专利名称：一体化曝气生物滤池深度脱氮的方法
技术领域：
本发明属于污废 水生物处理技术领域，特别适用于含氮污废水处理厂的提标改造或处理单元的新建，具体涉及一种一体化曝气生物滤池深度脱氮的装置和方法。
背景技术：
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter,BAF)是集生物膜生化降解和滤层过滤功能于一体的非常适合于我国国情的污水处理技术，能实现水资源的再生。BAF比其他活性污泥处理系统的生物量大，抗冲击负荷能力强，容积负荷高，占地面积小，污泥产量小，处理效果稳定，既可以用于污废水的二级处理，也可用于深度处理。传统曝气生物滤池的主要缺陷是下部填料上的生物膜生长很快，使得陶粒等填料易堵塞，甚至板结。随着运行过程中污染物在滤床中迅速截留，滤床的孔隙率会迅速降低，存在水头损失增加快，工作周期短的问题。目前，污废水脱单处理时多采用二级或三级曝气生物滤池工艺，也有硝化反硝化一体化滤池，普遍存在处理流程长、基建费用高、反冲洗操作复杂能耗高、处理效果不稳定，以及出水SS难达标等问题。如何在节能降耗的基础上，优化曝气生物滤池结构及组合，改善微生物种群结构，降低反冲洗能耗，强化脱氮效果，是近年来BAF污水生物处理领域的研究热点。
发明内容
本发明的目的是针对目前BAF工艺存在的问题，结合节能降耗和深度脱氮的要求，提出一体化曝气生物滤池深度脱氮的装置和方法，通过对传统两段脱氮曝气生物滤池、硝化反硝化一体化滤池进行工艺调整和结构形式的改进，实现硝化区和反硝化区的分离，硝化反硝化作用和过滤功能的分离，实现BAF反冲洗操作的优化，最终实现一体化系统的高效脱氮和截留悬浮物。一体化曝气生物滤池深度脱氮的装置，该装置由进水系统、一体化曝气生物滤池、碳源投加系统、曝气系统和水冲系统连接组成，其特征在于一体化曝气生物滤池从下至上为第一支撑层2、硝化区3、中间水层4、气水分离器5、第二支撑层6、反硝化区7和清水区8 ;清水区8设有排放水的管道9 ;曝气系统10和水冲系统14连接到一体化曝气生物滤池的底部；所述一体化曝气生物滤池的硝化区3和反硝化区7的体积比为I :I 4 :1 ;所述硝化区3和反硝化区7中的滤料为轻质填料，其比重介于I. 0 I. 5g/cm3，孔隙率为55% 85% ;所述中间水层4内无滤料，其高度为硝化区3高度的30% 40% ；所述气水分离器5的漏斗状收集口安装于中间水层4 ;所述气水分离器5的排气端安装阀门11 ;所述一体化曝气生物滤池的中间水层4设置反冲洗排水管15 ；所述装置的进水系统I与一体化曝气生物滤池的硝化区3连接；所述碳源投加系统12通过布水器13与一体化曝气生物滤池的反硝化区7连接；所述水冲系统14与一体化曝气生物滤池底部连接。利用气水分离器将 曝气生物滤池分为硝化区和反硝化过滤区，实现异养菌和自养菌的分离，实现硝化、反硝化和过滤功能的良好组合，提高工艺整体的脱氮效率，降低工艺系统的水力停留时间。一体化曝气生物滤池为脱氮/过滤型反应器，下部为硝化段，自养型硝化菌为优势菌，进行氨氮的硝化；上部为反硝化脱氮过滤段，有效截留脱落生物膜等形成的悬浮物，保证出水SS达一级A排放标准。本发明还提供了利用上述装置进行污废水深度脱氮的方法，包括以下步骤I)含氮的污废水由进水系统I泵入一体化曝气生物滤池的硝化区3，水力停留时间为30 60min,溶解氧为I. 0 3. Omg/L ；2)曝气系统10对曝气生物滤池的硝化区3充氧，气水比为3 8 (即体积比)，附着于硝化区3填料上的硝化菌利用水中的溶解氧将大部分氨氮氧化为硝态氮，控制氨氮浓度为 l-3mg/L ；3)气体和液体流经中间水层4，气体通过气水分离器5排放；液体流经反硝化区7 ；4)碳源投加系统12通过布水器13向反硝化区7中的反硝化菌提供用于反硝化脱氮的电子供体，混合液中的硝态氮被还原为氮气，水力停留时间为20 50min，溶解氧为0. 2 0. 5mg/L ；5)深度脱氮的处理水流经清水区8，通过管道9排放；6) 一体化曝气生物滤池运行1-5天后，关闭进水系统I和碳源投加系统12，打开反冲洗排水管15，利用清水区8中的清水排除反硝化区7脱落的生物膜和截留的悬浮物；7) 一体化曝气生物滤池运行10-20天后，对一体化曝气生物滤池反冲洗，反冲洗气体和反冲洗水分别通过曝气系统10和水冲系统14进入一体化曝气生物滤池的底部，反冲洗排水通过反冲洗排水管15排放。