本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种中置好氧硝化、两端缺氧反硝化滤池工艺及其装置，可适用于凯氏氮浓度和BOD5浓度皆较高的市政污水和工业废水处理。
背景技术：
水污染治理的重点已经从单纯的有机物污染治理转向氮素等营养元素引起的富营养化问题的研究，污水的深度脱氮已成为难点和核心。污水根据不同的碳氮比值范围可划分为三种类型污水：具体包括第一类污水（0≤BOD5/TN<1）、第二类污水（1≤BOD5/TN<3）、第三类污水（3≤BOD5/TN）。传统的生物滤池脱氮工艺及装置包括前置反硝化脱氮生物滤池和后置反硝化脱氮生物滤池。传统污水处理中，第一类污水主要采用后置反硝化脱氮生物滤池，第二类污水和第三类污水主要采用前置反硝化脱氮生物滤池。
前置反硝化生物滤池的前段缺氧环境可改善污水的可生化性，能充分利用原水中的反硝化碳源。由于该工艺的硝化发生在反硝化之前，因此必需设置硝化液回流系统，进而使后段的硝酸盐回流至前段反硝化区。大量公司的工程实践和长期研究表明：该工艺在凯氏氮浓度较高的市政污水或工业废水处理中存在较多的弊端：一方面该工艺很难达到深度脱氮目的（地表水环境质量标准，TN≤5mg/L）；另一方面，该工艺必需采用高硝化液回流比，高硝化回流比会存在很多弊端，如在第二类、第三类的市政污水或工业废水中，一般在第一级的反硝化段需补投反硝化碳源，由于凯氏氮（有机氮和氨氮）浓度通常会高于45mg/L，要使出水总氮小于15mg/L时，硝化液回流比则会高达200%~1300%（凯氏氮浓度越高，硝化液回流比则越高）。高硝化液回流比存在缺点：①高回流比则意味着同样停留时间的构筑物的尺寸、反洗风机用电功率、曝气风机用电功率等成倍增加，对于投资和运行成本控制非常不利；②高回流比意味着会携带更多的溶解氧进入反硝化滤池，溶解氧的升高不仅会严重抑制反硝化作用，而且降低污水的脱氮除碳效能，此次滤料层会形成好氧-缺氧-厌氧反应区，好氧微生物会消耗许多可生物降解的碳源，这就无疑会增加反硝化段碳源的投加量，进而显著增加污水的处理成本。
因此，开发一种旨在既能充分利用原水中有降解有机物碳源，又能避免高硝化液回流比，同时使污水达到深度脱氮目的的新工艺及装置将显得非常有必要。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种中置好氧硝化、两端缺氧反硝化滤池工艺及其装置成功克服了以上缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种中置好氧硝化、两端缺氧反硝化滤池装置，主要由前段缺氧反硝化滤池、中段好氧硝化滤池、后段缺氧反硝化滤池依次串联组成的脱氮系统和程序自控系统构成，其特征在于：前段缺氧反硝化滤池与中段好氧硝化滤池间设有由回流泵和回流管道组成的硝化液回流系统；前段缺氧反硝化滤池、中段好氧硝化滤池、后段缺氧反硝化滤池与清水池间设有由反冲洗水泵和反洗洗水管道组成的水反冲洗系统；所述的后段缺氧反硝化滤池系统还包括碳源加药装置；所述的程序自控系统还可依据进水污染物浓度和碳氮比值自动调整回流比和缺氧反硝化滤池的碳源加药量；所述的前段缺氧反硝化滤池、中段好氧硝化滤池、后段缺氧反硝化滤池分别与曝气及反冲洗系统、硝化液回流系统配合相连。
前段缺氧反硝化滤池、中段好氧硝化滤池、后段缺氧反硝化滤池分别由配水区、反应区、清水区、出水渠构成，配水区内安装有滤头和滤板，其上为承托层和陶粒层。
