申请日2015.12.11
公开(公告)日2016.03.02
IPC分类号C02F9/14; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种两段式曝气生物滤池及其处理农村生活污水的方法，属于生活污水生物净化处理领域。本发明包括调节池、第一段曝气生物滤池、底泥陶粒层、第二段曝气生物滤池、尾气利用管、风机、反冲洗水泵和反冲洗气泵，底泥陶粒层中填充的陶粒由底泥粉末、面粉、煤粉按照质量分数65-75%、10-15%、10-25%比例混合制成。本发明根据COD降解菌和氨氮转化菌的特点，并设置各段适合的运行条件(溶解氧(DO)、过滤周期)，将COD降解和氨氮转化分别在两段曝气生物滤池中发生，具有结构简单、设计合理、便于使用的优点。
摘要附图
权利要求书
1.一种两段式曝气生物滤池，其特征在于：包括调节池(1)、第一段曝气生物滤池(3)、底泥陶粒层(4)、第二段曝气生物滤池(5)、尾气利用管(6)、风机(7)和反冲洗水泵(8)，所述的调节池(1)通过管道与第一段曝气生物滤池(3)的下部连接，第一段曝气生物滤池 (3)的上部通过管道与第二段曝气生物滤池(5)的下部连接，风机(7)通过管道分别与第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)连接，反冲洗水泵(8)位于调节池(1) 中，通过管道分别与第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)连接，尾气利用管(6)一端与第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)的上部连接，另一端伸入调节池(1)中，第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)中均设有底泥陶粒层(4)，底泥陶粒层(4)中填充有陶粒，第二段曝气生物滤池(5)的上部设有出水口(9)。
2.根据权利要求1所述的一种两段式曝气生物滤池，其特征在于：所述的陶粒由受污染的池塘底泥烧结而成，其制作方法为：
a.将受污染的池塘底泥捞出，所用底泥取自不深于河底40cm受污染层，将取得的污染底泥风干12-15天，然后粉碎风干后的底泥并过30～40目筛子，得到底泥粉末;
b.将底泥粉末、面粉、煤粉按照质量分数65-75%、10-15%、10-25%比例进行混合成混合材料，混合材料与去离子水按照质量比(2～3):1搅拌成糊状，制作成粒径4～7mm的陶粒毛坯;
c.将陶粒毛坯置于900～1050℃条件下进行煅烧3～4小时成型，冷却后取出备用。
3.权利要求1所述的一种两段式曝气生物滤池处理农村生活污水的方法，其步骤为：
1)构建权利要求1中所述的两段式曝气生物滤池，按照权利要求2中所述的方法制备陶粒，将陶粒填充到第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)中，形成底泥陶粒层(4);
2)将生活污水和葡萄糖加入调节池(1)中搅拌均匀，将添加了葡萄糖的生活污水引入第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)中，利用风机(7)同时对第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)进行曝气，葡萄糖的投加量为(50～80mg)/L;
3)将好氧活性污泥同步加入第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)中使第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)中的污泥浓度为1700～2500mg/L，并进行闷曝，然后开始改为连续流进水;
4)逐步提高进水量和曝气量，进水量按照设计流量的20%、40%、60%、80%和100%这5个梯度逐步增加，每个进水量梯度保持4-6天，曝气量和进水量比例相应地保持在(4-5):1;
5)当进水水量达到设计流量且第一段曝气生物滤池(3)和第二段曝气生物滤池(5)中出现群居钟虫和轮虫以及生物膜后，停止加入葡萄糖，直接将生活污水作为第一段曝气生物滤池(3)的进水，经第一段曝气生物滤池(3)处理后的生活污水进入第二段曝气生物滤池 (5)中继续处理，然后排出。
4.根据权利要求3所述的一种两段式曝气生物滤池处理农村生活污水的方法，其特征在于：所述第一段曝气生物滤池(3)的反冲洗周期为3～4天，气冲洗、气水联合冲洗和水漂洗时间分别为2～3分钟、5～6分钟和4～5分钟;第二段曝气生物滤池(5)的反冲洗周期为5～7 天，气冲洗、气水联合冲洗和水漂洗时间分别为1.5～2.5分钟、4～5分钟和3～4分钟。
5.根据权利要求3所述的一种两段式曝气生物滤池处理农村生活污水的方法，其特征在于：所述步骤3)中的好氧活性污泥的混合液悬浮固体浓度为6000～8000mg/L。
6.根据权利要求3所述的一种两段式曝气生物滤池处理农村生活污水的方法，其特征在于：所述步骤3)中闷曝3天，第4天开始改为连续流进水。
说明书
一种两段式曝气生物滤池及其处理农村生活污水的方法
