一种通风型深度脱氮生物滤池装置及其处理方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种通风型深度脱氮生物滤池装置及其处理方法。

背景技术：

目前我国很多河道水环境容量小、水体自净能力差，水体中氮磷营养物质富集，呈现富营养状态。污水处理厂出水集中，常规处理后的排水水质仍处于劣v类，是河道中氨氮和总氮的重要来源。而现有污水处理工艺脱氮能力有限，特别是在低碳氮比进水条件下。而如biostyr(一种改进的曝气生物滤池)等工艺，虽能强化脱氮但能耗高、不经济。因此，亟需对强化脱氮的污水处理装置进行研究和升级。

针对污水的强化脱氮问题，其中：

中国专利cn112390358a公开了一种厌氧产甲烷耦合短程硝化厌氧氨氧化强化城市生活污水脱氮的装置和方法，通过厌氧产甲烷生物滤池除去cod，之后在低溶解氧条件下通过短程硝化厌氧氨氧化曝气生物滤池去除氮素，但是存在反应条件要求高、对运行操作要求高、能耗较高等问题。

中国专利cn112250162a公开了一种微生物电解池耦合baf－mbfr的低c/n污水深度脱氮装置和脱氮方法，通过电解使污水中所含碳源被充分提取，并以氢气形式供给反硝化过程，进行氢自养反硝化，无需外加碳源，但是存在设备建造成本高、维护困难等问题。

而为降低成本和维护难度，中国专利cn110589976a公开了一种生态生物一体化污水处理装置及其应用，利用废弃的农作物或植物秸秆作为生物质缓释碳源，持续的为系统提供反硝化有机碳源，但是植物碳源释放不能进行有效控制。

中国专利cn104291445b公开了一种人工湿地脱氮污水处理装置及污水处理方法，将植物碳源异养和硫自养反硝化耦合运用，有效解决了植物碳源释放不能有效控制的问题，但是仍然存在人工湿地自然复氧的好氧和缺氧条件可控性差、占地面积大、脱氮效率较低等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种通风型深度脱氮生物滤池装置及其处理方法，其结构紧凑，使得高效低耗脱氮的同时，具有简单的运维流程、稳定的出水水质和一定的抗冲击能力。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种通风型深度脱氮生物滤池装置，包括腔体，所述腔体内由上至下依次设置有表层基质层、硝化填料层、植物缓释碳源层、反硝化填料层；其中：所述腔体位于所述植物缓释碳源层处的侧壁上设置有开口；所述砂土层内铺设有进水管；所述硝化填料层的下部铺设有通风管；所述反硝化填料层的下部铺设有出水管，所述出水管的出水口的高度高于所述植物缓释碳源层的顶部。

优选地，所述通风型深度脱氮生物滤池装置还包括供氧设备，所述供氧设备与所述通风管连通。

优选地，所述硝化填料层与反硝化填料层填料的体积比为2：1；其中，所述反硝化填料层的厚度为400～1600mm，所述反硝化填料层中包括有以硫源作电子供体的硫自养反硝化和以有机碳源作电子供体的异养反硝化。

优选地，所述所述表层基质层为沙土，厚度为100～400mm，所述沙土由耕作土和粗沙按比例混合而成，所述沙土混合质量比为(0.2～3)：1；所述粗沙的粒径为0.1～6mm。

优选地，所述硝化填料层为陶粒、沸石、瓜子片、粉煤灰中的至少一种，所述硝化填料层的粒径为3～20mm。

优选地，所述植物缓释碳源层为经加热预处理的植物废弃物，包括棕榈、玉米芯、玉米秸秆中的至少一种。

优选地，所述反硝化填料层包括作为电子供体的硫源以及兼具中和碱度作用的无机碳源，其中所述硫源为硫铁矿、磁黄铁矿、硫磺中的至少一种，粒径为1～15mm；所述无机碳源为石灰石、菱镁矿、菱铁矿中的至少一种，粒径为1～15mm；所述硫源与无机碳酸盐的体积比为(1～10)：1。

