申请日2017.07.14
公开(公告)日2017.11.10
IPC分类号C02F3/30; C02F9/14; C02F101/16; C02F101/30
摘要
本发明公开一体化膨胀床生物膜复合滤池及应用其处理村镇生活污水的方法。该滤池包括第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池、第三级降流式缺氧生物滤池;第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池都自上而下依次设有上部配水集水区、滤网板、漂浮滤料滤床、滤床流化缓冲区、布气装置和底部配水集水装置;漂浮滤料表皮粗糙亲水易于生物挂膜，贴着滤网板下方膨胀漂浮，过滤水头损失小，滤料易流化不板结。本发明污水净化装置集污水初滤预处理、回流反硝化脱氮、生物降解硝化、水质过滤除磷等净水功能于一体，高效节能，稳定可靠，节省用地，通过网络远程控制可实现无人值守。
权利要求书
1.一体化膨胀床生物膜复合滤池，其特征在于，包括第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池、第三级降流式缺氧生物滤池;第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池都自上而下依次设有上部配水集水区、滤网板、漂浮滤料滤床、滤床流化缓冲区、布气装置和底部配水集水装置;
所述第一级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区分别与进水管和反冲洗废水排水管相连通;第一级降流式缺氧生物滤池的底部配水集水装置与第二级升流式曝气生物滤池的底部配水集水装置连通;第二级升流式曝气生物滤池的上部配水集水区通过回流管与第一级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区连接;第二级升流式曝气生物滤池的上部配水集水区与第三级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区连接;第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区分别与反冲洗废水排水管连接;和第三级降流式缺氧生物滤池的底部配水集水装置与出水管连接;第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池的底部配水集水装置分别与反冲洗进水管反冲洗水管的另一端与反冲洗水泵连接;第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池的布气装置和配气总管连接，配气总管与鼓风机连接。
2.根据权利要求1所述一体化膨胀床生物膜复合滤池，其特征在于，所述第一级降流式缺氧生物滤池采用粒径为￠7～￠9mm球形漂浮滤料，滤料的装填高度为3～5m，滤网板的网眼直径为￠2～￠2.5mm。
3.根据权利要求1所述一体化膨胀床生物膜复合滤池，其特征在于，所述第二级升流式曝气生物滤池采用直径为￠4～￠7mm粒径的球形漂浮滤料或破碎漂浮滤料;料装填高度为3～5m;滤网板的网眼直径为￠3～￠3.5mm。
4.根据权利要求1所述一体化膨胀床生物膜复合滤池，其特征在于，所述第三级降流式缺氧生物滤池采用直径为￠4～￠7mm粒径的球形漂浮滤料或破碎漂浮滤料，球形漂浮滤料或破碎滤料装填高度为3～5m，滤网板的网眼直径为￠3～￠3.5mm。
5.根据权利要求1所述一体化膨胀床生物膜复合滤池，其特征在于，所述第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池采用钢板制作，外形为圆形或矩形。
6.根据权利要求1所述一体化膨胀床生物膜复合滤池，其特征在于，所述第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区高度为0.5～0.8m。
7.根据权利要求1所述一体化膨胀床生物膜复合滤池，其特征在于，所述进水管、出水管、气管、气提回流管、反冲洗水管和反冲洗废水排水管安装有阀门;所述滤网板采用不锈钢材质;所述配水集水装置为短管或穿孔管;所述布气装置为带有多个曝气头的配气管或穿孔管。
