降流式脱氮除磷膨胀床生物滤池及应用其处理污水的方法与流程

本发明涉及水处理领域，具体是涉及膨胀床脱氮除磷生物滤池及应用其对污水脱氮除磷的方法。

背景技术：

目前，我国的水体受到氮磷污染导致富营养化问题比较严重，故将氮和磷作为污水处理的重点控制排放指标。污水处理通常采用生物脱氮除磷工艺，利用反硝化细菌将水中的硝态氮转化为氮气从水中释放，通过微生物的同化与吸附作用将污水中的磷随同微生物与污水分离得到去除，故称为生物脱氮除磷。但是氮磷指标严格限制的场合，仅仅依靠生物脱氮除磷往往不能保证出水达标，故需要增加脱氮除磷深度处理工艺。深度脱氮工艺是根据硝态氮超标污水中的炭氮比确定有机碳源外加量，在缺氧生物池中深度反硝化脱氮；深度除磷工艺是通过外加铝盐或铁盐絮凝剂，与污水中磷酸盐反应生成含磷絮体，在沉淀池或过滤池中将含磷絮体从污水中分离，实现化学除磷。

微絮凝生物滤池能够通过外加有机碳源和铝盐(或铁盐)絮凝剂同步实现深度脱氮除磷，而且流程简单，占地较少，近几年来受到广泛的关注，研究和应用。但是，现有微絮凝脱氮除磷生物滤池大多属于固定床，选用石英砂或者粘土陶粒作为滤料，在生化与过滤功能的协调性方面尚有欠缺，石英砂滤料过滤除磷效果好，但石英砂表面坚硬光滑，生物挂膜性能差，尤其是反冲洗易导致生物膜完全洗脱，脱氮效果严重受损。至于粘土陶粒滤料固定床，由于其密度较大，故反冲洗能耗大，而且滤料存在明显的板结倾向，生化效果随之下降。对于球形陶粒，还会因为空隙大导致过滤泄漏情况的发生，对于除磷效果有不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有固定床生物滤池的不足，提供一种反硝化生物膜附着牢固，能够保障过滤能力的破碎状漂浮陶粒膨胀床脱氮除磷生物滤池，及应用其处理污水的方法。

本发明以破碎状漂浮陶粒为滤料，以及采用滤网板与漂浮陶粒滤床组成的降流式膨胀滤床生物滤池池型。过滤时漂浮陶粒贴着滤网板下方处于膨胀漂浮状态，比固定床利于传质，有效接触时间延长，且页岩陶粒滤床厚度较大，陶粒表面易于生物膜附着，反硝化生物脱氮功能突出；污水在配水区初步微絮凝后，含磷絮体在膨胀滤床空隙中穿透距离深，微絮凝反应时间延长，促进了除磷功效，而破碎状陶粒的不规则外形和滤床深度则保障了除磷过滤能力。漂浮陶粒膨胀床还具有过滤水头损失小，滤料易流化不板结、反冲洗强度低，冲洗周期长，自用水量减少，运行高效节能的优点。

本发明目的通过如下技术方案实现：

降流式脱氮除磷膨胀床生物滤池，包括降流式生物滤池体、进水管、出水管、反冲洗气管、反冲洗水管和反冲洗废水排水管；降流式生物滤池体内自上而下依次设有配水区、滤网板、漂浮陶粒滤床、滤床流化缓冲区、滤头滤板、出水区、底部集水布气装置和集水布气渠箱；配水区分别与进水管和反冲洗废水排水管相连通；集水布气渠箱与出水管、反冲洗气管和反冲洗水管的一端连接；反冲洗气管和反冲洗水管的另一端分别与水泵和鼓风机连接；集水布气装置包括底部集水装置和底部布气装置，底部集水装置与多根均匀分布的由集水布气渠箱向上贯穿集水布气渠箱顶板的配水短管相连；底部布气装置与多根均匀分布的由集水布气渠箱向上贯穿集水布气渠箱顶板的配气短管相连；集水布气渠箱分别与出水管、反冲洗气管和反冲洗水管相连通；

漂浮陶粒滤床由设置在滤网板和滤头滤板之间破碎状页岩漂浮陶粒组成；破碎状页岩漂浮陶粒具有不规则外形，其筒压强度≥3mpa，水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm³。破碎状页岩漂浮陶粒在水中呈轻微漂浮状态。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述破碎状漂浮陶粒的尺寸范围为4～8mm；所述滤网板的网眼直径为3～3.5mm。

优选地，所述漂浮陶粒滤床的深度为3～5m。

优选地，所述滤头滤板包括滤头和滤板，贯穿滤板均匀布置多个滤头，滤头上开有多条滤缝，滤缝宽度为1.5～2.0mm；所述滤头的材质为abs、pp或pvc；所述滤网板采用不锈钢材质。

