本发明属于废水深度处理领域，具体的说，涉及一种高纳污能力低能耗的污水深度处理装置及其运行方法，能够显著有效的增加滤料的纳污能力，减少溶解氧对反硝化效果的抑制，同时降低外加碳源。
背景技术：
污水厂二级生化出水中一般仍具有一定浓度的氮、磷和悬浮物等污染物，对生态环境和人类产生了重大威胁；近年来，国家不断提高城镇污水排放标准，各地区也相继出台一系列的节能减排的政策和规划。因此，对现有污水处理厂的提标改造已迫在眉睫。反硝化生物脱氮装置以其占地面积小、运行管理方便、处理效果好等优点被广泛的应用于污水深度脱氮。其工作的原理是，污水流经滤池内部的填料时，填料上所附着的生物膜在缺氧的状态下，将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气；与此同时，在填料的物理截留和吸附作用下，进水中的悬浮固体也被去除。生化二级出水中COD一般较低，而反硝化菌脱氮需要消耗COD，因此需外加碳源，增加运行费用；此外，二沉池出水中往往含有一定浓度的溶解氧，因此在滤床滤料的表面由于DO和碳源的存在，会导致异养菌的繁殖，异养菌和悬浮固体的共同作用下，滤料表层易堵塞，影响处理效果。为了保证处理效果和降低运行费用，目前多数的解决方法多是从外加碳源的精确控制和实时自动反冲洗着手，如：中国专利号：201410140512.8，公开日：2014年04月09日，公开了一份名称为反硝化深床滤池碳源智能精密投机系统的专利申请文件，该发明涉及一种反硝化深床滤池碳源智能精密投加系统，设有进水口、COD进水检测仪、加药计量泵、进水计量泵、中央控制系统、溶解氧仪、pH仪、温度仪、反硝化深床滤池、COD出水检测仪、出水口和进出水口硝酸盐分析仪，根据所采集的COD、流量、溶解氧、温度和pH值信号，通过中央控制系统控制碳源投加量。中国专利号：201110022603.8，公开日：2012年07月04日，公开了一份名称为反硝化滤池实时自动反冲洗控制系统与运行方法，该发明涉及一种反硝化滤池实时自动反冲洗控制系统与运行方法，设有在反硝化滤池内的在线浊度传感器、硝酸盐传感器和浊度测定仪、硝酸盐测定仪，还设有过程控制器和工控机，反冲洗控制系统的运行方法，其特征包括以下步骤：1.启动控制系统；2.参数处理判断；3.排水过程；4.单独气反冲洗；5.气水联合反冲洗；6.单独水反冲洗。这些专利通过优化外加碳源的投加量降低成本，以及实时对滤池进行反冲洗以保证滤池处理效果，并未能增大滤池本身纳污能力和降低溶解氧对滤池处理效果的影响，存在运行成本高和操作复杂等问题。
技术实现要素：
针对现有技术中，进水中的DO和悬浮固体容易导致滤池表层发生堵塞，降低滤池纳污能力，增加碳源投加等问题，本发明要解决的技术问题是：提供一种高纳污能力低能耗的污水深度脱氮装置及其运行方法，能够有效的增加滤床的纳污能力，降低碳源投加。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种高纳污能力低能耗的污水深度脱氮装置，主要包括沉淀池、电渗析装置、pH调节池、储药罐一、生物滤池、储药罐二、氧化还原电位测量装置、反冲洗泵、清水池，所述沉淀池、电渗析装置、pH调节池及生物滤池之间通过管道连接，所述储药罐一通过第一加药口连通至所述pH调节池与所述生物滤池之间的管道内，所述生物滤池从上往下依次设置有气体收集装置、均匀布水器、第一过滤床、第二过滤床、第三过滤床、第四过滤床，所述第一过滤床与所述第二过滤床之间以及所述第二过滤床与所述第三过滤床之间留有一定的间隔，所述第三过滤床的底部设有承托板，所述承托板中间设有向下突出的开口，所述氧化还原电位测量装置的电极通入到所述开口处，所述第四过滤床位于所述承托板中间的开口的下方，在所述第二过滤床的下方设有第二加药口，所述储药罐二分别通过第一流路和第二流路通入到所述第二加药口，所述第一流路上设有泵一，所述第二流路上设有泵二，所述氧化还原电位测量装置通过导线与所述泵二相连，在所述生物滤池的底端通过处理水排出管与所述清水池相连，所述反冲洗泵通过反冲洗管设在清水池与所述生物滤池的底端之间。