8.根据权利要求2-4任一项所述一体化漂浮滤料膨胀床污水净化装置，其特征在于，所述球形漂浮滤料采用页岩为原料，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℃;出炉后经过自然冷却后进行筛分制得;球形漂浮滤料的水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm3，在水中呈漂浮状态。
9.根据权利要求3或4所述一体化膨胀床生物膜复合滤池，其特征在于，所述破碎状漂浮滤料采用页岩为原料，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;破碎状漂浮滤料的筒压强度≥3Mpa，水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm3，在水中呈漂浮状态。
10.应用权利要求1所述一体化膨胀床生物膜复合滤池处理村镇生活污水的方法，其特征在于，污水经过带格栅的沉砂调节池后进入第一级降流式缺氧生物滤池，从上部配水集水区向下均匀配水至整个滤面，第一级降流式缺氧生物滤池的滤网板具有超细格栅网的截滤功能，阻止平均粒径大于2～2.5mm的悬浮物进入滤床;第一级降流式缺氧生物滤池出水从底部配水集水装置向上均匀配水进入第二级升流式曝气生物滤池漂浮滤料滤床，压缩空气经布气装置进入第二级升流式曝气生物滤池漂浮滤料滤床进行曝气，硝化部分氨氮以及降解污水中残存的有机物，升流出水到达上部配水集水区后从上部配水集水区分流;第二级升流式曝气生物滤池的出水部分回流到第一级降流式缺氧生物滤池，与原污水自然混合后均匀配入第一级降流式缺氧生物滤池;另一部分污水进入第三级降流式缺氧生物滤池，从上部配水集水区向下均匀配水至整个滤面，第三级降流式缺氧生物滤池的漂浮滤料滤床进一步去除污水中TP、SS和有机物，出水通过底部配水集水装置汇集至出水管。
说明书
一体化膨胀床生物膜复合滤池及应用其处理村镇生活污水的方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一体化膨胀床生物膜复合滤池(EBF)及应用其处理村镇生活污水的方法。
背景技术
农村生活污水水质与农村地理环境、经济发展水平、生活习惯等多种因素有关，我国农村生活污水与城市生活污水的水质接近，其有机物、氮、磷等污染物质的浓度相对较高。而农村生活污水排放比较分散，污水量相比很小，难以大规模集中处理需，因而不适宜采用传统的有人值守的城市污水处理厂工艺，适合采用处理小规模生活污水的无人值守一体化污水处理设备。
生活污水处理常用厌氧‐缺氧‐好氧活性污泥法(A2/O)工艺，活性污泥混合着各种菌种，通过活性污泥沉淀池回流循环，让活性污泥进入生物处理不同单元或同一单元的不同区间，或是让各种菌种混合体在不同时间处于不同氧浓度环境，从而让某种菌种发挥降解优势，与此同时，其它菌种则受到抑制，不仅对有机物、氮、磷等污染物质同时去除的效率受到不利的影响，活性污泥也常常出现异常，或污泥膨胀，或污泥解体，在活性污泥沉淀池难以分离，破坏了污泥回流循环。故A2/O工艺需要有人值守，以便及时针对活性污泥异常情况采取应对措施。为了适应农村生活污水处理设施无人值守的需要，一种膜生物反应器(MBR)一体化设备得到应用，在生物处理单元中安装超滤膜组件，以超滤取代活性污泥沉淀池，可以有效完成净化水的分离，活性污泥全部保留在生物处理单元内无需回流。但是MBR工艺设备投资较高，运行电耗较大。
曝气生物滤池以生物膜净化污水，不存在污泥膨胀或污泥解体等现象，有利于无人值守。由于生活污水处理对总氮要求较高，需要采用前置反硝化生物滤池和硝化曝气生物滤池两级串联回流组合工艺。对于传统的固定床曝气生物滤池，其过滤水头损失在2m左右，如果回流，则过滤水头损失成倍增加，而且传统曝气生物滤池要求进水悬浮物(SS)不仅其平均粒径不宜超过2mm，进水SS浓度也不宜超过60mg/L，故需要采用超细格栅(间隙≦2mm)和混凝沉淀预处理，不利于形成一体化装置。
发明内容
本发明的目的在于针对现有固定床生物滤池的不足，提供一种适用农村生活污水处理的一体化膨胀床生物膜复合滤池(EBF)及应用其处理污水的方法;集污水初滤预处理、回流反硝化脱氮、生物降解硝化、水质过滤除磷等净水功能于一体，高效节能，稳定可靠，节省用地。
