CN201990579U - 双层生物-砂滤池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双层生物-砂滤池，在滤池顶部安装进水槽，底部安装出水管，进水槽连接至进水管，其特征在于还包括按BAF运行的上层滤料和按普通快滤池运行的下层滤料，每层滤料下面都设置垫层，上下层滤料之间用滤板隔开，滤板下设有曝气管，曝气管与鼓风机相连接；进水管上连接实时在线监测-前馈控制***。滤池的底部设置反冲洗水泵、反冲洗气泵以及滤头，滤池滤料的顶部设置反冲洗出水管，安装反冲洗出水阀。保证出水中的NH₃-N、TN、TP和SS均持续稳定达到《城市污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。

Description

双层生物-砂滤池

技术领域

本实用新型涉及一种多功能双层生物-砂滤池，属于城市污水深度处理领域。

背景技术

一般而言，引起水体富营养化的主要因素是氮和磷的超标。一般的污水厂采用生物法脱氮除磷后，二级出水中的氮和磷仍然过剩，不能达到《城市污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。因此需要增加深度处理的工艺，进一步降低二级出水中的氮和磷等指标。

曝气生物滤池（BAF）是一种将生物接触氧化机理与深床过滤机理有机结合的新型生物滤池。主要解决二级出水中NH₃-N或硝态氮过高引起的NH₃-N或TN超标等问题。作为一种生物膜三相反应器，BAF集污染物降解、固液分离功能于一体，污水处理过程涉及的机理包括：滤池好氧环境中的硝化作用、生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用、反应器内填料上生长的生物膜中微生物氧化分解作用、填料及生物膜的吸附截留作用，以及沿水流方向形成的食物链分级捕食作用等。

滤料是BAF能否发挥良好处理效果的关键，BAF的滤料一般要求比表面积大，孔隙率高，粒径适宜（3~6mm），机械强度高，化学和生物稳定性好。这样，微生物易吸附于其表面，以快速形成生物膜，且滤料对形成的生物膜能够起到保护作用，使其免受水流的剪切冲刷。研究表明，沸石是一种非常适合于BAF的滤料，它是一族多孔性含水硅（铝）酸盐矿物的总称，结构中有很多空穴和孔道，独特的骨架结构使沸石具有以下性能：（1）吸附性能，天然沸石具有比表面积大（440~1030m³/g）、孔径均匀的特点，当沸石内部的空穴和孔道一旦空缺，就会体现出极强的吸附能力；（2）阳离子交换性能，硅(铝)氧四面体一般带有负电，极易吸附水中的NH₄ ⁺-N等阳离子；（3）催化性能，当某种反应寄附于沸石晶体内部的大孔穴表层上时，其反应速度有所加快；（4）具有良好的化学和生物稳定性。沸石用作BAF滤料时，与生物膜起到协同作用，即：沸石通过离子交换作用吸附水中的NH₄ ⁺-N，其表面的生物膜降解水中的有机污染物和被吸附的NH₄ ⁺-N，使沸石再生，提高反应器的硝化效能，使BAF能够承受较高的NH₃-N冲击负荷。但是由于沸石的分子孔道中存在水分子和杂质，交换和吸附能力有限，且机械强度一般较低，易受到破坏和磨损。因此，在实际使用过程中需要对沸石进行改性。

BAF的脱氮效果较好，但是除磷效果较差。从目前的BAF运行实例看，完全用生物除磷是很难达到排放标准的，通常辅助以化学除磷的方法降低出水TP。

此外，大部分污水厂二沉池出水由于微生物絮体的存在，普遍有SS超标的问题，而生物滤池中的滤料并不能截留污水中的一些较小的悬浮物和微生物絮体，甚至在大部分的情况下，由于生物滤池本身生物膜的脱落，使生物滤池的出水中SS多在10mg/L以上，不能满足排放标准。目前，应用较为广泛的微絮凝-砂滤工艺通过投加絮凝剂，与污水中的磷酸盐形成絮凝体沉淀，通过后续的石英砂过滤将絮凝体截留，可以有效保证出水TP和SS达标。

