CN117303571A

CN117303571A - 一种反冲洗调控硫基填料自养反硝化滤池方法

Info

Publication number: CN117303571A
Application number: CN202210880703.2A
Authority: CN
Inventors: 程浩毅; 董珩; 孙移鹿; 王爱杰; 孙琪; 姚晓东
Original assignee: Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Current assignee: Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2023-12-29
Also published as: WO2024021421A1

Abstract

本发明提供了一种反冲洗调控硫基填料自养反硝化滤池的方法，该方法通过控制反冲洗频率和强度即可对废水进行有效处理，此外，通过反冲洗频率和强度的控制，可控制床层中积累的氮气，除此之外，还能控制生物膜的厚度，同时通过在线监测设备可实时对出水硝氮浓度进行监测，并设置反馈系统，根据反馈的出水硝氮浓度与设定值进行比较，进而调节反冲洗频率和反冲洗强度，不仅有效降低污水处理工序，还可有效降低污水处理成本，提高对污水的处理效果。

Description

一种反冲洗调控硫基填料自养反硝化滤池方法

技术领域

本发明涉及污水处理与资源化利用领域，具体涉及一种反冲洗调控滤池氮气积累量和生物膜的方法。

背景技术

目前，污水排放量逐渐增大，污水中的总氮浓度越来越高，污水排放及治理问题日益凸显，引起广泛关注，污水治理越来越迫切。

在污水处理的诸多工艺中，生物污水处理技术以其低成本、高处理效率的特征受到越来越多研究者们的青睐。但由于现在排放的污水中总氮浓度越来越高，碳氮比逐渐失衡，使得生物处理的反硝化步骤进行的不是很彻底，因此常出现出水水质波动的现象。而且目前的污水处理系统处理常出现易堵塞，效果不佳等问题，需要定期对反应器进行反冲洗，同时随着反硝化过程的进行，氮气的不断产生也会占据填料之间的空隙，导致水力停留时间变短，反应器传质效率变低，不能稳定的高效运行。

现有技术中报道了很多反冲洗装置及反冲洗方法，如申请号为202011629562.4的专利。其涉及一种带智能监控反冲洗强化反硝化过程的污水处理装置，包括第一滤池和第二滤池，所述第一滤池的一侧底端连接污水进样单元，第一滤池的另一侧上端连接所述连接管，所述连接管的另一端连接所述第二滤池的一侧底端，所述第二滤池另一侧上端连接污水出样单元；所述第一滤池的中间设有缓释碳源填料层，所述第二滤池的中间设有反硝化菌填料层；所述第一滤池及第二滤池的顶部分别设有反冲洗单元，所述第一滤池及第二滤池的底部分别设有反冲洗排出单元。本装置通过增加进水中的碳源强化反硝化过程，增强对水体中污染物的降解功能，并且通过传感器实现智能调控，操作起来更加方便简单，大大改善提高传统处理工艺的脱氮除磷效率。但此专利仍涉及碳源投加问题。

中国专利CN211338965 U公开了一种反硝化滤池。通过主冲洗管和支冲洗管对主溢流槽和支溢流槽进行冲洗，将杂质冲洗干净，避免反洗杂质堆积影响后续反洗。该发明不易导致堵塞，但应用范围较小。

硫自养反硝化技术由于运行成本低、污泥产量小等优势，对于城市污水深度处理具有很好的应用前景。然而现有反硝化滤池没有对脱氮负荷的有效调控手段，难以适应水质波动的客观现状。

发明内容

基于上述技术背景，本发明人进行了锐意进取，结果发现：通过控制反冲洗的频率和反冲洗的强度，不仅可以控制床层积累的氮气量，还可以降低或增加生物膜的厚度，减少污水处理工序，有效降低废水处理成本，提高对废水的处理效果，此外，本发明通过在线监测设备实时对出水硝氮浓度进行监测，并设置出水硝氮浓度阈值，及时对出水硝氮浓度进行监测并做出调整，对反冲洗频率和反冲洗强度进行动态调节，降低污水处理成本，进一步提高污水脱氮效果和脱氮效率，从而完成本发明。

本发明在于提供一种调控硫基填料自养反硝化滤池的方法，所述方法包括调节反冲洗频率和反冲洗强度中的一种或两种；

反冲洗采用的水为经过硫基填料自养反硝化滤池脱氮后的水。

本发明提供的调控方法具有以下优势：

(1)本发明所述调控方法可显著降低出水氮含量，提高或降低硝氮的去除效率；

(2)本发明所述调控方法运行成本低，且安全性高。

(3)本发明通过中控系统，及时反馈调节，操作简单，节省人力。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式硫基填料自养反硝化滤池的结构示意图；

