本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，具體是涉及膨脹床脫氮除磷生物濾池及應(yīng)用其對污水脫氮除磷的方法。

背景技術(shù)：

目前，我國的水體受到氮磷污染導(dǎo)致富營養(yǎng)化問題比較嚴(yán)重，故將氮和磷作為污水處理的重點(diǎn)控制排放指標(biāo)。污水處理通常采用生物脫氮除磷工藝，利用反硝化細(xì)菌將水中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴乃嗅尫?，通過微生物的同化與吸附作用將污水中的磷隨同微生物與污水分離得到去除，故稱為生物脫氮除磷。但是氮磷指標(biāo)嚴(yán)格限制的場合，僅僅依靠生物脫氮除磷往往不能保證出水達(dá)標(biāo)，故需要增加脫氮除磷深度處理工藝。深度脫氮工藝是根據(jù)硝態(tài)氮超標(biāo)污水中的炭氮比確定有機(jī)碳源外加量，在缺氧生物池中深度反硝化脫氮；深度除磷工藝是通過外加鋁鹽或鐵鹽絮凝劑，與污水中磷酸鹽反應(yīng)生成含磷絮體，在沉淀池或過濾池中將含磷絮體從污水中分離，實(shí)現(xiàn)化學(xué)除磷。

微絮凝生物濾池能夠通過外加有機(jī)碳源和鋁鹽(或鐵鹽)絮凝劑同步實(shí)現(xiàn)深度脫氮除磷，而且流程簡單，占地較少，近幾年來受到廣泛的關(guān)注，研究和應(yīng)用。但是，現(xiàn)有微絮凝脫氮除磷生物濾池大多屬于固定床，選用石英砂或者粘土陶粒作為濾料，在生化與過濾功能的協(xié)調(diào)性方面尚有欠缺，石英砂濾料過濾除磷效果好，但石英砂表面堅(jiān)硬光滑，生物掛膜性能差，尤其是反沖洗易導(dǎo)致生物膜完全洗脫，脫氮效果嚴(yán)重受損。至于粘土陶粒濾料固定床，由于其密度較大，故反沖洗能耗大，而且濾料存在明顯的板結(jié)傾向，生化效果隨之下降。對于球形陶粒，還會(huì)因?yàn)榭障洞髮?dǎo)致過濾泄漏情況的發(fā)生，對于除磷效果有不利影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有固定床生物濾池的不足，提供一種反硝化生物膜附著牢固，能夠保障過濾能力的破碎狀漂浮陶粒膨脹床脫氮除磷生物濾池，及應(yīng)用其處理污水的方法。

本發(fā)明以破碎狀漂浮陶粒為濾料，以及采用濾網(wǎng)板與漂浮陶粒濾床組成的降流式膨脹濾床生物濾池池型。過濾時(shí)漂浮陶粒貼著濾網(wǎng)板下方處于膨脹漂浮狀態(tài)，比固定床利于傳質(zhì)，有效接觸時(shí)間延長，且頁巖陶粒濾床厚度較大，陶粒表面易于生物膜附著，反硝化生物脫氮功能突出；污水在配水區(qū)初步微絮凝后，含磷絮體在膨脹濾床空隙中穿透距離深，微絮凝反應(yīng)時(shí)間延長，促進(jìn)了除磷功效，而破碎狀陶粒的不規(guī)則外形和濾床深度則保障了除磷過濾能力。漂浮陶粒膨脹床還具有過濾水頭損失小，濾料易流化不板結(jié)、反沖洗強(qiáng)度低，沖洗周期長，自用水量減少，運(yùn)行高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

降流式脫氮除磷膨脹床生物濾池，包括降流式生物濾池體、進(jìn)水管、出水管、反沖洗氣管、反沖洗水管和反沖洗廢水排水管；降流式生物濾池體內(nèi)自上而下依次設(shè)有配水區(qū)、濾網(wǎng)板、漂浮陶粒濾床、濾床流化緩沖區(qū)、濾頭濾板、出水區(qū)、底部集水布?xì)庋b置和集水布?xì)馇?；配水區(qū)分別與進(jìn)水管和反沖洗廢水排水管相連通；集水布?xì)馇渑c出水管、反沖洗氣管和反沖洗水管的一端連接；反沖洗氣管和反沖洗水管的另一端分別與水泵和鼓風(fēng)機(jī)連接；集水布?xì)庋b置包括底部集水裝置和底部布?xì)庋b置，底部集水裝置與多根均勻分布的由集水布?xì)馇湎蛏县灤┘細(xì)馇漤敯宓呐渌坦芟噙B；底部布?xì)庋b置與多根均勻分布的由集水布?xì)馇湎蛏县灤┘細(xì)馇漤敯宓呐錃舛坦芟噙B；集水布?xì)馇浞謩e與出水管、反沖洗氣管和反沖洗水管相連通；