进一步地，在上述方案中，在所述第一过滤床、第二过滤床、第三过滤床的上方分别设有反冲洗水出口一、反冲洗水出口二、反冲洗水出口三。进一步地，在上述方案中，所述均匀布水器由分级布水装置构成，分别由进水总管、主管、支管和布水孔均匀分布的布水器组成。进一步地，在上述方案中，，所述第一过滤床的填料为沸石，选择粒径为7-8mm，密度2.0-2.4g/cm3。进一步地，在上述方案中，所述第二过滤床的填料为蛭石，蛭石的粒径为1-3mm。进一步地，在上述方案中，所述第三过滤床的填料为石英砂组成，选择粒径为3-4.2mm，密度2.8-3.0g/cm3，孔隙率大于55％。进一步地，在上述方案中，所述第四过滤床所用的过滤材料按重量组分计是由10-20份凝灰岩、2-10份弱酸性粘土、1-5份珊瑚粉、1-6份椰壳炭、10-40份陶瓷粉末、16-25份有机泡沫材料组成，其制备方法为：将所述凝灰岩、弱酸性粘土、珊瑚粉、椰壳炭、陶瓷棉混合，得到混合物，将所述混合物中加入5-20倍的水并搅拌形成混合液，将所述有机泡沫材料放入所述混合液中浸渍1-3h，再将浸渍后的有机泡沫材料加热至使所述有机泡沫材料气化并烧结所述混合物的温度，从而形成所述过滤材料。进一步地，在上述方案中，所述储药罐一内的药为乙酸钠与甲醇的混合溶液，二者的摩尔比为1:3。进一步地，在上述方案中，所述储药罐二内的药为氯化亚铁溶液，所述氯化亚铁溶液的浓度为3-10mg/L。一种采用所述高纳污能力低能耗的污水深度脱氮装置的污水深度脱氮处理方法，其步骤为：(1)生化二级出水由原水进口通入沉淀池进行初步沉淀，再通入电渗析装置进行电解，继续通入pH调节池，调节pH值至5.0-7.0，储药罐一内的药液通过第一加药口打入由pH调节池通向生物滤池的管道中，药液随污水进入生物滤池，使得进水中外加碳源的COD/N＝2；(2)污水经过均匀布水器首先经过第一过滤床，进水中粒径较大的悬浮固体在沸石的吸附截留作用下被去除，同时进水中少量的氨氮也被吸附去除，大粒径悬浮固体和部分DO得到了去除；(3)污水经过第一过滤床后进入第二过滤床，由于蛭石的含水性，其有效容积得到增加，水力停留时间得到增长，进一步消耗进水中的DO；同时由于蛭石的高含水性，在蛭石层可形成一个稳定的含水层，当出现断流或短流时阻止复氧的发生；(4)流出第二过滤床的废水，进入第三过滤床，打开泵一，储药罐二内的氯化亚铁溶液通过第一流路随水流进入第三过滤床；反硝化菌利用进水中的碳源将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气，同时一些硝态氮铁氧化菌利用硝态氮中的氧可将二价铁氧化为三价铁，同时硝态氮被还原为氮气，氮气通过所述气体收集装置收集，并从气体排出口排出；此外粒径较小的悬浮固体被吸附截留，同时由于三价铁的絮凝吸附，出水悬浮固体更低；(5)废水经第三过滤床经过承托板底下的开口出流出，通过氧化还原电位测量装置的电极检测上述氧化还原反应的程度，若氧化还原反应的程度不够，则打开所述泵二，使储药罐二内的氯化亚铁溶液通过第二流路随水流进入第三过滤床，以增加废水中氯化亚铁溶液的浓度，促进氧化还原反应的进程，反之，则关闭所述泵二，降低废水中氯化亚铁溶液的浓度，从而达到自动控制的作用；(6)废水继续经