图2示出本发明一种优选实施方式反冲洗调控硫自养反硝化工艺流程。

附图标号说明

1-滤池池体；

2-反冲洗进气管；

3-进水管；

4-反冲洗进水管；

5-反冲洗排水渠；

6-出水槽；

7-放空管；

8-进水渠；

9-布水布气系统；

11-承托层；

12-滤料层；

13-集水渠；

14-超高区；

15-出水堰。

具体实施方式

下面将对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

针对上述问题，本发明拟通过控制反冲洗频率和反冲洗强度对硫基填料床层氮气积累短流效应和生物膜厚度进行调控，进而影响硫基填料自养反硝化滤池脱氮负荷，实现硫基填料自养反硝化滤池脱氮负荷的定向调控。形成一套滤池型硫自养反硝化技术脱氮负荷定向调控方法体系，为应用于二级生化尾水的深度处理提供支撑。

本发明在于提供一种反冲洗调控硫基填料自养反硝化滤池污水脱氮方法，所述方法包括调节反冲洗频率和反冲洗强度中的一种或两种，从而实现对废水处理效率和处理效果的提高，此外通过反冲洗还可防止自养反硝化滤池的堵塞，本发明反冲洗采用的水为经过硫基填料自养反硝化滤池脱氮后的水。

现有技术常采用气-水联合反冲洗对反硝化滤池进行调控，但采用气洗会有溶解氧，而溶解氧作为电子受体会优先于硝酸盐与电子供体反应，其对于硫自养反硝化速率存在抑制作用，对污水脱氮存在不利影响，除此之外，气洗对生物难以定量控制，从而无法实现对脱氮效能的精确调控。本发明仅采用水进行反冲洗的方式，同时通过调控反冲洗的频率和强度，降低溶解氧，使废水处理效果提高。同时发现可以及时更新生物膜，降低生物膜厚度，有利于进一步提高脱氮效果和脱氮效率。

根据本发明一种优选地实施方式，所述反冲洗的频率为1～24次/天，优选反冲洗频率为1～20次/天，更优选反冲洗频率为1～15次/天。

提高反冲洗频率有利于废水中硝氮的去除，但由于在反冲洗过程中会停止污水处理，因此冲洗频率太高会降低废水处理效率，反冲洗频率为上述范围不但可以大幅降低出水硝氮浓度，还可提高废水处理效率。此外，经试验发现，反冲洗频率为上述范围时，生物膜可及时进行更新，减少老化生物膜，使生物膜保持在一定厚度范围。

硫基填料自养反硝化滤池在正常运行条件下，其生物膜厚度正常为100～150μm，而随着反冲洗频率的增加，生物膜厚度逐渐降低，降低生物膜厚度有利于污水处理效率和污水处理效果的提高。

本发明所述反冲洗的强度为1～90m/h，优选反冲洗强度为2～90m/h，更优选反冲洗强度为30～90m/h。

随着反冲洗强度增加，硝氮的削减量逐渐增加，反冲洗强度越高，填充床中的气泡越容易被带走，提高了硫和氮污染物的接触面积和接触反应时间，反冲洗的早期阶段，有大的粘附物掉落，废水流经该区域时，污染物很难渗入床层中，经过大强度的反冲洗后，填充床的阻塞现象大大改善，同时加强反冲洗强度有利于硝氮的快速平衡，试验发现，增加连续冲水强度有利于提高硫自养反硝化系统的脱氮效率和脱氮负荷，反冲洗的强度为上述范围时，兼具最佳的脱氮效率和低运行成本。

经上述强度的反冲洗，还可避免填料板结，此外，发明人发现，反冲洗强度低于30m/h时，对生物膜的影响较低，反冲洗对生物膜起的冲刷作用较弱，冲洗强度高于30m/h时，生物膜厚度可降低至40～100μm。

而生物膜厚度对污水脱氮效果影响较大，生物膜厚度过厚会导致内部厌氧层厚度增加，厌氧代谢产物增多，产物外溢则会减弱生物膜在填料表面的固着力，这种生物膜即为老化生物膜，老化生物膜净化功能差且易脱落，不利于污水脱氮效果的提高。反冲洗频率和强度的增加都会提高生物膜的更新迭代，有利于提高污水脱氮效果。

