专利名称：一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池的制作方法
技术领域：
本发明属于环保技术应用领域，具体涉及到利用悬浮填料和液位控制来改变滤池运行模式从而解决曝气生物滤池反冲洗问题，并集沉淀池于一体的新型曝气生物滤池。
背景技术：
曝气生物滤池作为生物膜处理方法的一种，集生物膜的强氧化降解能力和滤层截留效能于一体.是一种适合大规模回用、高效、低耗的污水再生工艺。污水的生物处理方法，即是利用微生物的新陈代谢作用将污水中的污染物降解，整个处理过程包括微生物的絮凝作用、微生物对污染物的吸附作用、微生物氧化分解作用以及沉淀作用。常见的生物处理方法按照微生物存在形态分主要分为活性污泥法和生物膜法，活性污泥法的主要优点是传质效率高，降解速率快，而生物膜法具有生物量大、处理规模大等特点，两种方法均已得到广泛应用。曝气生物滤池属于生物膜法中的一种，集生物氧化和物理过滤于一体，主要的特点集中在几个方面一是生物膜中微生物的密度较大、微生物量大、微生物相丰富、有利于世代时间短的硝化微生物生长，同时存在厌氧、兼氧和好氧的多种环境，能够有效去除各种不同类型的污染物。二是出水中脱落的生物膜密度大，污泥沉降性能好，易于泥水分离。 三是可以模块式组装，同时自动控制程度高，适合于新建水厂和老水厂的改造。正是因此， 曝气生物滤池正作为污水处理的新兴技术之一，逐步取代传统的活性污泥法成为新建的城市污水厂以及各种其他污水处理厂的主流工艺之一。但随着曝气生物滤池运行时间的延长，由于滤料的机械截留、接触及生物凝聚作用，使悬浮无机胶体颗粒不断地截留在填料的孔隙中间。同时，曝气生物滤池的填料之间的间隙由于生物膜不断地生长和它对脱落生物膜的截留作用会不断地变小，水头损失在不断增加。填料的堵塞，会导致过水量的减少，产生沟流，使出现出水短路，严重影响处理效果。 同时膜的厚度超过这一范围时.氧的传递速率减小，影响微生物的繁殖，这也将对处理效果产生巨大的影响。此时为了维持保证曝气生物滤池功能，必须进行反冲洗。反冲洗过程既是利用水或气的压力将堵塞板结的填料冲开，利用水力剪切将老化的生物膜和堵塞在填料空隙间的物质反冲出去。一般采用气水联合的反冲洗方法，冲洗过程中，由于传统滤料多为陶粒、砾石等密度大的无机材料，反冲洗的压力损失很大，造成了相当大的能耗。与此同时， 反冲洗过程中由于要满足压力水头，所以水的剪切力很大，很容易造成冲洗过度，导致微生物减少，所以反冲洗后一般还存在着出水水质下降现象。因此，作为曝气生物滤池的一个弊端，频繁的反冲洗问题一直制约着它的发展。除此之外，反应器的检修困难也是影响曝气生物滤池应用的重要原因之一。
发明内容
本发明针对曝气生物滤池频繁堵塞和检修困难的缺点，采用悬浮填料作为滤料， 结合自动控制原理和反应器结构优化原理设计出一种新型曝气生物滤池，解决滤池反冲洗和检修困难的问题。与此同时，还实现了滤池连续进水、节省初沉池、集二沉池于一体、提高污水处理效率的目的。本发明的主要技术要点就在于采用密度略小于水的悬浮填料作为滤料，设计滤池内部结构，利用自动设备控制液位变化来使反应器形态由滤池变为流化床，填料的状态由静止变为随气流水流而翻转的流动状态，从而使填料缝隙间的污泥自动脱落。本发明的曝气生物滤池的结构由底部污泥沉淀区、布水布气区、滤床区、流化区、 排水口以及辅助自动控制设备等构成。在该发明中，滤池采用上流式进水方式运行。污水由进水口进入滤池的布水区，在曝气的作用下实现水质均勻混合，污水中砂粒等大颗粒物自动沉降到沉淀区泥斗中，污水进入滤床中，在滤床中通过拦截、生物降解、过滤作用得以净化，由滤池上端排水口直接排出。本发明中解决滤池堵塞的具体原理是当滤池运行一段时间后，由于颗粒物的截留、生物膜的生长和脱落，导致滤池中水流速度减慢和出现沟流甚至短流、处理效率下降等现象，利用自动控制装置，关闭排水口阀门，进水不停，使液位逐渐升高，滤料在曝气的搅动下逐步变成蓬松疏散的状态，液位上升到一定程度时，填料在水流气流的作用下，在反应器内自由移动和翻转，反应器由滤池转化为流化床形式。填料间隙中堵塞的污泥将脱落进入水体，在停止曝气时，污泥将自由沉降到沉淀区的泥斗内，而达到清空堵塞的作用。本过程直接使用污水作为反冲洗水，无需使用处理后的水，因为该过程是一个冲洗和生物降解同时进行的过程。最后污泥从反应器底部沉淀区的泥斗排出，液位自动下降至排水口时，开启排水口，同时重新恢复曝气。