本发明属于污水处理技术领域，特别是涉及一种利用三级生物滤池同步脱氮除磷的装置及其处理方法。
背景技术：
随着废水排放总量的增加，化肥、合成洗涤剂及农药的广泛使用，水体中的营养物质浓度不断升高，而氮、磷是引起水体富营养化的主要原因之一。常规的生化处理工艺可以有效降低污水的BOD5和SS，但对污水中同时存在的N，P等营养物去除率并不高，导致大量含磷污水直接排入水体。而我国污水处理排放标准日益提高，对污水处理提出了更高的要求，但由于城市污水存在碳氮比低，常规脱氮除磷工艺难以得到高效的去除，因此寻求一种新的技术装置来更加稳定、经济、高效的实现同步脱氮除磷对水环境具有重要的现实意义。
传统强化生物除磷(EBPR)工艺基于聚磷菌(PAOs)在交替厌氧/好氧条件下易于富集的特点，通过厌氧释磷、好氧吸磷方式发挥除磷效能，但是存在耗能大、与反硝化菌群泥龄不同、争夺碳源等问题。现有的污水脱氮除磷工艺为避免聚磷菌和反硝化细菌的相互干扰，均尽可能的将脱氮和除磷分开，即使有些工艺克服了硝酸盐（或亚硝酸盐）对PAOs的不良影响，但往往增加了构筑物和运行成本，使得工艺复杂性变大。因此，探索污水处理工艺中的脱氮除磷的新理论和技术，进而提高处理效果，减少能耗，以实现最大的环保效益和经济效益刻不容缓。
反硝化聚磷菌可以以硝态氮或亚硝态氮为电子受体在吸磷的同时进行反硝化，该菌不仅能通过代谢作用完成反硝化和有效聚磷的双重目的，与传统的反硝化细菌-聚磷菌联合脱氮除磷工艺相比，这类微生物还能节约50%的碳源、30%的曝气量并降低50%的污泥产量。将筛选到的反硝化聚磷菌用于污水处理是一种高效、低能耗及可持续的稳定技术，对水体富营养化的治理具有巨大潜力及重要意义。
生物滤池作为一种古老而又充满生机的污水处理工艺, 具有单位体积所含生物量高、不易产生污泥膨胀、基建投资少、占地面积小、运行费用低及管理方便等优点, 对其的研究越来越受到业内人士的重视并日渐丰富，然而现有的生物滤池同步脱氮除磷实现的较少。
本发明是将反硝化除磷理论应用于生物滤池中，利用三级生物滤池的交替驯化培养出反硝化聚磷菌，配以合理的运行工艺，实现生物滤池的同步脱氮除磷。该装置将生物滤池不易产生污泥膨胀、基建投资少、占地面积小、运行费用低及管理方便的优点同反硝化聚磷菌除磷节约碳源、曝气量，降低污泥产量的优点综合在一起，同时可以省去硝化液内回流及污泥回流的过程，降低成本，有效的实现同步脱氮除磷。
技术实现要素：
本发明的目的在于去除污水中的有机物及氮、磷营养物，提高污水净化率，提供了一种利用三级生物滤池同步脱氮除磷的装置及其处理方法。
为解决上述问题，本装置由相互交叉联通、结构完全相同的三个生物滤池串联组合而成。三个生物滤池均由进水管、出水管、颗粒生物滤料层、承托层、承托滤板、曝气管组成。
装置周期性运行，每个运行周期由工况一和工况二两种工况交替组合完成。工况一时三个滤池的运行状态分别为厌氧、好氧、缺氧；工况二时三个滤池的运行状态分别为缺氧、好氧、厌氧。
本发明一种利用三级生物滤池同步脱氮除磷的装置及其处理方法的技术方案是：工况一时，污水首先进入生物滤池1底部，污水自下向上流，流经颗粒生物滤料层55时，其上附着生长的反硝化聚磷菌在厌氧状态下大量吸收污水中的有机物，转化为体内的能量贮存物PHB，此时从生物滤池1排出的水中有机物浓度大大减少而磷浓度有所增加；生物滤池1出水再进入生物滤池2底部，同时对生物滤池2曝气提供氧气，在水和气同时自下向上流动时，在氧气介质下颗粒生物滤料层56上附着的硝化菌将氨氮氧化成硝态氮，同时好氧微生物进一步去除污水中的有机物，此时从生物滤池2排出的水中主要含有硝态氮和磷；生物滤池2出水进入生物滤池3底部并向上流动，流经颗粒生物滤料层57时，其上在上一周期厌氧条件下的反硝化聚磷菌在本工况利用硝态氮作为电子受体氧化分解原先吸收储存在体内的有机物并产生能量，并从污水中过量地、超出其生理生长需求而摄取在在生物滤池1厌氧环境状态下释放的和污水中带来的正磷酸盐，使得最终出水中的有机物及氮磷营养物达到排放标准。
