CN110015813A - 基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备及方法 - Google Patents
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- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/28—Anaerobic digestion processes
- C02F3/2846—Anaerobic digestion processes using upflow anaerobic sludge blanket [UASB] reactors
Abstract
本发明揭示一种基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备及方法，包括格栅池、调节池、升流式厌氧生物滤池、降流式好氧生物滤池及清水池，格栅池、调节池、升流式厌氧生物滤池、降流式好氧生物滤池及清水池依次连接；以及采用该设备处理原水的方法。通过基于生物滤池的含中低浓度营养盐原水处理方法，相比较于传统净水方法，流程和步骤简单，针对中低浓度营养盐处理效果更佳；通过基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，相比较于传统净水设备，结构简单，占地面积少，实际操作性强，能满足小规模，中等规模，或者大规模原水处理，整个设备利用重力势能运作，减少能耗。
Description
技术领域
本发明涉及原水处理技术领域，具体地，涉及基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备及方法。
背景技术
随着人类社会的发展，经济和社会活动的增加，人类活动对水环境的污染愈发严重。在铺设市政污水管网的地区，污水可以通过污水管输送到城市污水处理厂进行处理，而在没有铺设市政污水管网的地区，如偏远地区的农村、小区、企业、农场、养殖塘产生的污水，若直接排放，会污染污水流经的小溪，河流，湖泊。若是在饮用水源地，甚至会影响饮用水源的水质。因此，其产生的污水需要单独进行处理，达到相应排放标准后才能排放到环境中。
常用的厌氧生物法有：水解酸化反应池、厌氧生物接触法、厌氧折流板反应池、上流式厌氧污泥床和IG厌氧反应器等。常用的好氧生物处理方法有：活性污泥法、序批式活性污泥法，好氧生物接触氧化法和氧化沟等。常用的物理化学方法有：以氯化铝，聚合氯化铝，氯化亚铁，聚合硫酸铁，和一些有机高分子等药剂为混凝药剂的混凝沉淀。而深度处理技术包括曝气生物滤池，活性炭吸附法，臭氧氧化法，芬顿氧化法，微滤膜过滤，超滤膜过滤，纳滤膜过滤，反渗透膜过滤等。厌氧生物法一般适用于较高污染浓度的污水。好氧生物法一般适用于可生化性较好且中高污染浓度的污水。混凝沉淀对悬浮物，浊度，COD，总磷，重金属有较好去除作用，但物化污泥会造成二次污染，处理成本高昂。臭氧氧化法属于一种高级氧化法，能把水中部分难降解有机物分解为易降解小分子有机物，几乎不产生副产物，没有二次污染，但是设备和处理费用高。膜技术处理污水，具有出水水质优异等优点，但是膜价格昂贵，能耗高，容易被污染。
常见的污水厂处理工艺往往包括初级处理，二级处理和深度处理。例如，部分城市污水处理厂采用的工艺是初级沉淀-活性污泥法-曝气生物滤池-混凝沉淀，初级沉淀可去除较大的颗粒和悬浮物，活性污泥法可去除水中大部分可生物降解污染物和部分去除氨氮，但是去除率不够高，往往水中COD浓度仍然达到80mg L-1以上，氨氮浓度在15mg L-1以上，总磷浓度在2mg L-1以上。需要曝气生物滤池的物理截留和生物作用对水中有机物，氨氮，总磷浓度进一步去除，使COD达到60mg L-1以上，氨氮达到8mg L-1以上，总磷浓度达到1.5mg L-1以上。为进一步降低总磷和COD，使用聚合氯化铝对曝气生物滤池出水进行混凝沉淀。由此可见，曝气生物滤池一般是在废水组合工艺中的深度处理阶段进行应用，且通常是用于去除水中可生化性有机物，氨氮等。有文献报道采用生物转盘-兼氧活性污泥-芬顿氧化-厌氧生物滤池-曝气生物滤池组合工艺处理垃圾渗滤液。生物转盘-兼氧活性污泥主要是去除垃圾渗滤液中大部分可生化性有机物和总氮，而芬顿氧化主要作用是去除生物转盘-兼氧活性污泥出水中难生物降解有机物和总磷。在此组合工艺中，厌氧生物滤池-曝气生物滤池以芬顿氧化池出水作为进水，在添加甲醇增加碳源的情况下，通过硝化-反硝化作用进一步去除水中总氮。厌氧生物滤池-曝气生物滤池通常是用于废水的深度处理，在添加碳源的情况下，去除水中总氮为主。
