CN110921823A - 一种浅床反硝化滤池及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浅床反硝化滤池及其应用，属于污水处理技术领域。本发明通过将滤池分成第一处理区和第二处理区并在不同处理区中采用不同的功能性过滤介质，同时配合独特的向上与向下双流向过滤工艺设计，将化学反应快速除氧脱磷与生物反应脱氮分开，大大降低了滤床深度，提高了硝态氮去除效率，降低了出水COD超标风险，同时节约了工艺运行成本。

Description

一种浅床反硝化滤池及其应用

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种浅床反硝化滤池及其应用。

背景技术

目前，污水处理技术中常见的三级处理工艺有仅仅具有物理过滤去除污水悬浮颗粒功能的普通滤池，如V型滤池，或主要具有生物脱氮处理和物理过滤去除污水悬浮颗粒功能、化学除磷功能的深床滤池。

其中V型滤池是法国得利满(Degremont)公司开发的一种滤池，并于20世纪80年代末从法国引进至国内，该滤池多以石英砂作为过滤介质，通过微小的石英砂粒径，对污水中悬浮颗粒进行物理截留，过滤水中杂质，以达到处理目的。

深床滤池作为普通滤池的改进，以国外迪诺拉(STS)公司与赛莱默(Xylem)公司的深床反硝化滤池最为著名，自上个世纪进入中国市场以来得到了广泛应用。深床滤池的过滤介质投加量较多，滤床深度较深，通常有效滤床深度为1.8米-2.5米，多以石英砂、海砂、人工陶粒等过滤介质为主。深床滤池较深的滤床深度可为多种微生物营造不同生长环境。利用不同的微生物及其发生的生物反应达到去除污水中污染物成分的目的。

例如，深床滤池的滤床顶部滤层多以好氧异养菌为主，利用人工投加的有机碳源(如乙酸钠溶液)和污水中的溶解氧(DO)进行必要的生物繁殖行为和生物反应，该过程在消耗水中有机碳源的同时消耗了水中的溶解氧，为中部和底部滤层营造了缺氧或厌氧环境。中部或底部滤层则多以异养反硝化菌为主，利用人工投加的有机碳源和污水中的硝态氮进行必要的生物繁殖行为和生物反应，该过程可去除水中的硝态氮污染，碳污染(COD)。深床滤池的除磷功能则是通过向深床滤池前段调节池投加化学除磷药剂如三氯化铁、PAC等，通过化学反应生成磷酸盐沉淀，再通过过滤介质对污水中悬浮颗粒的物理截留功能，过滤去除掉水中的磷成分。

无论国内或国外，目前各个公司的深床滤池工艺及配套产品均以上述生物和物理工作原理实现水处理净水目的。但微生物的反硝化反应过程中对水中的溶解氧浓度有较严格的要求，一般认为该浓度需小于0.3mg/L，否则将无法发生生物反硝化反应。而往往污水处理厂二级处理末端会配以二沉池，以跌水堰出水或SBR工艺以滗水器跌水出水，二级工艺与三级工艺之间基本配以提升泵房进行送水。无论是跌水还是泵房送水都不可避免的将空气中的氧气大量的融入水中，使水中溶解氧含量上升(统计值溶解氧浓度3～7mg/L)，不利于后续生物脱氮反应。

传统做法将投加有机碳源，增加滤床深度，利用微生物的作用去除水中溶解氧，但该做法不仅增加了滤床深度，增加了滤床投资成本，还增加了有机碳源的消耗量，增加了技术的使用成本。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有污水处理技术中存在三级处理工艺的生物脱氮效果差、滤床深度深且处理成本高等的问题，本发明提供一种浅床反硝化滤池及其应用。本发明通过将滤池分成第一处理区和第二处理区并在不同处理区中采用不同的功能性过滤介质，同时配合独特的向上与向下双流向过滤工艺设计，将化学反应快速除氧脱磷与生物反应脱氮分开，大大降低了滤床深度，提高了硝态氮去除效率，降低了出水COD超标风险，同时节约了工艺运行成本。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种浅床反硝化滤池，包括滤池本体、第一处理区和第二处理区，所述第一处理区和所述第二处理区之间由隔板隔开，隔板的高度低于滤池本体的高度H1；在第一处理区底部设置有进水滤头，在第二处理区底部设置有出水滤头，第一处理区与第二处理区流体连通，其中第一处理区内填充有铁质滤料，第二处理区内填充有生物滤料。

