CN110862148A - 一种双层反硝化滤池填料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层反硝化滤池填料，由下至上依次为石英砂层和聚已内酯层，所述聚己内酯层的上表面用于与进水区接触，聚己内酯层的下表面与石英砂层上表面接触，所述石英砂层的下表面用于与反冲洗水区接触。用于工业化的反硝化深床厌氧滤池技术，在降低反冲洗能耗损失同时，大幅度提升了硝态氮的脱除效率，即同时实现了提高脱硝效率、降低反冲洗能耗、降低运行成本的目的。

Description

一种双层反硝化滤池填料及其应用

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种双层反硝化滤池填料及其应用。

背景技术

随着社会的不断发展，城市污水治理问题受到越来越高的重视，对市政污水厂出水水质要求的不断提高。大部分污水厂由《城镇污水理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B标准提升至一级A出水标准，随着污水排放标准越来越严格，部分城市将污水厂排放标准提升至地表水Ⅳ或者准Ⅳ类。污水排放标准的提升带来最明显的变化就是对TN的控制。为此亟需建立适用于准Ⅳ水升级改造的标准技术，为实际工程提供指导。我们不难发现：总氮含量成为提升污水厂出水水质的瓶颈。因此，寻求一种工艺对污水厂的二级出水进行深度处理，进一步去除TN就显得尤为必要。反硝化脱氮生物滤池即具有这样的能力，其投资少、占地省、脱氮效果好，对其研究具有重要意义。

滤料是反硝化滤池的核心部分，其表面的物化性能决定着生物膜的生长、繁殖、脱落及形态，继而对系统中微生物的种群、营养物质的传递等有着重要的影响，选择合适的滤料是反硝化滤池运行的一个关键因素。

目前市面上实际应用的反硝化滤池技术，其核心技术集中在如迪诺拉、赛莱默的公司，因此实际应用会出现工艺的投资成本较高。现有实际应用中反硝化深床滤池技术，滤料一般采用石英砂，为保障脱硝效率，滤料层厚度一般为1.83m～2.44m，反冲洗能耗较高，实际运行成本较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有实际应用中反硝化深床滤池技术，滤料一般采用石英砂，滤料层厚度较大，反冲洗能耗较高，实际运行成本较大，且脱硝效率有待进一步提升。

本发明提供了解决上述问题的一种双层反硝化滤池填料及其应用。提高脱硝效率，降低反冲洗能耗，降低运行成本。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双层反硝化滤池填料，由下至上依次为石英砂层和聚已内酯层，所述聚己内酯层的上表面用于与进水区接触，聚己内酯层的下表面与石英砂层上表面接触，所述石英砂层的下表面用于与反冲洗水区接触。

进一步地，所述石英砂层和聚已内酯颗粒层的高度比为1:1。

进一步地，所述聚己内酯颗层内的聚己内酯颗粒粒径为3mm～5mm。

进一步地，所述石英砂采用天然海沙，比较面积为5cm²/g～20cm²/g。

进一步地，所述聚己内酯层的填充密度为0.8g/cm³～1.5g/cm³，所述石英砂层的填充密度为2.2g/cm³～3.0g/cm³。

一种反硝化脱硝反应器，包括反应器壳体，所述反应器壳体内填充有权利要求1至5任一项所述的双层反硝化滤池填料；所述石英砂层和聚已内酯层在反应器壳体内由下至上依次填充；反应器壳体上部设有进水口，反应器下部设有反冲进水口。

进一步地，所述双层反硝化滤池填料在反应器壳体内的填充体积为反应器壳体内部体积的65％～75％。

进一步地，所述反应器的高度为0.5m～2.0m，所述双层反硝化滤池填料的填充高度为0.35m～1.5m。

上述的双层反硝化滤池填料的应用，应用条件为：用于厌氧反应器，反应器的高度为0.5m～2.0m；反冲洗强度为5～9L/(s·m²)；依据水中的NO^- ₃-N浓度设定碳源流量，控制C/N比值为2～3。