一些中低浓度营养盐的污水，如农村生活污水，养殖鱼塘污水等，污水中污染物质浓度较低，不适于采用装有悬挂填料的厌氧生物池-好氧生物接触氧化池组合工艺进行处理。乡镇，农村住宅常用的化粪池，具有一定活性污泥法的特征，能部分去除家庭排放的生活污水，但只经过化粪池微生物简单的处理，污水往往仍含有洗发水、油脂、人类排泄物等成分，不能达标排放。而现在广泛推广的污水处理工艺，如格栅-调节池-厌氧生物池-好氧生物接触氧化池-沉淀池-湿地，在农村生活污水，小区生活污水等方面有广泛的应用，其能去除污水中一部分有机物、氨氮、总磷、悬浮物等污染物，部分分解洗发水、油脂等大分子物质。但此工艺也具有较多缺点。农村生活污水污染物质浓度较低，厌氧生物池和好氧生物接触氧化池中污泥浓度较低，微生物数量少，微生物活性较低，处理污染物的能力有限。厌氧生物池、好氧生物接触氧化池微生物池体体积较大，此外，湿地需要种植较多植物，占地面积大。使用2-3台水泵，1台气泵，能耗较高。工艺流程较多，管理操作较复杂繁琐，湿地容易滋生蚊虫，湿地植物需要经常清理。该组合工艺处理效率低，出水仍含有较多污染物，较难满足日益严格的排放要求。养殖塘在养殖鱼、虾过程中，投放的大量饲料，鱼、虾排放物，使水塘营养盐浓度不断增加，排放到水环境中会对周围环境造成污染，引起富营养化。养殖塘污水以可生物降解有机物，氮，磷等营养盐为主，浓度相对较低，常规的悬挂填料的厌氧生物池-好氧生物接触氧化池对此类低浓度污水处理效率低，生物滤池此类处理低浓度污水具有优势的工艺才适合处理养殖鱼塘污水。
生物滤池目前已广泛应用于城市生活污水、工业废水、受污染污水等深度处理和提标改造。它由布水系统、布气系统、反冲洗系统、承压层、生物滤料等五部分构成。微生物在生物滤料表面形成生物膜，并在生物滤料之间间隙生长繁殖，因此其去除污水污染物的原理是生物滤料的物理截留，以及附着在滤料上的微生物的截留、吸附、吸收、降解、氧化、合成等作用，去除污水中有机物，氨氮，总氮，磷，悬浮物等。该工艺是集生物作用与物理过滤于一体的深度处理技术。生物滤料的种类包括陶粒、颗粒活性炭、火山岩、沸石等，滤料高度一般为3-9米。生物滤池流向分为升流式和降流式。升流式运行较为稳定，但需要水泵提升污水。降流式利用重力提供能量，较为节能，但容易发生堵塞，清洗频率较高。生物滤池曝气强度不同，滤池水中溶解氧浓度不同，可分为好氧生物滤池、缺氧生物滤池、厌氧生物滤池。在不同溶解氧浓度下，由于微生物群落优势菌种不同，滤池生化功能也各不相同。好氧生物滤池溶解氧较高，有大量异养菌和硝化菌存在，可有效去除废水中有机物并把氨氮转化为硝氮，对TP有一定的去除效果，但对TN去除效率很低，同时曝气也需要一定的能耗。缺氧生物滤池溶解氧一般在0-1mg L-1，此时亚硝化菌较为活跃，硝化菌由于氧气不足而被抑制，一般是把氨氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。厌氧生物滤池溶解氧一般为0mg L-1，在有碳源、氨氮、亚硝酸盐氮或者硝酸盐氮存在的情况下，在此条件下反硝化菌和厌氧氨氧化菌较为活跃，发生短程硝化-反硝化反应，硝化-反硝化反应，或者厌氧氨氧化反应，可同时有效去除水中的氨氮、总氮和有机物。此外，反硝化反应对除磷也有良好效果。由于水污染日益严重，而经济发展和社会生活对用水水质要求日益严格，因此，对污水中有机物、氨氮、总氮、总磷等水质指标排放标准提出了更高的要求。常规工艺如厌氧、好氧工艺处理有机物、氨氮、总氮和总磷去除效果欠佳。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备及方法。
本发明公开的一种基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，包括格栅池、调节池、升流式厌氧生物滤池、降流式好氧生物滤池及清水池，格栅池、调节池、升流式厌氧生物滤池、降流式好氧生物滤池及清水池依次连接。
根据本发明的一实施方式，还包括反冲洗系统，反冲洗系统分别连接升流式厌氧生物滤池、降流式好氧生物滤池及清水池。
根据本发明的一实施方式，升流式厌氧生物滤池包括厌氧池体、厌氧承托层及厌氧生物滤料；厌氧池体分别与调节池及降流式好氧生物滤池连接，厌氧承托层及厌氧生物滤料均设置于厌氧池体内，厌氧生物滤料放置于厌氧承托层。
根据本发明的一实施方式，降流式好氧生物滤池包括好氧池体、好氧承托层、好氧生物滤料及曝气系统；好氧池体分别与厌氧池体及清水池连接，好氧承托层及好氧生物滤料均设置于好氧池体内，好氧生物滤料放置于好氧承托层，曝气系统连通好氧池体。
根据本发明的一实施方式，曝气系统包括曝气风机及曝气风管，曝气风机出风口通过曝气风管连通好氧池体。
根据本发明的一实施方式，反冲洗系统包括反冲洗风机、反冲洗风管、反冲洗水泵及反冲洗水管，反冲洗风机的出风口通过反冲洗风管分别连通厌氧池体及好氧池体，反冲洗水泵通过反冲洗水管分别连通厌氧池体、好氧池体及清水池。
根据本发明的一实施方式，清水池包括清水池体及消毒灯，清水池体分别连接调节池及降流式好氧生物滤池，消毒灯设置于清水池体内。
本发明还提供一种采用上述设备处理原水的方法，具体包括以下步骤：
将菌种分别投入升流式厌氧生物滤池及降流式好氧生物滤池，并且持续加入营养液和原水驯化培养一段时间；
将原水排入格栅池内，原水中的较大悬浮物经格栅池隔离过滤后的流入调节池，进行蓄水；
调节池内的原水排入升流式厌氧生物滤池内，升流式厌氧生物滤池内的菌种新陈代谢作用以及与原水发生生化反应；
反应后的原水流入降流式好氧生物滤池内，降流式好氧生物滤池内的菌种新陈代谢作用以及与原水发生生化反应；
经过降流式好氧生物滤池处理后的原水，流入到清水池内，并在清水池内消毒，消毒后的原水一部分排出到环境中，另一部分回流到调节池与原水混合，又一部分排向反冲洗系统。
根据本发明的一实施方式，营养液包括葡萄糖、氯化铵及磷酸氢二钾。
根据本发明的一实施方式，驯化培养周期为1-4个月。