优选地，所述第一处理区内填充的铁质滤料与所述第二处理区内填充的生物滤料的体积比为1：4～1：7。

优选地，所述第一处理区内填充的铁质滤料的粒径大于所述第二处理区内填充的生物滤料的粒径。

优选地，所述第一处理区内填充的铁质滤料为海绵铁、刨铁花、铁屑、铁渣中的一种或多种。

优选地，所述第二处理区内填充的生物滤料为火山岩、人工陶粒、电石气材料中的一种或多种。

优选地，所述第二处理区上方设置有碳源投加装置，所述碳源投加装置位于第二处理区上方的1/2位置处，且碳源投加装置距离第二处理区底部的高度低于隔板的高度H4。

优选地，所述第一处理区内填充的铁质滤料的粒径小于8毫米，所述第二处理区内填充的生物滤料的粒径小于3毫米。

更优选地，所述第二处理区内填充的生物滤料的粒径小于3毫米，比表面积为至少10m²/g。

采用上述的一种浅床反硝化滤池进行污水处理的方法，所述方法包括：污水向上进入浅床反硝化滤池的第一处理区中进行化学除氧脱磷处理，得到除氧脱磷处理后的污水；而后除氧脱磷处理后的污水向下进入浅床反硝化滤池的第二处理区中进行生物脱氮处理，得到处理后的出水。

优选地，所述污水在第一处理区中进行化学除氧脱磷处理的停留时间为2～10min；在第二处理区中进行生物脱氮处理的停留时间为15～25min。

优选地，本发明的采用一种浅床反硝化滤池进行污水处理的方法还包括向第二处理区中投加有机碳源，所述有机碳源的投加量与待去除的总氮的含量的C：N比为3：1～6.5：1。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种浅床反硝化滤池，通过将滤池分成第一处理区和第二处理区并在不同处理区中采用不同的功能性过滤介质，将化学除氧脱磷反应与生物脱氮反应分割开来，保证污水在进入第一处理区时能够通过化学作用快速去除水中溶解氧，避免溶解氧对后续生物脱氮反应的不利影响，并且实现滤池的滤床深度大大降低，有效滤床深度范围为0.5米～1.5米，同时减少了传统除磷药剂的使用，降低运行成本；

(2)本发明的一种浅床反硝化滤池，第一处理区内填充的铁质滤料的粒径大于第二处理区内填充的生物滤料的粒径，这样的设置能够避免在第一处理区中发生剧烈化学反应而造成第一处理区滤料容易板结的情况；而第二处理区除了具有生物脱氮作用，还兼具物理过滤作用，选择较小粒径的滤料，更有利于污水杂质的截留，保证出水水质；

(3)本发明的一种浅床反硝化滤池，在第一处理区内进行化学反应除氧而非传统工艺上的生物作用除氧，避免增加滤床的深度，增加生物作用中有机碳源的消耗量，并且可通过生物反应消耗有机碳源的计算，做到精准投加有机碳源，大大节省了药剂的消耗和工艺的运行成本；

(4)本发明的一种浅床反硝化滤池，采用独特的向上与向下双流向过滤工艺设计，实现过滤过程中水位恒定不变，且无明显高低水位差跌水，避免了传统工艺中无论跌水还是泵房送水都不可避免地将空气中的氧气大量溶入水中，使得水中溶解氧含量上升，从而不利于后续生物脱氮反应的问题；并且由于特殊的两段式向上—向下过滤流向设计，能够实现第一处理区的汽水混合清洗，同时第一处理区生成的铁质沉淀和除磷沉淀会被洗进第二处理区，随后在第二处理区清洗时将所有杂质一起清洗排出；

(5)本发明的一种浅床反硝化滤池，其碳源投加装置位于第二处理区上方的1/2位置处，且碳源投加装置的高度低于隔板的高度H4，严格确保了第一处理区中进行化学反应除氧脱磷，并且所投加的碳源能够在第二处理区中均匀分散，使得第二处理区的生物脱氮反应更均匀充分；

(6)本发明的采用一种浅床反硝化滤池进行污水处理的方法，在不使用任何除磷药剂前提下，总磷可从高至1.0～3.0mg/L降至0.11mg/L左右，总氮可从高至10～25mg/L降至1.6mg/L。

附图说明

图1为本发明的一种浅床反硝化滤池的结构示意图；

图中：

100、滤池本体；200、第一处理区；201、进水滤头；210、隔板；

300、第二处理区；301、出水滤头；310、碳源投加装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

如图1所示，本发明的一种浅床反硝化滤池，包括滤池本体100、第一处理区200和第二处理区300，所述第一处理区200和所述第二处理区300之间由隔板210隔开，以实现在同一滤池空间内严格分区进行污水处理。