步骤6)和7)的运行天数和进水水质有关，如果出水达标，进水水质越好，运行的天数则越长。本发明的有益效果是一体化曝气生物滤池深度脱氮装置易形成一体化设备；节省占地面积；曝气生物滤池上部的填料为高孔隙率的轻质填料，不易堵塞；曝气生物滤池上部的反硝化过滤区不受曝气的扰动，过滤性能强，出水清澈；曝气生物滤池反冲洗能耗低，反冲洗周期长。一体化曝气生物滤池深度脱氮装置中气体分离器的设置，实现硝化和反硝化作用的分离，下部为硝化段，上部为无气干扰反硝化过滤段，强化曝气生物滤池的过滤功能，有效截留脱落生物膜等形成的悬浮物；一体化曝气生物滤池深度脱氮装置不需硝化液回流，实现污废水深度脱氮；一体化曝气生物滤池反冲洗方式的改变使曝气生物滤池反冲洗能耗低，反冲洗周期长。
图I为本发明一体化曝气生物滤池深度脱氮装置的结构示意其中1-进水系统；2_第一支撑层；3_硝化区；4_中间水层；5_气水分离器；6-第二支撑层；7_反硝化区；8_清水层；9_出水管；10_曝气系统；11-气体排放阀；12-碳源投加系统；13_布水器；14-水冲系统；15_反冲洗排水管。
具体实施例方式参见图1，一体化曝气生物滤池深度脱氮的装置，该装置由进水系统、一体化曝气生物滤池、碳源投加系统、曝气系统和水冲系统连接组成，其特征在于一体化曝气生物滤池从下至上为第一支撑层2、硝化区3、中间水层4、气水分离器5、第二支撑层6、反硝化区7和清水区8 ；
所述一体化曝气生物滤池的硝化区3和反硝化区7的体积比为I :I 4 :1 ;所述硝化区3和反硝化区7中的滤料为轻质填料，其比重介于I. 0 I. 5g/cm3，孔隙率为55% 85% ;所述中间水层4内无滤料，其高度为硝化区3高度的30% 40% ；所述气水分离器5的漏斗状收集口安装于中间水层4，并且气水分离器5穿过反硝化区7 ;所述气水分离器5的排气端安装阀门11 ；所述一体化曝气生物滤池的中间水层4设置反冲洗排水管15 ；所述装置的进水系统I与一体化曝气生物滤池的硝化区3连接；所述碳源投加系统12通过布水器13与一体化曝气生物滤池的反硝化区7连接；所述水冲系统14与一体化曝气生物滤池底部连接。利用气水分离器将曝气生物滤池分为硝化区和反硝化过滤区，实现异养菌和自养菌的分离，实现硝化、反硝化和过滤功能的良好组合，提高工艺整体的脱氮效率，降低工艺系统的水力停留时间。一体化曝气生物滤池为脱氮/过滤型反应器，下部为硝化段，自养型硝化菌为优势菌，进行氨氮的硝化；上部为反硝化脱氮过滤段，高效脱氮，同时有效截留脱落生物膜等形成的悬浮物，保证出水TN和SS达一级A排放标准。本发明还提供了利用上述装置进行污废水深度脱氮的方法，包括以下步骤I)含氮的污废水由进水系统I泵入一体化曝气生物滤池的硝化区3，水力停留时间为30 60min,溶解氧为I. 0 3. Omg/L ；2)曝气系统10对曝气生物滤池的硝化区3充氧，气水比为3 8，附着于硝化区3填料上的硝化菌利用水中的溶解氧将大部分氨氮氧化为硝态氮，控制氨氮浓度为l_3mg/L ；3)气体和液体流经中间水层4，气体通过气水分离器5排放；液体流经反硝化区7 ；4)碳源投加系统12通过布水器13向反硝化区7中的反硝化菌提供用于反硝化脱氮的电子供体，混合液中的硝态氮被还原为氮气，水力停留时间为20 50min，溶解氧为0. 2 0. 5mg/L ；5)深度脱氮的处理水流经清水区8，通过管道9排放；6) 一体化曝气生物滤池运行1-5天后，关闭进水系统I和碳源投加系统12，打开反冲洗排水管15，利用清水区8中的清水排除反硝化区7脱落的生物膜和截留的悬浮物；7) 一体化曝气生物滤池运行10-20天后，对一体化曝气生物滤池反冲洗，反冲洗气体和反冲洗水分别通过曝气系统10和水冲系统14进入一体化曝气生物滤池的底部，反冲洗排水通过反冲洗排水管15排放。本发明通过对BAF工艺运行方式调整和BAF结构的改进，将曝气生物滤池分为硝化区、中间水层和反硝化过滤区，实现硝化、反硝化和过滤功能的良好组合，提高一体化工艺的脱氮效率；实现自养型硝化段和异养型反硝化段反冲洗操作的分离，节省能耗，延长反冲洗周期。实施例以某AAO-BAF系统二沉池出水为处理对象，一体化曝气生物滤池深度脱氮装置中填料的比重为I. 005g/cm3、孔隙率为79%，空床停留时间小于I. 2h，进水NH4+_N在9 19mg/L之间，试验温度为20 25°C。试验条件下,氨氮去除负荷大于0. 8 kgNH4+-N/ (m3.d)，系统对NH 4+-N和TN的平均去除率分别达到95%和80% 体化曝气生物滤池的反冲洗周期达到20d。