本发明净水流程为“污水→第一级降流式缺氧生物滤池→第二级升流式曝气生物滤池→第三级降流式缺氧生物滤池”，第一级降流式缺氧生物滤池不仅对污水中的杂物和悬浮物具有截滤预处理功能，也是为了利用污水中有机物作为碳源实现反硝化脱氮;第二级升流式曝气生物滤池实现对氨氮的硝化去并进一步去除有机物;第三级降流式缺氧生物滤池进一步去除污水中SS并提高总磷去除率，同时也具有深度反硝化功能。本发明污水净化装置流程简洁，高效节能，稳定可靠，节省用地，通过网络远程控制可实现无人值守。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一体化膨胀床生物膜复合滤池，包括第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池、第三级降流式缺氧生物滤池;第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池都自上而下依次设有上部配水集水区、滤网板、漂浮滤料滤床、滤床流化缓冲区、布气装置和底部配水集水装置;
所述第一级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区分别与进水管和反冲洗废水排水管相连通;第一级降流式缺氧生物滤池的底部配水集水装置与第二级升流式曝气生物滤池的底部配水集水装置连通;第二级升流式曝气生物滤池的上部配水集水区通过回流管与第一级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区连接;第二级升流式曝气生物滤池的上部配水集水区与第三级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区连接;第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区分别与反冲洗废水排水管连接;和第三级降流式缺氧生物滤池的底部配水集水装置与出水管连接;第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池的底部配水集水装置分别与反冲洗进水管反冲洗水管的另一端与反冲洗水泵连接;第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池的布气装置和配气总管连接，配气总管与鼓风机连接。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述第一级降流式缺氧生物滤池采用粒径为￠7～￠9mm球形漂浮滤料，滤料的装填高度为3～5m，滤网板的网眼直径为￠2～￠2.5mm。
优选地，所述第二级升流式曝气生物滤池采用直径为￠4～￠7mm粒径的球形漂浮滤料或破碎漂浮滤料;料装填高度为3～5m;滤网板的网眼直径为￠3～￠3.5mm。
优选地，所述第三级降流式缺氧生物滤池采用直径为￠4～￠7mm粒径的球形漂浮滤料或破碎漂浮滤料，球形漂浮滤料或破碎滤料装填高度为3～5m，滤网板的网眼直径为￠3～￠3.5mm。
优选地，所述第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池采用钢板制作，外形为圆形或矩形。
优选地，所述第一级降流式缺氧生物滤池、第二级升流式曝气生物滤池和第三级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区高度为0.5～0.8m。
优选地，所述进水管、出水管、气管、气提回流管、反冲洗水管和反冲洗废水排水管安装有阀门;所述滤网板采用不锈钢材质;所述配水集水装置为短管或穿孔管;所述布气装置为带有多个曝气头的配气管或穿孔管。
优选地，所述球形漂浮滤料采用页岩为原料，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℃;出炉后经过自然冷却后进行筛分制得;球形漂浮滤料的水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm3，在水中呈漂浮状态。
优选地，所述破碎状漂浮滤料采用页岩为原料，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;破碎状漂浮滤料的筒压强度≥3Mpa，水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm3，在水中呈漂浮状态。
