专利名称：悬浮陶粒曝气生物滤池及应用其处理原水的方法
技术领域：
本发明涉及水处理领域，具体是涉及悬浮陶粒曝气生物滤池及应用其生化处理可生化废水或预处理微污染原水的方法。
背景技术：
曝气生物滤池是20世纪80年代末发展起来的污水处理技术，该技术采用高比表面积的填料作为生物膜载体，集生化处理与过滤功能于一体，处理效率高，占地面积小，在国内外均得到了推广应用。近年来，由于城市饮用水源有机污染日益严重，迫切需要在常规的“混凝一沉淀一砂滤一消毒”城市给水处理工艺中引入生物预处理技术，采用曝气生物滤池预处理工艺也受到重视。专利号为ZL2006 I 0035882.1，名称为预处理微污染原水的叠式曝气生物滤池及其方法的中国发明专利是申请人2006年提出，该专利以第一级降流式大颗粒滤料滤池作为前处理，以第二级升流式曝气生物滤池去除水中污染物。对于污染轻微的原水，虽然生物预处理效果很好，但是叠式曝气生物滤池采用高滤速时水头损失较大。在此基础上，申请人又于2008年提出高速给水曝气生物滤池及应用其预处理微污染原水的方法的发明申请，并于2011获批，专利号为ZL200810028952.9。该专利在采取防堵塞措施后仅用一级升流式曝气生物滤池，过滤水头损失较叠式曝气生物滤池明显减小。但是，现有陶粒滤料曝气生物滤池由于滤料厚度较大，冲洗过程中难以膨胀，在长时间运行后下滤料层积泥现象较明显，往往导致滤料板结，过滤水头损失逐年增大，生化效率也呈下降的趋势。尽管目前已有塑料颗粒漂浮滤料用于曝气生物滤池工艺，但多为泡沫塑料颗粒，不仅存在表面光滑疏水致生物挂膜条件差的缺陷，而且易变形，刚度增加则生产成本又大幅度提高。采用流化床生物滤池能够避免出现固定床滤料集泥板结问题，目前已有多种塑料悬浮填料，借助曝气在反应器中实现流化，但构造较复杂，比表面积较小。塑料悬浮填料在曝气强度较大的场合可以充分流化，故在污水处理工程中应用较为成功。而在在给水生物预处理工艺中，原水的污染程度往往呈季节性变化，一些时段原水污染轻微，水中溶解氧充足，无需供氧，但是为了保持塑料悬浮填料的流化状态，仍需要较大的曝气强度，否则悬浮填料或是漂浮水面，或是沉至池底，不能与水流全面混合接触，故运行能耗较大。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明提供一种滤料生物量大，生物膜的传质条件好，生物活性强，过滤水头损失小，悬浮陶粒滤层完全流化后不会积泥板结，冲洗强度低，冲洗周期长，冲洗方式简单，运行高效节能，生物净化效果稳定的悬浮陶粒曝气生物滤池。将陶粒滤料曝气生物滤池与悬浮填料曝气池的工艺特点相结合，保留了陶粒滤料耐摩强度高，比表面积大，表面粗糙亲水易挂膜、性价比高的优势，吸收了悬浮填料能够流化的功能，其目的在于克 服现有固定床和流化池生物滤池工艺存在的上述缺陷。