤床；剩余污泥泵在沉淀期运行，将剩余污泥在好氧状态下及时排出污泥处理系统；

3)滤床清洗期占总周期的1/12～1/6，不进水，出水区回水清洗滤网板下方滤料，直至出水区水质变清；

4)进水排水期占总周期的1/3～1/2，边进水边排水，不回水；配水缺氧区通过搅拌器将来自进水管的污水和来自污泥回流管的回流液与配水缺氧区区存留消化液充分搅拌混合，回流活性污泥与原污水接触促进系统选择出絮凝性细菌和聚磷菌，反硝化菌利用污水中的碳源在缺氧环境下生物脱氮，然后从配水孔均匀分配至曝气沉淀区，顶托上清水经过漂浮滤床隔滤活性污泥絮体和脱落的生物膜以及大部分悬浮物，曝气沉淀区和过滤区内反硝化均利用污水中残存的有机物作为碳源继续进行深度反硝化，净化水流入出水区，再从出水阀恒水位排放；曝气沉淀区底部污泥区处于厌氧状态，促进活性污泥的生物除磷功效。