双层反硝化滤池填料的应用，具体应用步骤包括以下步骤：

步骤1，微生物挂膜：向反应器中加入反冲洗废水进行微生物接种培养，水力停留时间HRT＝8h，水力负荷0.1m³/(m²·h)；

步骤2，连续培养：水力停留时间HRT＝4h；

步骤3，稳定运行：水力停留时间HRT＝2h，平均进水硝态氮浓度为20±5mg/L，C/N＝2-3。

本发明具有如下的优点和有益效果：

现有工业实际应用中反硝化深床厌氧滤池技术，反应器填料一般采用石英砂，为保障脱硝效率，填料层厚度较大，一般为1.83m～2.44m；采用反硝化滤池脱硝过程中，填料上会截留较多的污泥、悬浮物，由于填料层厚度较大，因此反冲洗相对较为频繁、反冲洗水流强度大，反冲洗能耗较高，实际运行成本较大。

本发明将石英砂与PCL组合呈双层填料替代现有的石英砂填料，不仅有效降低了反冲洗强度、节约能耗，同时硝态氮去除率得到大幅提升。PCL颗粒层与石英砂层接触界面部位会出现相互掺杂，形成相对较薄的PCL颗粒与石英砂的混合界面层；由于PCL颗粒密度小整体较轻，而石英砂比重较大，因此无论在反硝化处理过程中还是在反冲洗过程中，PCL颗粒层主体始终稳定在石英砂上层，形成由下至上填充密度依次渐变减小的稳定状态，不会出现PCL颗粒层与石英砂层混合现象。

本发明在进污水反硝化处理过程中，污水先与PCL颗粒接触，最后才与石英砂接触；由于PCL颗粒截留悬浮物能力相对较差，因此在靠近反应器底部的石英砂层污染物浓度高，生物膜生长速度较快，反硝化作用明显，处理效果好；对于上层PCL颗粒层，由于PCL自身可提供碳源补充营养，微生物量不会受水冲击减少，利于上层PCL颗粒层脱硝效率维持在较高水平。因此，可有效截留悬浮物等杂质，且整体表现出良好的硝态氮除去率，硝态氮除去率高达97％。

本发明在反冲洗过程中，反冲洗强水流先直接与石英砂层接触，较强的水流将石英砂层积累的悬浮物等杂质冲刷、携带向上流动；虽然反冲洗水流受石英砂层的阻碍，水流强度会降低，但是由于反应器内的由下至上的阻力呈平稳渐变式减小，且上层PCL颗粒截留悬浮能力较差，因此，强度减小的水流还是会携带石英砂层的悬浮物等杂质继续向上流动直至冲出反应器。这样相对常规反冲洗强度大大降低，采用低强度水流就可达到现有的反冲洗效果，能耗显著降低。同时，由于本发明采用的反冲洗水流强度交低，且石英砂层阻力较大，最终进入到PCL颗粒层的水流强度更低，不会对PCL产生磨损、携带进入反冲洗水流造成损失等问题，反冲洗过程中PCL的损失率几乎为零。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为双层填料与传统填料硝态氮去除率对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种双层反硝化滤池填料，由下至上依次为石英砂层和聚已内酯层，聚己内酯层的上表面用于与进水区接触，聚己内酯层的下表面与石英砂层上表面接触，石英砂层的下表面用于与反冲洗水区接触，石英砂层和聚已内酯颗粒层的高度比为1:1。聚己内酯颗层内的聚己内酯颗粒粒径为3mm～5mm；石英砂采用天然海沙，比较面积为5cm²/g～20cm²/g。聚己内酯层的填充密度为1.1g/cm³，所述石英砂层的填充密度为2.5g/cm³。

实施例2

本实施例提供了一种反硝化脱硝反应器，包括反应器壳体，反应器壳体内填充有实施例1提供的双层反硝化滤池填料；石英砂层和聚已内酯层在反应器壳体内由下至上依次填充；反应器壳体上部设有进水口，反应器下部设有反冲进水口。双层反硝化滤池填料在反应器壳体内的填充体积为反应器壳体内部体积的73％，反应器的高度为1.1m，所述双层反硝化滤池填料的填充高度为0.8m。