本发明的另一目的在于提供应用上述悬浮陶粒曝气生物滤池处理原水的方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现:悬浮陶粒曝气生物滤池，包括进水槽、配水槽和升流式曝气滤池；进水槽和配水槽之间设有进水管，进水管上设有进水阀；排水管的一端与配水槽连接，另一端接入排水干管，配水槽通过配水孔与升流式曝气滤池的池体下端连通；升流式曝气滤池的池体内从下到上依次为配水配气区、下滤板、悬浮陶粒滤料层、上滤网和出水区，出水区和出水渠连接；贯穿下滤板均匀布置多个滤头；曝气头设在配水配气区底部，曝气头通过曝气支管和气冲洗支管与空气干管连接，曝气支管和气冲洗支管并联连接，曝气支管和气冲洗支管上分别设有曝气阀和气冲阀，空气干管与至少一台鼓风机连接；所述悬 浮陶粒滤料层的陶粒采用页岩为原料，经过破碎、烘干、磨粉、造粒后，在回转窑中烧制20±2min，烧制温度1100 1300°C ;出炉陶粒经过自然冷却后进行筛分，选择8 12mm粒径，然后用水浮选得到初期漂浮的陶粒，表观密度0.75 0.95g/cm3，堆积密度
0.4 0.6g/cm3,空隙率彡35%，按堆积体积计算比表面积彡3X 104m2/m3，水浸润颗粒密度
0.9 1.lg/cm3。为进一步实现本发明目的，所述悬浮陶粒滤料层的厚度优选为3 6m。曝气滤池的池体优选为矩形。所述配水槽位于池体一侧的下方，在配水槽与池体相连的池壁上均布多个配水孔。滤池的排水管一端与配水槽连接，一端与排水干管连接。所述鼓风机优选为多台。应用悬浮陶粒曝气生物滤池处理原水的方法:配入悬浮陶粒曝气生物滤池进水槽的原水由进水管导入配水槽，通过配水孔进入滤池下部配水配气区，通过下滤板上布置的滤头进行小阻力配水，将原水从配水区均布至下滤板上部整个滤面；位于配水配气区底部的曝气头通过空气干管将来自鼓风机的压缩空气均布至配水配气区整个滤面，与原水同向上流动并混合，然后穿过下滤板与悬浮陶粒滤料层中生长的生物膜接触，通过传质与供氧，去除水中的氨氮、有机物、嗅味物质以及铁和锰；处理后的水穿过上滤网到达出水区，经过出水堰跌入出水渠；含有悬浮物的冲洗水或随出水进入出水渠，或经过池底配水槽从排水管排出池外。本发明配入悬浮陶粒曝气生物滤池进水槽的原水由进水管导入配水槽,通过配水孔进入滤池下部配水配气区，实现沿滤池一侧均匀配水。下滤板上布置有滤头，进行小阻力配水，将原水从配水区均布至下滤板上部整个滤面。位于配水配气区底部的曝气头将来自鼓风机的压缩空气也均布至配水配气区整个滤面与原水混合后同向上流，与悬浮陶粒滤料表面生长的生物膜接触，通过传质与供氧，去除水中的氨氮、有机物、嗅味物质以及铁和猛等。球形悬浮陶粒滤料水浸润颗粒密度0.9 1.lg/cm3,与水的密度十分接近,在滤池正常运行情况下，悬浮陶粒视曝气强度大小处于微膨胀、悬浮乃至部分流化状态，故其表面生物膜传质条件好，生物活性强，生物净化效果稳定。悬浮陶粒一般采用8 12mm粒径，在正常运行微膨胀、悬浮乃至流化状态下，截滤浊度的能力大幅度下降，过滤水头损失小且增长缓慢，延长了滤池的反冲洗周期，而且有条件大幅度提高滤速，减小工程占地面积。悬浮陶粒曝气生物滤池冲洗前后水头损失变化很小，采用集中的鼓风曝气系统不会造成各个滤池之间曝气不均，可以大量减少鼓风机台数，避免复杂的气量平衡措施；悬浮陶粒的水浸润颗粒密度与水的密度十分接近，故需要的冲洗强度比普通陶粒滤料曝气生物滤池大幅降低，气冲洗时悬浮陶粒滤层能够完全流化，可以在气冲洗条件下借助进水或排水将洗脱的悬浮物、滤料中积累的惰性物质以及沉积于池底的泥砂带出滤池，冲洗方式简单，运行高效节倉泛，
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