所述硫基填料自养反硝化滤池包括滤池池体1、进水管3、反冲洗进水管4、反冲洗排水渠5、出水槽6和滤料层12。

所述进水管3和反冲洗进水管4位于进水渠8中，进水渠8位于滤料层12的下方，反冲洗排水渠5和出水槽6位于滤料层12的上方，如图1所示。

根据本发明进一步优选地实施方式，所述反冲洗进水管4与清水池相连，反冲洗排水渠5与废水池相连，在清水池与反冲洗进水管4之间设置反冲洗泵，如图2所示。本发明通过设置反冲洗排水渠5将经过反冲洗后的水由反冲洗排水渠5排入废水池，入污水井。采用经过处理的清水池中的水通过反冲洗进水管4通入滤池中进行反冲洗。

试验发现，经处理后的清水池中的水中溶氧量较低，由其作为反冲洗通水可避免后续污水脱氮过程中产生的氮气泡积累在床层中造成短流，用其作为反冲洗通水的污水脱氮效果和脱氮效率明显提升。

该反硝化滤池还包括集水渠13、超高区14和出水堰15，所述集水渠13、超高区14和出水堰15均位于滤料层12的上方，超高区14位于集水渠13、反冲洗排水渠5和出水槽6的上方，反冲洗排水渠5的高度高于出水槽6。

由超高区14排出的处理后的水经出水堰15进入反冲洗排水渠5，然后由反冲洗排水渠5流入出水槽6。出水槽6与清水池相连，经处理后的污水经出水槽6流入清水池中。

本发明通过设置超高区14，采取控制液位高度的方式来调整跌水充氧程度，从而调节脱氮负荷。

在本发明一种优选地实施方式中，所述集水渠13比排水渠5高0.01～0.5米，优选高0.01～0.2米，更优选高0.01～0.1米，使排出反硝化滤池的清水具有较低的溶氧量，用其作为反冲洗的水源有利于提高该滤池对污水的脱氮效果。

反冲洗排水渠5比出水槽6高0.01～1.5m，优选高0.01～1m，更优选高0.01～0.5m。使经过脱氮处理的污水具有更低的硝氮含量。

在滤料层12的下方设置承托层11，承托层11的材质为鹅卵石、沙子，优选为鹅卵石。

承托层11的孔隙率为20％～80％，优选孔隙率为30％～60％，更优选孔隙率为40％～60％。

所述反硝化滤池还包括布水布气系统9，该布水布气系统9位于承托层11的下方，进水渠8的上方。

根据本发明一种优选地实施方式，所述滤料层12包括硫单质、硫铁矿、硫基载体中的一种或几种，优选包括硫单质、硫基载体中的一种或两种，更优选为硫单质，本发明采用的硫单质为球形。

优选地，硫单质的半径为2～15mm，优选为3～10mm，更优选为3～6mm。

所述滤料层12的孔隙率为20％～60％，优选孔隙率为30％～60％，更优选孔隙率为40％～60％。

滤料层12的高度为1～5米，优选为1～4米，更优选为1～3米。

所述滤料层12还包括硫自养反硝化细菌。上述菌种能快速把水中硝氮、亚硝氮等还原为氮气。本发明所述硫自养反硝化细菌是滤池细菌通过投加到生化缺氧池污泥中驯化得到的硫自养反硝化细菌，如脱氮硫杆菌等。

硫自养反硝化细菌的驯化挂膜为本领域常规操作，具体地，可采用如下方式进行驯化挂膜，先向污水处理系统中接种适量污水处理厂的剩余污泥作为接种源，然后通过连续进水驯化典型的生物脱氮细菌，使其在缓释电子供体的表面附着生长形成生物膜，缓释电子供体表面是生物脱氮反应的核心区域(热区)。在驯化过程中，向含有硝酸盐的污水中额外加入递减量的磷酸二氢盐、碳酸氢盐、硫代硫酸钠、氯化亚铁、氯化钠、硫酸镁、氯化钙和微量元素可加速生物膜的成型。

在本发明一种优选地实施方式中，根据出水硝氮浓度动态调节反冲洗频率和反冲洗强度；

优选通过设置出水硝氮浓度设定值进行调控。

具体地，通过设置目标出水硝氮浓度设定值，可针对性的对反硝化滤池进行调控，如实际出水硝氮浓度值高于或等于设定目标出水硝氮浓度值，可适当增加反冲洗频率和提高反冲洗强度，如实际出水硝氮浓度值低于设定目标出水硝氮浓度值，可减少反冲洗频率和降低反冲洗强度。