漂浮陶粒濾床由設(shè)置在濾網(wǎng)板和濾頭濾板之間破碎狀頁巖漂浮陶粒組成；破碎狀頁巖漂浮陶粒具有不規(guī)則外形，其筒壓強(qiáng)度≥3mpa，水浸潤顆粒密度為0.95±0.5g/cm³。破碎狀頁巖漂浮陶粒在水中呈輕微漂浮狀態(tài)。

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述破碎狀漂浮陶粒的尺寸范圍為4～8mm；所述濾網(wǎng)板的網(wǎng)眼直徑為3～3.5mm。

優(yōu)選地，所述漂浮陶粒濾床的深度為3～5m。

優(yōu)選地，所述濾頭濾板包括濾頭和濾板，貫穿濾板均勻布置多個(gè)濾頭，濾頭上開有多條濾縫，濾縫寬度為1.5～2.0mm；所述濾頭的材質(zhì)為abs、pp或pvc；所述濾網(wǎng)板采用不銹鋼材質(zhì)。

優(yōu)選地，所述配水區(qū)高度為0.5～1.0m；所述濾床流化緩沖區(qū)的高度為濾床厚度的1/4～1/3；所述出水區(qū)7高度為0.8～1.5mm。

優(yōu)選地，集水布?xì)馇錇榫匦蚊芊馇?，長度與濾池體的平面長度一致；集水布?xì)馇湮挥跒V池底板下方的中央，寬度和深度分別為0.8～1.2mm和1.0～1.5mm；集水布?xì)馇渑c出水管直接連通，反沖洗氣管和反沖洗水管通過與出水管連通；集水布?xì)馇洳馁|(zhì)為鋼筋混凝土或鋼板。

優(yōu)選地，所述降流式生物濾池體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)為矩形；所述降流式生物濾池體采用鋼板焊制時(shí)為圓形或矩形。

優(yōu)選地，所述進(jìn)水管、出水管、反沖洗氣管、反沖洗水管和反沖洗廢水排水管安裝有閥門。

優(yōu)選地，所述破碎狀頁巖漂浮陶粒采用頁巖為原料，經(jīng)過破碎機(jī)破碎、烘干后，在回轉(zhuǎn)窯中燒制18～22min，燒制溫度為1100～1300℃，出爐后自然冷卻，再經(jīng)過破碎機(jī)破碎，然后進(jìn)行篩分制得。

應(yīng)用所述降流式脫氮除磷膨脹床生物濾池處理污水的方法：污水首先與鋁鹽或鐵鹽絮凝劑充分混合，投加有機(jī)碳源，污水然后流入生物濾池配水區(qū)，均布至整個(gè)濾面，同時(shí)在配水區(qū)內(nèi)進(jìn)行微絮凝反應(yīng)逐步生成含磷絮體，穿過濾網(wǎng)板進(jìn)入漂浮陶粒濾床，污水一方面與頁巖漂浮陶粒表面的反硝化生物膜接觸，在污水缺氧和水溫不低于8℃環(huán)境下，陶粒表面生長的反硝化生物膜利用污水中的碳源將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)忉尫?，完成生物脫氮；另一方面，污水在漂浮陶粒膨脹濾床空隙中繼續(xù)微絮凝反應(yīng)，含磷絮體穿透距離加深，并逐步被濾床截濾，完成微絮凝過濾除磷；凈化后的水向下流經(jīng)濾床流化緩沖區(qū)、濾頭濾板、出水區(qū)，通過底部集水布?xì)庋b置達(dá)到底部集水布?xì)馇洌瑥某鏊芰鞒觯?/p>