1、悬浮陶粒曝气生物滤池的球形悬浮陶粒滤料系采用页岩经过破碎、烘干、磨粉、造粒后，在回转窑中高温烧制而成，其外形为近似球状不规则颗粒，经筛分选择8 12mm粒径；然后对其进行浮选得到初期漂浮的陶粒，其破碎率与磨损率之和< 2%，表观密度在0.75 0.95g/cm3范围，堆积密度0.4 0.6g/cm3，空隙率彡35%,比表面积彡3X104m2/m3(按堆积体积计算)，长期浸入池中的水浸润颗粒密度0.9 1.lg/cm3。悬浮陶粒表皮粗糙亲水，在水中培菌挂膜后，表面生物膜附着牢固。滤池正常运行时，悬浮陶粒视曝气强度大小处于微膨胀、悬浮乃至部分流化状态，故其表面生物膜传质条件好，生物活性强，对微污染原水氨氮和有机物净·化效率高，预氧化助凝以及除嗅、除铁和除锰效果好，可以稳定实现给水生物预处理改善原水水质的目标；应用于污水生化处理时，有条件加强回流，大幅度提闻了脱氣和抗冲击负荷的能力。
2、悬浮陶粒曝气生物滤池采用配水槽穿孔配水与在下滤板滤头小阻力配水相结合的配水方式，采用曝气头均匀布气与滤板滤头二次配气相结合的配气方式，能够满足配水配气和冲洗排水均匀性的要求。
3、配水配气区具有沉砂与沉淀功能，无柄滤头的下滤帽具有截滤杂质的作用，有利于保护悬浮陶粒滤料滤层。将曝气头布置在下滤板下，易于维护与维修，滤板下敷设0.2m悬浮陶粒，保持对滤板下清洗，防止积泥或滋长生物。
4、悬浮陶粒曝气生物滤池采用上流式，利于陶粒滤料层微膨胀、悬浮乃至流化，提高曝气效率和生化效率。
5、在悬浮陶粒滤料上方布置上滤网，将陶粒滤料限制在滤网下方，可以使水浸润颗粒密度小于lg/cm3的陶粒保持与水充分接触，同时也具有防止悬浮陶粒流失以及防止滤料偏流的作用。
6、滤池配水区底部曝气头具有鼓风曝气和气冲洗功能。曝气头由多池共用的鼓风机房集中供气，在曝气状态下，各座滤池均匀供气；在冲洗状态下，将该滤池的气冲洗阀门开启，鼓风机房同时加大供气量，向该滤池的曝气头增加供气，从而实现曝气与气冲洗共用鼓风曝气头，不仅减少了鼓风机台数与空气管道，也提高了运行可靠性。
7、悬浮陶粒曝气生物滤池的冲洗可以选择上冲洗或下冲洗。在维持正常进水状态下气冲洗，即为上冲洗，气冲洗能够使滤料处于流化状态，借助上升气流和上升水流的剪切作用以及陶粒的滚动摩擦作用适度清洗陶粒表面，此时出水含有上冲洗的洗脱物，可以直接流入出水渠，也可以单独排放，视工艺需要而定。上冲洗能够使滤料短时流化，适度清洗悬浮陶粒滤料生物膜表面的浊度物质，控制生物膜的厚度并提高其活性，维持滤池配水配气的均匀性，稳定生化效果。上冲洗简单，能耗小，适合选择较短的冲洗周期，推荐每日一次；在该滤池停止进水且开启排水阀排水状态下气冲洗，则为下冲洗，气冲洗能够使悬浮陶粒滤料在下排水期间处于完全流化状态，借助气流的剪切作用以及陶粒的滚动摩擦作用适度清洗陶粒表面，而下排水能够将滤料下部积累的比重较大的悬浮物以及沉积物穿过底部处于流化状态的陶粒滤层排出池外。下冲洗较复杂，能耗较大，适合选择较长的冲洗周期，推荐数日一次。
图1是悬浮陶粒曝气生物滤池结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步地说明，但本发明要求保护的范围并不局限于该具体实施方式
