一种曝气生物滤床及其污水深化处理的方法

摘要

本发明公开了一种曝气生物滤床及其污水深化处理的方法，该曝气生物滤床的布水设施包括上下两块布水板，上布水板和下布水板采用多孔板并固定，填料为纤维填料。这一结构解决堵塞问题，不会卡板或旋转，不发生故障或运行不稳定，不需维护。曝气生物滤床深度净化水体中污染物的方法，先将纤维填料制成2～10米高，进行微生物挂膜，启动曝气生物滤床，调节气水比，将生化废水通过曝气生物滤床，经布水设施依次进入下布水板，下多孔板，与填料反应，再通过上多孔板进入出水设施，排出；反冲洗。采用此设备对污水深化处理的方法，处理负荷高、效率高，出水水质稳定，出水悬浮物少，节省面积，可与多种工艺组合，操作控制、运行方便、简单，接种快。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体涉及的是一种水体中污染物的深度生物处理净化设备，本发明还涉及水体污染物的深度生物处理净化方法。

背景技术

污水的深度处理在城市和工业污水回用处理中扮演着非常重要的角色。在传统的生物处理法之后，深度处理用于去除额外的污染物、特殊金属以及其他有害成分。现在已有的深度处理方法包括介质过滤、吸附、膜技术、高级氧化和消毒等物化或生化方法，但具有投资大、占地面积大、运行成本高等问题，限制其应用和发展。

常用的生化污水深度处理方法有高级氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法、光化学催化氧化法、臭氧法。臭氧是具有极强的氧化性，对许多有机物或官能团发生反应，能有效地改善水质，还能降低出水浊度，起到良好的絮凝作用，提高过滤滤速或者延长过滤周期。但是，由于国内的臭氧发生技术和工艺比较落后，所以运行费用过高，推广有难度。处理低浓度废水时，由于底物浓度较低，生化法存在投资高、效果不好、出水水质波动、运行维护复杂等问题。

物化的方法如活性炭吸附法加药量大、运行成本高，并且污泥量较大、易出现二次污染。采用膜法处理可以克服污泥量较大、二次污染等问题，但投资大、运行费用高、操作难控制。

膜生物反应器(MBR)和生物膜曝气滤池(BAF)是近年较为常用的污水深度处理新技术。MBR技术出水稳定，水质良好，但运行操作复杂、维护不方便、投资极高。

MBR在进水为污水厂细格栅后水，出水效果能达到一级A标准。同样达到一级A出水MBR比常规工艺总投资高20％-30％，出水效果好而且稳定，占地面积小30％以上。但是膜组件的更换成本高，尤其水量越大，膜组件的投资占总投资的比重也越大。设备后期运行维护劳动强度大，清洗时需要人工劳动，比较麻烦，主要问题在于膜受到污染，需要进行更换。

传统的BAF工艺对进水水质要求高，如水中有纤维状物质而且反洗污泥产量大，操作运行较为麻烦，启动较为复杂，见效慢等特点。国内外大量的研究表明，固定床吸附是一种高效的污染物净化技术，但文献检索表明，还没有采用改性纤维固定床生物技术对污水进行生化净化的方法。

发明内容

1、要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种曝气纤维生物滤床，为污水深度处理、中低浓度污水处理找到一种投资小、效果好、占地小、运行动力小(阻力小)、运行方式灵活、启动快的一种处理设备、工艺和方法。

本发明进一步的发明目的在于解决现有生物膜曝气滤池(BAF)堵塞问题和维修维护问题，使得本设备调试运行简便。

此外还提供一种使用曝气纤维生物滤床深化处理污水的方法，操作运行简单。

2、技术方案

一种曝气生物滤床，由下而上依次包括布气设施、布水设施、填料固定设施、填料、出水设施，布水设施包括上下两块布水板，上布水板和下布水板采用特殊的经计算核实的、试验验证的专用多孔板并固定，所述的填料是纤维填料。

本发明通过纤维填料及其配套的布水、布气设施以及上下多孔板，实现本发明目的的，是一种曝气纤维生物滤床(FBAF)，该生物滤床的多孔板是运用水力学等知识结合进水经设计计算加工而成，同时具有布水、布气、防堵塞功能。