过第四过滤床，经所述过滤材料进一步过滤净化；(7)处理的水通过处理水排出管进入清水池；打开反冲洗泵，一部分清水池中的水用于反冲洗，反冲洗分为三个阶段，第一阶段，是对第三过滤床的反冲洗，关闭反冲洗水出口一和反冲洗水出口二，反冲洗水由反冲洗水出口三流出，第二阶段是对第二过滤床的的反冲洗，关闭反冲洗水出口一和反冲洗水出口三，反冲洗水由反冲洗水出口二流出，第三阶段是对第一过滤床的的反冲洗，关闭反冲洗水出口二和反冲洗水出口三，反冲洗水由反冲洗水出口一流出，反冲洗水回流至二沉池，一部分达标排放。本发明的反硝化滤池装置，设有4层过滤床，能够分级截留和去除污染物，降低DO对反硝化作用的影响，增加滤池的纳污能力。可使进入石英砂滤料层的污水的DO由6.8mg/L降低至3.2mg/L，进而大大的降低了碳源投加量，可使外加COD/N＝3-5降低至CON/N＝1.9-2.2；悬浮固体的分级截留，达到了滤池丛深截留悬浮物的优异效果，使得滤池反冲洗周期由一般的15-20h延长至27-30.5h。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：(1)本发明装置实现较大粒径悬浮固体和较小粒径悬浮固体分阶段式截留去除，通过4层滤床的层层作用实现滤床滤料的整体纳污，每层滤床之间又是相互隔开的，增加滤池的运行周期，再通过设置多个反冲洗出口，每次都可以对滤床分别进行彻底的反冲洗，总体来说可以减少反冲洗次数。(2)本发明的第二过滤床为蛭石层，由于蛭石较高的含水性，可适当提高滤池内部有效容积，增大水力停留时间，形成一个稳定的含水层，阻止复氧的发生，降低石英砂滤料发生堵塞的可能，同时减少碳源的投加和运行成本。(3)本发明在第二过滤床下方设有氯化亚铁加药器，将氯化亚铁打入水流中，硝态氮铁氧化菌利用硝态氮中的氧可将二价铁氧化为三价铁，同时硝态氮被还原为氮气，进一步降低碳源的投加量，同时由于三价铁的絮凝吸附，出水悬浮固体更低；反冲洗水排入二沉池中，提高二沉池的泥水分离效果，操作管理方便，出水水质高；本发明的氧化还原电位测量装置可以实现自动控制储药罐二的加药量，净化效率明显提高；本发明的第四过滤床是由新研制的过滤材料组成，能够进一步净化和吸附污染物，大大提高最终的出水水质。附图说明图1是本发明的结构示意图。其中，1-原水进口，2-沉淀池，3-电渗析装置，4-pH调节池，5-第一加药口，6-储药罐一，7-第二加药口，8-生物滤池，9-气体收集装置，10-气体排出口，11-储药罐二，12-泵一，13-泵二，14-第一流路，15-第二流路，16-氧化还原电位测量装置，17-均匀布水器，18-第一过滤床，19-第二过滤床，20-第三过滤床，21-第四过滤床，22-反冲洗水出口一，23-反冲洗水出口二，24-反冲洗水出口三，25-承托板，26-处理水排出管，27-反冲洗管，28-反冲洗泵，29-清水池。具体实施方式为进一步了解本发明的内容，下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明：实施例1：一种高纳污能力低能耗的污水深度脱氮装置，主要包括沉淀池2、电渗析装置3、pH调节池4、储药罐一6、生物滤池8、储药罐二11、氧化还原电位测量装置16、反冲洗泵28、清水池29，所述沉淀池2、电渗析装置3、pH调节池4及生物滤池8之间通过管道连接，所述储药罐一6通过第一加药口5连通至所述pH调节池4与所述生物滤池8之间的管道内，所述生物滤池8从上往下依次设置有气体收集装置9、均匀布水器17、第一过滤床18、第二过滤床19、第三过滤床20、第四过滤床21，在所述第一过滤床18、第二过滤床19、第三过滤床20的上