本发明中曝气生物滤池在不增加曝气量的情况下实现填料流化的前提是使用一种密度略比水轻的混有无机活性离子的塑料填料。该填料具有比表面积大、孔隙率高等优点，适宜于微生物的附着生长。正是由于密度略小于水，停止曝气时，悬浮在水面以下，底部无需承托装置，供气时，填料极易流化，在反应器内自由移动且均勻，无需增加额外的能耗， 有利于降低运行成本。本发明对污水没有预处理要求，前端不需要初沉池。在一般曝气生物滤池的前端要设置初沉池，其作用是减少悬浮颗粒(SS)，防止滤料堵塞。本发明中，由于悬浮填料孔隙率大，本身的抗堵塞的能力强，同时可在沉淀区自行进行沉降，另外由于反冲洗过程简单， 所以对SS的要求相对宽泛。本发明中滤床和沉淀区之间形成一个布水布气区，在布水布气区与滤床之间有网格隔开。布气装置由两个同心环管组成，环管上均勻开若干曝气孔。布水管环置在反应器的内壁，均勻设置四个出水口，布气环管在布水环管上方10cm-20cm处。进水在曝气的作用下形成均勻水质。网格中的网眼略小于填料直径，可以防止填料在流化时进入污泥沉降区， 但不能太小，要允许沉降的污泥通过。本发明的底部是沉降区，主要由污泥斗构成，用于污泥沉淀和排泥。沉降区即可起到初沉池沉降进水中悬浮固体的效果，更重要的是对反冲洗脱落的污泥起到沉降收集作用，并通过底部的排泥管将污泥排出反应器。本发明可实现滤池的连续进水。填料流化时直接使用污水抬升液位，因而可以连续进水，同时由于在沉降区和滤床之间有一个布水布气区，排泥时不需停止进水。这样可以节省交替运行的池子的体积和数量，增加了处理效率。本发明的运行方式灵活多变。进水方式也可以是下流式，即顶端进水，下端出水； 反应器的运行方式可以是曝气生物滤池，也可以是生物流化床形式。
本曝气生物滤池适用于可以采用生物处理方法的城市生活污水、小区污水、农村污水以及工业废水等。本发明集污水处理过程中的初沉、拦截、生物降解、过滤、二沉作用于一体。其主要优点是既保持了曝气生物滤池良好的污水处理性能，同时解决了堵塞频繁，反冲洗难度大、 耗能高的问题。整个工艺流程短、节省了初沉池、结构紧凑、占地面积小，反应装置结构简单、维护方便、可自动控制、操作简单。另外，填料上生物膜量大，处理效率高，抗冲击负荷能力强；生物膜的脱落体积大，生物膜污泥产量低、沉降性能好；有利于富集时代时间长的硝化微生物，且填料层的纵向由于存在溶解氧梯度，增强生物脱氮的功能。
图1为新型曝气生物滤池的结构图。①滤床区②流化区③布水布气区④污泥沉降区⑤阻隔网⑥进水口⑦曝气管⑧泥斗⑨排泥管⑩预留排水口 排水口 填料 布水口 Q)进水环管 自动控制设备
具体实施例方式下面结合附图1和应用实例进一步说明本发明。污水经格栅后由反应器底部进水管进入布水布气区，在曝气的作用下形成均勻水质，部分悬浮固体沉降到泥斗中，污水经过滤床中的生物降解、物理截流和过滤等作用，氨氮以及COD等物质被有效处理，最终从滤床区排水口排出。当滤池运行一段时间后，滤池出现堵塞时，自动控制设备启动冲洗程序，关闭滤床区排水口，继续曝气和进水，使液位逐渐升高至流化区排水口，填料间隙中堵塞的污泥因填料流化而脱落进入水体，短时停止曝气 (5-15分钟)，污泥将自由沉降到沉淀区的泥斗内。待污泥沉降一段时间后，打开沉淀区底部的排泥口，排出污泥，直至液位下降至滤床区排水口时，重新恢复曝气。以城市生活污水为例，采用本发明中的曝气生物滤池，滤床区填料体积占滤池总体积的70% -85%，污泥沉降区占滤池总体积的15% -30%，流化区体积比滤床区体积大 10% -20%左右。当进水水质COD在500mg/L左右，氨氮在30mg/L左右，控制水力停留时间 HRT为8h，溶解氧为2-3mg/l左右，反冲洗周期在8_12天左右，反冲洗时间10-15分钟，然后停止曝气5-10分钟，待大块脱落的生物膜沉降至泥斗后，重新曝气，开始排泥，水位下降至滤床区排水口，恢复正常运行。如此反复，经过该滤池的处理，COD去除率在93%以上，氨氮去除率在98%以上，出水达到国家一级A标准。另外，因污泥沉降区兼有初沉池作用，根据产生的泥量进行定期排泥，排泥期间整个滤池仍正常进水曝气运行。
权利要求
1.一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池。其特征在于采用悬浮填料作为滤料，利用液位控制来改变滤池运行模式从而有效解决曝气生物滤池堵塞问题，并通过结构优化设计集沉淀池于一体的新型曝气生物滤池。
