一种高效自养-异养耦合反硝化深床滤池及其方法

摘要

本发明公开了一种高效自养‑异养耦合反硝化深床滤池，涉及深床滤池技术领域，包括异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池，污水顺次通过异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池；异养反硝化深床滤池内填充有石英砂滤料层，自养反硝化深床滤池内填充有含高效自养反硝化脱氮菌剂的自养反硝化滤料层；异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池的底部均连接有供气a管和反冲洗管件；异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池位于填料区分别设有内埋式的注入装置。本发明还提出了一种高效自养‑异养耦合反硝化深床滤池对污水的处理方法，本发明实现高效、低能耗地深度去除污水中的总氮，值得推广。

说明书

技术领域

本发明属于深床滤池技术领域，具体涉及一种高效自养-异养耦合反硝化深床滤池及其处理方法。

背景技术

水体富营养化是地表水污染问题中较为突出且对人类的生产生活造成严重影响的现象，不仅降低了水体的观赏价值，还会危害人类和生物的生存，增加污水处理成本。水体中元素氮增加是导致富营养化的根本原因之一，而自然界中各种形式的氮都可以转化成硝酸盐氮的形式存在。随着国家及地方各级政府对污水处理厂二级出水水质标准提标改造要求的不断推进，如何高效脱氮是各级政府部门关注的焦点，也是水环境治理的难点。

反硝化深床滤池作为一种新型污水处理技术，已成为市政污水深度脱氮处理领域研究和应用的热点。目前世界上运行的大部分反硝化深床滤池中进行的反硝化反应是由一群异养型微生物完成的生物化学过程。其在处理水中碳源充足的情况下可以达到较高的反硝化效率；但在处理低C/N比污水时，需要另外投加有机碳源才能完成反硝化过程，加碳源的量无法得到有效控制。

而自养反硝化反应则可以利用氢、单质硫、硫化物、铁或铁离子等还原性物质作为电子供体进行反硝化，无需外加有机碳源，剩余污泥排放量小，大大减少了系统运行成本。由于氢气在水中的溶解度比较低，从而导致其利用效率低，并且氢气为易燃易爆物，运输储存也不方便，生产成本较高，其实际应用受到很大限制；铁滤料与氧气接触形成铁锈而造成填料堵塞，严重影响处理效果。相比之下，硫自养反硝化工艺由于反硝化效率高、滤料价格便宜、原材料易于获取、工况运行稳定，在运输和使用等方面更加安全和便利而成为研究的热点。但自养反硝化菌体生长繁殖缓慢、脱氮速率慢、还会产生硫酸盐二次污染及导致出水pH降低需要外加碱度。因此针对现有的异养反硝化深床滤池技术与自养反硝化深床滤池技术在实际处理过程中存在的不足，为了解决现有技术的不足，设计出高效自养-异养耦合反硝化深床滤池技术，是目前非常具有前景的一项技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有的异养反硝化深床滤池技术与自养反硝化深床滤池技术在实际处理过程中存在的不足，而提供一种高效自养-异养耦合反硝化深床滤池及其处理方法，设计出高效自养-异养耦合反硝化深床滤池技术，开发高效自养-异养耦合运行反应器，实现高效、低能耗地深度去除污水中的总氮。

本发明提供了如下的技术方案：一种高效自养-异养耦合反硝化深床滤池，包括异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池，污水顺次通过所述异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池，所述异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池的顶部两侧均分别设有进水渠和反洗排水渠，所述异养反硝化深床滤池的底部出水通过输送管件连接至自养反硝化深床滤池的进水渠，所述输送管件上设有中间水池和中间水泵，所述自养反硝化深床滤池的底部连接有出水池；

所述异养反硝化深床滤池内填充有石英砂滤料层，所述自养反硝化深床滤池内填充有含高效自养反硝化脱氮菌剂的自养反硝化滤料层；

所述石英砂滤料层和自养反硝化滤料层的下方依次设有承托层和布水布气滤砖，所述布水布气滤砖的下方预留间隙；

所述异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池的底部均分别连接有供气a管和反冲洗管件，所述反冲洗管件连接至所述出水池，所述反冲洗管件设置有反冲洗水泵，所述供气a管连接至罗茨风机的供风端上；

所述异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池位于填料区分别设有内埋式的注入装置，所述注入装置通过供气b管连接至所述罗茨风机的供风端上；

所述异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池上还设有添加箱，所述添加箱通过计量泵连接连接至注入装置。