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以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，便于该技术领域的技术人员能理解和应用本发明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一体化曝气生物滤池深度脱氮的方法，其特征在于应用以下装置，该装置由进水系统、一体化曝气生物滤池、碳源投加系统、曝气系统和水冲系统连接组成，一体化曝气生物滤池从下至上为第一支撑层(2)、硝化区(3)、中间水层(4)、气水分离器(5)、第二支撑层(6)、反硝化区(7)和清水区(8);清水区(8)设有排放水的管道(9);曝气系统(10)和水冲系统(14)连接到一体化曝气生物滤池的底部； 所述一体化曝气生物滤池的硝化区(3)和反硝化区(7)的体积比为I :1 4 :1 ;所述硝化区(3)和反硝化区(7)中的滤料为轻质填料，其比重介于1.0 1.58/(^3，孔隙率为.55% 85% ;所述中间水层(4)内无滤料，其高度为硝化区(3)高度的30% 40% ； 所述气水分离器(5)的漏斗状收集口安装于中间 水层(4);所述气水分离器(5)的排气端安装阀门(11); 所述一体化曝气生物滤池的中间水层(4)设置反冲洗排水管(15)； 所述装置的进水系统(I)与一体化曝气生物滤池的硝化区(3)连接；所述碳源投加系统(12)通过布水器(13)与一体化曝气生物滤池的反硝化区(7)连接； 所述方法按以下步骤进行 . 1)含氮的污废水由进水系统(I)泵入一体化曝气生物滤池的硝化区(3)，水力停留时间为30 60min,溶解氧为I. 0 3. Omg/L ； .2)曝气系统(10)对曝气生物滤池的硝化区(3)充氧，气水比为3 8，附着于硝化区(3)填料上的硝化菌利用水中的溶解氧将大部分氨氮氧化为硝态氮，控制氨氮浓度为.l-3mg/L ； .3)气体和液体流经中间水层(4)，气体通过气水分离器(5)排放；液体流经反硝化区(7)； 4)碳源投加系统(12)通过布水器(13)向反硝化区(7)中的反硝化菌提供用于反硝化脱氮的电子供体，混合液中的硝态氮被还原为氮气，水力停留时间为20 50min，溶解氧为.0. 2 0. 5mg/L ； 5)深度脱氮的处理水流经清水区(8)，通过管道(9)排放； . 6)一体化曝气生物滤池运行1-5天后，关闭进水系统(I)和碳源投加系统(12)，打开反冲洗排水管(15)，利用清水区(8)中的清水排除反硝化区(7)脱落的生物膜和截留的悬浮物； .7)一体化曝气生物滤池运行10-20天后，对一体化曝气生物滤池反冲洗，反冲洗气体和反冲洗水分别通过曝气系统(10)和水冲系统(14)进入一体化曝气生物滤池的底部，反冲洗排水通过反冲洗排水管(15)排放。
全文摘要
一体化曝气生物滤池深度脱氮的方法，属于污水生物处理技术领域，适合于污废水深度脱氮。主要由进水系统、一体化曝气生物滤池、碳源投加系统和反冲洗系统组成；一体化曝气生物滤池采用上向流运行，通过气水分离器分为硝化区和反硝化区。其方法为含氮污废水经过曝气生物滤池下部的硝化区将氨氮氧化；气体通过中间水层后经分离排放；在反硝化区内利用外加碳源提供的电子供体完成氮的深度去除。该系统占地面积小，流程简单，易形成一体化设备。
文档编号C02F3/30GK102963981SQ20121038480
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者汪传新, 彭永臻, 张为堂, 王淑莹 申请人:北京工业大学