前段缺氧反硝化滤池、中段好氧硝化滤池、后段缺氧反硝化滤池还包括反冲洗系统，反冲洗系统包括反冲洗风机、反冲洗水泵、布水和布气管道；中段好氧硝化滤池还包括曝气系统，曝气系统由鼓风机、空气管路、调节阀门、单孔膜曝气器、在线溶解氧等组成；所述反冲洗风机和反冲洗水泵与程序自控系统连接。
在前段缺氧反硝化生物滤池系统中设置在线总氮和凯氏氮监测仪表、在线COD监测仪表，中段好氧硝化滤池系统出水中设置在线硝酸盐氮监测仪表、在线溶解氧监测仪表，后段缺氧反硝化滤池系统中进水端设置反硝化碳源加药装置；所述的在线监测仪表数据传送至程序自控系统进行分析、判断，程序自控系统通过分析的进水污染物浓度、碳氮比值自动控制硝化液回流比和中段好氧硝化滤池的曝气系统供氧量，程序自控系统通过收集的硝态氮值自动控制反硝化碳源的加药量。
污水中脱氮途径主要包括充分利用待处理污水中有机物碳源的前段反硝化脱氮滤池中的反硝化脱氮过程和需要补充投加碳源的后段反硝化脱氮滤池中的反硝化深度脱氮过程两部分，其工艺步骤是：
（1）原水或经过预处理的待处理污水首先与回流硝化液混合，然后共同进入前段反硝化生物滤池配水区、承托层、滤料反应区，完成部分脱氮和大部分除碳过程，然后进入中段好氧硝化滤池。程序自控系统可根据收集的待处理污水中可利用碳源数据、凯氏氮浓度、碳氮比值和进水流量数据进而自动控制最低的硝化液回流比，所述控制的最低硝化液回流比能既充分保证几乎所有可生物降解碳源在前段反硝化过程中降解，又尽可能的降低了前段反硝化滤池的进水溶解氧，降低了能耗，提高了反硝化效率，前段反硝化滤池滤速控制在5-30m/h。
（2）污水流经中段好氧硝化滤池系统时，完成所有的硝化过程，然后再流入中间水池、后段缺氧反硝化滤池。程序自控系统根据中段进水的凯氏氮值和进水流量数据控制鼓风机，鼓风机供给的曝气量恰好满足中段硝化运行要求的前提下最大程度地节约电耗，中段好氧硝化滤池滤速控制在5-30m/h。
（3）污水流经后段缺氧反硝化滤池系统时，完成剩余的深度脱氮过程，处理后的污水进入清水区并最终流入到消毒池或除磷池+消毒池中，经后续处理即可排出。程序自控系统根据后段进水的硝态氮值和进水流量数据控制碳源的投加装置，供给的反硝化碳源恰好满足出水水质的前提下最大程度地节约药剂消耗量，后段反硝化滤池滤速控制在5-30m/h。
（4）定期对前段缺氧反硝化滤池、中段好氧硝化滤池、后段缺氧反硝化滤池进行反冲洗，反冲洗采用“快速降水位+气水联合反冲洗”方式，保持生物滤池的高效处理能力。
本发明不仅充分利用了污水中的可生物降解有机物，降低了反硝化碳源投加量、投资成本和直接运行成本，而且能使污水达到深度脱氮（TN≤5mg/L）目的，抗负荷冲击能力更强，具有极大的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明一种中置好氧硝化、两端缺氧反硝化滤池装置结构示意图。
具体实施方式
1、提升水泵 ，2、污水进水管道，3、配水区，4、承托层，5、陶粒层，6、清水区，7、出水渠，8、前段缺氧反硝化滤池，9、中段好氧硝化滤池，10、中间水池，11、后端缺氧反硝化滤池，12、清水池，13、出水管，14、长柄滤头，15、滤板，16、碳源投加系统，17、硝化液回流泵，18、硝化液回流管道，19、反冲洗水泵，20、反冲洗进水管，21、反冲洗进水阀门，22、反冲洗风机，23、反冲洗进气管，24、反冲洗进气阀门，25、曝气鼓风机，26、空气管理，27、空气调节阀，28、单孔膜曝气器，29、在线凯氏氮、总氮和COD监测仪表，30、在线流量计，31、控制电缆，32、在线硝酸盐氮监测仪表，33、在线溶解氧监测仪表，34、程序自控系统，35、反冲洗出水阀门，36、反洗出水管道。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作进一步说明。