进一步的，所述异养反硝化深床滤池和石英砂滤料层与两侧的进水渠、反洗排水渠之间均设有带滤网结构的溢流口。

进一步的，所述注入装置由多个注入单元组成，多个注入单元沿异养反硝化深床滤池和自养反硝化深床滤池的池高呈直瀑式排布，每个注入单元包括固定管和多个埋入管，所述固定管接至供气b管和我添加箱，所述埋入管阵列设置在固定管上，并与固定管相连通，所述埋入管的两侧以及底部沿其长度方向均布有多个注入孔。

进一步的，所述异养反硝化深床滤池的添加箱内设有碳源，所述自养反硝化深床滤池的添加箱内设有高效自养反硝化脱氮菌剂，所述高效自养反硝化脱氮菌剂为脱氮硫杆菌。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的高效自养-异养耦合反硝化深床滤池，具有如下有益效果：采用本发明的高效自养-异养耦合反硝化深床滤池，将异养反硝化深床滤池与自养反硝化深床滤池相结合，污水顺次通过上述两个不同的反硝化系统，以达到强化反硝化脱氮的目的，异养反硝化深床滤池降低溶解氧，确保了自养反硝化很快达到缺氧条件，同时为自养反硝化深床滤池提供无机碳源，硫自养反硝化在反应过程中消耗碱度致使pH降低，而异养反硝化则在反应过程中产生碱度，从而可以弥补自养对碱度的消耗，保持系统的酸碱平衡。

本发明还提供了一种高效自养-异养耦合反硝化深床滤池对污水的处理方法，具体包括如下步骤：

步骤1、污水异养反硝化，污水首先通过异养反硝化深床滤池侧部的进水渠进入异养反硝化深床滤池，同时在石英砂滤料层中通过添加箱投入碳源，污水采用向下流方式依次流经滤石英砂滤料层、承托层、布水布气滤砖，最终从异养反硝化深床滤池的底部流出；

步骤2、污水自养反硝化，异养反硝化深床滤池出水自流到中间水池中，通过中间水泵提升到自养反硝化深床滤池侧部的进水渠中，然后通过溢流口流入自养反硝化深床滤池内，同时在自养反硝化滤料层中通过添加箱接种自养反硝化脱氮菌剂，污水采用向下流方式依次流经自养反硝化滤料层、承托层、布水布气滤砖，最终从自养反硝化深床滤池的底部流出，并自流到出水池中；

步骤3、深床滤池反冲洗，启动罗茨风机和反冲洗水泵利用气、水协同进行反冲洗，反洗后的污水流入反洗排水渠中。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的高效自养-异养耦合反硝化深床滤池对污水的处理方法，具有如下有益效果：

一、采用本发明的处理方法，通过特殊驯化的自养反硝化菌种，脱氮效率高、耐受低温。高达99％的总氮去除率，可用于极限深度脱氮处理。

二、采用本发明的处理方法，可节省运行成本，同时也避免了过量的外加碳源造成的二次污染和相对应的处理成本的升高。另外，因为生物膜增长较为缓慢，因此出水中的微生物量比较少，给后续处理带来了方便。

三、采用本发明的处理方法，运行维护简单，无需pH调节系统。自养反硝化滤池反洗周期10-30d，异养反硝化滤池反洗周期3-7d。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中关于异养反硝化深床滤池的内部剖视结构示意图(含石英砂滤料层)；

图3是本发明中关于自养反硝化深床滤池的内部剖视结构示意图(含自养反硝化滤料层)；

图4是本发明中关于异养反硝化深床滤池或自养反硝化深床滤池的内部结构示意图(不含滤料区)；

图5是本发明中关于注入装置的局部结构示意图。

图中标记为：异养反硝化深床滤池1、石英砂滤料层11、添加箱12、计量泵120、进水渠13、反洗排水渠14、观察台15、输送管件16、反冲洗管件17、供气管件18、供气a管19、供气b管20、自养反硝化深床滤池2、自养反硝化滤料层21、溢流口22、承托层3、布水布气滤砖4、罗茨风机5、注入装置6、固定管61、埋入管62、内网63、注入孔64、翼子板65、垫片66、中间水池7、出水池8、中间水泵9、反冲洗水泵10。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“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发明中的具体含义。

现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

参见图1、2，一种高效自养-异养耦合反硝化深床滤池，包括异养反硝化深床滤池1和自养反硝化深床滤池2，污水顺次通过异养反硝化深床滤池1和自养反硝化深床滤池2，异养反硝化深床滤池1和自养反硝化深床滤池2的顶部两侧均分别设有进水渠13和反洗排水渠14，异养反硝化深床滤池1和石英砂滤料层 11与两侧的进水渠13、反洗排水渠14之间均设有带滤网结构的溢流口22，进水渠13和反洗排水渠14的外围设有带扶梯的观察台15，操作人员可通过观察台15对异养反硝化深床滤池1和自养反硝化深床滤池2进行日常维护。