该反硝化滤池还包括溶解氧探头、液位探测计、硝氮在线监测传感器。所述反馈通过在线硝氮检测传感器进行反馈，进而进行动态调节。

在本发明进一步优选地实施方式中，出水硝氮浓度设定值为Xmg/L。

X的取值范围为3～20mg/L的任意值，优选地，X为3～18mg/L的任意，更优选地，X为3～15mg/L的任意值。出水硝氮浓度设定值为上述范围时，方便对反冲洗强度和反冲洗频率进行调控，不仅能保证良好的污水脱氮效果，还有利于降低处理成本和提高处理效率。经上述处理后，出水硝氮浓度在一定范围内波动，即在上述设定值X的正负2范围内波动。

在本发明更进一步优选地实施方式中，出水硝氮浓度监测值高于或等于设定值时，反冲洗频率为3～20次/天，反冲洗强度为30～90m/h。

优选地，反冲洗频率为3～15次/天，反冲洗强度为40～80m/h。

更优选地，反冲洗频率为3～12次/天，反冲洗强度40～60m/h。

进一步优选地，出水硝氮浓度监测值高于或等于设定值，且低于或等于Cm/L，即X≤Y≤C，反冲洗频率为3～6次/天，反冲洗强度为30～60m/h。

C的取值范围为1.1X～2X，优选为1.2X～2X。

出水硝氮浓度监测值高于设定值，且高于Cm/L，低于或等于Dm/L，即C<Y≤D，反冲洗频率为6～20次/天，反冲洗强度为30～90m/h。

D的取值范围为2X～4X，优选为2.5X～4X。

根据本发明一种优选地实施方式，实际出水硝氮浓度值低于设定值时，反冲洗频率1～3次/天，反冲洗强度为1～30m/h。

进一步优选地，出水硝氮浓度监测值低于设定值，且高于或等于Am/L，即A≤Y<X，反冲洗频率为1～3次/天，反冲洗强度为10～30m/h。

A的取值范围为0.5X～X，优选为0.5X～0.9X。

出水硝氮浓度监测值低于设定值，且低于A，高于或等于Bm/L，即B≤Y<A，反冲洗频率为1次/天，反冲洗强度为1～10m/h。

B的取值范围为0.1X～0.5X，优选为0.1X～0.4X。

经试验发现，通过动态调节的方式控制反冲洗频率和反冲洗强度进行污水脱氮，不但可以节省单质硫的消耗，还可有效提高污水脱氮效率和脱氮效果，同时降低污水处理成本。

本发明所具有的有益效果：

(1)通过本发明所述调控方法可有效排出或积累反应器滤池床层中的氮气，通过控制床层短流程度，从而实现脱氮负荷的调控；

(2)本发明所述调控方法通过反冲洗的方式可及时更新生物膜，减少老化生物膜，使生物膜厚度始终保持在较低水平，维持生物活性，生物膜厚度降低至40～100μm，较薄的生物膜厚度有利于反硝化细菌对废水的处理；

(3)本发明所述反冲洗方法可改善填料床反应器的堵塞现象，使更多活性填料暴露在废水中参加反硝化反应，延长反硝化滤池的使用时间；

(4)本发明根据进水硝氮浓度对反冲洗频率和强度进行动态调节，可有效降低污水处理成本，进一步提高污水处理效率和污水处理效果，出水硝氮浓度低。

实施例

以下通过具体实例进一步阐述本发明，这些实施例仅限于说明本发明，而不用于限制本发明范围。

实施例1

废水的组成为：NO₃-N(以KNO₃计)，40mg/L；K₂HPO₄·3H₂O，2mg/L；NH₄Cl 1mg/L；硫酸亚铁·7H₂O，2mg/L；NaHCO₃，80mg/L。

硫基填料自养反硝化滤池接种来自北京市北排污水处理厂的500mL缺氧池污泥(污泥大约5000mg/L)，在正式实验之前，系统被重新循环以允许生物膜的建立，然后，在空床保留时间20min的条件下，连续运行5天，将进水pH控制在7～8，硫基填料自养反硝化滤池在大约20℃的温度环境中运行。