应用所述一体化膨胀床生物膜复合滤池处理村镇生活污水的方法：污水经过带格栅的沉砂调节池后进入第一级降流式缺氧生物滤池，从上部配水集水区向下均匀配水至整个滤面，第一级降流式缺氧生物滤池的滤网板具有超细格栅网的截滤功能，阻止平均粒径大于2～2.5mm的悬浮物进入滤床;第一级降流式缺氧生物滤池出水从底部配水集水装置向上均匀配水进入第二级升流式曝气生物滤池漂浮滤料滤床，压缩空气经布气装置进入第二级升流式曝气生物滤池漂浮滤料滤床进行曝气，硝化部分氨氮以及降解污水中残存的有机物，升流出水到达上部配水集水区后从上部配水集水区分流;第二级升流式曝气生物滤池的出水部分回流到第一级降流式缺氧生物滤池，与原污水自然混合后均匀配入第一级降流式缺氧生物滤池;另一部分污水进入第三级降流式缺氧生物滤池，从上部配水集水区向下均匀配水至整个滤面，第三级降流式缺氧生物滤池的漂浮滤料滤床进一步去除污水中TP、SS和有机物，出水通过底部配水集水装置汇集至出水管。
本发明污水经过格栅、沉砂、调节后由污水泵提升进入第一级降流式缺氧生物滤池。
若需进一步除磷时，需要投加除磷絮凝剂，除磷絮凝剂通常为铁盐、铝盐或铝铁盐。可以在第二级滤池进水管投加除磷，利用曝气混合反应，在第二级升流式曝气生物滤池形成含磷絮体，然后在第三级滤池被过滤去除;也可在第二级升流式曝气生物滤池向第三级降流式缺氧生物滤池进水的渠道中投加除磷絮凝剂，并通过机械搅拌进行混合，然后在第三级降流式缺氧生物滤池的上部配水集水区形成微絮凝反应，由下部滤池接触过滤实现深度除磷。
若需进一步去除总氮时，需要投加碳源，碳源通常为乙酸钠等。在第二级升流式曝气生物滤池向第三级降流式缺氧生物滤池进水的渠道中投加碳源，通过第三级降流式缺氧生物滤池反硝化进一步脱氮。
本发明三级生物滤池折流串联的过流方式为降流→升流→降流，正常运行时，其降流式滤池不曝气处于缺氧状态(A)，升流式滤池曝气处于好氧状态(O)，形成AOA生化工艺。
本发明上部配水集水区有两个作用：其一是将来自进水管的污水在到达滤网板之前均匀分配到整个滤池面，其二是均匀收集反冲洗废水，从反冲洗废水排水管排出。
滤网板采用不锈钢滤网板，网眼直径比漂浮滤料最小尺寸小0.5～1.0mm以上。其作用是将滤料限制在滤网板的下方，不让滤料穿过滤网板的网眼流失，但对过流污水不产生阻碍。第一级滤网板采用￠2～￠2.5mm网孔，具有超细格网的功能。
第一级降流式缺氧生物滤池主要有两个作用，其一是在滤料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。其二是逐步在滤床中截滤SS，实现初滤预处理，保护第一级的布气装置和底部配水集水装置，也保护了第二级和第三级生物滤池。
第二级升流式曝气生物滤池主要作用是在滤料表面生长硝化生物膜，在污水溶解氧较高(宜达到2mg/L以上)和水温不低于8℃环境下，将污水中的氨氮和有机氮氧化为硝酸盐。滤料表面也生长异养生物膜，降解有机物。
第三级降流式缺氧生物滤池主要作用是逐步在滤床中截滤脱落的生物膜和剩余SS，去除部分TP和残存有机物，或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。还可以借助外加碳源在滤料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，利用外加碳源将硝酸盐转化为氮气释放，实现深度脱氮。
滤床流化缓冲区在正常过滤时位于滤床下方，其高度为滤床厚度的1/4～1/3。气水联合反冲洗时，滤料受气流冲动向缓冲区滚动扩展，为滤床的膨胀流化提供必要的空间。
布气装置通过阻力配气，将来自进气管的压缩空气向上均匀分布到滤床底面，布置气冲洗的均匀性或微气泡均匀曝气。
底部配水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。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明漂浮滤料表皮粗糙亲水易于生物挂膜，水浸润颗粒密度为0.95±0.5g/cm3，贴着滤网板下方膨胀漂浮，过滤水头损失小，滤料易流化不板结。
(2)本发明污水净化装置集污水初滤预处理、回流反硝化脱氮、生物降解硝化、水质过滤除磷等净水功能于一体，高效节能，稳定可靠，节省用地，运行效果稳定，自动化管理简单可靠，通过网络远程控制可实现无人值守。
(3)本发明污水处理一般可以不加药实现达标排放，反冲洗强度低，冲洗周期长，自用水量减少，运行高效节能费用低。
(4)采用同类生物滤池折流串联，共用曝气及气水冲洗系统，兼具预处理功能，高度集成一体化，流程简洁，大幅度降低设备造价，具有竞争优势。
(5)滤料使用寿命长，损耗可以忽略，运行维护成本低，具有竞争优势。
(6)生化效率较高，占地面积小，对周边环境影响较小。
(7)提供投加药剂，可以实现深度除磷脱氮，易提标升级。