工况二时，污水首先进入生物滤池3底部，污水向上流过颗粒生物滤料层57时，其上附着生长的反硝化聚磷菌在厌氧状态下大量吸收污水中的有机物，转化为体内的能量贮存物PHB，此时从生物滤池3排出的水中有机物浓度大大减少而磷浓度有所增加；生物滤池3出水进入生物滤池2底部，同时对生物滤池2曝气提供氧气，在水和气同时自下向上流动时，在氧气介质下颗粒生物滤料层56上附着的硝化菌将氨氮氧化成硝态氮，同时好氧微生物进一步去除污水中的有机物，此时从生物滤池2排出的水中主要含有硝态氮和磷；生物滤池2出水进入生物滤池1底部并向上流动，流经颗粒生物滤料层55，其上在工况一厌氧条件下的反硝化聚磷菌在本工况利用硝态氮作为电子受体氧化分解原先吸收储存在体内的有机物并产生能量，并从污水中过量地、超出其生理生长需求而摄取在生物滤池3厌氧环境状态下释放的和污水中带来的正磷酸盐，使得最终出水中的有机物及氮磷营养物达到排放标准。
上述运行工况可在生物滤池1和生物滤池3中形成厌氧、缺氧交替运行的环境，为反硝化聚磷菌创造良好的生长环境；在生物滤池2中保持好氧环境，为硝化细菌提供良好的生长环境，为下一生物滤池提供充足的硝化液。
装置中三个滤池相互独立，实现了硝化菌和反硝化聚磷菌分离，工况一和工况二之间的转换通过串联管和串联管上的阀门控制，方便操作。
所述装置的三个生物滤池均为圆柱型，填充滤层高度1200mm，内部装填滤料是陶粒、沸石、火山岩的一种，多孔适合微生物生长。
工况一和工况二中的厌氧阶段利用的是进水污水中的有机物，不需要投加额外的碳源，节约资源，不仅可以去除有机污染物，且可以同时去除氮和磷营养物。
本发明结构紧凑，模块化结构便于后期改扩建，节约碳源、曝气量，降低污泥产量、省去污泥沉淀，硝化液回流，污泥回流的步骤，降低成本，有效的实现同步脱氮除磷。
附图说明
图1为本发明一种利用三级生物滤池同步脱氮除磷的装置及其处理方法示意图。
图1中：(1)生物滤池1; (2)生物滤池2; (3)生物滤池3; (4)污水箱; (5)污水进水管; (6)污水进水管；（7）串联管；(8) 串联管；（9）串联管；（10）串联管；（11）污水进水管；（12）出水管；（13）串联管；（14）串联管；（15）串联管；（16）串联管；(17)出水管；(18)反冲洗进水管；（19）反冲洗进水管；（20）反冲洗进水管；（21）串联管；（22）串联管；（23）反冲洗出水管；（24）反冲洗出水管；（25）反冲洗出水管；（26）阀门；(27)阀门；(28)阀门；（29）阀门；（30）阀门；（31）阀门；（32）阀门；（33）阀门；（34）阀门；（35）阀门；（36）阀门；(37)阀门；(38)阀门；（39）阀门；（40）阀门；（41）阀门；（42）阀门；（43）阀门；（44）阀门；（45）阀门；（46）阀门；(47)阀门；(48)反冲洗进气管；（49）曝气管；（50）反冲洗进气管；（51）空气压缩机；（52）空气压缩机；（53）空气压缩机；（54）进水泵；（55）颗粒生物滤料层；（56）颗粒生物滤料层；(57)颗粒生物滤料层；(58)承托滤板；（59）承托滤板；（60）承托滤板；（61）承托层；（62）承托层；（63）承托层。
具体实施方式
下面结合图1对实施案例做进一步的说明，具体实施方式：装置周期性运行，每个运行周期由工况一和工况二两种工况交替组合完成。在两种运行工况下，生物滤池1和生物滤池3均处于不曝气的状态，滤池内溶解氧浓度控制在0.5mg/L以下，生物滤池2均处于曝气的好氧状态，滤池内溶解氧浓度控制在3.5~4.0mg/L。
工况一时三个滤池的状态分别为厌氧、好氧、缺氧；工况二时三个滤池的状态分别为缺氧、好氧、厌氧。
工况一时，关闭污水进水管11上的阀门32、反冲洗进水管18上的阀门36、反冲洗进水管19上的37、反冲洗进水管20上的38、反冲洗进气管48上的阀门33、反冲洗进气管50上的阀门35、反冲洗出水管23上的阀门45、反冲洗出水管24上的阀门46、反冲洗出水管25上的阀门47、串联管14上的阀门41、串联管7上的阀门28、串联管16上的阀门43、串联管9上的阀门30、出水管12上的阀门39；打开污水进水管5上的阀门26、污水进水管6上的阀门27、串联管13上的阀门40、串联管8上的阀门29、串联管15上的阀门42、串联管10上的阀门31、出水管上的阀门44、曝气管49上的阀门34。