表述的范围。如图1所示，悬浮陶粒曝气生物滤池，包括进水槽1、配水槽2和升流式曝气滤池，所述曝气滤池的池体为矩形，进水槽I与配水槽2分别位于池体的同一侧的上、下方。进水槽I和配水槽2之间设有进水管3，进水管3上设有进水阀4。排水管12的一端与配水槽2连接，另一端接入排水干管(排出池外)，排水管12上设有排水阀13。配水槽2通过配水孔5与升流式曝气滤池的池体下端连通。池体内从下到上依次为配水配气区6、下滤板7、悬浮陶粒滤料层8、上滤网9和出水区10，出水区10和出水渠11连接；贯穿下滤板7均匀布置多个滤头；曝气头14设在配水配气区6底部，曝气头14通过曝气支管和气冲洗支管与空气干管17连接，曝气支管和气冲洗支管并联连接，曝气支管和气冲洗支管上分别设有曝气阀15和气冲阀16，空气干管17与至少一台鼓风机18连接；鼓风机18优选为多台。上滤网可以使水浸润颗粒密度小于lg/cm3的陶粒保持与水充分接触，同时也具有防止悬浮陶粒流失的作用；下滤板可以实现小阻力配水，而且在滤池放空时承托陶粒滤料，为滤板下配水配气设施的维护与维修提供通道。悬浮陶粒滤料层8的厚度通常为3 6m，该陶粒系采用页岩为原料，经过颚式破碎机破碎、窑炉尾气烘干、球磨机制粉、转盘造粒机造粒后，在回转窑中烧制20±2min,烧制温度1100 1300°C。陶粒外形为近似球状不规则颗粒，经筛分选择8 12mm粒径；然后对其进行浮选得到初期漂浮的陶粒，其破碎率与磨损率之和< 2%，表观密度在0.75 0.95g/cm3范围，堆积密度0.4 0.6g/cm3，空隙率彡35%，比表面积彡3 X 104m2/m3 (按堆积体积计算)，长期浸入池中 的水浸润颗粒密度0.9 1.lg/cm3 ;页岩的选择以浮选得到初期漂浮的陶粒比例> 90%，且该部分陶粒的表观密度在0.75 0.95g/cm3范围为佳。悬浮陶粒表皮粗糙亲水，在水中培菌挂膜后，表面生物膜附着牢固。滤池正常运行时，悬浮陶粒视曝气强度大小处于微膨胀、悬浮乃至部分流化(循环运动)状态，故生物膜传质条件好，生物活性强，生物净化效果稳定，过滤水头损失小；而气冲洗时悬浮陶粒滤层完全流化，不会积泥板结，要求的冲洗强度低，冲洗周期长，冲洗方式简单，运行高效节能。应用悬浮陶粒曝气生物滤池处理原水时，配入悬浮陶粒曝气生物滤池进水槽I的原水由进水管3和进水阀4导入配水槽2，通过配水孔5进入滤池下部配水配气区6，实现沿滤池一侧均匀配水。下滤板7上布置有滤头，进行小阻力配水，将原水从配水区6均布至下滤板7上部整个滤面。位于配水配气区6底部的曝气头14通过空气干管17、曝气支管与曝气阀15将来自鼓风机18的压缩空气均布至配水配气区6整个滤面，与原水同向上流动并混合，然后穿过下滤板7与悬浮陶粒滤料层8中生长的生物膜接触，通过传质与供氧，去除水中的氨氮、有机物、嗅味物质以及铁和锰等。处理后的水穿过上滤网9到达出水区10，经过出水堰跌入出水渠11。悬浮陶粒曝气生物滤池由曝气鼓风机18集中曝气，通过开启鼓风机18台数以及采取变频方式调节供气量，以适应原水水质变化对供气量的不同需要。
滤池配水区的一侧布置有配水槽，原水由进水管导入配水槽，通过配水孔进入滤池下部配水配气区，实现沿滤池一侧均匀配水。下滤板的滤头进行小阻力配水，将原水从配水区均布至整个滤面，均匀进入上部悬浮陶粒滤料层。