所述硫基填料自养反硝化滤池包括滤池池体1、进水管3、反冲洗进水管4、反冲洗排水渠5、出水槽6和滤料层12，如图1所示，所述进水管3和反冲洗进水管4位于进水渠8中，进水渠8位于滤料层12的下方，反冲洗排水渠5和出水槽6位于滤料层12的上方，集水渠13、超高区14和出水堰15均位于滤料层12的上方，超高区14位于集水渠13、反冲洗排水渠5和出水槽6的上方，反冲洗排水渠5的高度高于出水槽6的高度为0.5m，集水渠13比排水渠5高1.5m，在滤料层12的下方和进水渠8的上方设置承托层11，承托层11的材质为鹅卵石，承托层11的孔隙率为50％，在承托层的下方设置布水布气系统9，所述滤料层12包括硫单质和硫自养反硝化细菌，硫单质的半径为3～6mm，滤料层12的孔隙率为42％，滤料层12的高度为1.2m。设置出水硝氮浓度设定值X为12mg/L，A的取值为6mg/L，B的取值为1.2mg/L，C的取值为24mg/L，D的取值为48mg/L，监测出实际出水硝氮浓度值为12mg/L，反冲洗的强度为30m/h，反冲洗频率为3次/天。出水硝氮浓度值为10～14mg/L。

实施例2

以与实施例1相似的方式进行污水脱氮，区别仅在于：空床保留时间20min的条件下，监测出实际出水硝氮浓度值为9mg/L，控制反冲洗强度20m/h，反冲洗频率2次/天，出水硝氮浓度值为10～14mg/L。

实施例3

以与实施例1相似的方式进行污水脱氮，区别仅在于：空床保留时间20min的条件下，监测出实际出水硝氮浓度值为4mg/L，控制反冲洗强度10m/h，反冲洗频率1次/天，出水硝氮浓度值为10～14mg/L。

实施例4

以与实施例1相似的方式进行污水脱氮，区别仅在于：空床保留时间20min的条件下，监测出实际出水硝氮浓度值为20mg/L，控制反冲洗强度40m/h，反冲洗频率4次/天，出水硝氮浓度值为10～14mg/L。

对比例5

以与实施例1相似的方式进行污水脱氮，区别仅在于：空床保留时间20min的条件下，监测出实际出水硝氮浓度值为30mg/L，控制反冲洗强度60m/h，反冲洗频率8次/天，出水硝氮浓度值为10～14mg/L。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims

1.一种反冲洗调控硫基填料自养反硝化滤池的方法，其特征在于，所述方法包括调节反冲洗频率和反冲洗强度中的一种或两种；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反冲洗频率为1～24次/天。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反冲洗的强度为1～90m/h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该反硝化滤池包括滤池池体(1)、进水管(3)、反冲洗进水管(4)、反冲洗排水渠(5)、出水槽(6)和滤料层(12)；

所述进水管(3)和反冲洗进水管(4)位于进水渠(8)中，进水渠(8)位于滤料层(12)的下方，反冲洗排水渠(5)和出水槽(6)位于滤料层(12)的上方。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反冲洗进水管(4)与清水池相连，反冲洗排水渠(5)与废水池相连，在清水池与反冲洗进水管(4)之间设置反冲洗泵。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，采用经过污水脱氮处理的清水池中的水通过反冲洗进水管(4)通入反硝化滤池中进行反冲洗。

7.根据权利要求6所述的方法其特征在于，根据实际出水硝氮浓度值与设定值进行动态调节反冲洗频率和反冲洗强度；

当实际出水硝氮浓度值高于设定值时，提高反冲洗频率和反冲洗强度，当实际出水硝氮浓度值低于设定值时，降低反冲洗频率、反冲洗强度或停止反冲洗，当实际出水硝氮浓度值高于或等于设定值时，提高反冲洗频率和反冲洗强度；

出水硝氮浓度的实际监测值为Ymg/L，出水硝氮浓度设定值为Xmg/L。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，实际出水硝氮浓度监测值Y低于设定值X，反冲洗频率为1～3次/天，反冲洗强度为1～30m/h。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，出水硝氮浓度监测值低于设定值，且高于或等于Am/L(A≤Y<X)，反冲洗频率为1～3次/天，反冲洗强度为10～30m/h；

出水硝氮浓度监测值低于设定值，且低于A，高于或等于Bm/L(B<A且B≤Y<A)，反冲洗频率为1次/天，反冲洗强度为1～10m/h。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，出水硝氮浓度监测值高于或等于设定值，低于或等于Cm/L(X≤Y≤C)，反冲洗频率为3～6次/天，反冲洗强度为30～60m/h；

出水硝氮浓度监测值高于设定值，且高于Cm/L,低于或等于Dm/L(C<Y≤D)，反冲洗频率为6～20次/天，反冲洗强度为30～90m/h。