本发明提供一种中置好氧硝化、两端缺氧反硝化滤池装置，主要由前段缺氧反硝化滤池（8）、中段好氧硝化滤池（9）、中间水池（10）、后段缺氧反硝化滤池（11）、清水池（12）依次串联组成的脱氮系统和程序自控系统构成，其特征在于：前段缺氧反硝化滤池（8）与中段水池间（10）设有由回流泵（17）和回流管道（18）组成的硝化液回流系统；前段缺氧反硝化滤池（8）、中段好氧硝化滤池（9）、后段缺氧反硝化滤池（11）与清水池间（12）设有由反冲洗水泵（19）和反洗洗水管道（20）组成的水反冲洗系统；所述的后段缺氧反硝化滤池系统还包括碳源加药装置（16）；所述的程序自控系统（34）还可依据进水污染物浓度和碳氮比值自动调整回流比和缺氧反硝化滤池的碳源加药量；所述的前段缺氧反硝化滤池（8）、中段好氧硝化滤池（9）、后段缺氧反硝化滤池（11）分别与曝气及反冲洗系统、硝化液回流系统配合相连。
前段缺氧反硝化滤池（8）、中段好氧硝化滤池（9）、后段缺氧反硝化滤池（11）分别由配水区（3）、承托层（4）陶粒反应区（5）、清水区（6）、出水渠（7）构成，配水区（3）内安装有滤头（14）和滤板（15），其上为承托层（4）和陶粒层反应区（5）。
前段缺氧反硝化滤池（8）、中段好氧硝化滤池（9）、后段缺氧反硝化滤池（11）还包括反冲洗系统，反冲洗系统包括反冲洗风机（22）、反冲洗水泵（19）、布水管道（20）和布气管道（23）；中段好氧硝化滤池（9）还包括曝气系统，曝气系统由曝气鼓风机（25）、空气管路（26）、调节阀门（27）、单孔膜曝气器（28）、在线溶解氧仪（33）等组成；所述反冲洗风机（22）和反冲洗水泵（19）与程序自控系统（34）连接。
在前段缺氧反硝化生物滤池（8）系统中设置在线COD、凯氏氮和总氮监测仪表（29），中段好氧硝化滤池（9）系统出水中设置在线硝酸盐氮监测仪表（32）、在线溶解氧监测仪表（33），后段缺氧反硝化滤池系统（11）中进水端设置反硝化碳源加药装置（16）；所述的在线监测仪表数据传送至程序自控系统（34）进行分析、判断，程序自控系统通过分析的进水污染物浓度、碳氮比值自动控制硝化液回流比和中段好氧硝化滤池的曝气系统供氧量，程序自控系统通过收集的硝态氮值自动控制反硝化碳源的加药量。
污水中脱氮途径主要包括充分利用待处理污水中有机物碳源的前段反硝化脱氮滤池中的反硝化脱氮过程和需要补充投加碳源的后段反硝化深度脱氮滤池中的反硝化脱氮过程两部分，其工艺步骤是：
（1）原水或经过预处理的待处理污水首先与中间水池的回流硝化液混合，然后共同从前段反硝化生物滤池（8）的进水管道（2）依次进入前段反硝化生物滤池（8）、配水区（3）、承托层（4）、陶粒反应区（5），缺氧反硝化滤池（8）中的陶粒附着生长着大量反硝化微生物，污水主要在陶粒反应区（5）完成部分脱氮和大部分除碳过程，同时污水中的大部分悬浮物被截留在生物陶粒层（5）的空隙中，经生物陶粒层（5）降解后的水经清水区（6）、出水渠（7）后排入出水管道（2），自流进入中段好氧硝化滤池（9）。其中前段缺氧反硝化滤池系统的运行工况由专门开发的程序自控控制（34）根据（29）、（30）、（32）测得的在线监测数据，通过程序自控控制（34）收集的碳源数据、碳氮比值、和进水流量数据控制电缆（31）来调节硝化液回流泵（17）的回流水量，使回流泵（17）供给的硝化液回流水量恰好满足充分利用原水中碳源进行脱氮要求，所述控制的最低硝化液回流比能既充分保证几乎所有可生物降解碳源在前段反硝化过程中降解，又尽可能的降低了前段反硝化滤池（8）的进水溶解氧，降低了能耗，提高了反硝化效率。