滤池配水区底部的曝气头系统具有鼓风曝气和气冲洗功能。曝气头系统由多池共用的鼓风机房集中供气，在曝气状态下，各座滤池均匀供气；该滤池开启气冲洗阀门即进入冲洗状态，此时鼓风机房加大供气量，向该滤池的曝气头系统增加供气。曝气头布置在滤板下方既能够对滤池配水区加以清洗，防止其积泥或滋长生物，又易于检修。
将气冲洗与该滤池进水阀与排水阀联动，可以实现对该滤池进行上冲洗或下冲洗。在维持正常进水状态下气冲洗，即为上冲洗，能够适度清洗陶粒表面，含有洗脱物的出水可以直接流入出水渠，也可以单独排放，视工艺需要而定；在该滤池停止进水且开启排水阀排水状态下气冲洗，则为下冲洗，能够适度清洗陶粒表面，借助下排水将滤料下部积累的比重较大的悬浮物以及沉积物排出池外。
当悬浮陶粒曝气生物滤池需要上冲洗时(冲洗周期通常为Id)，开启气冲阀16，并增加鼓风机18开启台数或采取变频方式加大供气量以满足该滤池上冲洗所需气冲强度的要求，气冲洗空气经气鼓风机18、空气干管17和气冲支管与气冲阀16接入曝气头14，均布至配水配气区6整个滤面与原水同向上流混合，穿过下滤板7到达悬浮陶粒滤料层8，使陶粒滤料层8处于流化状态，相互碰撞摩擦，同时在气流的剪切作用下，剥落陶粒滤料表面的浊度物质以及老化的生物膜，随之上升的水流跌入出水渠11。
当悬浮陶 粒曝气生物滤池需要下冲洗时(冲洗周期通常为7 15d)，开启气冲阀16，并增加鼓风机18开启台数或采取变频方式加大供气量以满足该滤池下冲洗所需气冲强度的要求。气冲洗空气经鼓风机18、空气干管17和气冲支管与气冲阀16接入曝气头14，然后均布至配水配气区6整个滤面向上气冲，穿过下滤板7到达悬浮陶粒滤料层8，使陶粒滤料层8处于流化状态，相互碰撞摩擦，同时在气流的剪切作用下，剥落陶粒滤料表面的浊度物质以及老化的生物膜。同时，沉积在配水配气区6底部的泥砂受到来自曝气头14的气流搅拌作用下在水中紊动。I 3分钟后，关闭进水阀4，开启排水阀13，池中悬浮物将随着滤池排水通过下滤板7上布置的滤头从悬浮陶粒滤料层8进入配水配气区6，与池底紊动的泥砂一起从配水孔5进入配水槽2，在经排水管12排出池外。结束下冲洗的程序为:关闭排水阀13，开启进水阀4，将供气量调整至正常运行状态，关闭气冲阀16。
本发明通过上冲洗可以适度清洗陶粒表面，控制生物膜的厚度，维持滤池配水配气的均匀性，稳定生化效果；通过下冲洗则能够将滤料下部积累的比重较大的悬浮物以及沉积物排出池外，防止滤料板结。
悬浮陶粒滤料上方布置了上滤网，下方布置了下滤板，将悬浮陶粒滤料的流化空间限制在上滤网与下滤板之间。悬浮陶粒曝气生物滤池由曝气鼓风机18集中曝气，通过开启鼓风机18台数以及采取变频方式调节供气量，以适应原水水质变化以及气冲强度的调整对供气量的不同需要。
正常运行时，悬浮陶粒滤料层8的陶粒处于微膨胀、悬浮乃至部分流化状态，视曝气强度大小而定，故其表面生物膜传质条件好，生物活性强，生物净化效果稳定，过滤水头损失小；而气冲洗时悬浮陶粒滤层完全流化，不会积泥板结，要求的冲洗强度低，冲洗周期长，冲洗方式简单，运行高效节能。本发明用于微污染水源生物预处理时，能够硝化氨氮、除铁除锰、预氧化助凝以及去除嗅味；用于各种污水生化处理时，不仅降解有机物效率高，而且有条件加强回流， 大幅度提1 脱氣和抗冲击负荷的能力。
权利要求
