CN110589964A - 一种内循环高效反硝化生物脱氮滤池 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种内循环高效反硝化生物脱氮滤池，所述生物脱氮滤池包括一滤池池体，所述滤池池体的底部安装有反硝化生物滤床，所述反硝化生物滤床将所述滤池池体分隔为位于所述反硝化生物滤床下部的配水区和位于所述反硝化生物滤床上部的压顶水层区，贯穿所述反硝化生物滤床设有内循环导流装置，所述内循环导流装置将位于所述压顶水层区内的水输送到所述配水区，再经所述反硝化生物滤床处理。本发明实施例的过滤装置由于生物填料层的压实速度缓慢，大幅延长了反冲洗周期，降低了反冲洗频率，单次反冲洗废水量少于5％，从而降低系统的运行成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及污水处理技术领域，具体涉及一种内循环高效反硝化生物脱氮滤池。
背景技术
生物脱氮技术主要有生物膜法和活性污泥法，实践证明生物膜法的反硝化脱氮效果远远优于活性污泥法。最具有代表性的生物膜法为反硝化生物滤池和反硝化深床滤池。反硝化是指在厌氧或者缺氧条件下将目标废水中的硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气的过程，深床滤池中会集聚一定量的氮气，少量的氮气会使污水绕窜填料之间增强了微生物与水流的接触，提高处理效率。但是大量氮气的集聚，会造成水头损失，这种情况下，必须借助专业的驱氮技术驱除氮气，恢复水头，但是专业的驱氮技术会增加能耗，从而增加处理成本。反硝化生物滤池和传统的生物滤池的结构相同，不同的是反硝化生物滤池不需要曝气，在厌氧或者缺氧的条件下，水中的硝酸盐和亚硝酸盐通过反硝化作用转化为氮气，实现脱氮目的。反硝化深床滤池是反硝化生物滤池的升级，与生物滤池相比，加大了填料层厚度，从而成为集生物脱氮及过滤功能合二为一的处理单元。
目前，很多研究者对适用于城市污水处理厂处理总氮的反硝化生物滤床进行了较为深入的研究，但是对工业废水的脱氮研究较为欠缺。工业废水的主要特点是水质水量变化较大，总氮浓度较高，反应系统必须具有极强的抗冲击负荷能力，反硝化生物滤床尽管提高了抗冲击负荷能力，但是这种抗冲击能力主要来自于滤床有效过滤层，如果滤床堵塞，反应系统极易崩溃，出水水质恶化，不能达标排放。
综上所述，传统的反硝化生物滤池及反硝化深床滤池存在以下缺陷：处理效果不稳定，深床滤池所用填料均为2-4mm的石英砂、天然海砂等，这些填料的孔隙少导致比表面积较小，为微生物生长所提供的附着空间较小，导致微生物量较少；纳污能力较小，滤料经过石英砂等填料时，大部分悬浮物截留在床层上部数厘米深度内，短时间内极易出现滤床上部床层纳污饱和，阻力急剧增大，而下层滤料的纳污能力未被充分利用导致传质效果不好的现象；以上原因使得目标污染物不能够很好的与滤料接触，严重影响了微生物的降解效果和滤料的过滤功能，导致出水水质较差。反冲洗水量大，为了保证出水效果的优异性，必须通过频繁的反冲洗来恢复纳污能力，同时排出老化的生物膜，反冲洗必然会消耗一部分水资源和能耗，同时产生反冲洗废水，从而增加运行成本。抗冲击能力差，由于微生物量有限，因此对水质和水量波动较大的工业废水的抗冲击能力和抗毒性能力较差。需要借助专业驱氮技术，反硝化过程中会产生氮气，少量的氮气有益于传质，但是大量的氮气集聚会引起水头损失，为了恢复水头损失，必须采用专业的氮气驱赶技术驱赶氮气，增加了能源的消耗。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种内循环高效反硝化生物脱氮滤池，以解决现有技术中的生物脱氮过滤装置存在着生物填料传质效果差，反冲洗水量大以及能耗高的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种内循环高效反硝化生物脱氮滤池，所述生物脱氮滤池包括一滤池池体，所述滤池池体的底部安装有反硝化生物滤床，所述反硝化生物滤床将所述滤池池体分隔为位于所述反硝化生物滤床下部的配水区和位于所述反硝化生物滤床上部的压顶水层区，贯穿所述反硝化生物滤床设有内循环导流装置，所述内循环导流装置将位于所述压顶水层区内的水输送到所述配水区，再经所述反硝化生物滤床处理；