（2）经前段反硝化处理后的污水再进入中段好氧硝化生物滤池（9），并通过配水区（3）、承托层（4）进入陶粒反应区（5），中段好氧硝化生物滤池（9）中的陶粒附着生长着大量好氧硝化微生物，主要完成氨氮的硝化过程过程，经生物陶粒层（5）降解后的水经清水区（6）、出水渠（7）后排入出水管道（2），自流进入中间水池（10），中间水池（10）的部分水由回流泵（17）并经回流管（18）回流到前段缺氧反硝化滤池（8），另一部分自流进入后端缺氧反硝化滤池中。中段好氧硝化滤池系统的运行工况由专门开发的程序自控控制（34）根据在线凯氏氮、总氮和COD监测仪表（29）、在线流量计（30）、在线溶解氧监测仪表（33）测得的在线监测数据，通过程序自控控制（34）收集的凯氏氮浓度和进水流量数据控制电缆（31）来调节曝气风机（25）的风机量，使曝气风机（25）供给的风量量恰好满足中段硝化运行要求的前提下最大程度地节约电耗。
（3）污水流经后段缺氧反硝化滤池（11）系统时，途径配水区（3）、承托层（4）、陶粒反应区（5）、清水区（6）、出水渠（7），陶粒反应区（5）附着生长着大量的反硝化微生物，程序自控系统（34）根据在线硝态氮监测仪（32）收集的硝态氮数据自动控制碳源投加装置（16），使出水硝态氮和投加的碳源正好满足深度脱氮的要求，进而保证最佳的碳源投加量和出水水质，经后段缺氧反硝化滤池（11）系统处理好的污水自流进入清水池（12），清水池与各滤池间设有由反冲洗水泵（19）和反冲洗管道（20）组成的反冲洗系统，清水池（12）出水经出水管（13）进入后续消毒处理。
（4）定期对前段缺氧反硝化滤池（8）、中段好氧硝化滤池（9）、后段缺氧反硝化滤池（11）进行反冲洗，反冲洗采用“快速降水位+气水联合反冲洗”方式，反洗排水通过排水阀门（35）和排水管道进入缓冲池（36），保持生物滤池的高效处理能力。
例一：某市政污水，污水流量为60000m3/d，进入本工艺装置处理前污染物指标为：COD=150mg/L，BOD5=100mg/L，TKN=55mg/L，NH3-N=48mg/L，SS=60mg/L，TN=60mg/L；经过该工艺处理后出水水质指标为：COD=30mg/L，BOD5=5mg/L，NH3-N=3.0mg/L，SS=10mg/L，TN=3.2mg/L。
例二：某工业废水流量为8000m3/d，进入本工艺处理前污染物指标为：COD=1500mg/L，BOD5=800mg/L，TKN=555mg/L，NH3-N=490mg/L，SS=50mg/L，TN=700mg/L；经过该工艺装置处理后出水水质指标为：COD=200mg/L，BOD5=10mg/L，NH3-N=3.0mg/L，SS=11mg/L，TN=4.5mg/L。
本发明可充分利用污水中的有机物，克服了传统工艺装置必须在高硝化液回流比条件下运行的不足，而且能使污水达到深度脱氮（TN≤5mg/L）目的，抗负荷冲击能力更强，具有极大的推广应用价值。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应覆盖在本发明的而保护范围之内。