工况一时，污水首先由污水箱4先后通过污水进水管5、污水进水管6进入生物滤池1底部，污水自下向上流，流经颗粒生物滤料层55时，其上附着生长的反硝化聚磷菌在厌氧状态下大量吸收污水中的有机物，转化为体内的能量贮存物PHB，此时从生物滤池1排出的水中有机物浓度大大减少而磷浓度有所增加；生物滤池1出水通过串联管13、串联管21、串联管8进入生物滤池2底部，同时由空气压缩机52对生物滤池2曝气提供氧气，在水和气同时自下向上流动时，在氧气介质下颗粒生物滤料层56上附着的硝化菌将氨氮氧化成硝态氮，同时好氧微生物进一步去除污水中的有机物，此时从生物滤池2排出的水中主要含有硝态氮和磷；生物滤池2出水通过串联管15、串联管22、串联管10进入生物滤池3底部并向上流动，流经颗粒生物滤料层57时，其上的反硝化聚磷菌在本工况利用硝态氮作为电子受体氧化分解其在上一周期为厌氧条件下吸收储存在体内的有机物并产生能量，并从污水中过量地、超出其生理生长需求而摄取生物滤池1在厌氧环境状态下释放的和污水中带来的正磷酸盐，使得最终出水中的有机物及氮磷营养物达到排放标准。
工况二时，关闭污水进水管6上的阀门27、反冲洗进水管18上的阀门36、反冲洗进水管19上的37、反冲洗进水管20上的38、反冲洗进气管48上的阀门33、反冲洗进气管50上的阀门35、反冲洗出水管23上的阀门45、反冲洗出水管24上的阀门46、反冲洗出水管25上的阀门47、串联管15上的阀门42、串联管10上的阀门31、串联管13上的阀门40、串联管8上的阀门29、出水管17上的阀门44；打开污水进水管5上的阀门26、污水进水管11上的32、串联管16上的阀门43、串联管9上的阀门30、串联管14上的阀门41、串联管7上的阀门28、出水管12上的阀门39、曝气管49上的阀门34。
工况二时，污水首先由污水箱4通过污水进水管5、污水进水管11进入生物滤池3底部，污水向上流过颗粒生物滤料层时57，其上附着生长的反硝化聚磷菌在厌氧状态下大量吸收污水中的有机物，转化为体内的能量贮存物PHB，此时从生物滤池3排出的水中有机物浓度大大减少而磷浓度有所增加；生物滤池3出水通过串联管16、串联管22、串联管9进入生物滤池2底部，同时由空气压缩机52对生物滤池2曝气提供氧气，在水和气同时自下向上流动时，在氧气介质下颗粒生物滤料层56上附着的硝化菌将氨氮氧化成硝态氮，同时好氧微生物进一步去除污水中的有机物，此时从生物滤池2排出的水中主要含有硝态氮和磷；生物滤池2出水通过串联管14、串联管21、串联管7进入生物滤池1底部并向上流动，流经颗粒生物滤料层55，其上的反硝化聚磷菌在本工况利用硝态氮作为电子受体氧化分解其在工况一为厌氧条件下吸收储存在体内的有机物并产生能量，并从污水中过量地、超出其生理生长需求而摄取生物滤池3在厌氧环境状态下释放的和污水中带来的正磷酸盐，使得最终出水中的有机物及氮磷营养物达到排放标准。
当生物滤池1达到预定的水头损失时，对其进行反冲洗，对生物滤池1进行反冲洗时，关闭阀门39、阀门40、阀门27、阀门28；打开阀门33、阀门36、阀门45。首先由空气压缩机51经反冲洗气管48对生物滤池1进行气洗，然后经反冲洗进水管18对装置进行气水联合冲洗，之后关闭空气压缩机51、阀门33，再经反冲洗进水管18对装置进行水洗，反冲洗的水经反冲洗出水管23出。
当生物滤池2达到预定的水头损失时，对其进行反冲洗，对生物滤池2进行反冲洗时，关闭阀门41、阀门42、阀门29、阀门30；打开阀门34、阀门37、阀门46。首先由空气压缩机52经曝气管49对生物滤池2进行气洗，然后经反冲洗进水管19对装置进行气水联合冲洗，之后关闭空气压缩机52、阀门34，再经反冲洗进水管19对装置进行水洗，反冲洗的水经反冲洗出水管24出。
当生物滤池3达到预定的水头损失时，对其进行反冲洗，对生物滤池3进行反冲洗时，关闭阀门43、阀门44、阀门31；打开阀门35、阀门38、阀门47。首先由空气压缩机53经反冲洗气管50对生物滤池3进行气洗，然后经反冲洗进水管20对装置进行气水联合冲洗，之后关闭空气压缩机53、阀门35，再经反冲洗进水管20对装置进行水洗，反冲洗的水经反冲洗出水管25出。