所述滤池池体的底部设有进水管，所述滤池池体的顶部设有出水管；
待处理的污水依次经所述进水管、所述配水区、所述反硝化生物滤床后，再经过所述压顶水层区、内循环导流装置，再次进入所述配水区进行循环处理，处理后的水流经过所述出水管流出。
优选的，所述内循环导流装置包括吸水管、内导流筒体、外导流筒体以及内循环动力装置；其中，所述吸水管一端与所述压顶水层区上层连通，所述吸水管的另一端与所述内导流筒体的底部连通，所述内导流筒体的底部封闭；
所述外导流筒体套置于所述内导流筒体的外侧，所述外导流筒体的上端和下端均设有开口；
所述压顶水层区的水经过所述吸水管进入到所述内导流筒体，在所述内循环动力装置的作用下，经过所述内导流筒体的顶部进入到所述外导流筒体内，再经过所述外导流筒体进入到所述配水区。
优选的，所述外导流筒体的上部顶端高于所述配水区上部的水面高度。
优选的，所述反硝化生物滤床包括承托板、以及位于所述承托板上的生物填料层；所述承托板上开设有孔隙。
优选的，所述填料层采用硅酸盐烧结多孔蜂窝滤料作为填料。
优选的，所述填料的孔隙率可高达55％-65％，堆积密度0.9-0.95t/m3，机械强度大于6000N/m2。
优选的，所述内循环导流装置的数量至少为两个。
本发明实施例的内循环高效反硝化生物脱氮滤池还包括反冲洗装置，所述反冲洗装置包括反冲洗进气管、配气装置、反冲洗进水管、反冲洗配水装置和反冲洗排水管；
所述配气装置通过所述反冲洗进气管与所述反硝化生物滤床连通；
所述反冲洗配水装置通过所述反冲洗进水管与所述反硝化生物滤床连通；
所述反冲洗排水管与所述滤池顶部连通。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例反硝化生物滤床具有良好的传质能力，其进水方式为向上流式，生物填料层所受重力方向与水流及氮气排除方向相反，由于在相反力的作用条件下，生物填料层可保持原始的疏松状态，保证了污水与微生物的接触机会；内循环导流装置的设计，很大程度上提高了目标废水与微生物的接触机会，传质良好，处理效果极佳，与传统反硝化技术相比较，该技术在相同的水力停留时间可使得污水与反硝化生物床层的接触次数增加5～10倍，大幅提高系统的传质效率。
本发明实施例采用孔隙极发达的改性生物填料层为微生物的附着提供了巨大的比表面积，此种填料的使用，能够很好的截留微生物，不仅提高了微生物量，而且缩短了微生物培养周期，出水水质优良；同时，其纳污能力极强，采用沿水流方向由粗到细的级配式的滤料排布方式，经过层层过滤，保证出水悬浮物浓度稳定低于5mg/L；由于生物填料层和垫层的压实速度缓慢，加之滤料高达100-150kg/m3纳污量，大幅延长了反冲洗周期，降低了反冲洗频率，单次反冲洗废水量少于5％，反冲洗周期长至1-2月反冲洗一次，从根本上减少了反冲洗用水量和能耗，从而降低运行成本。
本发明实施例的通过高浓度的微生物量以及内循环的稀释及均质作用，使得该系统对水质和水量波动较大的工业废水的抗冲击能力和抗毒性能力极强；由于是上向流的进水方式，水流方向和氮气溢出方向一致，随着水的流动，氮气会被自动带出，不需要额外的驱氮装置，降低了能源的消耗及操作的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的内循环高效反硝化生物脱氮滤池的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的内循环高效反硝化生物脱氮滤池的俯视图；
图中：100-滤池池体；120-反硝化生物滤床；121-承托板；122-生物填料层；130-反冲洗进水管；140-进水管；150-反冲洗进气管；160-出水管；170-反冲洗排水管；200-内循环导流装置；210-吸水管；220-外导流筒体；230-内导流筒体；240-内循环动力装置。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种内循环高效反硝化生物脱氮滤池，该过滤装置包括一滤池池体100，滤池池体100的底部安装有反硝化生物滤床120，反硝化生物滤床120将滤池池体100分隔为位于反硝化生物滤床120下部的配水区和位于反硝化生物滤床120上部的压顶水层区，贯穿反硝化生物滤床120设有内循环导流装置200，内循环导流装置200将位于压顶水层区内的水输送到配水区，再一次经反硝化生物滤床120处理；滤池池体100的底部设有进水管140，滤池池体100的顶部设有出水管160；待处理的污水经进水管140进入配水区后经过反硝化生物滤床120处理后经过压顶水层区、内循环导流装置200后，再进入配水区进行循环处理，处理后的水流经过出水管160流出。内循环导流装置200的设置，可以大大提高目标废水与微生物的接触机会，提高废水的处理效果。