优选地，所述配水区高度为0.5～1.0m；所述滤床流化缓冲区的高度为滤床厚度的1/4～1/3；所述出水区7高度为0.8～1.5mm。

优选地，集水布气渠箱为矩形密封渠箱，长度与滤池体的平面长度一致；集水布气渠箱位于滤池底板下方的中央，宽度和深度分别为0.8～1.2mm和1.0～1.5mm；集水布气渠箱与出水管直接连通，反冲洗气管和反冲洗水管通过与出水管连通；集水布气渠箱材质为钢筋混凝土或钢板。

优选地，所述降流式生物滤池体采用钢筋混凝土结构时为矩形；所述降流式生物滤池体采用钢板焊制时为圆形或矩形。

优选地，所述进水管、出水管、反冲洗气管、反冲洗水管和反冲洗废水排水管安装有阀门。

优选地，所述破碎状页岩漂浮陶粒采用页岩为原料，经过破碎机破碎、烘干后，在回转窑中烧制18～22min，烧制温度为1100～1300℃，出炉后自然冷却，再经过破碎机破碎，然后进行筛分制得。

应用所述降流式脱氮除磷膨胀床生物滤池处理污水的方法：污水首先与铝盐或铁盐絮凝剂充分混合，投加有机碳源，污水然后流入生物滤池配水区，均布至整个滤面，同时在配水区内进行微絮凝反应逐步生成含磷絮体，穿过滤网板进入漂浮陶粒滤床，污水一方面与页岩漂浮陶粒表面的反硝化生物膜接触，在污水缺氧和水温不低于8℃环境下，陶粒表面生长的反硝化生物膜利用污水中的碳源将硝酸盐转化为氮气释放，完成生物脱氮；另一方面，污水在漂浮陶粒膨胀滤床空隙中继续微絮凝反应，含磷絮体穿透距离加深，并逐步被滤床截滤，完成微絮凝过滤除磷；净化后的水向下流经滤床流化缓冲区、滤头滤板、出水区，通过底部集水布气装置达到底部集水布气渠箱，从出水管流出；

截滤在漂浮陶粒滤床中的含磷絮体先是储存在漂浮陶粒滤床的空隙中，逐步向下迁移，在含磷絮体尚未穿透漂浮陶粒滤床之前，对滤池进行气水联合反冲洗，清水和压缩空气从管道进入底部集水布气渠箱，通过集水布气装置分配到整个池底，在出水区向上均匀扩散穿过滤头滤板；陶粒滤床在上部滤网板和下部滤头滤板之间冲洗流化，含磷絮体脱落后随反冲洗废水上流经过配水区，从反冲洗废水排水管排出池外。

本发明漂浮陶粒滤床有两个作用，其一是在陶粒表面生长反硝化生物膜，在污水缺氧和水温不低于8℃环境下，利用污水中的碳源将硝酸盐转化为氮气释放，完成生物脱氮。其二是对来自配水区的含磷絮体继续促进其絮凝反应，并逐步在滤床中将其截滤，完成微絮凝过滤除磷。

所述滤床流化缓冲区在正常过滤时位于漂浮陶粒滤床和滤头滤板之间，其高度为滤床厚度的1/4～1/3。气水联合反冲洗时，陶粒受气流冲动向缓冲区滚动扩展，为陶粒滤床的膨胀流化提供必要的空间。

所述滤头滤板的滤板不透水，具有承托滤料的作用。贯穿滤板均匀布置多个滤头，滤头上开有滤缝，滤缝宽度为1.5～2.0mm，供水流通行并进行小阻力配水，保持各个滤头通过的水量基本相等。气反冲洗时，通过各个滤头对均匀到达滤板底部的气体进行二次配气，保证各个滤头通过的气量基本相等；

集水布气装置的底部集水装置供水流通行，并进行小阻力配水，保持各个短管通过的水量基本相等；底部布气装置通过阻力配气，保持各个短管通过的气量基本相等；

出水区有三个作用：其一是将滤板滤头的各个滤头与底部集水装置的各个配水短管之间均匀配水提供必要的缓冲空间；其二是为底部布气装置与滤头滤板之间向各个滤头均匀配气提供必要的缓冲空间；其三是为底部集水布气装置以及滤头的维护与维修提供空间；

集水布气渠箱有两个作用：其一是将底部集水装置收集的过滤后的水汇集到位于集水布气渠箱一端的出水管流出池外；其二是气水反冲洗时，将来自反冲洗气管和反冲洗水管的气和水同时分别均匀分配到底部集水布气装置的配水短管和配气短管。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明陶粒的密度略轻于水，降流式运行时，漂浮陶粒滤床受滤网板的约束，紧贴滤网板下方处于膨胀漂浮状态，空隙率加大，缝隙实际滤速减小，滤床的实际接触时间比固定床显著延长，而且膨胀床传质条件优于固定床。同时本发明陶粒表面亲水，粗糙多孔，反硝化生物膜附着牢固，反冲洗不易脱膜，反冲洗全流化不断维持生物膜的活性，从而强化了反硝化生物脱氮功能；