现有的大多数城市生活污水厂由于市政管网的复杂性，都会有部分工业废水排入，其中的有毒有害物质会对二级处理的微生物***造成不可预见的冲击，且由于季节，操作条件等因素的差异，二级生物处理***的处理效果会产生较大的波动。各类深度处理工艺因其功能单一，很难始终有效地去除不同时期，二级出水中不同的超标污染物（如NH₃-N、TN、TP、SS），因此，现在需要一种具备交互式功能的反应器，能针对性地应用于不同水质。但将改性沸石为滤料的BAF与微絮凝-砂滤池相结合，用来同步去除二级出水中不同超标污染物的工艺还未见报道。

实用新型内容

本实用新型针对污水厂二级生物处理出水水质波动大，单一功能的深度处理装置难以始终有效去除不同超标污染物的问题，提供一种具有实时监测反馈控制功能的双层生物-砂滤池。

为了实现上述的技术问题，本发明是通过以下的技术方案实施的：

双层生物-砂滤池，在滤池顶部安装进水槽，底部安装出水管，进水槽连接至进水管，其特征在于还包括按BAF运行的上层滤料层和按普通快滤池运行的下层滤料层，每层滤料层下面都设置垫层，上下层滤料层之间用滤板隔开，滤板下设有曝气管，曝气管与鼓风机相连接；进水管上连接实时在线监测-前馈控制***。

前述的双层生物-砂滤池，所述的实时在线监测-前馈控制***的包括探头集中箱、NH₃-N在线分析仪、TN在线分析仪、TP在线分析仪以及PLC控制分站，其中NH₃-N在线分析仪、TN在线分析仪、TP在线分析仪并联在探头集中箱与PLC控制分站的输入端，PLC控制分站的输出端采用四种方式输出，其中一种是经进水泵连接至进水管；另一种是经加药泵、絮凝剂溶解池连接至进水管；再一种是直接连接至进水电磁阀，最后一种是经鼓风机连接至曝气管。

前述的双层生物-砂滤池，其特征在于在所述的滤池的底部设置反冲洗水泵、反冲洗气泵以及滤头，滤池滤料的顶部设置反冲洗出水管，安装反冲洗出水阀。

前述的双层生物-砂滤池，其特征在于所述的上层滤料层的材质是改性沸石滤料，下层滤料层材质是石英砂滤料，所述的垫层材质是卵石。

本实用新型的特点是反应***的综合性和灵活性。

本实用新型可以根据不同污水厂二级出水的水质情况调节运行工况，使同一滤池在不同时期分别拥有强化硝化、强化反硝化、强化除磷或者同时脱氮除磷的作用，使出水中的NH₃-N，TN，TP和SS同时、持续达到《城市污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准，是一种灵活多变的，可适应各种水质的城市污水深度处理装置。

附图说明

图1为双层生物-砂滤池示意图。

图1中，1-改性沸石滤料，2-石英砂滤料，3-卵石垫层，4-预制滤板，5-进水槽，6-进水泵，7-出水管，8-进水电磁阀，9-加药泵，10-絮凝剂溶解池，11-鼓风机，12-曝气管和曝气头，13-反冲洗水泵，14-反冲洗气泵，15-长柄滤头，16-反冲洗出水管，17-反冲洗出水管，18-反冲洗出水阀，19-反冲洗出水阀，20-探头集中箱，21-NH₃-N在线分析仪，22-TN在线分析仪，23-TP在线分析仪，24-PLC控制分站。

图中实线表示水线，虚线表示实时在线监测-前馈控制***的电线。

具体实施方式

以下内容将结合附图对本实用新型做进一步的具体描述：

双层生物-砂滤池，包括改性沸石滤料1（沸石为购自北京康文昌盛商贸有限责任公司的天然斜发沸石，经实验室改性获得。）和石英砂滤料2（购自河南省巩义市科源净水材料厂，规格为4~8mm。）双层滤料，其中改性沸石滤料1为上层滤料，按BAF运行，用于去除有机物，硝化/反硝化脱氮；石英砂滤料2为下层滤料，按普通快滤池运行，用于去除上层BAF因生物膜脱落而游离在水中的微生物絮体。每层滤料下都设置有卵石垫层3，防治滤料流失，两层滤料之间用预制滤板4隔开，避免了运行和反冲洗过程中两层滤料发生错位现象，预制滤板4下设有曝气管和曝气头12，与鼓风机11相连接，用于对上层BAF进行供氧。上层改性沸石滤料1的污水上进下出，进水通过进水泵6流入进水槽5，溢流配水至上层滤料，出水管7位于滤池底部。加药泵9将絮凝剂溶解池10的铝盐无机絮凝剂投加到进水管中，通过管道混合作用与进水中的磷酸盐形成微絮凝体。