本发明的有益效果在于，通过基于生物滤池的含中低浓度营养盐原水处理方法，相比较于传统净水方法，流程和步骤简单，针对中低浓度营养盐处理效果更佳；
通过基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，相比较于传统净水设备，结构简单，占地面积少，实际操作性强，能满足小规模，中等规模，或者大规模原水处理，整个设备利用重力势能运作，减少能耗。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为实施例中基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备的结构图。
附图标记说明：
1-格栅池；2-调节池；21-填料；3-升流式厌氧生物滤池；31-厌氧池体；32-厌氧承托层；33-厌氧生物滤料；331-第一层滤料；332-第二层滤料；4-降流式好氧生物滤池；41-好氧池体；42-好氧承托层；43-好氧生物滤料；431-第三层滤料；432-第四层滤料；44-曝气系统；441-曝气风机；442-曝气风管；5-清水池；51-清水池体；52-消毒灯；6-反冲洗系统；61-反冲洗风机；62-反冲洗风管；63-反冲洗水泵；64-反冲洗水管；7-抽水泵；80-管体；801-第一管道；802-第二管道；803-第三管道；804-第四管道；805-第五管道；806-第六管道；807-第七管道；808-第八管道；90-阀体；901-第一阀门；902-第二阀门；903-第三阀门；904-第四阀门；905-第五阀门；906-第六阀门；907-第七阀门；908-第八阀门；909-第九阀门；910-第十阀门；911-第十一阀门；912-第十二阀门；913-第十三阀门；914-第十四阀门；915-第十五阀门；916-第十六阀门；917-第十七阀门；918-第十八阀门。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1，图1为实施例中基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备的结构图。如图所示，本发明的一种基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，包括格栅池1、调节池2、升流式厌氧生物滤池3、降流式好氧生物滤池4及清水池5，格栅池1、调节池2、升流式厌氧生物滤池3、降流式好氧生物滤池4及清水池5通过管体80依次连接，管体80上设置有阀体90，通过管体80及阀体90组合使用，实现水体和气体流速和流量的控制。
优选地，本发明的一种基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，还包括反冲洗系统6，反冲洗系统6通过管道分别与升流式厌氧生物滤池3、降流式好氧生物滤池4及清水池5连接。
格栅池1的形状可以为正方体，也可以是长方法体，格栅池1可以设置于地表上，也可以设置在地表下，具体应用时，格栅池1的形状为长方体，格栅池1设置于地表下；格栅池1设置有多个栅条，多个栅条间隔设置，用于将原水中的漂浮物截留，进行初步过滤，需要注意的是，多个栅条之间的间隙可根据实际使用需求进行调整。格栅池1的出水口通过第一管道801与调节池2的入水口连接，第一管道801上设置有第一阀门901，通过第一阀门901控制格栅池1流入到调节池2内的原水。
调节池2的形状可以为圆柱体，也可以是长方法，调节池2可以设置在地表上，也可以设置在地表下，具体应用时，调节池2的形状为长方体，调节池2设置于地表下。调节池2的入水口与第一管道801连接，调节池2的出水口通过第二管道802与升流式厌氧生物滤池3连接，第二管道802的两端分别设置有第二阀门902及第三阀门903，在第二阀门902及第三阀门903之间设置有抽水泵7，第二阀门902用以控制调节池2内水体流出的流速与流量，第三阀门903用以控制流入升流式厌氧生物滤池3内的水体的流速与流量，抽水泵7用以将调节池2内的水体抽出并通过第二管道802排到升流式厌氧生物滤池3内。通过设置调节池2进行蓄水，当用水或排水处于使用高峰期或低峰期时，能有效地保障供水过程中的稳定性。
优选地，调节池2为厌氧调节池，在不增加其他设备的情况下，多提供了一个厌氧生物池，增加了厌氧生化反应场所，提升了水处理系统厌氧处理的效果。调节池2内设置有多个填料21，填料21可以是软性填料、半软性填料、组合填料或生物载体悬浮球填料等中的一种或几种混合使用，具体的，填料21悬挂在调节池2内，选用的是生物载体悬浮球填料。调节池2内培养有厌氧菌，由格栅池1流入调节池2内的水体和清水池流入调节池2的水体混合，在厌氧菌作用下发生厌氧分解有机物反应，厌氧反硝化脱氮反应，厌氧反硝化聚磷反应，厌氧氨氧化反应，通过发生厌氧分解有机物反应，厌氧反硝化脱氮反应，厌氧反硝化聚磷反应，厌氧氨氧化反应，再加上悬挂的填料2及其上微生物的物理截留和生物吸附作用，去除水体中部分有机物，氨氮，硝酸盐氮，总氮，总磷，悬浮物等。