截濾在漂浮陶粒濾床中的含磷絮體先是儲(chǔ)存在漂浮陶粒濾床的空隙中，逐步向下遷移，在含磷絮體尚未穿透漂浮陶粒濾床之前，對濾池進(jìn)行氣水聯(lián)合反沖洗，清水和壓縮空氣從管道進(jìn)入底部集水布?xì)馇?，通過集水布?xì)庋b置分配到整個(gè)池底，在出水區(qū)向上均勻擴(kuò)散穿過濾頭濾板；陶粒濾床在上部濾網(wǎng)板和下部濾頭濾板之間沖洗流化，含磷絮體脫落后隨反沖洗廢水上流經(jīng)過配水區(qū)，從反沖洗廢水排水管排出池外。

本發(fā)明漂浮陶粒濾床有兩個(gè)作用，其一是在陶粒表面生長反硝化生物膜，在污水缺氧和水溫不低于8℃環(huán)境下，利用污水中的碳源將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)忉尫?，完成生物脫氮。其二是對來自配水區(qū)的含磷絮體繼續(xù)促進(jìn)其絮凝反應(yīng)，并逐步在濾床中將其截濾，完成微絮凝過濾除磷。

所述濾床流化緩沖區(qū)在正常過濾時(shí)位于漂浮陶粒濾床和濾頭濾板之間，其高度為濾床厚度的1/4～1/3。氣水聯(lián)合反沖洗時(shí)，陶粒受氣流沖動(dòng)向緩沖區(qū)滾動(dòng)擴(kuò)展，為陶粒濾床的膨脹流化提供必要的空間。

所述濾頭濾板的濾板不透水，具有承托濾料的作用。貫穿濾板均勻布置多個(gè)濾頭，濾頭上開有濾縫，濾縫寬度為1.5～2.0mm，供水流通行并進(jìn)行小阻力配水，保持各個(gè)濾頭通過的水量基本相等。氣反沖洗時(shí)，通過各個(gè)濾頭對均勻到達(dá)濾板底部的氣體進(jìn)行二次配氣，保證各個(gè)濾頭通過的氣量基本相等；

集水布?xì)庋b置的底部集水裝置供水流通行，并進(jìn)行小阻力配水，保持各個(gè)短管通過的水量基本相等；底部布?xì)庋b置通過阻力配氣，保持各個(gè)短管通過的氣量基本相等；

出水區(qū)有三個(gè)作用：其一是將濾板濾頭的各個(gè)濾頭與底部集水裝置的各個(gè)配水短管之間均勻配水提供必要的緩沖空間；其二是為底部布?xì)庋b置與濾頭濾板之間向各個(gè)濾頭均勻配氣提供必要的緩沖空間；其三是為底部集水布?xì)庋b置以及濾頭的維護(hù)與維修提供空間；

集水布?xì)馇溆袃蓚€(gè)作用：其一是將底部集水裝置收集的過濾后的水匯集到位于集水布?xì)馇湟欢说某鏊芰鞒龀赝?；其二是氣水反沖洗時(shí)，將來自反沖洗氣管和反沖洗水管的氣和水同時(shí)分別均勻分配到底部集水布?xì)庋b置的配水短管和配氣短管。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明陶粒的密度略輕于水，降流式運(yùn)行時(shí)，漂浮陶粒濾床受濾網(wǎng)板的約束，緊貼濾網(wǎng)板下方處于膨脹漂浮狀態(tài)，空隙率加大，縫隙實(shí)際濾速減小，濾床的實(shí)際接觸時(shí)間比固定床顯著延長，而且膨脹床傳質(zhì)條件優(yōu)于固定床。同時(shí)本發(fā)明陶粒表面親水，粗糙多孔，反硝化生物膜附著牢固，反沖洗不易脫膜，反沖洗全流化不斷維持生物膜的活性，從而強(qiáng)化了反硝化生物脫氮功能；

2、污水在配水區(qū)初步微絮凝后，在漂浮陶粒膨脹濾床空隙中繼續(xù)微絮凝反應(yīng)，含磷絮體穿透距離加深，并逐步被濾床截濾，其微絮凝反應(yīng)時(shí)間比普固定床顯著延長，促進(jìn)了微絮凝除磷功效。而陶粒的破碎狀不規(guī)則外形和濾床深度則保障了除磷過濾能力。膨脹床在氣水反沖洗時(shí)發(fā)生流化，絕大部分含磷絮體從濾料上脫落并隨反沖洗廢水上流排出池外，故除磷效果穩(wěn)定。