2、污水在配水区初步微絮凝后，在漂浮陶粒膨胀滤床空隙中继续微絮凝反应，含磷絮体穿透距离加深，并逐步被滤床截滤，其微絮凝反应时间比普固定床显著延长，促进了微絮凝除磷功效。而陶粒的破碎状不规则外形和滤床深度则保障了除磷过滤能力。膨胀床在气水反冲洗时发生流化，绝大部分含磷絮体从滤料上脱落并随反冲洗废水上流排出池外，故除磷效果稳定。

3、本发明以破碎状漂浮陶粒为滤料，采用滤网板与漂浮陶粒滤床组成的降流式膨胀滤床生物滤池池型，与现有固定床生物滤池相比，不仅反硝化生物脱氮功能突出，又促进了除磷功效，能够实现同步脱氮除磷的目标。

4、采用滤网板与漂浮陶粒滤床滤头滤板组成的膨胀滤床池型，含磷絮体在膨胀床内穿透距离加深，不易在表面形成泥膜，比固定床滤池的过滤水头损失小且增长缓慢；而破碎状陶粒滤床深达3～5m，含磷絮体不易穿透，反冲洗周期长；膨胀床反冲洗时易流化不板结，要求的气水反冲洗强度大幅降低；受滤网板的约束，反冲洗时陶粒不会流失，采用气水同时反冲洗降低清水消耗，反冲洗废水相应减少。故所述膨胀床冲洗较固定床简单，运行能耗明显降低。

5、本发明还具有过滤水头损失小，滤料易流化不板结、反冲洗强度低，冲洗周期长，自用水量减少，运行高效节能的优点。

附图说明

图1是本发明降流式脱氮除磷膨胀床生物滤池的结构示意图。

图2为图1前后方向截面的左视图。

图中示出：降流式生物滤池体1、配水区2、滤网板3、漂浮陶粒滤床4、滤床流化缓冲区5、滤头滤板6、出水区7、底部集水布气装置8、集水布气渠箱9、配气短管10、配水短管11、配水槽12、进水管13、出水管14、反冲洗气管15、反冲洗水管16、反冲洗废水排水管17。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种降流式脱氮除磷膨胀床生物滤池，包括降流式生物滤池体1、进水管13、出水管14、反冲洗气管15、反冲洗水管16和反冲洗废水排水管17；生物滤池体内自上而下依次设有配水区2、滤网板3、漂浮陶粒滤床4、滤床流化缓冲区5、滤头滤板6、出水区7、底部集水布气装置8和集水布气渠箱9；配水区2分别与进水管13和反冲洗废水排水管17相连通；集水布气渠箱9与出水管14、反冲洗气管15和反冲洗水管16的一端连接；反冲洗气管15和反冲洗水管16的另一端分别与水泵和鼓风机连接。优选进水管13、出水管14、反冲洗气管15、反冲洗水管16和反冲洗废水排水管17安装有阀门。

降流式生物滤池体1的平面形状，当采用钢筋混凝土结构时为矩形，当采用钢板焊制时为圆形或矩形。

本发明配水区2有三个作用：其一是将来自进水管的污水在污水到达滤网板之前均匀分配到整个滤池面，其二是为污水中混合的絮凝剂提供与磷酸盐进行微絮凝反应的时间，其三是均匀收集反冲洗废水，从反冲洗废水排水管排出。过滤时将来自进水管13的污水均匀分配到整个滤池面并初步进行微絮凝反应，反冲洗时均匀收集反冲洗废水至反冲洗废水排水管17排出。优选配水区高度为0.5～1.0m；

优选滤网板3采用不锈钢滤网板，网眼直径为3～3.5mm，比漂浮陶粒最小尺寸小0.5～1.0mm。滤网板3的作用是将漂浮陶粒滤床4限制在滤网板3下方，不让滤料穿过滤网板3的网眼流失，但对过流污水不产生阻碍。滤

漂浮陶粒滤床4由设置在滤网板和滤头滤板之间破碎状页岩漂浮陶粒滤料组成；所述破碎状漂浮陶粒系采用页岩为原料，经过破碎机破碎、烘干后，在回转窑中烧制18～22min，烧制温度为1100～1300℃，出炉后自然冷却，再经过破碎机破碎，然后进行筛分出合适尺寸的颗粒作为产品，其筒压强度≥3mpa，水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm³，在水中呈轻微漂浮状态。破碎状页岩漂浮陶粒表面粗糙亲水，具有丰富的孔隙，有利于反硝化生物膜附着牢固，反冲洗时不易脱膜。优选漂浮陶粒滤床4的深度范围在3～5m。优选破碎状漂浮陶粒尺寸范围在4～8mm；优选滤网板3的网眼直径3～3.5mm，比最小漂浮陶粒尺寸小0.5～1.0mm，网眼直径不宜过小，以防堵塞；