改性沸石滤料1的制备参考肖文浚《改性微孔沸石的制备及其去除微污染水源水中氨氮的研究》中的改性方法，将天然斜发沸石经破碎、粉磨、筛分、NaCl盐溶液活化、沸石球成型、烧结固化等工序制成改性微孔球形滤料，改性后的沸石滤料粒径适宜（3~6mm），粒径分布范围窄，机械强度大大提高，对NH₃-N、COD的去除效果有所改善。

实时在线监测-前馈控制***的NH₃-N、TN、TP探头设置进水管上的探头集中箱20内，NH₃-N在线分析仪21、TN在线分析仪22、TP在线分析仪23将进水的水质数据传输给PLC控制分站24，后者根据计算机事先设定的基于进水水质的前馈控制程序发出指令，来调节进水泵6的流量、电磁阀8的开度，加药泵9的流量，鼓风机11的供气量等参数，获得不同的运行工况，以实现有针对性地去除不同污染物的目的。同时PLC控制分站24可以通过工业以太网与整个污水厂的自控***相联系，实现中央控制层对双层生物-砂滤池的监测和人工控制。

本实用新型中，反冲洗时，反冲洗水、气下进上出，反冲洗水由反冲洗水泵13提供，反冲洗气由反冲洗气泵14提供。反冲洗水和气从石英砂滤料下部敷设的长柄滤头15进入，反冲洗方式采用脉冲式气冲-水冲相结合的方式，即始终水漂，间歇性进行一定强度的气冲，使滤层始终处于变速膨胀状态，增大剪切、碰撞作用，上层改性沸石的反冲洗周期是下层石英砂的反冲洗周期的整数倍，在装置的每层滤料上部分别设反冲洗出水管16和反冲洗出水管17，用于不同滤料反冲洗水、气的排除。

实施方式1

当实时在线监测仪表显示二级出水NH₃-N>5mg/L时，PLC控制分站24根据前馈控制程序调节进水泵6和进水电磁阀8，使进水NH₃-N负荷保持在3kgNH₃-N/(m³·d)以下，此时污水依次通过上、下层滤料。PLC控制分站24联动调节鼓风机11，增大曝气量，提高上层改性沸石滤料1的溶解氧，使气水比维持在1:1~3:1，以保持滤池的好氧环境，增强硝化细菌的活性，使出水中的NH₃-N达标。同时，上层滤料出水进入下层石英砂滤料2，截留脱落的生物膜絮体，保证最终出水的SS达标。

实施方式2

当实时在线监测仪表显示二级出水TN>15mg/L时，PLC控制分站24根据前馈控制程序调节进水泵6和进水电磁阀8，使进水TN负荷保持在7kgNO₃ ^--N/(m³·d)以下，此时污水依次通过上、下层滤料。PLC控制分站24联动调节鼓风机11，减小曝气量，降低上层改性沸石滤料1的溶解氧，使气水比维持在1:1以下，以保持滤池缺氧环境，提高反硝化细菌的活性，使出水中的TN达标。同样地，上层滤料出水进入下层石英砂滤料2，保证最终出水的SS达标。

实施方式3

当实时在线监测仪表显示二级出水TP>0.5mg/L时，PLC控制分站24根据前馈控制程序调节进水泵6和进水电磁阀8，使进水依次通过上、下层滤料，PLC控制分站24联动调节鼓风机11，只对上层改性沸石滤料进行少量曝气，维持滤料表面微生物的活性。PLC控制分站24同时自动启动加药泵9，加入适量的絮凝剂，絮凝剂与污水中的正磷酸盐通过管道混合作用，产生絮凝体，进入装置内，利用石英砂滤料的沉淀截留作用，保证最终出水的SS和TP达标。