技术领域
本发明属于生活污水生物净化处理领域，更具体地说，涉及一种两段式曝气生物滤池及其处理农村生活污水的方法。
背景技术
农村生活污水产生量和水质均随着生活水平提高、手工作坊和畜禽养殖规模扩大等原因逐步增多，农村水环境物质和生态破坏问题也随之出现，由于农村水环境保护的需要，开发新型的污水处理技术和方法是当务之急。
目前针对农村较大的土地资源和较低的水处理运行管理水平，较多的生态修复技术工程被广泛应用，例如：人工湿地技术、土地处理技术、生态修复技术等等，这些生态修复技术工程因可以取得良好的处理和修复效果，而被农村地区广泛试验和采用，其基本原理就是利用物理的、化学的和生物的(植物、微生物、动物等三者协同作用)联合实现污染物的降解、沉淀、稀释、矿化等一系列反应而水质净化。但是不可否认的是，生态修复技术工程技术存在占地面积巨大、蚊蝇滋生、修复效果持久性差等弊端，不利于新农村建设和水环境修复。如何采用技术成熟、净化效果好的工艺技术替代生态修复工程技术是十分重要的，特别是适用于小范围、小水量的农村生活污水处理的方法。
根据污水处理原理和处理方法分类，污水生物处理方法是可行的、可取的、二次污染少的方法，对实现农村水环境质量和生态系统保护的可持续发展意义较大。生物膜法技术是一种适用于小水量污水生物处理技术，生物膜法相对于活性污泥法来说，具有污泥产率低、生物量丰富、生物链长、膜内微环境复杂等适合污水生物处理的环境，其中曝气生物滤池生物膜法还能省去二沉池和出水清澈等优点，在小型污水处理厂(如：别墅区生活污水处理厂、小城镇污水处理厂)被广泛应用和开发。曝气生物滤池是在传统滴滤池、塔式生物滤池的基础上发展起来的，并通过强制供氧的手段，比传统滴滤池具有更快的水力负荷、更长的过滤周期和更强的净化效果，以水流方向不同分为升流式和降流式2种，其中升流式相对于降流式具有更强的纳污能力被广泛选用。
中国专利申请号为201010603136.3，申请公布日为2012年7月11日的专利申请文件公开了一种曝气生物滤池，分为配水区及进水区，配水区及进水区通过隔板呈间隔设置;配水区底部设有曝气管，曝气管向配水区释放氧气;隔板上设有使配水区和进水区连通的滤头;进水区还连接有反冲洗进水管和反冲洗进气管，反冲洗进水管和反冲洗进气管分别通过阀门控制对进水区的注水和注气;在反冲洗进水管与反冲洗进水管的阀门之间，还设有分支管路，分支管路上设有排泥泵。应用该发明的技术方案，可在一个曝气生物滤池中达到完全的生物处理而不需在下游设置二沉池进行污泥沉降，并且，关闭反冲洗进水管及反冲洗进气管的阀门，启动排泥泵，逆向强制排出配水区集聚的污泥后，再进行反冲洗，缩短反冲洗时间，增加出水量。
中国专利申请号为201510255601.1，申请公布日为2015年8月5日的专利申请文件公开了一种新型重污染河道原位水质净化系统及净化方法，包括聚磷处理单元和好氧-缺氧-厌氧净化单元，聚磷处理单元设置在河道浅滩水域，好氧-缺氧-厌氧净化单元设置在河道非浅滩水域，包括竹丝填料、曝气管道和帽封材料，该发明通过在河道内间歇设立曝气管道将河道改造成若干个串联的好氧-缺氧-厌氧生物反应区，提高水体的硝化、反硝化能力，极大地改善了系统的脱氮效果。该发明采用了生物接触氧化工艺和A2/O2工艺的结合，是属于多级系统，具有良好的除磷脱氮效果。但是对比文件所涉及的系统，结构较为复杂，运行管理困难，回流管路较多，出水仍然需要沉淀，产生的尾气也没有进行很好的收集利用，可能在运行过程中会出现生物膜丝状菌膨胀问题。
农村生活污水中含有大量的有机物(以COD计)、氨氮等物质，当氨氮和有机物共存于生物处理系统时，容易出现氨氮类物质降解明显慢于COD降解，其主要原因是COD降解菌对空间、能源的争夺强于氨氮转化菌，导致氨氮的转化效果较差而影响总氮的去除效果，因为氨氮转化是总氮去除的关键步骤(硝化过程)，氨氮转化菌是一种自养菌，生长速率慢。针对这个情况，如何实现COD降解和氨氮转化的同步进行，基于COD降解菌对氨氮转化的硝化菌的抑制作用，可能将COD降解和氨氮转化放置在不同的系统内，使COD降解菌和硝化菌能在不同的系统内滋生出适合自身良好的生长环境，而实现COD和氨氮的同步降解和转化。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有单级曝气生物滤池有机物降解和氨氮硝化在同一系统中进行难以控制运行条件和丝状菌膨胀以及氨氮硝化效果差等问题，本发明提供一种由两段曝气生物滤池系统组成的，并进行尾气预曝气强化生物选择器功能，氨氮和有机物分开进行培养、运行管理和降解转化的生物滤池，有利于维持系统稳定、效果稳定、简化管理和运行成本。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种两段式曝气生物滤池，包括调节池、第一段曝气生物滤池、底泥陶粒层、第二段曝气生物滤池、尾气利用管、风机和反冲洗水泵，所述的调节池通过管道与第一段曝气生物滤池的下部连接，第一段曝气生物滤池的上部通过管道与第二段曝气生物滤池的下部连接，风机通过管道分别与第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池连接，反冲洗水泵位于调节池中，通过管道分别与第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池连接，尾气利用管一端与第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池的上部连接，另一端伸入调节池中，第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池中均设有底泥陶粒层，底泥陶粒层中填充有陶粒，第二段曝气生物滤池的上部设有出水口。