滤头滤板6包括滤头和滤板，其中滤板不透水，具有承托滤料的作用。贯穿滤板均匀布置多个滤头，滤头上开有滤缝，供水流通行并进行配水，保持各个滤头通过的水量基本相等。气反冲洗时，通过各个滤头对均匀到达滤板底部的气体进行二次配气，保证各个滤头通过的气量基本相等。优选滤板材质为钢筋混凝土或有机复合材料或钢板，优选滤头材质为abs、pp或pvc等塑料材质。优选滤头滤板6中滤头的滤缝宽度为1.5～2.0mm，滤缝宽度不宜过小，以防堵塞。

优选滤床流化缓冲区5高度为滤床厚度的1/4～1/3；优选出水区7高度为0.8～1.5mm。

底部集水布气装置8包括底部集水装置和底部布气装置；底部集水装置与多根均匀分布的由集水布气渠箱9向上贯穿集水布气渠箱顶板的配水短管11相连，底部集水装置可以是短管或穿孔管或其它形式；底部布气装置与多根均匀分布的由集水布气渠箱9向上贯穿集水布气渠箱顶板的配气短管10相连，底部布气装置可以是短管或穿孔管或其它形式；优选底部集水布气装置8材质为不锈钢、abs和pvc中的一种多种的组合。底部集水装置8连通出水区7和集水布气渠箱9，用于收集滤出水，也用于将反冲洗水配入出水区7。集水布气渠箱9为矩形密封渠箱，长度与滤池体的平面长度一致，集水布气渠箱9分别与出水管14、反冲洗气管15和反冲洗水管16相连通。优选集水布气渠箱9位于滤池底板下方的中央，宽度和深度分别为0.8～1.2mm，和1.0～1.5mm；优选集水布气渠箱9与出水管14直接连通，反冲洗气管15和反冲洗水管16通过与出水管14连通也与集水布气渠箱9间接连通；优选集水布气渠箱9材质为钢筋混凝土或钢板。

正常过滤着重实现对污水脱氮除磷，污水首先与铝盐或铁盐絮凝剂充分混合，并视污水中的碳氮比投加一定量的有机碳源，然后通过进水管13流入生物滤池配水区2，均布至整个滤面，同时在配水区2内进行微絮凝反应逐步生成含磷絮体，然后穿过滤网板3进入漂浮陶粒滤床4，与陶粒表面生长的反硝化生物膜接触，在污水缺氧和水温不低于8℃环境下，陶粒表面生长的反硝化生物膜利用污水中碳源将硝酸盐转化为氮气释放，完成生物脱氮；污水向下流动穿过滤网板3进入漂浮陶粒滤床4时，由于漂浮陶粒略轻于水，滤床受降流推动向下膨胀，来自配水区2内的含磷絮体在滤床4中穿透距离加深，微絮凝反应时间延长，并逐步被滤床截滤，完成微絮凝过滤除磷；净化后的水向下流经滤床流化缓冲区5、滤头滤板6、出水区7，通过底部集水布气装置8达到底部集水布气渠箱9，从出水管14流出。本发明可以实现同步脱氮除磷，也可以根据污水进水水质和排水标准选择侧重与脱氮或侧重于除磷。侧重于脱氮时，强调根据污水中的碳氮比投加有机碳源如乙酸钠等，注重降低进水的溶解氧浓度，为生物脱氮提供良好的必要条件；侧重于除磷时，强调根据污水中的磷酸盐浓度投加适量的铝盐或铁盐絮凝剂并加以充分混合，提高微絮凝除磷效率。

生物滤池运行间隔一段时间需要进行反冲洗。其作用是在含磷絮体尚未穿透漂浮陶粒滤床之前清除截滤在漂浮陶粒滤床中的含磷絮体和悬浮物，恢复滤池的过滤水头。生物滤池反冲洗一般采用气水联合反冲洗。本发明对滤池的反冲洗过程时，启动反冲洗鼓风机和水泵，反冲洗压缩空气和清水从反冲洗气管15和反冲洗水管16进入底部集水布气渠箱9，通过集水布气装置8分配到整个池底，在出水区7向上均匀扩散穿过滤头滤板6；陶粒滤床4在滤网板3和滤头滤板6之间冲洗流化，含磷絮体脱落后随反冲洗废水上流经过配水区2，从反冲洗废水排水管17排出池外。由于陶粒滤床4限制在滤网板3和滤头滤板6之间流化，反冲洗时陶粒不会流失，优选采用气水同时反冲洗，不仅降低清水消耗，反冲洗废水也相应减少。