为了解决上述问题，本发明还提供一种如上述任一项所述的通风型深度脱氮生物滤池装置的处理方法，包括以下步骤：

s1、污水由所述进水管，经表层基质层均匀布水，进入所述生物滤池装置；

s2、进水通过硝化填料层，发生硝化反应，利用带时控开关的供氧设备控制通风/间歇状态，从而控制好氧区的硝化程度和进入缺氧区的溶解氧。好氧污水硝化充分但缺少反硝化所需缺氧环境及碳源，缺氧污水中有充足的碳源和反硝化环境但硝化不充分；

s3、好氧污水和缺氧污水交替进入反硝化填料层进行混合，保障出水氨氮浓度；利用硫源、无机碳源填料进行硫自养反硝化，利用缺氧污水中碳源以及植物废弃物释放的碳源进行异养反硝化，保障出水硝氮浓度，高效低耗完成对污水的强化脱氮。

优选地，所述通风管的通风周期为0.5～8小时。

优选地，所述通风管的通气周期内通风与间歇时间的比例为(0.5～5)：1。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明构建新型池型，上部进水、下部出水、中间通风，通过出水口高度的控制，使整个装置上部形成好氧区、下部形成缺氧区，做到在单级生物滤池中，同时实现硝化反硝化；

2.本发明通过间歇通风，灵活控制好氧区硝化反应的程度和缺氧区进水的溶解氧，协调硝化和反硝化反应，在满足出水污染物浓度要求的条件下，低能耗又高效地利用了污水中原有碳源；

3.本发明采用含硫源的反硝化层填料，作为电子供体发生硫自养反硝化，实现补充碳源的最小化；并添加植物废弃物作为缓释反硝化碳源，实现资源化利用，并简化了运行管理；

4.本发明间歇通风的可调节性和自养、异养反硝化的耦合使得生物滤池具有更强的抗冲击能力和更稳定的出水水质。

附图说明

图1是本发明实施例提供的通风型深度脱氮生物滤池装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的装置不同通风周期的总氮去除效果图；

图3是本发明实施例提供的装置不同通风/间歇时间比例的总氮去除效果图。

附图标记：1、腔体；2、表层基质层；3、硝化填料层；4、植物缓释碳源层；5、反硝化填料层；6、开口；7、进水管；8、通风管；9、出水管。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参见图1，本发明优选实施例提供一种通风型深度脱氮生物滤池装置，包括腔体1，所述腔体1内由上至下依次设置有表层基质层2、硝化填料层3、植物缓释碳源层4、反硝化填料层5；其中：所述腔体1位于所述植物缓释碳源层4处的侧壁上设置有开口6；所述砂土层内铺设有进水管7；所述硝化填料层3的下部铺设有通风管8；所述反硝化填料层5的下部铺设有出水管9，所述出水管9的出水口的高度高于所述植物缓释碳源层4的顶部。

具体的，所述出水管9的出水口的高度略高于植物缓释碳源层4顶部，以保证植物缓释碳源层4浸泡在水中，使释放的碳源被充分利用，控制硝化填料层3为好氧区、反硝化填料层5为缺氧区。所述开口6用于更换植物缓释碳源层4中的植物废弃物。

作为优选方案，所述通风型深度脱氮生物滤池装置还包括供氧设备，所述供氧设备与所述通风管8连通。具体的，通过时控开关控制供氧设备对通风管8的通风周期、周期内通风与间歇时间的比例，以协调硝化和反硝化的程度，保障好氧污水(通风时经过好氧区的污水)与缺氧污水(间歇时经过好氧区的污水)的充分混合，达到组织气流高效低耗脱氮的目的。

作为优选方案，所述硝化填料层3与反硝化填料层5填料的体积比为2：1；其中，所述反硝化填料层5的厚度为400～1600mm，所述反硝化填料层5中包括有以硫源作电子供体的硫自养反硝化和以有机碳源作电子供体的异养反硝化。具体的

作为优选方案，所述所述表层基质层2为沙土，厚度为100～400mm，所述沙土由耕作土和粗沙按比例混合而成，所述沙土混合质量比为(0.2～3)：1；所述粗沙的粒径为0.1～6mm。

作为优选方案，所述硝化填料层3为陶粒、沸石、瓜子片、粉煤灰中的至少一种，所述硝化填料层3的粒径为3～20mm。

作为优选方案，所述植物缓释碳源层4为经加热预处理的植物废弃物，包括棕榈、玉米芯、玉米秸秆中的至少一种。具体的，棕榈、玉米芯、玉米秸秆中的至少一种浸没于水中，持续释放出能被反硝化菌利用的低分子量有机物。在低碳氮比进水条件下，根据进水cod和总氮浓度确定植物缓释碳源层4中的植物废弃物投加量。