升流式厌氧生物滤池3包括厌氧池体31、厌氧承托层32及厌氧生物滤料33，优选地，厌氧池体31设置于地表上，厌氧承托层32卡设于厌氧池体31内，且厌氧承托层32将厌氧池体31内腔分为上腔及下腔，厌氧生物滤料33放置于厌氧承托层32上，并且位于厌氧池体31的上腔内。具体应用时，第二管道802连通厌氧池体31的下腔，作为厌氧池体31的入水口，第三管道803设置于厌氧池体31的上腔，作为厌氧池体31的出水口，通过第三管道803将厌氧池体31内的水体排向降流式好氧生物滤池4内，第三管道803上设置有第四阀门904，用以控制由厌氧池体31排向降流式好氧生物滤池4的水体的流速和流量。
厌氧承托层32可以是钢板，也可以是混凝土板，具体的，厌氧承托层32选用的材质为钢板，优选地，在厌氧承托层32上贯穿设置有多个滤头(图中未标出)，多个滤头(图中未标出)可以规则的分布于厌氧承托层32上，也可以是分散的分布于厌氧承托层32上，滤头(图中未标出)的种类为磨菇型、梅花型、塔型和圆柱型中的其中一种，或者是多种混合一起使用，具体应用时，厌氧承托层32上规则的贯穿有多个蘑菇型的滤头(图中未标出)；优选地，滤头(图中未标出)的材质为ABS工程塑料，通过滤头(图中未标出)保证流入厌氧池体31内的水量，实现对水体中的物质进行过滤及沉淀，同时还是反冲洗过程中必不可少的部件之一。
厌氧生物滤料33包括第一层滤料331及第二层滤料332，第一层滤料331及第二层滤料332相互叠放，第一层滤料331及第二层滤料332均位于厌氧池体31的上腔；实际使用中，可以有多层第一层滤料331，多层第二层滤料332，多层第一层滤料331及多层第二层滤料332可以是交错叠放，即每两层第一层滤料331之间放置有一层第二层滤料332，同理，每两层第二层滤料332之间放置有一层第一层滤料331，除此之外，还可以将第一层滤料331与第二层滤料332打乱后放入到厌氧池体31的上腔内，本实施例中以一层第一层滤料331，一层第二层滤料332为例说明。第一层滤料331叠放于厌氧池体31上，具体应用时，第一层滤料331采用粒径大的材料，例如鹅卵石和陶瓷玻璃环等，采用其中的一种或多种混合使用，第一层滤料331叠放的高度为0.3-1m；第二层滤料332叠放于第一层滤料331上，具体应用时，第二层滤料332采用粒径小于第一层滤料331的材料，例如陶粒、麦饭石、陶瓷玻璃环、珊瑚砂、活性炭、沸石和火山岩等，采用其中的一种或者多种混合使用，第二层滤料332叠放的高度为3-9m；需要注意的是，第一层滤料331及第二层滤料332各自叠放的高度并不仅限于以上提及的高度，可以根据厌氧池体31自身结构及实际需求进行合理调整。调节池2内的水体排入厌氧池体31，通过位于第一层滤料331和第二层滤料332上的生物膜，及第一层滤料331和第二层滤料332间隙的微生物群落，进行截留、吸附、吸收、氧化及合成作用，有效去除水中的有机物、氮及磷等营养物质。
降流式好氧生物滤池4包括好氧池体41、好氧承托层42、好氧生物滤料43及曝气系统44，优选地，好氧池体41设置于地表上，好氧承托层42卡设于好氧池体41内，且好氧承托层42将好氧池体41的内腔分为上腔及下腔，好氧生物滤料43放置于好氧承托层42上，并且位于好氧池体41的上腔，曝气系统44设置于好氧池体41的下腔。
具体应用时，厌氧池体31的体积为好氧池体41的体积的1.5-4倍，第三管道803连通好氧池体41的上腔，作为好氧池体41的入水口，好氧池体41的下腔设置有第四管道804，作为好氧池体41的出水口，厌氧池体31通过第三管道803将水体排向好氧池体41，好氧池体41的高度低于厌氧池体31，利用水体的重力势能，将水体自上而下排向好氧池体41，再通过第四管道804将水体排向清水池5内；第四管道804上设置有第五阀门905，用以控制好氧池体41流向清水池5内的水体的流速和流量。
好氧承托层42可以是钢板，也可以是混凝土板，具体的，好氧承托层42选用的材质为钢板，优选地，在好氧承托层42上贯穿设置有多个滤头(图中未标出)，多个滤头(图中未标出)可以规则的分布于好氧承托层42上，也可以是分散的分布于好氧承托层42上，滤头(图中未标出)的种类为磨菇型、梅花型、塔型和圆柱型中的其中一种，或者是多种混合一起使用，具体应用时，好氧承托层42上规则的贯穿有多个蘑菇型的滤头(图中未标出)；优选地，滤头(图中未标出)的材质为ABS工程塑料，通过滤头(图中未标出)保证流入好氧池体41内的水量，实现对水体中的物质进行过滤及沉淀，同时还是反冲洗过程中必不可少的部件之一。
好氧生物滤料43包括第三层滤料431及第四层滤料432，第三层滤料431及第四层滤料432相互叠放，第三层滤料431及第四层滤料432均位于好氧池体41的上腔；实际使用中，可以有多层第三层滤料431，多层第四层滤料432，多层第三层滤料431及多层第四层滤料432可以是交错叠放，即每两层第三层滤料431之间放置有一层第四层滤料432，同理，每两层第四层滤料432之间放置有一层第三层滤料431，除此之外，还可以将第三层滤料431与第四层滤料432打乱后放入到好氧池体41的上腔内，本实施例中以一层第三层滤料431，一层第四层滤料432为例说明。第三层滤料431叠放于好氧池体41上，具体应用时，第三层滤料431采用粒径大的材料，例如鹅卵石和陶瓷玻璃环等，采用其中的一种或多种混合使用，第三层滤料431叠放的高度为0.3-1m；第四层滤料432叠放于第三层滤料431上，具体应用时，第四层滤料432采用粒径小于第三层滤料431的材料，例如陶粒、麦饭石、陶瓷玻璃环、珊瑚砂、活性炭、沸石和火山岩等，采用其中的一种或者多种混合使用，第四层滤料432叠放的高度为3-9m；需要注意的是，第三层滤料431及第四层滤料432各自叠放的高度并不仅限于以上提及的高度，可以根据好氧池体41自身结构及实际需求进行合理调整。厌氧池体31内的水体排入好氧池体41，利用好氧池体41内异养菌和硝化菌占据优势等特点，有效去除水中有机物，氨氮和总磷；硝化菌、亚硝化菌把大部分氨氮转化为硝酸盐氮，亚硝酸盐氮；第三层滤料431及第四层滤料432表面好氧和内部厌氧的环境，会发生同步硝化反硝化反应，去除小部分总氮；此外，微生物新陈代谢作用吸收一部分磷。