实施方式4

当实时在线监测仪表显示二级出水NH₃-N>5mg/L且TP>0.5mg/L时，PLC控制分站根据前馈控制程序调节进水泵6和进水电磁阀8，使进水NH₃-N负荷保持在3kgNH₃-N/(m³·d)以下，此时污水依次通过上、下层滤料。PLC控制分站24联动调节鼓风机11，使气水比维持在1:1~3:1，强化BAF的硝化作用，使NH₃-N达标；PLC控制分站24同时启动加药泵9，使絮凝体与水中的磷酸盐形成絮体，发挥下层滤料的微絮凝-砂滤作用，使出水TP和SS也同时达标。

实施方式5

当实时在线监测仪表显示二级出水TN>15mg/L且TP>0.5mg/L时，PLC控制分站24根据前馈控制程序调节进水泵6和进水电磁阀8，使进水NH₃-N负荷保持在7kgNO₃ ^--N/(m³·d)以下，此时污水依次通过上、下层滤料。PLC控制分站24联动调节鼓风机11，使气水比维持在1:1以下，强化BAF的反硝化作用，使出水TN达标；PLC控制分站24同时启动加药泵9，通过化学除磷和砂滤作用，使出水TP和SS也同时达标。

反冲洗方式：

此多功能双层生物-砂滤池的反冲洗方式采用脉冲式气冲-水冲相结合的方式，即始终水漂，间歇性进行一定强度的气冲。反冲洗水的强度为4~5L/(m²·s)，反冲洗气的强度为10~12L/(m²·s)。反冲洗的进气和进水都是采用由下向上的方式，由滤池底部敷设的长柄滤头15进入滤池中，反冲洗时间5~10min。石英砂滤料2的反冲洗频率高于改性沸石滤料1的反冲洗频率，并保持上层改性沸石滤料1的反冲洗周期（48~96h）是下层石英砂滤料2的周期（24~48h）的整数倍。

多功能双层生物-砂滤池的反冲洗过程可以实现两种工况：若只需对下层石英砂滤料进行反冲洗，则开启中间反冲洗排水管上的阀门19，关闭顶部反冲洗排水管上的阀门18，使反冲洗气和水由中间的反冲洗排水管17直接排出，不经过上层滤料；若上层生物滤料也达到了相应的反冲洗周期，则关闭中间的反冲洗排水管上的阀门19，开启顶部反冲洗排水管上的阀门18，使反冲洗气和水依次流过下、上层滤料，排气和出水都由上层的反冲洗排水管16排出。

上述具体实施方式不以任何形式限制本实用新型的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.双层生物-砂滤池，在滤池顶部安装进水槽，底部安装出水管，进水槽连接进水管，其特征在于滤池内填充按BAF运行的上层滤料层和按普通快滤池运行的下层滤料层，每层滤料层下面都设置垫层，上下层滤料之间用滤板隔开，滤板下设有曝气管，曝气管与鼓风机相连接；进水管上连接实时在线监测-前馈控制***。

2.根据权利要求1所述的双层生物-砂滤池，其特征在于所述的实时在线监测-前馈控制***包括探头集中箱、NH₃-N在线分析仪、TN在线分析仪、TP在线分析仪以及PLC控制分站，其中NH₃-N在线分析仪、TN在线分析仪、TP在线分析仪并联在探头集中箱与PLC控制分站的输入端，PLC控制分站的输出端采用四条途径输出，其中一条是经进水泵连接至进水管；另一条是经加药泵、絮凝剂溶解池连接至进水管；再一条是直接连接至进水电磁阀，最后一条是经鼓风机连接至曝气管。

3.根据权利要求1所述的双层生物-砂滤池，其特征在于在所述的滤池的底部设置反冲洗水泵、反冲洗气泵以及滤头，滤池滤料的顶部设置反冲洗出水管，安装反冲洗出水阀。

4.根据权利要求1所述的双层生物-砂滤池，其特征在于所述的上层滤料层的材质是改性沸石滤料，下层滤料层材质是石英砂滤料，所述的垫层材质是卵石。

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