在第一处理区200底部设置有进水滤头201，污水通过进水滤头201向上进入第一处理区200中，所述第一处理区200内填充有铁质滤料，所述铁质滤料可为海绵铁、刨铁花、铁屑、铁渣中的一种或多种，优选为海绵铁。需要说明的是，第一处理区200内填充的铁质滤料，其活性物质为铁，滤料含铁量为≥98％，滤料密度为1.9～2.2g/L；由于铁质滤料中的铁能够通过化学反应快速去除水中的溶解氧和磷酸根，可对污水进行化学除氧脱磷处理，其反应方程式为：

2Fe+2H₂O+O₂→2Fe²⁺+4OH^-

4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂→4Fe(OH)₃

通过第一处理区的处理，能够为后续生物反硝化脱氮反应提供低溶解氧浓度的水体，并且在由除氧过程中生成的Fe³⁺和Fe²⁺离子，达到化学脱磷的效果，减少传统工艺中的脱磷药剂的使用和相关工艺设备的投入，减少了运行时间和运行成本。

隔板210的高度低于滤池本体100的高度H1，经过第一处理区200化学除氧脱磷后的污水随着水流向下进入第二处理区300中。所述第二处理区300内填充有生物滤料，所述生物滤料可为火山岩、人工陶粒、电石气材料中的一种或多种，优选为火山岩。第一处理区内填充的铁质滤料与第二处理区内填充的生物滤料的体积比为1：4～1：7。

需要说明的是，第一处理区铁质滤料的粒径应选择为小于8毫米，第二处理区生物滤料的粒径应选择为小于3毫米，铁质滤料的粒径大于生物滤料的粒径。因为考虑到在第一处理区中会发生剧烈化学反应，填充较小粒径的滤料会造成第一处理区滤料容易板结的情况，所以第一处理区滤料要选择粒径稍大一些；而第二处理区还兼具物理过滤功能，所以需要选择较小粒径的滤料，以有利于污水杂质的截留，保证出水水质。

还需要说明的是，生物滤料的比表面积为至少15m²/g，优选地至少10m²/g。因为较大的滤料微观比表面积结构以及微生物附着的特性，使得异养反硝化菌更好地生长在火山岩或人工陶粒或电气石材料这些生物滤料表面，从而提高单位滤床体积内微生物含量，通过微生物的生物反应实现对污水硝态氮的去除，实现降低滤床深度，提高硝态氮去除效率的目的。

在第二处理区300底部设置有出水滤头301，经过第二处理区300处理后的出水通过出水滤头301排出。需要说明的是，本发明的浅床反硝化滤池采用独特的向上与向下双流向过滤工艺设计，在第一处理区200和第二处理区300中的过滤水流方向相互相反，以恒定水位或无跌水的变水位方式运行，确保了给生物脱氮反应送水时不会将空气中的氧气大量溶入水中，而导致水中溶解氧含量上升。

此外，由于特殊的两段式向上—向下过滤流向设计，能够在需要对本发明的浅床反硝化滤池进行清洗操作时，通过对第一处理区进行曝气，便可实现第一处理区的汽水混合清洗，同时将第一处理区生成的铁质沉淀和除磷沉淀清洗进入第二处理区中，随后在第二处理区清洗时将所有的杂质一同清洗排出滤池外。

第二处理区300上方还可以设置有碳源投加装置310，所述碳源投加装置310位于第二处理区300上方的1/2位置处，且碳源投加装置310距离第二处理区300底部的高度低于隔板210的高度H4；需要注意的是，这样的设置严格确保了第一处理区200中进行化学反应除氧脱磷，并且所投加的碳源能够在第二处理区300中均匀分散，使得第二处理区300的生物脱氮反应更均匀充分。一般情况下，滤池总有效深度H1为3米-4米；第一处理区滤料有效滤床深度H2为1米-2米；第二处理区滤料有效滤床深度H3为0.8米-1.5米；隔板高度H4为1.8米-2.5米；系统运行水位有效深度H5为2.5米-3.5米。

通过判断滤池进水C：N比和待去除的硝酸盐的浓度，若需要额外投加碳源时，可通过碳源投加装置310向第二处理区300投加有机碳源，所述有机碳源可为葡萄糖、乙酸钠、乙酸、甲醇、乙醇中的一种或多种，优选为葡萄糖。投加量为有机碳源与待去除的水中总氮的C：N比为3：1～6.5：1。需要说明的是，由于污水在第一处理区200内已经进行了化学反应除氧，因此在第二处理区300中进行生物脱氮反应时，可通过生物反应消耗有机碳源的计算，做到精准投加有机碳源，大大节省了药剂的消耗和工艺的运行成本。