方分别设有反冲洗水出口一22、反冲洗水出口二23、反冲洗水出口三24；所述均匀布水器17由分级布水装置构成，分别由进水总管、主管、支管和布水孔均匀分布的布水器组成；所述第一过滤床18与所述第二过滤床19之间以及所述第二过滤床19与所述第三过滤床20之间留有一定的间隔，所述第三过滤床20的底部设有承托板25，所述承托板25中间设有向下突出的开口，所述氧化还原电位测量装置16的电极通入到所述开口处，所述第四过滤床21位于所述承托板25中间的开口的下方，在所述第二过滤床19的下方设有第二加药口7，所述储药罐二11分别通过第一流路14和第二流路15通入到所述第二加药口7，所述第一流路14上设有泵一12，所述第二流路15上设有泵二13，所述氧化还原电位测量装置16通过导线与所述泵二13相连，在所述生物滤池8的底端通过处理水排出管26与所述清水池29相连，所述反冲洗泵28通过反冲洗管27设在清水池29与所述生物滤池8的底端之间。其中，所述第一过滤床18的填料为沸石，选择粒径为7mm，密度2.0g/cm3；所述第二过滤床19的填料为蛭石，蛭石的粒径为1mm；所述第三过滤床20的填料为石英砂组成，选择粒径为3mm，密度2.8g/cm3，孔隙率大于55％；所述第四过滤床21所用的过滤材料按重量组分计是由10份凝灰岩、2份弱酸性粘土、1份珊瑚粉、1份椰壳炭、10份陶瓷粉末、16份有机泡沫材料组成，其制备方法为：将所述凝灰岩、弱酸性粘土、珊瑚粉、椰壳炭、陶瓷棉混合，得到混合物，将所述混合物中加入5倍的水并搅拌形成混合液，将所述有机泡沫材料放入所述混合液中浸渍1h，再将浸渍后的有机泡沫材料加热至使所述有机泡沫材料气化并烧结所述混合物的温度，从而形成所述过滤材料。所述储药罐一6内的药为乙酸钠与甲醇的混合溶液，二者的摩尔比为1:3；所述储药罐二11内的药为氯化亚铁溶液，所述氯化亚铁溶液的浓度为3mg/L。采用所述高纳污能力低能耗的污水深度脱氮装置的污水深度脱氮处理方法，其步骤为：(1)生化二级出水由原水进口1通入沉淀池2进行初步沉淀，再通入电渗析装置3进行电解，继续通入pH调节池4，调节pH值至7.0，储药罐一6内的药液通过第一加药口5打入由pH调节池4通向生物滤池8的管道中，药液随污水进入生物滤池8，使得进水中外加碳源的COD/N＝2；(2)污水经过均匀布水器17首先经过第一过滤床18，进水中粒径较大的悬浮固体在沸石的吸附截留作用下被去除，同时进水中少量的氨氮也被吸附去除，大粒径悬浮固体和部分DO得到了去除；(3)污水经过第一过滤床18后进入第二过滤床19，由于蛭石的含水性，其有效容积得到增加，水力停留时间得到增长，进一步消耗进水中的DO；同时由于蛭石的高含水性，在蛭石层可形成一个稳定的含水层，当出现断流或短流时阻止复氧的发生；(4)流出第二过滤床19的废水，进入第三过滤床20，打开泵一12，储药罐二11内的氯化亚铁溶液通过第一流路14随水流进入第三过滤床20；反硝化菌利用进水中的碳源将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气，同时一些硝态氮铁氧化菌利用硝态氮中的氧可将二价铁氧化为三价铁，同时硝态氮被还原为氮气，氮气通过所述气体收集装置9收集，并从气体排出口10排出；此外粒径较小的悬浮固体被吸附截留，同时由于三价铁的絮凝吸附，出水悬浮固体含量更低；(5)废水经第三过滤床20经过承托板25底下的开口出流出，通过氧化还原电位测量装置16的电极检测上述氧化还原反应的程度，若氧化还原反应的程度不够，则打开所述泵二13，使储药罐二11内的氯化亚铁溶液通过第二流路15随水流进入第三过滤床20，以增加废水中氯化亚铁溶液的浓度，