1.悬浮陶粒曝气生物滤池，其特征在于包括进水槽、配水槽和升流式曝气滤池；进水槽和配水槽之间设有进水管，进水管上设有进水阀；排水管的一端与配水槽连接，另一端接入排水干管，配水槽通过配水孔与升流式曝气滤池的池体下端连通；升流式曝气滤池的池体内从下到上依次为配水配气区、下滤板、悬浮陶粒滤料层、上滤网和出水区，出水区和出水渠连接；贯穿下滤板均匀布置多个滤头；曝气头设在配水配气区底部，曝气头通过曝气支管和气冲洗支管与空气干管连接，曝气支管和气冲洗支管并联连接，曝气支管和气冲洗支管上分别设有曝气阀和气冲阀，空气干管与至少一台鼓风机连接； 所述悬浮陶粒滤料层的陶粒采用页岩为原料，经过破碎、烘干、磨粉、造粒后，在回转窑中烧制20±2min，烧制温度1100 1300°C ;出炉陶粒经过自然冷却后进行筛分，选择8 12mm粒径，然后用水浮选得到初期漂浮的陶粒，表观密度0.75 0.95g/cm3，堆积密度0.4 0.6g/cm3,空隙率彡35%，按堆积体积计算比表面积彡3X 104m2/m3，水浸润颗粒密度0.9 1.lg/cm3。
2.根据权利I所述悬浮陶粒曝气生物滤池，其特征在于:所述悬浮陶粒滤料层的厚度为3 6m。
3.根据权利I所述悬浮陶粒曝气生物滤池，其特征在于:所述曝气滤池的池体为矩形。
4.根据权利I所述悬浮陶粒曝气生物滤池，其特征在于:所述配水槽位于池体一侧的下方，在配水槽与池体相连的池壁上均布多个配水孔。
5.根据权利I所述悬浮陶粒曝气生物滤池，其特征在于:滤池的排水管一端与配水槽连接，一端与排水干管连接。
6.根据权利I所述悬浮陶粒曝气生物滤池，其特征在于:所述鼓风机为多台。
7.应用悬浮陶粒曝气生物滤池处理原水的方法，其特征在于配入悬浮陶粒曝气生物滤池进水槽的原水由进水管导入配水槽,通过配水孔进入滤池下部配水配气区,通过下滤板上布置的滤头进行小阻力配水，将原水从配水区均布至下滤板上部整个滤面；位于配水配气区底部的曝气头通过 空气干管将来自鼓风机的压缩空气均布至配水配气区整个滤面，与原水同向上流动并混合，然后穿过下滤板与悬浮陶粒滤料层中生长的生物膜接触，通过传质与供氧，去除水中的氨氮、有机物、嗅味物质以及铁和锰；处理后的水穿过上滤网到达出水区，经过出水堰跌入出水渠；含有悬浮物的冲洗水或随出水进入出水渠，或经过池底配水槽从排水管排出池外。
全文摘要
本发明公开了悬浮陶粒曝气生物滤池及应用其处理原水的方法。其升流式曝气滤池的池体内从下到上依次为配水配气区、下滤板、悬浮陶粒滤料层、上滤网和出水区，出水区和出水渠连接；下滤板均匀布置多个滤头，滤头贯穿下滤板；悬浮陶粒滤料层的陶粒采用页岩为原料，经过破碎机破碎、烘干、球磨机制粉、转盘造粒机造粒后，在回转窑中进行1100～1300℃高温烧制，烧制时间20±2min；表观密度为0.75～0.95g/cm3。本发明用于微污染水源生物预处理时，能够硝化氨氮、除铁除锰、预氧化助凝以及去除嗅味；用于各种污水生化处理时，不仅降解有机物效率高，而且有条件加强回流，大幅度提高脱氮和抗冲击负荷的能力。
文档编号C02F3/02GK103172165SQ201310109708
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者陆少鸣, 杨立 申请人:华南理工大学