采用本发明的一种浅床反硝化滤池进行污水处理的方法，具体步骤包括：污水向上进入浅床反硝化滤池的第一处理区200中进行化学除氧脱磷处理，得到除氧脱磷处理后的污水；而后除氧脱磷处理后的污水向下进入浅床反硝化滤池的第二处理区300中进行生物脱氮处理，得到处理后的出水。其中污水在第一处理区200中进行化学除氧脱磷处理的停留时间t₁为2-10min；在第二处理区300中进行生物脱氮处理的停留时间t₂为15-25min，t₂大于t₁且t₂：t₁＝1：2.5～1：7.5。

需要注意的是，污水在两个处理区内的停留时间可通过设计两个处理区内填充的滤料的不同体积来实现。将两个处理区内填充的滤料体积设计在一定范围1：4～1：7内，具有更低的水头压力损失，减轻第一处理区滤料板结等。在设计结束后，还可通过进水流量的大小控制污水在两个处理区内的停留时间同时延长或同时缩短。

采用本发明的一种浅床反硝化滤池进行污水处理的方法还包括针对第一处理区进行不停运的清洗工艺。当滤池运行一定时间后，第一处理区由于铁质滤料与水中溶解氧、磷酸盐发生化学反应，会产生沉淀和胶体，第一处理区内填充的滤料受这些沉淀和胶体的影响，更容易板结，造成通水不畅，过滤困难，影响工艺处理效果甚至丧失处理能力，因而需要定期清洗。

需要注意的是，采用本发明的浅床反硝化滤池进行污水处理时，由于本发明浅床反硝化滤池的独特两段式设计，使得每一处理区有各自明确的处理分工，即使第一处理区清洗期间，第二处理区仍可以正常完成生化处理，实现预期出水水质，因而能够实现在针对第一处理区汽水清洗的时候实现设备连续运行，不需要暂停进水，且清洗过程中出水水质不受影响。

经过本发明的浅床反硝化滤池进行处理后，污水的总磷可从高至1.0～3.0mg/L降至0.11mg/L左右，总氮可从高至10～25mg/L降至1.6mg/L。在投加碳源的情况性，保证系统出水COD低于进水COD，出水COD浓度在10～40mg/L以内，无COD排放超标风险。

实施例1

本实施例的一种浅床反硝化滤池，第一处理区200内填充的铁质滤料与第二处理区300内填充的生物滤料的体积比为1：4。采用粒径为3-5mm的海绵铁作为第一处理区200的铁质滤料，海绵铁的含铁量为98％，并且采用粒径为1-3mm的火山岩作为第二处理区300的生物滤料，火山岩的比表面积为19m²/g；进水滤头201和出水滤头301均为滤池用长柄滤头；H1为3.3m，海绵铁填充高度H2为2m，火山岩填充高度H3为1.5m，H4为2.3m，H5为2.7m。

将市政污水处理厂二级生化出水(总磷、总氮、溶解氧、COD等各项浓度指标约为0.5～2mg/L、10～20mg/L、0～6mg/L、10～50mg/L)向上进入浅床反硝化滤池的第一处理区200中进行化学除氧脱磷处理，得到除氧脱磷处理后的污水，其中污水上升流速约为24m/h，污水在第一处理区200中进行化学除氧脱磷处理的停留时间为5min；而后除氧脱磷处理后的污水向下进入浅床反硝化滤池的第二处理区300中进行生物脱氮处理，得到处理后的出水，其中污水向下流速约为6m/L，污水在第二处理区300中进行生物脱氮处理的停留时间为15min。

此外，污水在第二处理区300中进行生物脱氮处理的过程中，通过设置在第二处理区300上方的1/2位置处且高度低于隔板高度H4的碳源投加装置310向第二处理区300投加碳源，按照C/N比为3:1投加碳源，所述碳源为葡萄糖，。

经过本实施例的一种浅床反硝化滤池对污水进行处理，污水的总磷可从1.7mg/L降至0.2mg/L左右，总氮可从19mg/L降至3mg/L。具体处理数据如下表1所示。

表1采用浅床反硝化滤池对污水进行处理的效果

此外，在运行6～8h后，需要对第一处理区进行清洗，在保证进水与出水不变的情况下，对第一处理区200进行曝气，曝气时间为约15min，停止曝气完成对第一处理区200的清洗。在清洗过程中，本实施例的处理工艺可连续运行。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例按照C/N比为6.5:1向第二处理区300投加碳源，所述碳源为葡萄糖。