曝气系统44包括曝气风机441及曝气风管442，曝气风机441的出风口通过曝气风管442与好氧池体41的下腔连通，通过曝气风机441向好氧池体41内提供氧气。优选地，在曝气风管442上设置有第六阀门906，通过第六阀门906控制曝气风机441出气口排向好氧池体41下腔的气体量。
清水池5包括清水池体51及消毒灯52，水池体51可以设置在地表上，也可以是设置在地表下，具体应用时，清水池体51设置于地表上，并且清水池体51的高度低于好氧池体41的高度。第四管道804连接清水池体51的下部，作为清水池体51的入水口，通过第四管道804将好氧池体41内的水体排向清水池体51，清水池体51的上部设置有第五管道805，作为清水池体51的出水口，在第五管道805上设置有第七阀门907及第八阀门908，通过第五管道805将清水池体51内的水体排向环境，第七阀门907用以控制清水池体51排出水体的流速及流向，第八阀门908用以控制排向环境水体的流速及流量；在第七阀门907及第八阀门908之间还设置有第六管道806，通过第六管道806将清水池体51内的水排向调节池2，第六管道806上设置有第九阀门909及第十阀门910，第九阀门909用以控制清水池体51排向调节池2内的水体的流速及流量，第十阀门910用以控制排入调节池2内的水体的流速及流量；消毒灯52位于清水池体51内，并且消毒灯52设置于清水池体51内壁面，消毒灯52的数量可以是两个，也可以是三个，具体应用时，消毒灯52的数量为两个，消毒灯52与清水池体51内壁面的顶部连接，通过消毒灯51对出水进行消毒，消灭掉部分细菌和藻类。
优选地，消毒灯52为紫外消毒灯。
优选地，为了提高排水的效率及保证足够的水流压力，可以在第六管道806上设置水泵(图中未标识)，清水池体51内的水体通过水泵(图中未标识)流回到调节池2内。
反冲洗系统6包括反冲洗风机61、反冲洗风管62、反冲洗水泵63及反冲洗水管64，反冲洗风机61通过反冲洗风管62连接厌氧池体31及好氧池体41，反冲洗风管62一端连接反冲洗风机61的出风口，反冲洗风管62另一端分别连通厌氧池体31的下腔及好氧池体41的下腔，通过反冲洗风管62将反冲洗风机61排出的气体分别排向厌氧池体31内及好氧池体41内，在反冲洗风管62上设置有第十一阀门911、第十二阀门912及第十三阀门913，通过第十一阀门911用以控制反冲洗风机61排出的气体量，第十二阀门912用以控制排入厌氧池体31内的气体量，第十三阀门913用以控制排入好氧池体41内的气体量；反冲洗水泵63通过反冲洗水管64连接厌氧池体31、好氧池体41及清水池体51，反冲洗水管64一端连通清水池体51，反冲洗水管64另一端分别连通厌氧池体31的下腔及好氧池体41的下腔，通过反冲洗水泵63将清水池体51内的水排向厌氧池体31及好氧池体41，反冲洗水管64上设置有第十四阀门914、第十五阀门915及第十六阀门916，第十四阀门914位于清水池体51的出水口与反冲洗水泵63入水口之间，用以控制清水池体51排出的水体量，第十五阀门915位于厌氧池体31与反冲洗水泵63出水口之间，用以控制排向厌氧池体31的水体量，第十六阀门916位于好氧池体41与反冲洗水泵63出水口之间，用以控制排向好氧池体41的水体量；厌氧池体31通过第七管道807连接格栅池1，第七管道807的一端连接厌氧池体31的上腔，第七管道807的另一端连接格栅池1的入水端，第七管道807上设置有第十七阀门917，用以控制厌氧池体31内反冲洗过程中排回到格栅池1的水体量；好氧池体41通过第八管道808连接格栅池1，第八管道808的一端连接好氧池体41的上腔，第八管道808的另一端连接格栅池1的入水端，第八管道808上设置有第十八阀门918，用以控制好氧池体41内反冲洗过程中排回到格栅池1的水体量。通过该反冲洗系统6实现设备代替人工对过滤设备的清洗，同时清洗过程简单、快速和效率高，极大地节约了人力资源和水资源，大大降低了设备的运营成本。
设备长时间工作后，沉淀物逐渐增多且沉淀于滤头上，滤头容易被堵塞，此时，需要对池体及滤头进行清洗，清洗前，需要将第一阀门901、第二阀门902、第三阀门903、第四阀门904、第五阀门905、第六阀门906及抽水泵7关闭，同时，将第十一阀门911、第十二阀门912、第十三阀门913、第十四阀门914、第十五阀门915、第十六阀门916、第十七阀门917及第十八阀门918打开，而后，开启反冲洗风机61，反冲洗风机61将空气压缩并通过反冲洗风管62将空气排向滤头，对厌氧池体31及好氧池体41内的颗粒物及衰老微生物进行搅拌，使得颗粒物及衰老微生物从第一层滤料331、第二层滤料332、第三层滤料431及第四层滤料432上松动和脱离，并与水混合在一起，持续5-10min后，接着开动反冲洗水泵63，反冲洗水泵63通过反冲洗水管64将清水池体51内的水排向滤头，持续气水联冲5-20min，通过该气水联冲的方式，进一步搅动厌氧池体31及好氧池体41内长期累积的颗粒物和衰老微生物，并使污泥和衰老微生物从厌氧池体31及好氧池体41内壁面上完全脱落，并混合在水中，最终，厌氧池体31通过第七管道807将反冲洗的水排回到格栅池1继续循环处理，好氧池体41通过第八管道808将反冲洗的水排回到格栅池1继续循环处理。