其中，内循环导流装置200外形可以为圆柱体或长方体，该装置均布于滤池池体100的中间，每个滤池池体100的中间可布置的数量为1～8个。具体的，该内循环导流装置200包括吸水管210、内导流筒体230、外导流筒体220以及内循环动力装置240；其中，吸水管210一端与压顶水层区上层连通，吸水管210的另一端与内导流筒体230的底部连通，吸水管210的数量为4-20。内导流筒体230的底部封闭；外导流筒体220套置于内导流筒体230的外侧，外导流筒体220的上端和下端均设有开口；压顶水层区的水经过吸水管210进入到内导流筒体230，在内循环动力装置240的作用下，经过内导流筒体230的顶部进入到外导流筒体220内，再经过外导流筒体230进入到配水区。外导流筒体220的上部顶端高于配水区上部的水面高度。内循环动力装置240将配水区经过反硝化生物滤床120处理后的废水进一步的从压顶水层区再次进入到配水区，然后，再次经过反硝化生物滤床120进行处理，对此对污水的处理，增加了污水与反硝化生物滤床120接触的次数，大幅度提高了系统的传质效率。较佳的，内循环导流装置200的数量至少为两个。
本发明实施例的反硝化生物滤床120包括承托板121、以及位于承托板121上的生物填料层122；承托板121上开设有孔隙。经过反硝化生物滤床120处理的污水，产生的氮气可以通过过滤池体的顶部开口直接溢出，不需要额外的驱氮装置，大大降低了能源的消耗以及操作难度。反硝化生物滤床120在运行过程中，不仅会截留绝大部分原水中自带的胶体及悬浮物，而且还会高效的分解污水中的有机物并增殖大量的微生物及其正常代谢所脱落的微生物膜，故每运行一段时间后需对反硝化生物滤床120进行反冲洗处理，排出反硝化生物滤床所截留的悬浮物、脱落的生物膜及增殖的多余活性污泥，从而维持滤池池体100内总体微生物活性及生物滤床的纳污能力，达到持久高效运行。
本发明实施例中，生物填料层的填料为硅酸盐烧结多孔蜂窝滤料，该填料的孔隙率可高达55％-65％，堆积密度0.9-0.95t/m3，机械强度大于6000N/m2，年损耗率小于5‰。在硝酸盐氮废水体系中进行反硝化，出水总氮浓度为1-10mg/L，悬浮物(SS)浓度小于5mg/L。
本发发明实施例的内循环高效反硝化生物脱氮滤池还包括反冲洗装置，反冲洗装置包括反冲洗进气管150和配气装置、反冲洗进水管130和反冲洗配水装置和反冲洗排水管170；配气装置通过反冲洗进气管150与反硝化生物滤床120连通；反冲洗配水装置通过反冲洗进水管130与反硝化生物滤床120连通；反冲洗排水管170与滤池顶部连通。通过反冲洗进气管可迅速的对反硝化生物滤床增加填料与填料之间以及填料附着物之间的摩擦，使得截留在生物填料层的微生物及悬浮物等迅速脱落，以及通过反冲洗进水管130及反冲洗配水装置对反硝化生物滤床120进行反冲洗，大大提高了反冲洗的效率。本发明实施例的反冲洗装置采用压缩风脉冲式气-水联合反冲洗方式，需反洗时，先经反冲洗进气及配气装置对反硝化生物滤床120的生物床层进行松动，再用反冲洗配水装置将反洗水通过反冲洗进水管130将床层的多余物质冲出，反洗后的混合液经反洗排水管道排出。
试验实施例1
本试验例中，利用本发明实施例的内循环高效反硝化生物脱氮滤池对某化工企业高浓度总氮处理效果，如表1所示，对含有的总氮的浓度较高的污水的处理效果。每天测定进水的总氮浓度与出水的总氮浓度，计算总氮的去除率。总氮去除率＝(进水口的总氮浓度-出水口的总氮浓度)/进水口的总氮浓度。
表1
由表1可知，本发明实施例的内循环高效反硝化生物脱氮滤池对含有高浓度总氮的污水中的处理效果显著。
试验实施例2