参见图1，异养反硝化深床滤池1的底部出水通过输送管件16连接至自养反硝化深床滤池2的进水渠13，输送管件16上设有中间水池7和中间水泵9，自养反硝化深床滤池2的底部连接有出水池8。异养反硝化深床滤池1内填充有石英砂滤料层11，自养反硝化深床滤池2内填充有含高效自养反硝化脱氮菌剂的自养反硝化滤料层21。通过将异养反硝化深床滤池1与自养反硝化深床滤池2 相结合，污水顺次通过上述两个不同的反硝化系统，以达到强化反硝化脱氮的目的。

异养反硝化反应式如下：

NO

自养反硝化反应式如下：

55S+50NO

从二者各自的反应机理来看，a)异养反硝化深床滤池降低溶解氧，确保了自养反硝化很快达到缺氧条件，同时为自养反硝化深床滤池提供无机碳源；b) 硫自养反硝化在反应过程中消耗碱度致使pH降低，而异养反硝化则在反应过程中产生碱度，从而可以弥补自养对碱度的消耗，保持系统的酸碱平衡。

参见图1-3，石英砂滤料层11和自养反硝化滤料层21的下方依次设有承托层3和布水布气滤砖4，布水布气滤砖4的下方预留间隙；异养反硝化深床滤池 1和自养反硝化深床滤池2的底部均分别连接有供气a管19和反冲洗管件17，反冲洗管件17连接至出水池8，反冲洗管件17设置有反冲洗水泵10，供气a 管19连接至罗茨风机5的供风端上，异养反硝化深床滤池1和自养反硝化深床滤池2采用气、水协同进行反冲洗。水反冲洗是由反冲洗泵10送至滤池池底，强力反向冲洗；气冲洗是采用罗茨鼓风机5，反冲洗时进行空气搓洗。反洗后的污水流入反洗排水渠14中。

参见图4，异养反硝化深床滤池1和自养反硝化深床滤池2位于填料区分别设有内埋式的注入装置6，注入装置6通过供气b管20连接至罗茨风机5的供风端上，供气a管19与供气b管20通过供气管件18共同接入罗茨风机5，供气a管19与供气b管20上设有独立的控制阀门，交替控制供气a管19与供气 b管20上控制阀门来实现对滤料正向和反向的相向空气搓洗，进一步提高空气搓洗的效果。

注入装置6由多个注入单元组成，多个注入单元沿异养反硝化深床滤池1 和自养反硝化深床滤池2的池高呈直瀑式排布，每个注入单元包括固定管61和多个埋入管62，固定管61接至供气b管20上，固定管61的两侧设有翼子板 65，固定管61通过翼子板65固定在滤池的外壁上，固定管61与滤池之间设有用于密封的垫片66，埋入管62阵列设置在固定管61上，并与固定管61相连通，埋入管62的两侧以及底部沿其长度方向均布有多个注入孔64，埋入管62内设有内网63，可避免埋入管62被滤料堵塞，设置注入装置6的目的，一是为了将碳源或自养反硝化脱氮菌剂均匀的送至滤料层，二是为了和底部供气a管19形成气洗对流，使滤料层的空气搓洗更加彻底，另外，分层直瀑结构的埋入管62 可对滤料层起到良好的承托作用，避免滤料层因消耗导致的坍塌，同时，埋入管62在高压喷气时，有利滤料层的卸料，可提高滤料层更换的效率。

参见图1，异养反硝化深床滤池1和自养反硝化深床滤池2上还设有添加箱 12，添加箱12通过计量泵120连接连接至注入装置6，异养反硝化深床滤池1 的添加箱12内设有碳源，自养反硝化深床滤池2内设有高效自养反硝化脱氮菌剂。在异养反硝化深床滤池1中通过计量泵120进行定量投入碳源，投入碳源的主要目的是去除大部分SS(悬浮物质)和DO(溶解氧)，为自养反硝化提供条件；在自养反硝化深床滤池2中通过计量泵120进行定量接种自养反硝化脱氮菌剂，接种自养反硝化脱氮菌剂的主要目的是用来去除污水中硝酸盐氮，通过注入装置6可实现将碳源或自养反硝化脱氮菌剂均匀的送至滤料层，有利碳源或自养反硝化脱氮菌剂的均布，提高自养-异养耦合反硝化深床滤池的效率。