除此之外，当原水污染物浓度较低情况下，例如在处理农村生活原水的情况下，要求处理出水达到GB18918-B标准，如COD浓度60mg L-1,悬浮物浓度20mg L-1，氨氮浓度8mg L-1，总氮浓度20mg L-1，总磷浓度1mg L-1，而此时原水COD浓度80mg L-1,悬浮物浓度30mg L-1，氨氮浓度15mg L-1，总氮浓度20mg L-1，总磷浓度1.5mg L-1，此时对COD，氨氮，总磷浓度有一定处理要求，而总氮浓度在处理前即达到排放标准，或者超出排放标准不多的情况下，可以将第九阀门909关闭，即原水处理后直接排出到环境，不需要再留回到调节池2，进而降低了需要处理的水量，降低了水体处理所需的能耗，节约成本；当在原水污染物浓度非常低的情况下，例如在处理农村生活原水的情况下，要求处理出水达到GB18918-B标准，如COD浓度60mg L-1,悬浮物浓度20mg L-1，氨氮浓度8mg L-1，总氮浓度20mg L-1，总磷浓度1mg L-1，而此时原水COD浓度80mg L-1,悬浮物浓度30mg L-1，氨氮浓度9mg L-1，总氮浓度19mg L-1，总磷浓度1.5mg L-1，在原水有机物，氨氮，总磷浓度超出排放标准不多的情况下，可以将第六阀门906及第九阀门909关闭，经过一段时间后，降流式好氧生物滤池4由于缺少氧气的原因变为厌氧生物滤池，最终为两个厌氧生物滤池串联，原水经过两个厌氧生物滤池处理后，再经清水池5进行消毒即可直接排向环境，如此一来，减少了曝气系统441的能耗，同时，降低了需要处理的水量，降低了水体处理所需的能耗，节约成本。实际使用时，根据实际需求选择合适的模式，也可以根据需求调整各个阀门的开与关。
采用上述设备处理原水，首先，将菌种分别投放于升流式厌氧生物滤池3及降流式好氧生物滤池4内；升流式厌氧生物滤池3内的菌种包括反硝化菌、厌氧氨氧化菌及聚磷菌，降流式好氧生物滤池4内的菌种包括异养菌、亚硝化菌及硝化菌，其次，将含有葡萄糖、氯化铵、磷酸氢二钾的营养剂溶解成葡萄糖浓度为100-500mg L-1、氯化铵浓度为10-50mg L-1及磷酸氢二钾浓度为0.5-5mg L-1的营养液，并持续加入升流式厌氧生物滤池3及降流式好氧生物滤池4进行驯化培养，具体的，营养液在升流式厌氧生物滤池3及降流式好氧生物滤池4中水力停留时间为2-24小时，优选地，驯化培养周期为1-4个月，驯化培养初期，微生物数量较少，进水量也较少，随着驯化培养时间增加，微生物的数量也逐渐增加，此时需要加入部分原水，具体的，原水中有机物浓度为10-300mg L-1，氨氮浓度为1-40mg L-1，总氮浓度为2-50mg L-1，总磷浓度为0.1-5mg L-1。直至微生物数量到达所需数量后，培养液也逐渐用原水取代，使微生物完全适应和驯化，最终升流式厌氧生物滤池3以反硝化菌、厌氧氨氧化菌、聚磷菌、水解酸化菌、产甲烷菌为主，降流式好氧生物滤池4以异养菌、亚硝化菌及硝化菌为主。
再次，驯化培养完成后，将原水排入格栅池1，格栅池1对漂浮物进行截留过滤，格栅池1截留过滤后，原水流入调节池2进行蓄水，同时，清水池5将部分水体流回到调节池2与原水混合，具体的，清水池5中的水体含有浓度相对较低的有机物、硝酸盐氮及亚硝酸盐氮等，原水与清水池5的水体混合比例为1:1至3:1。达到设定蓄水量后，调节池2将混合后的原水排入升流式厌氧生物滤池3，原水依序通过厌氧承托层32及厌氧生物滤料33，具体应用时，升流式厌氧生物滤池3内溶解氧控制在0-0.2mg L-1，水力停留时间为1-24小时。在这个过程中，水解酸化菌及产甲烷菌起主导作用，原水中的大分子有机物分解为小分子有机物；反硝化菌起主导作用，反硝化菌在硝酸盐氮和碳源存在的情况下，进行反硝化反应将硝酸盐氮转化为氮气；厌氧氨氧化菌起主导作用，进行厌氧氨氧化反应，原水中的亚硝酸盐氮与氨氮反应生成氮气；聚磷菌起主导作用，原水中的总磷进行厌氧反硝化聚磷反应；微生物自身新陈代谢，第一层滤料331及第二层滤料332的物理和微生物的截留及吸附作用，降低了升流式厌氧生物滤池3出水的化学需氧量、氨氮、总氮、总磷和悬浮物的浓度；
而后，原水通过升流式厌氧生物滤池3后，流入降流式好氧生物滤池4，原水依序通过好氧生物滤料43及好氧承托层42，具体应用时，降流式好氧生物滤池4内溶解氧控制在1-5mg L-1，水力停留时间为1-24小时。在这个过程中，亚硝化菌及硝化菌起主导作用，发生硝化反应，原水中的氨氮转化为硝酸盐氮及亚硝酸盐氮；第三层滤料431及第四层滤料432外部为好氧环境，第三层滤料431及第四层滤料432内部为厌氧环境，部分总氮在好氧厌氧环境下发生同步硝化反硝化反应，微生物自身新陈代谢吸收部分磷，同时，第三层滤料431及第四层滤料432进行物理截留，有效去除水中有机物，氨氮和总磷。