所述的布气设施设置有穿孔微孔曝气器。

所述的纤维填料包括改性纤维填料。

所述的改性纤维填料包括亲水性改性填料，膨化性改性填料、吸附性改性填料和酶促性改性填料。

FBAF曝气设备无须检修和维护：设备无须单孔曝气器，其专有的微孔曝气设备使用寿命长，可达20～30年之久，终生免维护，不存在曝气器的堵塞和维护问题。

一种曝气纤维生物滤床深度净化水体中污染物的方法，步骤为

(A)将纤维填料制成2～10米高；

(B)进行微生物挂膜；

(C)启动曝气生物滤床，调节气水比，水气在设备内部经过填料和布气布水设施；

将需处理的生化废水通过曝气生物滤床，经布水设施依次进入下布水板，下多孔板，与填料反应，再通过上多孔板进入出水设施，排出。

(D)反冲洗。

FBAF操作控制简单：设备由于创造性地采用纤维填料，其控制十分简单，只要设计、制造得到保证，调试时只需要给气进水简单控制气水比就可挂膜调试、运行，基本不需要其他的复杂控制，简单的人工设置即可完成，如果系统采用自动控制，只需采用1～2个自动阀门即可实现，无需传统BAF的控制那么复杂：采用7～8个自动阀门控制且需要经常反洗，一旦进水中悬浮物较高设备很容易堵塞并须加大反洗频率，而FBAF只需简单开机、调试即可，无须维护。

FBAF设备在启动时需要引入菌种或者另外用来水自然驯化，接种一般在3～5天内(水温10度以上时)即可达到50％处理效果，最后根据设计要求达到60～90％的去除率。这种菌种根据原水类型可以接种类似处理厂的菌种或者采用自然挂膜的办法、自然驯化。

大量微生物是在浮动填料上，此微生物是FBAF设备在启动时引入的菌种，该菌种可以自然驯化也可以特殊接种驯化。

设备出水可以根据处理要求，一部分回流，使得设备操作更加灵活，更有弹性。

该设备可以根据实际需要按不同的运行方式运行，可以根据现场实际情况对设备采用不同的运行方式：单级处理或多级串联处理的连续式和间歇式，此两种方式又分为回流和不回流两种方式，对于负荷较低的可以不用回流，对于投资要求低、进水悬浮物含量高或者波动大的采用间歇式，负荷低易降解的水质选用未改性的HH-FB纤维填料，负荷高难降解的水质选用改性的HH-FBM改性纤维填料，水温度低、营养差、盐分高时，填料负荷选择要低一些，填料高度要高一些，难降解时、水质波动大时可以选择间歇式运行，如此根据水质类型、污染负荷、水温以及营养物的成分、盐分以及运行方式确定填料类型、装填高度和设备内部结构和相关其他工艺参数：布水、布气等结构和型式，这样确保投资的最佳化和处理效果的最优化。

该设备可以加入其他填料如悬浮填料、沸石、活性炭等，进一步提高处理生化处理效果。如果对氨氮去除有较高的要求如原水中氨氮较高，可以加入沸石填料；如果原水不易降解或者接种困难，可以加入大颗粒活性炭，加快接种驯化并提高处理效率和效果；如果对氧气利用率要求高，可以投加悬浮填料或增加填料厚度，提高处理效果和氧气利用率。

3、有益效果

本发明的曝气生物滤床，这一结构彻底解决进水水质不好时带来的堵塞问题，如此运行时不会有卡板或者旋转，设备中可移动的部件少，不会发生故障或运行不稳定而影响出水，因而安装调试完后基本不需要维护。这是其优于传统的BAF设备的最根本的地方，传统的BAF设备不管采用陶粒还是其他什么填料，其维护和调试都相对比较复杂。

采用此设备对污水深化处理的方法，优点为：

(1)处理负荷高、效率高，出水水质稳定：污泥负荷：4～20kg GOD/(m³.d)，去除率在50～90％。

(2)出水悬浮物少，可取代传统二沉池，节省占地面积：出水悬浮物SS＜20mg/L。

(3)工艺灵活，可与多种工艺组合：前段可与其他任何生化工艺相衔接，后面可续接本工艺或MBR、UF等深度处理工艺。

(4)操作控制、运行方便、简单：本工艺接种快、生活污水处理一般自然接种10-20天左右。

附图说明

图1为本发明的曝气纤维滤床

其中，1-布气设施；2-布水设施；3-下多孔板；4-FBAF填料；5-上多孔板；6-反洗水收集设施；7-出水收集设施。

具体实施方式

如图1所示，一种曝气生物滤床，由下而上依次包括布气设施1、布水设施2、填料固定设施、填料4、反洗出水设施6、出水设施7，所述的布水设施包括上下两块布水板，上布水板和下布水板采用多孔板3，5并固定，所述的填料4是纤维填料。