实施例3

本实施例提供了一种双层反硝化滤池填料的应用，具体应用步骤如下所示：

步骤1，微生物挂膜阶段：将实施例1提供的双层反硝化滤池填料置于处理含氮生活污水的厌氧反应器中，反应器高度为1.1m，填料填充高度为0.8m；反应器壳体上部设有进水口，反应器下部设有反冲进水口。收集市政污水厂反硝化滤池反冲洗废水，及时加入反应器中进行微生物接种培养。反应器挂膜期间，在保持反应器的水力停留时间HRT＝8h，水力负荷0.1m³/(m²·h)，以乙酸钠为碳源，保持进水水质稳定，通过调控碳源的投加量来控制进水C/N比为3:1，平均进水硝态氮浓度为20±5mg/L，C/N＝2～3，维持两周。

步骤2，连续培养阶段：保持反应器的水力停留时间HRT＝4h，水力负荷0.2m³/(m²·h)，若出水水质波动小，硝态氮的去除率趋于稳定，说明生物膜已经逐渐形成并生长稳定，有较强的抗冲击负荷，挂膜成功。

步骤3，稳定运行阶段：在平均进水硝态氮浓度为20±5mg/L，C/N＝2～3，水力停留时间HRT＝2h，水力负荷0.4m³/(m²·h)，平均出水硝态氮浓度为0.6mg/L～2.1mg/L，硝态氮的去除率为90％～97％，并且无氨氮和亚硝态氮的累积。

步骤4，反冲洗阶段：采用反应器出水回流进行反冲，反冲洗水流强度为6L/(s·m²)，反冲洗时间为2min，反冲洗过程中PCL损失率为0.3％。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双层反硝化滤池填料，其特征在于，由下至上依次为石英砂层和聚已内酯层，所述聚己内酯层的上表面用于与进水区接触，聚己内酯层的下表面与石英砂层上表面接触，所述石英砂层的下表面用于与反冲洗水区接触。

2.根据权利要求1所述的一种双层反硝化滤池填料，其特征在于，所述石英砂层和聚已内酯颗粒层的高度比为1:1。

3.根据权利要求1所述的一种双层反硝化滤池填料，其特征在于，所述聚己内酯颗层内的聚己内酯颗粒粒径为3mm～5mm。

4.根据权利要求1所述的一种双层反硝化滤池填料，其特征在于，所述石英砂采用天然海沙，比较面积为5cm²/g～20cm²/g。

5.根据权利要求1所述的一种双层反硝化滤池填料，其特征在于，所述聚己内酯层的填充密度为0.8g/cm³～1.5g/cm³，所述石英砂层的填充密度为2.2g/cm³～3.0g/cm³。

6.一种反硝化脱硝反应器，包括反应器壳体，其特征在于，所述反应器壳体内填充有权利要求1至5任一项所述的双层反硝化滤池填料；所述石英砂层和聚已内酯层在反应器壳体内由下至上依次填充；反应器壳体上部设有进水口，反应器下部设有反冲进水口。

7.根据权利要求6所述的一种反硝化脱硝反应器，其特征在于，所述双层反硝化滤池填料在反应器壳体内的填充体积为反应器壳体内部体积的65％～75％。

8.根据权利要求6或7所述的一种反硝化脱硝反应器，其特征在于，所述反应器的高度为0.5m～2.0m，所述双层反硝化滤池填料的填充高度为0.35m～1.5m。

9.权利要求1至5任一项所述的双层反硝化滤池填料的应用，其特征在于，应用条件为：用于厌氧反应器，反应器的高度为0.5m～2.0m；反冲洗水流强度为5～9L/(s·m²)；依据水中的NO^- ₃-N浓度设定碳源流量，控制C/N比值为2～3。

10.根据权利要求9所述的双层反硝化滤池填料的应用，其特征在于，具体应用步骤包括以下步骤：

步骤1，微生物挂膜：向反应器中加入反冲洗废水进行微生物接种培养，水力停留时间HRT＝8h，水力负荷0.1m³/(m²·h)；

步骤2，连续培养：水力停留时间HRT＝4h；

步骤3，稳定运行：水力停留时间HRT＝2h，平均进水硝态氮浓度为20±5mg/L，C/N＝2-3。

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