本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种适用污水深度处理的脱碳脱氮除磷深度处理系统及方法。
背景技术：
随着我国城市化进程的加速，城市人口数量急剧增长，现有污水处理规模及出水水质满足不了城市建设的需求，水污染日益严重，氮磷过量的排放引起水体富营养化，河流湖泊日益增长的绿藻，严重影响人类的健康和安全。
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)(表1-2)，当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，需要执行一级A标准。
对于城镇污水处理厂来说，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级排放标准，主要难度在于确保氮磷的达标排放。鉴于市政污水处理厂一般处理规模较大，化学脱氮除磷的成本较高，通常只作为辅助手段。在这种形势下，选择能够稳定达到一级标准的深度处理工艺是新建污水处理厂和老污水处理厂升级改造所面临的关键问题。污水深度处理能够减少污水排放量，减轻水体污染，进一步开发污水，实现污水资源化和中水回用，对于保障城市安全供水和环境资源的可持续利用具有重大的战略意义。
目前，我国城市污水处理常用的深度处理工艺主要有：絮凝沉淀法、砂滤法、活性炭法、臭氧氧化法、膜分离法、离子交换法、电解处理、湿式氧化法、蒸发浓缩法、高级氧化法、等物理化学方法与生物脱氮、脱磷法等。
其中物理化学深度处理方法费用昂贵，管理较复杂。混凝-澄清-过滤法单位面积产水量大，适应性强，处理效果稳定，但无法保证NH3-N的出水要求。微絮凝过滤法处理流程简单，对进水水质要求较高，
生物滤池处理工艺在有机污染物去除、硝化去氨、反硝化脱氮、好氧一缺氧交替除磷、微污染源水的预处理等方面取得了较大的突破，组合工艺技术也得到了成熟的应用，并取得了良好的处理效果，有关曝气生物滤池的生物膜内部结构、反应机理、反应动力学的研究也逐渐开展，曝气生物滤池去除有机物、悬浮物、氨氮方面效果显著，是一种适合我国国情的水处理技术。
因此，如何提供一种有针对性地对于生物滤池联合处理工艺，对污水进行深度处理是需要解决的问题。
技术实现要素：
基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种脱碳脱氮除磷深度处理系统及方法，其适用于污水深度处理，提高出水水质，使出水符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准或者Ⅵ类水体标准，解决现有深度处理工艺污水占比重大、生化性差等问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施例提供一种脱碳脱氮除磷深度处理系统，包括：
顺次连接的厌氧生物滤池、反硝化生物滤池、碳化生物滤池和硝化生物滤池；其中，
所述厌氧生物滤池设有进水管；
所述硝化生物滤池设有出水管；
所述碳化生物滤池通过第一混合液回流管回连至所述厌氧生物滤池；
所述硝化生物滤池通过第二混合液回流管回连至所述厌氧生物滤池；
所述硝化生物滤池通过硝化混合液回流管回连至所述反硝化生物滤池；
所述厌氧生物滤池的进水管通过超越进水管连接至所述反硝化生物滤池；
所述反硝化生物滤池设有连接初沉池出水的初沉出水引入管。
本发明实施例还提供一种脱碳脱氮除磷深度处理方法，采用本发明所述的深度处理系统，包括以下步骤：
步骤1，将二沉池出水引入所述系统的厌氧生物滤池，截留二沉池出水中有机物，并将难降解、大分子的有机物质转化为易降解、小分子的有机质，提高废水生化性，并形成聚磷菌，使出水满足后续碳化、硝化生物滤池的好氧吸磷要求；
步骤2，所述厌氧生物滤池出水自流进入反硝化生物滤池，反硝化生物滤池引入硝化生物滤池的回流硝化液，硝化液回流比50～200％，所述反硝化生物滤池内通过曝气方式充微氧，DO小于0.5mg/L，使其功能区域成缺氧状态，将回流的硝化液中硝酸盐物质还原为氮气；该反硝化生物滤池通过引入二沉池出水和初沉池出水补充碳源；
步骤3，所述反硝化生物滤池出水进入碳化生物滤池，通过曝气装置与设置的均质陶粒滤料填料层配合，并通过改变曝气装置的曝气量调节该碳化生物滤池的溶解氧，降解进水中的有机物，进行有效生化降解，降低出水有机物；