纤维填料及其改性填料巨大的比表面积，为微生物的附着和生长提供了良好的生长条件，而独特的结构——上下多孔板使得滤床实现变体积运行，依据水利负荷自动变体积、变污泥浓度运行，同时纤维填料也实现了对水中的悬浮物质拦截，多孔板结构和填料实现了对纤维状物质的拦截，确保出水各项指标达标，尤其是悬浮物，无需再经深度处理即可简单回用、达到杂用水水质标准。上下多孔板同时实现对污水处理中的配水进行二次、三次配水，防止水力不均或者负荷不均匀等现象的发生，确保处理效果。

布气设施1设置有穿孔微孔曝气器。本发明采用一种独特的穿孔曝气方式，确保处理效果同时又避免了曝气管堵塞或者污泥进入管道的可能。由于本工艺中对曝气要求孔径不能太小也不能太大，太小不能对填料进行扰动和造成紊流，增加气体的运动轨迹，太大的话又浪费能源，我们通过实验摸索出发明了这种多层的曝气管，达到既扰动又能高效传质的目的，同时也利用了上下多孔板、纤维填料对气泡进行切割，提高了氧气的利用效率，达到节能的目的。与此同时也对填料4上的老化膜进行剥离，最终通过反洗将其排出本系统。穿孔曝气器不同于传统的穿孔管，也是通过计算并结合水质本无其他移动的、传动的机械件，加之流道十分宽敞，因此一般不存在堵塞和维修维护。

填料采用未改性纤维填料(HH-FB)和改进行调整、加工而成的设施，该设施结实、耐用，不易损坏，防堵等功能。由于该结构中基性填料两种，改性材料是通过现有材料改性而成的，这种改性材料是通过物理和化学方法、电化学方法进行物理、化学改性的填料，是经过多次试验和现场试验改进的产品，为创新产品。改性纤维填料有亲水性改性填料(HH-FBMH)、膨化性改性填料(HH-FBMP)、吸附性改性填料(HH-FBMA)和酶促性改性填料(HH-FBME)，当进水COD在300～500mg/L范围，可采用改性填料，填料长度为4～6m；当进水COD在100～300mg/L范围，可采用改性填料，填料长度为2～4m；当进水COD在50～100mg/L范围，可采用未改性填料和改性填料，填料长度为1～3m。

改性纤维填料通过现有材料通过改性实现的。填料比表面积为80000m²/m³，实际装填后可达15000～35000m²/m³，填料可通过FBAF床设备根据需要制成的3～10米高设备、反应器，满足不同水质和工艺要求。FBAF床是根据水质和处理量、以及出水效果进行专门计算、选取不同的FBAF填料制成的工艺设备。具体取决于进水水质、运行水温、原水类型，一般来讲，进水浓度越高、出水水质要求越高，填料厚度越高，设备运行流速越低，反之则填料厚度越低、运行流速越高。填料厚度可在1～6m范围内选择，设备高度在3～10m，流速在1～6m/h范围内选择。

一种使用曝气纤维生物滤床深度净化水体中污染物的方法，步骤为

(A)将填料制成2～10米高；

(B)将需处理的生化废水通过曝气纤维生物滤床设备，在设备底部经布水系统进入系统，水汽在设备内部经过填料和布气布水设施；

(C)反冲洗。

以下通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

某水产加工废水，处理水量为120t/d，采用如下工艺：

原水水质为：COD≤2000mg/L，BOD≤800mg/L，SS≤350mg/L，TN≤60mg/L，TP≤8mg/L油类物质：80mg/L

FBAF进水水质为COD≤300mg/L，BOD≤80mg/L，NH₃≤20mg/L，SS≤200mg/L，出水要求COD≤100mg/L BOD≤30mg/L SS≤70mg/L TN≤20mg/L，FBAF设备采用改性HH-FBMP填料，具有巨大的比表面积，能达80000m²/m³，改性后微生物极易附着、生长，能有效地去除的COD、NH₄⁺-N.该设备运行时需要曝气。通过本设备后有效去除余下的COD、NH₄⁺-N。设备直径1.2米，高4.5米，填料厚度1.8米。设备采用高分子材料防腐。设计池容负荷20kg COD/m³.d，去除率70％。曝气量0.37m³/min。