最后，经过降流式好氧生物滤池4处理后的原水流入到所述清水池5，并通过消毒灯52进行消毒，消毒后的原水根据需求可以一部分排出到环境中，另一部分流回到调节池2与原水混合，为升流式厌氧生物滤池3提供硝酸盐氮及亚硝酸盐氮原料，又一部分流向反冲洗系统6，为反冲洗过程提供水源。当长时间使用后，升流式厌氧生物滤池3及降流式好氧生物滤池4内出现大量污泥、颗粒物和衰老微生物，大量污泥、颗粒物和衰老微生物不仅导致出水水质变差和出水营养物质多，还会堵塞滤头，使得进水阻力变大，大大降低了对水体的处理效果以及耗能增加，此时，需要开启反冲洗系统6进行反冲洗，具体反冲洗操作流程在上述内容中已做详细介绍，此处不再做进一步赘述。
实施例一
调节池2体积为0.5m*0.5m*0.5m，厌氧池体31内腔直径为0.6m，第一层滤料331为鹅卵石和陶瓷玻璃环，第二层滤料332为陶粒，堆积高度分别为0.3m和4m，好氧池体41内腔直径为0.5m，第三层滤料431为鹅卵石和陶瓷玻璃环，第四层滤料432为陶粒，堆积高度分别为0.3m和3m，优选地，陶粒大小为3-5mm，清水池5体积为0.5m*0.5m*0.5m。配置模拟原水化学需氧量浓度150mg L-1，氨氮浓度20mg L-1，总氮浓度20mg L-1，总磷浓度1.5mg L-1，此时，清水池5中的化学需氧量浓度为5-20mg L-1，氨氮浓度为0.5-3mg L-1，硝酸盐氮浓度7-9mgL-1，亚硝酸盐氮浓度0-1mg L-1，总氮浓度10-12mg L-1，总磷浓度0.1-0.2mg L-1，将两者按1:1混合，当停留在升流式厌氧生物滤池3十小时至十二小时后，出水化学需氧量浓度为40-60mg L-1，氨氮浓度为6-9mg L-1，硝酸盐氮浓度3-5mg L-1，亚硝酸盐氮浓度2-3mg L-1，总氮浓度11-13mg L-1，总磷浓度0.2-0.4mg L-1，再停留于降流式好氧生物滤池4五小时至六小时后，清水池5出水化学需氧量浓度为5-20mg L-1，氨氮浓度为0.5-3mg L-1，硝酸盐氮浓度7-9mg L-1，亚硝酸盐氮浓度0-1mg L-1，总氮浓度10-12mg L-1，总磷浓度0.1-0.2mg L-1。
实施例二
调节池2体积为2m*2m*2m，厌氧池体31为3m*6m*5m的长方体，第一层滤料331为鹅卵石和陶瓷玻璃环，第二层滤料332为陶粒，堆积高度为0.4m和4m，好氧池体41为3m*3m*4m的长方体，第三层滤料431为鹅卵石和陶瓷玻璃环，第四层滤料432为陶粒，堆积高度分别为0.4m和3m，优选地，陶粒大小为3-5mm，清水池5体积为2m*2m*3m。配置模拟原水化学需氧量浓度150mg L-1，氨氮浓度10mg L-1，总氮浓度12mg L-1，总磷浓度1.5mg L-1，此时，清水池5的化学需氧量浓度为10-40mg L-1，氨氮浓度为0.2-3mg L-1，硝酸盐氮浓度5-8mg L-1，亚硝酸盐氮浓度0-1mg L-1，总氮浓度4-8mg L-1，总磷浓度0.1-0.2mg L-1，将两者按1:1混合，当停留在升流式厌氧生物滤池3十小时至十二小时后，出水化学需氧量浓度为50-80mg L-1，氨氮浓度为2-5mg L-1，硝酸盐氮浓度2-4mg L-1，亚硝酸盐氮浓度1.5-3mg L-1，总氮浓度5-9mgL-1，总磷浓度0.1-0.4mg L-1，再停留于降流式好氧生物滤池4五小时至六小时后，清水池5出水化学需氧量浓度为10-40mg L-1，氨氮浓度为0.2-3mg L-1，硝酸盐氮浓度5-8mg L-1，亚硝酸盐氮浓度0-1mg L-1，总氮浓度4-8mg L-1，总磷浓度0.1-0.2mg L-1。
实施例三
调节池2体积为2m*2m*2m，厌氧池体31为3m*6m*5m的长方体池体，第一层滤料331为鹅卵石和陶瓷玻璃环，第二层滤料332为陶粒，堆积高度分别为0.4m和4m，好氧池体41为3m*3m*4m的长方体池体，第三层滤料431为鹅卵石和陶瓷玻璃环，第四层滤料432为陶粒，堆积高度分别为0.4m和3m，优选地，陶粒大小为3-5mm，清水池5体积为2m*2m*3m。配置模拟原水化学需氧量浓度80mg L-1，氨氮浓度8mg L-1，总氮浓度9mg L-1，总磷浓度1.5mg L-1。此时，清水池5的化学需氧量浓度为10-30mg L-1，氨氮浓度为0.2-1.5mg L-1，硝酸盐氮浓度3.5-6mg L-1，亚硝酸盐氮浓度0-0.5mg L-1，总氮浓度3.5-7mg L-1，总磷浓度0.1-0.2mg L-1，将两者按1:1混合，当停留在升流式厌氧生物滤池3十小时至十二小时后，出水化学需氧量浓度为35-60mg L-1，氨氮浓度为2-4mg L-1，硝酸盐氮浓度2-4mg L-1，总氮浓度4-8mg L-1，总磷浓度0.1-0.4mg L-1，再停留于降流式好氧生物滤池4五小时至六小时后，清水池5出水化学需氧量浓度为10-30mg L-1，氨氮浓度为0.2-1.5mg L-1，硝酸盐氮浓度3.5-6mg L-1，亚硝酸盐氮浓度0-0.5mg L-1，总氮浓度3.5-7mg L-1，总磷浓度0.1-0.2mg L-1