步骤4，所述碳化生物滤池的出水进入硝化生物滤池，通过曝气装置与均质陶粒滤料填料层的作用，曝气溶解氧控制为2～4mg/l，将废水中的氨氮硝转化为硝酸盐和亚硝酸盐，去除废水中的有机物和氨氮，处理后的达标水经硝化生物滤池出水管排放。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的深度处理系统，通过设置有机连接的厌氧生物滤池、反硝化生物滤池、碳化生物滤池和硝化生物滤池，可实现脱碳脱氮除磷处理，该系统具有耐冲击负荷高、分区功能强、处理能力强、工艺流程短、占地面积小及处理效果好的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的脱碳脱氮除磷深度处理系统示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种脱碳脱氮除磷深度处理系统，包括：
顺次连接的厌氧生物滤池1、反硝化生物滤池2、碳化生物滤池3和硝化生物滤池4；其中，
所述厌氧生物滤池设有进水管A；
所述硝化生物滤池设有出水管B；
所述碳化生物滤池3通过第一混合液回流管5回连至所述厌氧生物滤池1；
所述硝化生物滤池3通过第二混合液回流管6回连至所述厌氧生物滤池1；
所述硝化生物滤池3通过硝化混合液回流管9回连至所述反硝化生物滤池2；
所述厌氧生物滤池1的进水管A通过超越进水管7连接至所述反硝化生物滤池2；
所述反硝化生物滤池2设有连接初沉池出水的初沉出水引入管8。
上述深度处理系统中，厌氧生物滤池1内设有滤料，所述滤料内外平均孔隙率为40％，该厌氧生物滤池1的CODcr容积负荷为2～8kgCODcr/(m3·d)。
上述深度处理系统中，厌氧生物滤池内的滤料采用火山岩生物滤料。
上述深度处理系统中，反硝化生物滤池内设有滤料，滤料的比表面积为40000cm2/g，滤料的粒内孔隙率为
所述滤池内滤料下方设有曝气装置，该反硝化生物滤池内的DO小于0.5mg/L。
上述深度处理系统中，碳化生物滤池内设有0.3m厚的卵石作为承托层，承托层上设有均质陶粒滤料填料层，所述均质陶粒滤料填料层由粒径3～5mm和4～6mm的陶粒滤料填料按1：1的重量比例混合而成，陶粒滤料填料的比表面积为40000cm2/g，陶粒滤料填料的粒内孔隙率为
所述承托层底端设有曝气装置；
该碳化生物滤池的CODcr容积负荷为1～4kgCODcr/(m3·d)。
上述深度处理系统中，硝化生物滤池内设曝气装置，曝气溶解氧控制为2～4mg/l，
所述硝化生物滤池内设有0.3m厚的卵石作为承托层，承托层上设有均质陶粒滤料填料层，所述均质陶粒滤料填料层由粒径3～5mm和4～6mm的陶粒滤料填料按1：1的重量比例混合而成，陶粒滤料填料的比表面积为40000cm2/g，陶粒滤料填料的粒内孔隙率为
该硝化生物滤池的反冲洗周期为24h，采用气水联合冲洗，反冲洗空气强度为12L/m2.s,反冲洗水强度为6L/m2.s。
上述深度处理系统中，硝化生物滤池混合液回流至反硝化生物滤池的硝化液回流比为50～200％。
上述深度处理系统还包括：气水联合反冲洗装置，分别与反硝化生物滤池、碳化生物滤池和硝化生物滤池连接，用于对反硝化生物滤池、碳化生物滤池和硝化生物滤池按周期进行气水联合反冲洗。
本发明实施例还提供一种脱碳脱氮除磷深度处理方法，采用上述的深度处理系统，包括以下步骤：
步骤1，将二沉池出水引入所述系统的厌氧生物滤池，截留二沉池出水中有机物，并将难降解、大分子的有机物质转化为易降解、小分子的有机质，提高废水生化性，并形成聚磷菌，使出水满足后续碳化、硝化生物滤池的好氧吸磷要求；
步骤2，所述厌氧生物滤池出水自流进入反硝化生物滤池，反硝化生物滤池引入硝化生物滤池的回流硝化液，硝化液回流比50～200％，所述反硝化生物滤池内通过曝气方式充微氧，DO小于0.5mg/L，使其功能区域成缺氧状态，将回流的硝化液中硝酸盐物质还原为氮气；该反硝化生物滤池通过引入二沉池出水和初沉池出水补充碳源；
步骤3，所述反硝化生物滤池出水进入碳化生物滤池，通过曝气装置与设置的均质陶粒滤料填料层配合，并通过改变曝气装置的曝气量调节该碳化生物滤池的溶解氧，降解进水中的有机物，进行有效生化降解，降低出水有机物；
步骤4，所述碳化生物滤池的出水进入硝化生物滤池，通过曝气装置与均质陶粒滤料填料层的作用，曝气溶解氧控制为2～4mg/l，将废水中的氨氮硝氧化为硝酸盐和亚硝酸盐，去除废水中的有机物和氨氮，处理后的达标水经硝化生物滤池出水管排放。
上述深度处理方法还包括：对反硝化生物滤池、碳化生物滤池和硝化生物滤池的反冲洗均采用气水联合冲洗，反冲洗周期为24h，所述气水联合冲洗的反冲洗空气强度为10～15L/m2.s,反冲洗水强度为6～8L/m2.s。