促进氧化还原反应的进程，反之，则关闭所述泵二13，降低废水中氯化亚铁溶液的浓度，从而达到自动控制的作用；(6)废水继续经过第四过滤床21，经所述过滤材料进一步过滤净化；(8)处理的水通过处理水排出管26进入清水池29；打开反冲洗泵28，一部分清水池29中的水用于反冲洗，反冲洗分为三个阶段，第一阶段，是对第三过滤床20的反冲洗，关闭反冲洗水出口一22和反冲洗水出口二23，反冲洗水由反冲洗水出口三24流出，第二阶段是对第二过滤床19的的反冲洗，关闭反冲洗水出口一22和反冲洗水出口三24，反冲洗水由反冲洗水出口二23流出，第三阶段是对第一过滤床18的的反冲洗，关闭反冲洗水出口二23和反冲洗水出口三24，反冲洗水由反冲洗水出口一22流出，气/水同时反冲洗持续时间3-10min，反冲洗水强度为8L/m2s，气洗强度14L/m2s，反冲洗水回流至二沉池，一部分达标排放。沸石和蛭石填料层能够有效地减少溶解氧对反硝化的抑制作用，同时截留大粒径的悬浮固体，提高石英砂滤层的纳污能力；氯化亚铁做为电子受体，被氧化后起到絮凝的作用，提高滤池对悬浮固体的截留能力，碳源投加量可由C/N＝3-5降低至C/N＝1.9-2.2；水力负荷1m3/m2h，外加COD/N＝2，氯化亚铁浓度5mg/L，使用该装置和方法处理污水的水质参数变化：进水COD80-95mg/L，TN18-26mg/L，TP0.68-0.81mg/L，SS19-34mg/L，NO3-N16-20mg/L；出水COD23-31mg/L，TN2.1-4.2mg/L，TP0.1-0.2mg/L，SS1.8-3.2mg/L，NO-N1.1-2.4mg/L。反冲洗周期为29h。实施例2：同实施例1，所述第一过滤床18的填料为沸石，选择粒径为7.5mm，密度2.2g/cm3；所述第二过滤床19的填料为蛭石，蛭石的粒径为2mm；所述第三过滤床20的填料为石英砂组成，选择粒径为3.6mm，密度2.9g/cm3，孔隙率大于55％；所述第四过滤床21所用的过滤材料按重量组分计是由15份凝灰岩、6份弱酸性粘土、3份珊瑚粉、3.5份椰壳炭、25份陶瓷粉末、20.5份有机泡沫材料组成；氯化亚铁的浓度为3mg/L，外加碳源COD/N＝1.9，该条件下污水水质参数变化：进水COD75-90mg/L，TN19-25mg/L，TP0.6-0.78mg/L，SS20-33mg/L，NO3-N17-23mg/L；出水COD19-27mg/L，TN1.9-3.2mg/L，TP0.11-0.17mg/L，SS1.7-2.9mg/L，NO-N1-2.1mg/L。反冲洗周期为30.5h。实施例3：同实施例1，所述第一过滤床18的填料为沸石，选择粒径为8mm，密度2.4g/cm3；所述第二过滤床19的填料为蛭石，蛭石的粒径为3mm；所述第三过滤床20的填料为石英砂组成，选择粒径为4.2mm，密度3.0g/cm3，孔隙率大于55％；所述第四过滤床21所用的过滤材料按重量组分计是由20份凝灰岩、2-10份弱酸性粘土、5份珊瑚粉、6份椰壳炭、40份陶瓷粉末、25份有机泡沫材料组成；氯化亚铁的浓度为10mg/L，外加碳源COD/N＝2.2，该条件下污水水质参数变化：进水COD90-110mg/L，TN19-25mg/L，TP0.6-0.78mg/L，SS20-33mg/L，NO3-N17-23mg/L；出水COD26-37mg/L，TN2.9-4.1mg/L，TP0.09-0.16mg/L，SS2.7-3.7mg/L，NO-N0.9-2.2mg/L。反冲洗周期为27h。以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。