2.根据权利要求1所述的一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池，其特征在于在滤床堵塞时，通过自动控制设备将滤池的液位抬高使反应器形态由滤池变为流化床，滤料的流化使得老化生物膜和其他堵塞填料的物质自然脱落。
3.根据权利要求1所述的一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池，其特征在于滤池的滤料为无机有机高分子复合填料，圆筒状，内有支架，直径在5mm-20mm之间，密度略小于水，在0. 92 0. 99g/cm3之间，静止时悬浮水面以下，在气流和水流作用下极易形成流化状态；同时该滤料比表面积大、孔隙率高、微生物亲和性好、水力损失小，即使在填充比高达 100%时对反应器的水力损失不到10%。
4.根据权利要求1所述的一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池，其特征在于反冲洗用水为原水，无需增加流速和改变其流动方向，无需增加曝气量。反冲洗过程中冲洗和生物降解同时进行，因而可实现连续进水，节省了交替运行的池子的体积和数量，减少了基建投资并提高了处理效率。
5.根据权利要求1所述的一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池，其特征在于结构简单，检修方便，在滤池底部设置污泥沉降区，无需单独设置初沉池和二沉池，可以减少占地面积，节省基建费用。
6.根据权利要求1所述的一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池，适用于可以采用生物处理方法的城市生活污水、小区污水、农村污水以及工业废水等。
7.根据权利要求1所述的一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池，其特征在于反应器的结构包括污泥沉降区、布水布气区、滤床区、流化区及辅助自动控制设备。其中污泥沉降区占滤池总体积的15% -30%，滤床区填料体积为70%-85%,流化区体积比滤床区体积大10% -20%，滤床区和布水布气区之间有网格隔开，网格中的网眼略小于填料直径，可以防止填料在流化时进入污泥沉降区。辅助自动控制设备由液位传感器、阀门以及计算机组成。
8.根据权利要求7所述的一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池，其特征在于滤池底部设有污泥沉降区，污泥沉降区占总体积的15% -30%，污泥沉降区可以沉降原水中部分SS以及流化过程中脱落的生物膜和无机物质，集初沉池和二沉池于一体，减少了基建投资。
9.根据权利要求7所述的一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池，其特征在于布水布气区中布水方式为环管布水，管上均勻分布四个进水口 ；曝气装置为同心环管，均勻分布若干曝气孔。布气环管在布水环管上方10cm-20cm处。这样可以保证进水均勻，同时减少进水和曝气对污泥沉降的影响。
10.根据权利要求7所述的一种解决反冲洗问题的新型曝气生物滤池，其特征在于滤床区由悬浮填料密实填充形成，流化区体积比滤床区体积大10% -20%。只是在进行反冲洗时，关闭滤床区排水口，滤池液位上升，快速流化10-15分钟左右。
全文摘要
本发明属于环保技术应用领域，具体涉及到利用悬浮填料和液位控制来改变滤池运行模式从而解决曝气生物滤池反冲洗问题的集沉淀池于一体的新型曝气生物滤池。本发明针对曝气生物滤池频繁堵塞和检修困难的缺点，采用密度略小于水的悬浮填料作为滤料，设计滤池内部结构，利用自动设备控制液位变化来使反应器形态由滤池变为流化床，填料的状态由静止变为随气流水流而翻转的流动状态，从而使填料缝隙间的污泥自动脱落。从而，结合自动控制原理和反应器结构优化原理设计出一种新型曝气生物滤池，解决滤池反冲洗和检修困难的问题。与此同时，还实现了滤池连续进水、节省初沉池、集二沉池于一体、提高污水处理效率的目的。
文档编号C02F3/02GK102351304SQ20111026714
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者孙德智, 钟晨宇, 陈 胜 申请人:北京林业大学