进水量通过回流量调节，并调节气水比为4∶1，回流量可以先大后小，由100％逐步下降最后到50％，最后根据工艺要求和实际出水要求进行调试确定比例。这里采用原水进水自然挂膜，IAT出水进入蓄水池后由水泵提升进入FBAF底部进水，由布水器分布与曝气器的空气混合后通过下多孔板，经下多孔板再次分布后与FBAF中的填料上、水中的微生物多次完成交换传质、反应，将水中的有机物和养料、氧气等传递给微生物，同时纤维填料将水中的悬浮物进行拦截，再通过上部多孔板配水后经集水区后进入出水收集装置，由设备顶部排出。FBAF实际进水水质COD≤500mg/L，BOD≤300mg/L，NH₃≤20mg/L，SS≤500mg/L，采用IAT出水中的微生物自然挂膜(DAT、IAT池中微生物均为食品厂活性污泥接种)，回流量为50％，调试7天后出水为COD≤90mg/L，BOD≤30mg/L，SS≤8mg/L，NH₃≤10mg/L，TN≤20mg/L。挂膜完成后运行1天检测出水为COD≤40mg/L，BOD≤8mg/L，SS≤8mg/L，NH₃≤1mg/L，TN≤15mg/L。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》中一级A排放标准，到达污水处理资源化的目的和要求，远远超过要求的《污水综合排放标准GB8978-98》中一级排放标准要求。设备原定每3天反洗一次，反洗气量加大3倍，水量加大一倍，反洗出水进入IAT池，实际运行15天反洗一次。

实施例2

某水产废水，生化池出水直接进入本设备，FBAF设备采用我们改性HH-FBMP填料，厚度为3米，日处理量200t/d，调节气水比为6∶1，无回流，自然挂膜期间(系统启动后第3天)进水COD450mg/l，循环处理两个周期后，出水检测COD 97mg/L，悬浮物：8mg/L，运行一周后出水达到COD37mg/L，悬浮物：8mg/L，出水完全达到《污水综合排放标准GB8978-98》中一级排放标准，出水悬浮物达到回用标准，并达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》中一级A排放标准，到达污水处理资源化的目的和要求。无一次反洗。设定设备每3天反洗一次，反洗气量加大3倍，水量加大一倍，反洗出水进入IAT池。

实施例3

某油漆废水，生化池出水直接进入本设备，日处理量2t/d，调节气水比为10∶1，回流量可以先大后小，由100％逐步下降最后到50％，FBAF设备采用我们改性HH-FBMPHEA填料，填料厚度5米，调试完毕启动，运行10日后，进水COD860mg/l，处理后出水COD95mg/L，悬浮物＜10mg/L，达到《污水综合排放标准GB8978-98》中一级排放标准，出水悬浮物达到回用标准。无一次反洗。原定设备每2天反洗一次，反洗气量加大3倍，水量加大一倍，反洗出水进入前段生化池。

实施例4

某中药废水，由于进水水质COD由650mg/L上升到1500mg/L，导致生化出水COD上升到490mg/L，现改造在生化池出水增设FBAF，生化池出水直接进入本设备，FBAF设备采用我们改性HH-FBMPHA填料，填料厚度9米，日处理量100t/d，调节气水比为5∶1，无回流，调试完毕启动，20天后FBAF出水COD 86mg/L，悬浮物＜10mg/L。原设计达到GB8978-98中二级排放标准，实际达到一级排放标准，出水悬浮物达到回用标准。设备原定每3天反洗一次，反洗气量加大3倍，水量加大一倍，反洗出水进入前段生化池。实际运行时15天无一次反洗。

实施例5

某乳品废水，生化池出水直接进入本设备底部进水，FBAF设备采用我们改性填料HH-FBMPH填料，填料厚度9.5米，日处理量250t/d，调节气水比为6∶1，无回流，调试完毕启动，15天后，FBAF进水COD 520mg/L，处理出水COD 35mg/L，悬浮物5-9mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》中一级A排放标准及《城市污水再生利用工业用水水质GB/T 19923-2005》、杂用水回用标准，出水悬浮物达到回用标准。设备原定每3天反洗一次，反洗气量加大3倍，水量加大一倍，反洗出水进入前段生化池。实际运行时10天一次反洗。