本试验例中，利用本发明实施例的内循环高效反硝化生物脱氮滤池对某化工企业高浓度总氮处理效果，如表2所示，对含有的总氮的浓度较低的污水的处理效果。每天测定进水的总氮浓度与出水的总氮浓度，计算总氮的去除率。总氮去除率＝(进水口的总氮浓度-出水口的总氮浓度)/进水口的总氮浓度。
表2
由表2可知，本发明实施例的内循环高效反硝化生物脱氮滤池对含有低浓度总氮的污水中的处理效果显著。
本发明实施例的内循环高效反硝化生物脱氮滤池的处理污水的过程为：
调节待处理污水的pH值至最佳范围内，按照需求补充一定的碳源，搅拌混合均匀，再将混合均匀的污水经过进水泵通过进水管140进入滤池池体100的底部的配水区，进行布水后，污水再通过承托板121进入反硝化生物滤床120，通过反硝化菌进行反硝化生物脱氮处理，同时可对污水中的悬浮物进行过滤，经一次处理后的污水经反硝化生物滤床进入到反硝化过滤床上方的压顶水层区，同时，一部分氮气随水流进入压顶水层区，溢出水面，进入大气；进入压顶水层区的水之后又经过内循环导流装置200的吸水管210通过内循环动力装置240的抽吸作用产生的负压吸入到内导流筒体230，水在内导流筒体230内经过内循环动力装置240提升后，进入外导流筒体220，再次进入滤池池体100底部的配水区，与后续进来的污水在配水区内混合后再自下而上依次经过反硝化生物滤床120及其上方的压顶水层区，之后再进入内循环导流装置200，如此周而复始的反复循环，污水中的废物多次被附着在反硝化生物滤床120内的微生物进行生物分解，氮气自动溢出，污水中的总氮得以彻底去除，最终被高效生物分解及净化后的污水自出水管160流出。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种内循环高效反硝化生物脱氮滤池，其特征在于，所述生物脱氮滤池包括一滤池池体，所述滤池池体的底部安装有反硝化生物滤床，所述反硝化生物滤床将所述滤池池体分隔为位于所述反硝化生物滤床下部的配水区和位于所述反硝化生物滤床上部的压顶水层区，贯穿所述反硝化生物滤床设有内循环导流装置，所述内循环导流装置将位于所述压顶水层区内的水输送到所述配水区，再经所述反硝化生物滤床处理；
所述滤池池体的底部设有进水管，所述滤池池体的顶部设有出水管；
待处理的污水依次经所述进水管、所述配水区、所述反硝化生物滤床后，再经过所述压顶水层区、内循环导流装置，再次进入所述配水区进行循环处理，处理后的水流经过所述出水管流出。
2.如权利要求1所述的内循环高效反硝化生物脱氮滤池，其特征在于，
所述内循环导流装置包括吸水管、内导流筒体、外导流筒体以及内循环动力装置；其中，所述吸水管一端与所述压顶水层区上层连通，所述吸水管的另一端与所述内导流筒体的底部连通，所述内导流筒体的底部封闭；
所述外导流筒体套置于所述内导流筒体的外侧，所述外导流筒体的上端和下端均设有开口；
所述压顶水层区的水经过所述吸水管进入到所述内导流筒体，在所述内循环动力装置的作用下，经过所述内导流筒体的顶部进入到所述外导流筒体内，再经过所述外导流筒体进入到所述配水区。
3.如权利要求2所述的内循环高效反硝化生物脱氮滤池，其特征在于，
所述外导流筒体的上部顶端高于所述配水区上部的水面高度。
4.如权利要求1所述的内循环高效反硝化生物脱氮滤池，其特征在于，
所述反硝化生物滤床包括承托板、以及位于所述承托板上的生物填料层；所述承托板上开设有孔隙。
5.如权利要求4所述的内循环高效反硝化生物脱氮滤池，其特征在于，
所述填料层采用硅酸盐烧结多孔蜂窝滤料作为填料。
6.如权利要求5所述的内循环高效反硝化生物脱氮滤池，其特征在于，
所述填料的孔隙率可高达55％-65％，堆积密度0.9-0.95t/m3，机械强度大于6000N/m2。
7.如权利要求1所述的内循环高效反硝化生物脱氮滤池，其特征在于，
所述内循环导流装置的数量至少为两个。
8.如权利要求1所述的内循环高效反硝化生物脱氮滤池，其特征在于还包括反冲洗装置，所述反冲洗装置包括反冲洗进气管、配气装置、反冲洗进水管、反冲洗配水装置和反冲洗排水管；
所述配气装置通过所述反冲洗进气管与所述反硝化生物滤床连通；
所述反冲洗配水装置通过所述反冲洗进水管与所述反硝化生物滤床连通；
所述反冲洗排水管与所述滤池顶部连通。
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