综上所述，通过基于生物滤池的含中低浓度营养盐原水处理方法，相比较于传统净水方法，流程和步骤简单，针对中低浓度营养盐处理效果更佳；
通过基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，相比较于传统净水设备，结构简单，占地面积少，实际操作性强，能满足小规模，中等规模，或者大规模原水处理，整个设备利用重力势能运作，减少能耗。
上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，其特征在于，包括格栅池(1)、调节池(2)、升流式厌氧生物滤池(3)、降流式好氧生物滤池(4)及清水池(5)，所述格栅池(1)、所述调节池(2)、所述升流式厌氧生物滤池(3)、所述降流式好氧生物滤池(4)及所述清水池(5)依次连接。
2.根据权利要求1所述的基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，其特征在于，还包括反冲洗系统(6)，所述反冲洗系统(6)分别连接所述升流式厌氧生物滤池(3)、所述降流式好氧生物滤池(4)及所述清水池(5)。
3.根据权利要求2所述的基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，其特征在于，所述升流式厌氧生物滤池(3)包括厌氧池体(31)、厌氧承托层(32)及厌氧生物滤料(33)；所述厌氧池体(31)分别与所述调节池(2)及所述降流式好氧生物滤池(4)连接，所述厌氧承托层(32)及所述厌氧生物滤料(33)均设置于所述厌氧池体(31)内，所述厌氧生物滤料(33)放置于所述厌氧承托层(32)。
4.根据权利要求3所述的基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，其特征在于，所述降流式好氧生物滤池(4)包括好氧池体(41)、好氧承托层(42)、好氧生物滤料(43)及曝气系统(44)；所述好氧池体(41)分别与所述厌氧池体(31)及所述清水池(5)连接，所述好氧承托层(42)及所述好氧生物滤料(43)均设置于所述好氧池体(41)内，所述好氧生物滤料(43)放置于所述好氧承托层(42)，所述曝气系统(44)连通所述好氧池体(41)。
5.根据权利要求4所述的基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，其特征在于，所述曝气系统(44)包括曝气风机(441)及曝气风管(442)，所述曝气风机(441)出风口通过所述曝气风管(442)连通所述好氧池体(41)。
6.根据权利要求4所述的基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，其特征在于，所述反冲洗系统(6)包括反冲洗风机(61)、反冲洗风管(62)、反冲洗水泵(63)及反冲洗水管(64)，所述反冲洗风机(61)的出风口通过所述反冲洗风管(62)分别连通所述厌氧池体(31)及所述好氧池体(41)，所述反冲洗水泵(63)通过所述反冲洗水管(64)分别连通所述厌氧池体(31)、所述好氧池体(41)及所述清水池(5)。
7.根据权利要求1所述的基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备，其特征在于，所述清水池(5)包括清水池体(51)及消毒灯(52)，所述清水池体(51)分别连接所述调节池(2)及所述降流式好氧生物滤池(4)，消毒灯(52)设置于所述清水池体(51)内。
8.一种采用权利要求1-7任一项基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备处理原水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将菌种分别投入所述升流式厌氧生物滤池(3)及所述降流式好氧生物滤池(4)，并且持续加入营养液和原水驯化培养一段时间；
将原水排入所述格栅池(1)内，原水中的较大悬浮物经格栅池(1)隔离过滤后的流入所述调节池(2)，进行蓄水；
所述调节池(2)内的原水排入所述升流式厌氧生物滤池(3)内，所述升流式厌氧生物滤池(3)内的所述菌种新陈代谢作用以及与原水发生生化反应；
反应后的原水流入所述降流式好氧生物滤池(4)内，所述降流式好氧生物滤池(3)内的所述菌种新陈代谢作用以及与原水发生生化反应；
经过所述降流式好氧生物滤池(4)处理后的原水，流入到所述清水池(5)内，并在所述清水池(5)内消毒，消毒后的原水一部分排出到环境中，另一部分回流到所述调节池(2)与原水混合，又一部分排向所述反冲洗系统(6)。
9.根据权利要求8所述的基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备处理原水的方法，其特征在于，所述营养液包括葡萄糖、氯化铵及磷酸氢二钾。
10.根据权利要求8所述的基于生物滤池的含中低浓度营养盐的原水处理设备处理原水的方法，其特征在于，所述驯化培养周期为1-4个月。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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