本发明深度处理系统的处理废水的具体过程如下，包括：
步骤1)将二沉池出水引入厌氧生物滤池，厌氧生物滤池设置滤料，其中滤料内外平均孔隙率在40％左右，比表面积很大的填料上生物膜厚度约1～3mm，CODcr容积负荷一般为2～8kgCODcr/(m3·d)，而且抗冲击负荷能力较强，截留二沉池出水中有机物，并将难降解、大分子的有机物质转化为易降解、小分子的有机质，提高废水的生化性，并形成聚磷菌，为后续碳化、硝化生物滤池好氧吸磷提供有力支撑。
步骤2)厌氧生物滤池出水自流至反硝化生物滤池，硝化生物滤池混合液回流至反硝化生物滤池，采用曝气方式充微氧，DO小于0.5mg/L，使其功能区域成缺氧状态，硝化液回流比50～200％，同时所属滤料滤料的比表面积/40000cm2/g，粒内孔隙率底端设有曝气装置，将回流的硝化液中硝酸盐物质还原为氮气。为弥补碳源不足，特从二沉池出水和初沉池出水引部分废水至反硝化生物滤池，补充碳源。在此将剩余硝酸盐还原氮气，同时消耗废水有机物。
步骤3)反硝化生物滤池出水至碳化生物滤池，此池内主要降低污水中COD，曝气生物滤池内装0.3m卵石作为承托层，粒径3～5mm和4～6mm混合1：1的均质陶粒滤料填料层，滤料的比表面积/40000cm2/g，粒内孔隙率底端设有曝气装置，通过改变曝气量来调节曝气生物滤池的溶解氧，将二沉池出水中大量的有机物降解，进行有效生化降解，降低出水有机物，其中生物降解所需要的氧气由鼓风机提供。
步骤4)出水进入硝化生物滤池，内设曝气装置和滤料，滤料与碳化生物滤池内滤料相同，曝气溶解氧控制2～4mg/l，主要将氨氮硝化为硝酸盐和亚硝酸盐，主要将废水中剩余氨氮氧化成亚硝酸盐或硝酸盐，进一步去除有机物和氨氮。降低出水氨氮，出水达标排放。
步骤5)反硝化、碳化、硝化生物滤池都具备可分区、可同步、可交互式脱碳脱氮除磷，整体形成厌氧、缺氧、好氧状态，通过硝化液回流、混合液回流、超越直接进反硝化系统，构成整体反硝化、碳化、硝化系统；而每个分区内部设有填料，滤料层之间形成厌氧、缺氧、好氧状态，此三种功能区之间有强化的功能单元，但又有互相可交互的三种状态，是对三种功能区的一种补充和强化，更有利于污染物的去除；当滤池运行一周期后，因为水头损失增大，需对其进行反冲洗，以去除截留的悬浮物并且更新生物膜，保持良好的去除率，反冲洗采用气水联合冲洗，反冲洗空气强度10～15L/m2.s,反冲洗水强度6～8L/m2.s。该工艺具有耐冲击负荷高、分区功能强、处理能力强、工艺流程短、占地面积小及处理效果好的特点。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
本实施例采用本发明深度处理系统(参见图1)和方法对城市污水的深度处理，污水水质特征见表1。
(1)首先污水经二级处理后，二沉池出水进入厌氧生物滤池，厌氧生物滤池内设有火山岩生物滤料，生物滤料常用规格：3-5mm，内外平均孔隙率在40％左右，CODcr容积负荷一般为2～4kgCODcr/(m3·d)；
(2)厌氧生物滤池出水自流至反硝化生物滤池，硝化生物滤池混合液回流至反硝化生物滤池，回流比100～200％，采用曝气方式充微氧，DO小于0.5mg/L，使其功能区域成缺氧状态，同时所属滤料的比表面积/40000cm2/g，粒内孔隙率底端设有曝气装置；
(3)反硝化生物滤池出水至碳化生物滤池曝气生物滤池内装0.3m卵石作为承托层，粒径3～5mm和4～6mm混合1：1的均质陶粒滤料填料层，滤料的比表面积/40000cm2/g，粒内孔隙率底端设有曝气装置，CODcr容积负荷一般为1～4kgCODcr/(m3·d)；
(4)出水进入硝化生物滤池，内设曝气装置和滤料，滤料与碳化生物滤池内的滤料相同，曝气溶解氧控制2～4mg/l，硝化生物滤池曝气进行生物降解，溶解氧浓度控制在3～4mg/l，该硝化生物滤池的反冲洗周期为24h，采用气水联合冲洗，反冲洗空气强度12L/m2.s,反冲洗水强度6L/m2.s；
上述方法中，步骤4处理后的硝化生物滤池出水水质可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，即BOD5≤10mg/l，CODcr≤50mg/l，SS≤10mg/l，NH3-N≤5mg/l，T-P≤0.5mg/l，T-N≤15mg/l。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。