作为优选方案，所述反硝化填料层5包括作为电子供体的硫源以及兼具中和碱度作用的无机碳源，其中所述硫源为硫铁矿、磁黄铁矿、硫磺中的至少一种，粒径为1～15mm；所述无机碳源为石灰石、菱镁矿、菱铁矿中的至少一种，粒径为1～15mm；所述硫源与无机碳酸盐的体积比为(1～10)：1。

本发明优选实施例还提供一种如上述任一项所述的通风型深度脱氮生物滤池装置的处理方法，包括以下步骤：

s1、污水由所述进水管7，经表层基质层2均匀布水，进入所述生物滤池装置；

s2、进水通过硝化填料层3，发生硝化反应，利用带时控开关的供氧设备控制通风/间歇状态，从而控制好氧区的硝化程度和进入缺氧区的溶解氧。好氧污水硝化充分但缺少反硝化所需缺氧环境及碳源，缺氧污水中有充足的碳源和反硝化环境但硝化不充分；

s3、好氧污水和缺氧污水交替进入反硝化填料层5进行混合，保障出水氨氮浓度；利用硫源、无机碳源填料进行硫自养反硝化，利用缺氧污水中碳源以及植物废弃物释放的碳源进行异养反硝化，保障出水硝氮浓度，高效低耗完成对污水的强化脱氮。

作为优选方案，所述通风管8的通风周期为0.5～8小时。具体的，通风周期影响滤池的供氧频率，周期越短，污水平均溶解氧越高，好氧区的有机物去除和硝化反应越完全，但易导致缺氧区进水c/n偏低，反硝化反应不充分，出水总氮偏高；但周期长于反硝化填料层5的停留时间时，则相当于部分硝化不充分的缺氧污水未经混合即出水，出水氨氮偏高。

作为优选方案，所述通风管8的通气周期内通风与间歇时间的比例为(0.5～5)：1。具体的，通风比例影响滤池好氧区内处于好氧和缺氧状态时间的比例，比例较高易导致缺氧区进水溶解氧偏高、c/n偏低，反硝化反应不充分，且运行成本更高；比例较低则好氧区供氧不足，影响硝化反应。

进一步的，根据上述方案进行了稳定运行的测试，并探究了不同通风周期和周期内通风与间歇时间的比例对脱氮效果的影响。其中：

参见图2，随通风周期的增加，总氮去除效果呈现先增强后减弱的趋势，当通风周期为6h时，出水总氮最低，为15mg/l左右。这主要是由于缺氧段进水溶解氧随通风周期的增加而降低，反硝化效果增强；但通风周期达到8h时，长于反硝化填料层5的水力停留时间，好氧和缺氧污水未经过充分混合即出水，导致脱氮效果变差。

参见图3，在不同通风周期内通风/间歇时间比例条件下，均取得了优于对照组(连续曝气)的脱氮效果，且同样呈现随比例增加总氮去除效果先增强后减弱的趋势，当比例为3：1时，出水总氮最低，为16mg/l左右。这主要是由于比例低于3：1时，硝化反应受限；高于3：1时，缺氧段进水溶解氧偏高，反硝化反应受限。

因此在通风周期6小时、周期内通风/间歇时间比例3：1(即通风4.5小时、间歇1.5小时循环)的通风条件下，各指标均能达到较好的去除效果，总氮去除率为65.5％，相较于连续曝气提高了18％，实现了对污水的高效低耗强化脱氮。

综上，本发明优选实施例提供一种通风型深度脱氮生物滤池装置及其处理方法，其与现有技术相比：

1.本发明构建新型池型，上部进水、下部出水、中间通风，通过出水口高度的控制，使整个装置上部形成好氧区、下部形成缺氧区，做到在单级生物滤池中，同时实现硝化反硝化；

2.本发明通过间歇通风，灵活控制好氧区硝化反应的程度和缺氧区进水的溶解氧，协调硝化和反硝化反应，在满足出水污染物浓度要求的条件下，低能耗又高效地利用了污水中原有碳源；

3.本发明采用含硫源的反硝化层填料，作为电子供体发生硫自养反硝化，实现补充碳源的最小化；并添加植物废弃物作为缓释反硝化碳源，实现资源化利用，并简化了运行管理；

4.本发明间歇通风的可调节性和自养、异养反硝化的耦合使得生物滤池具有更强的抗冲击能力和更稳定的出水水质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。