经过本实施例的一种浅床反硝化滤池对污水进行处理，污水的总磷可从1.4mg/L降至0.2mg/L左右，总氮可从16mg/L降至6mg/L。在投加碳源的情况下，保证系统出水COD为13mg/L始终低于进水COD 14mg/L，无COD排放超标风险。具体处理数据如下表2所示。

表2采用浅床反硝化滤池对污水进行处理的效果

实施例3

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例的第一处理区200内填充的铁质滤料与第二处理区300内填充的生物滤料的体积比为1：7。采用粒径为3-5mm的海绵铁作为第一处理区200的铁质滤料，海绵铁的含铁量为98％，并且采用粒径为1-3mm的火山岩作为第二处理区300的生物滤料，火山岩的比表面积为19m²/g；进水滤头201和出水滤头301均为滤池用长柄滤头；H1为3m，海绵铁填充高度H2为1m，火山岩填充高度H3为0.8m，H4为1.8m，H5为2.5m。

将市政污水处理厂二级生化出水(总磷、总氮、溶解氧、COD等各项浓度指标约为0.5～2mg/L、10～20mg/L、0～6mg/L、10～50mg/L)向上进入浅床反硝化滤池的第一处理区200中进行化学除氧脱磷处理，得到除氧脱磷处理后的污水，其中污水上升流速约为14m/h，污水在第一处理区200中进行化学除氧脱磷处理的停留时间为4min；而后除氧脱磷处理后的污水向下进入浅床反硝化滤池的第二处理区300中进行生物脱氮处理，得到处理后的出水，其中污水向下流速约为2m/L，污水在第二处理区300中进行生物脱氮处理的停留时间为24min。按照C/N比为4.5:1向第二处理区300投加碳源，所述碳源为葡萄糖。

经过本实施例的一种浅床反硝化滤池对污水进行处理，总氮可从11.8mg/L降至2.3mg/L，硝氮可从11mg/L降至1.8mg/L。在投加碳源的情况下，保证系统出水COD为16mg/L始终低于进水COD 23mg/L，无COD排放超标风险。

Claims (10)

1.一种浅床反硝化滤池，包括滤池本体(100)、第一处理区(200)和第二处理区(300)，所述第一处理区(200)和所述第二处理区(300)之间由隔板(210)隔开，隔板(210)的高度低于滤池本体(100)的高度H1；在第一处理区(200)底部设置有进水滤头(201)，在第二处理区(300)底部设置有出水滤头(301)，其中第一处理区(200)内填充有铁质滤料，第二处理区(300)内填充有生物滤料。

2.根据权利要求1所述的一种浅床反硝化滤池，其特征在于：所述第一处理区(200)内填充的铁质滤料与所述第二处理区(300)内填充的生物滤料的体积比为1：4～1：7。

3.根据权利要求1所述的一种浅床反硝化滤池，其特征在于：所述第一处理区(200)内填充的铁质滤料的粒径大于所述第二处理区(300)内填充的生物滤料的粒径。

4.根据权利要求1所述的一种浅床反硝化滤池，其特征在于：所述第一处理区(200)内填充的铁质滤料为海绵铁、刨铁花、铁屑、铁渣中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种浅床反硝化滤池，其特征在于：所述第二处理区(300)内填充的生物滤料为火山岩、人工陶粒、电石气材料中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种浅床反硝化滤池，其特征在于：所述第二处理区(300)上方设置有碳源投加装置(310)，所述碳源投加装置(310)位于第二处理区(300)上方的的1/2位置处，且碳源投加装置(310)距离第二处理区(300)底部的高度低于隔板(210)的高度H4。

7.根据权利要求3所述的一种浅床反硝化滤池，其特征在于：所述第一处理区(200)内填充的铁质滤料的粒径小于8毫米，所述第二处理区(300)内填充的生物滤料的粒径小于3毫米。

8.采用权利要求1-7中任一项所述的一种浅床反硝化滤池进行污水处理的方法，所述方法包括：污水向上进入浅床反硝化滤池的第一处理区(200)中进行化学除氧脱磷处理，得到除氧脱磷处理后的污水；而后除氧脱磷处理后的污水向下进入浅床反硝化滤池的第二处理区(300)中进行生物脱氮处理，得到处理后的出水。

9.根据权利要求8所述的采用一种浅床反硝化滤池进行污水处理的方法，其特征在于：所述污水在第一处理区(200)中进行化学除氧脱磷处理的停留时间为2～10min；在第二处理区(300)中进行生物脱氮处理的停留时间为15～25min。

10.根据权利要求8所述的采用一种浅床反硝化滤池进行污水处理的方法，其特征在于：还包括向第二处理区(300)中投加有机碳源，所述有机碳源的投加量与待去除的总氮的含量的C：N比为3：1～6.5：1。

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