优选地，所述的陶粒由受污染的池塘底泥烧结而成，其制作方法为：
a.将受污染的池塘底泥捞出，所用底泥取自不深于河底40cm受污染层，将取得的污染底泥风干12-15天，然后粉碎风干后的底泥并过30～40目筛子，得到底泥粉末;
b.将底泥粉末、面粉、煤粉按照质量分数65-75%、10-15%、10-25%比例进行混合成混合材料，混合材料与去离子水按照质量比(2～3):1搅拌成糊状，制作成粒径4～7mm的陶粒毛坯;
c.将陶粒毛坯置于900～1050℃条件下进行煅烧3～4小时成型，冷却后取出备用。
上述的一种两段式曝气生物滤池处理农村生活污水的方法，其步骤为：
1)构建上述的两段式曝气生物滤池，按照上述的方法制备陶粒，将陶粒填充到第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池中，形成底泥陶粒层;
2)将生活污水和葡萄糖加入调节池中搅拌均匀，将添加了葡萄糖的生活污水引入第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池中，利用风机同时对第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池进行曝气，葡萄糖的投加量为(50～80mg)/L;
3)将好氧活性污泥同步加入第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池中使第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池中的污泥浓度为1700～2500mg/L，并进行闷曝，然后开始改为连续流进水;
4)逐步提高进水量和曝气量，进水量按照设计流量的20%、40%、60%、80%和100%这5个梯度逐步增加，每个进水量梯度保持4-6天，曝气量和进水量比例相应地保持在(4～5):1;
5)当进水水量达到设计流量且第一段曝气生物滤池和第二段曝气生物滤池中出现群居钟虫和轮虫以及生物膜后，停止加入葡萄糖，直接将生活污水作为第一段曝气生物滤池的进水，经第一段曝气生物滤池处理后的生活污水进入第二段曝气生物滤池中继续处理，然后排出。
优选地，所述第一段曝气生物滤池中控制溶解氧为2.0～2.5mg/L，第二段曝气生物滤池中控制溶解氧为3.0～3.5mg/L。
优选地，所述第一段曝气生物滤池的反冲洗周期为3～4天，气冲洗、气水联合冲洗和水漂洗时间分别为2～3分钟、5～6分钟和4～5分钟;第二段曝气生物滤池的反冲洗周期为5～7 天，气冲洗、气水联合冲洗和水漂洗时间分别为1.5～2.5分钟、4～5分钟和3～4分钟。
优选地，所述步骤3)中的好氧活性污泥的混合液悬浮固体浓度为6000～8000mg/L。
优选地，所述步骤3)中闷曝时间为3天，第4天开始改为连续流进水。
本发明与现有技术相比，最大的优势是：采用两段曝气生物滤池进行强化过滤，过滤效果更好，而且将有机物降解和氨氮硝化分开在两个系统中进行，有利于各个系统中培育出适合自己系统微环境的菌种，研究出适合各自系统的运行条件、反冲洗条件等，而且本生物滤池没有采用长柄滤头进行气水混合，而是利用陶粒的剪切作用进行气水混合，解决了滤头堵塞问题。同时相比于单级曝气生物滤池来说，运行条件容易控制，净化效果高效，结构简单，同时对尾气进行很好的资源化利用。实现尾气导出并进入调节池进行预曝气，不仅降低了两个曝气滤池内的气体压强，减少负压对滤池的损害，提高系统微生物生长环境和系统通畅等，而且实现尾气资源化利用。
本发明主要是针对COD和氨氮的去除，未涉及到除磷和生物反硝化过程，仅通过有机物和氨氮的去除，为生物反硝化准备充足的硝态氮，达到生物反硝化过程的强化;通过尾气预曝气，能进行良好的生物选择性，防止丝状菌膨胀;而且两个滤池单元控制了不同的运行条件，有利于维持系统的稳定。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明将污染底泥制作出粗糙度高的底泥陶粒，可实现污泥资源化利用;
(2)本发明根据COD降解菌和氨氮转化菌的特点，并设置各段适合的运行条件(溶解氧(DO)、反冲洗周期)，将COD降解和氨氮转化分别在两段曝气生物滤池中发生，对于COD 和氨氮降解和转化条件控制、各个系统的设置、运行管理具有很好的作用;
(3)本发明将两段曝气生物滤池顶部产生的尾气循环利用，实现尾气在调节池中的预曝气，具有生物选择器的作用，通过生物选择器的筛选作用，防止系统内丝状菌膨胀，强化水质净化效果;
(4)本发明尝试了新的底泥陶粒的制作方法，制作的陶粒硬度和粗糙度均较大。