本实施例中，所有管件上在进出端口上都设有独立的控制阀门，以便输送物料的控制。

本发明还提供了一种高效自养-异养耦合反硝化深床滤池对污水的处理方法，具体包括如下步骤：

步骤1、污水异养反硝化，污水首先通过异养反硝化深床滤池1侧部的进水渠13进入异养反硝化深床滤池1，同时在石英砂滤料层11中通过添加箱12投入碳源，碳源为乙酸钠，污水采用向下流方式依次流经滤石英砂滤料层11、承托层3、布水布气滤砖4，最终从异养反硝化深床滤池1的底部流出；其中，石英砂滤料层11采用均质石英砂，石英砂滤料层11高度在1.8-2.5m，有效粒径2～3mm，均匀系数为1.4，球形度不小于0.8，莫氏硬度在6-7，比重不小于2.6g/cm

步骤2、污水自养反硝化，异养反硝化深床滤池1出水自流到中间水池7中，通过中间水泵9提升到自养反硝化深床滤池2侧部的进水渠13中，然后通过溢流口22流入自养反硝化深床滤池2内，同时在自养反硝化滤料层21中通过添加箱12接种自养反硝化脱氮菌剂，自养反硝化脱氮菌剂为脱氮硫杆菌，污水采用向下流方式依次流经自养反硝化滤料层21、承托层3、布水布气滤砖4，最终从自养反硝化深床滤池2的底部流出，并自流到出水池8中；其中，自养反硝化滤料层21主要由单质硫粉、麦饭石粉、碳酸钙粉的无机材料在高温130-160℃条件下搅拌混合改性处理而生成的不规则颗粒状，粒径在5-20mm，堆积密度在1200kg/m

步骤3、深床滤池反冲洗，启动罗茨风机5和反冲洗水泵10利用气、水协同进行反冲洗，反洗后的污水流入反洗排水渠14中。

在步骤1和2中，承托层3厚为400-500mm，采用鹅卵石连续五种级配分布，布水布气滤砖4采用T型滤砖，外壳为高密度聚乙烯材料HDPE，内部充填混凝土，混凝土强度等级为C35，水泥采用强度32.5R普通硅酸盐。

其中，在自养反硝化深床滤池启动阶段，接种富含脱氮硫杆菌的菌液，脱氮硫杆菌菌液培养方法为：

(1)以调整好NO

(2)在生物反应器接种，经硫代硫酸钠富集培养后、含脱氮硫杆菌的反硝化污泥；

(3)开启进水，流入生物反应器，在上述反应器对硝酸根去除率达到90％时，将反应器中的部分培养液取出，离心分离制成浓缩菌悬液。

特殊驯化的自养反硝化菌种，脱氮效率高、耐受低温。高达99％的总氮去除率，可用于极限深度脱氮处理。

本发明的高效自养-异养耦合反硝化深床滤池对污水处理的方法，可节省运行成本，同时也避免了过量的外加碳源造成的二次污染和相对应的处理成本的升高。另外，因为生物膜增长较为缓慢，因此出水中的微生物量比较少，给后续处理带来了方便。运行维护简单，无需pH调节系统。自养反硝化滤池反洗周期10-30d，异养反硝化滤池反洗周期3-7d。

实施例1

2000t/d二级生化处理尾水(进水总氮为40mg/L，COD为40mg/L，总磷为 0.4mg/L)，采用高效自养-异养耦合反硝化深床滤池技术去除总氮。当乙酸钠投加量为理论投加量的1/4，异养反硝化深床滤池停留时间为0.4h，自养反硝化深床滤池停留时间为0.8h时，出水总氮浓度在3.5mg/L，去除率达到91％以上，COD出水为25mg/L，达到(GB8978-1996)一级A排放标准。

实施例2

5000t/d二级生化处理尾水(进水总氮为35mg/L，COD为35mg/L，总磷为 0.3mg/L)，采用高效自养-异养耦合反硝化深床滤池技术去除总氮。当乙酸钠投加量为理论投加量的1/4，异养反硝化深床滤池停留时间为0.45h，自养反硝化深床滤池停留时间为0.9h时，出水总氮浓度在2.5mg/L(去除率达到92％以上)，COD出水为20mg/L，出水达到(GB8978-1996)一级A排放标准。

实施例3

10000t/d二级生化处理尾水(进水总氮为30mg/L，COD为30mg/L，总磷为0.2mg/L)，采用高效自养-异养耦合反硝化深床滤池技术去除总氮。当乙酸钠投加量为理论投加量的1/4，异养反硝化深床滤池停留时间为0.5h，自养反硝化深床滤池停留时间为1h时，出水总氮浓度在3mg/L(去除率达到90％)，COD 出水为12mg/L，到(GB8978-1996)一级A排放标准。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。