3、本發(fā)明以破碎狀漂浮陶粒為濾料，采用濾網(wǎng)板與漂浮陶粒濾床組成的降流式膨脹濾床生物濾池池型，與現(xiàn)有固定床生物濾池相比，不僅反硝化生物脫氮功能突出，又促進(jìn)了除磷功效，能夠?qū)崿F(xiàn)同步脫氮除磷的目標(biāo)。

4、采用濾網(wǎng)板與漂浮陶粒濾床濾頭濾板組成的膨脹濾床池型，含磷絮體在膨脹床內(nèi)穿透距離加深，不易在表面形成泥膜，比固定床濾池的過濾水頭損失小且增長緩慢；而破碎狀陶粒濾床深達(dá)3～5m，含磷絮體不易穿透，反沖洗周期長；膨脹床反沖洗時(shí)易流化不板結(jié)，要求的氣水反沖洗強(qiáng)度大幅降低；受濾網(wǎng)板的約束，反沖洗時(shí)陶粒不會(huì)流失，采用氣水同時(shí)反沖洗降低清水消耗，反沖洗廢水相應(yīng)減少。故所述膨脹床沖洗較固定床簡單，運(yùn)行能耗明顯降低。

5、本發(fā)明還具有過濾水頭損失小，濾料易流化不板結(jié)、反沖洗強(qiáng)度低，沖洗周期長，自用水量減少，運(yùn)行高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明降流式脫氮除磷膨脹床生物濾池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1前后方向截面的左視圖。

圖中示出：降流式生物濾池體1、配水區(qū)2、濾網(wǎng)板3、漂浮陶粒濾床4、濾床流化緩沖區(qū)5、濾頭濾板6、出水區(qū)7、底部集水布?xì)庋b置8、集水布?xì)馇?、配氣短管10、配水短管11、配水槽12、進(jìn)水管13、出水管14、反沖洗氣管15、反沖洗水管16、反沖洗廢水排水管17。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，一種降流式脫氮除磷膨脹床生物濾池，包括降流式生物濾池體1、進(jìn)水管13、出水管14、反沖洗氣管15、反沖洗水管16和反沖洗廢水排水管17；生物濾池體內(nèi)自上而下依次設(shè)有配水區(qū)2、濾網(wǎng)板3、漂浮陶粒濾床4、濾床流化緩沖區(qū)5、濾頭濾板6、出水區(qū)7、底部集水布?xì)庋b置8和集水布?xì)馇?；配水區(qū)2分別與進(jìn)水管13和反沖洗廢水排水管17相連通；集水布?xì)馇?與出水管14、反沖洗氣管15和反沖洗水管16的一端連接；反沖洗氣管15和反沖洗水管16的另一端分別與水泵和鼓風(fēng)機(jī)連接。優(yōu)選進(jìn)水管13、出水管14、反沖洗氣管15、反沖洗水管16和反沖洗廢水排水管17安裝有閥門。

降流式生物濾池體1的平面形狀，當(dāng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)為矩形，當(dāng)采用鋼板焊制時(shí)為圓形或矩形。

本發(fā)明配水區(qū)2有三個(gè)作用：其一是將來自進(jìn)水管的污水在污水到達(dá)濾網(wǎng)板之前均勻分配到整個(gè)濾池面，其二是為污水中混合的絮凝劑提供與磷酸鹽進(jìn)行微絮凝反應(yīng)的時(shí)間，其三是均勻收集反沖洗廢水，從反沖洗廢水排水管排出。過濾時(shí)將來自進(jìn)水管13的污水均勻分配到整個(gè)濾池面并初步進(jìn)行微絮凝反應(yīng)，反沖洗時(shí)均勻收集反沖洗廢水至反沖洗廢水排水管17排出。優(yōu)選配水區(qū)高度為0.5～1.0m；

優(yōu)選濾網(wǎng)板3采用不銹鋼濾網(wǎng)板，網(wǎng)眼直徑為3～3.5mm，比漂浮陶粒最小尺寸小0.5～1.0mm。濾網(wǎng)板3的作用是將漂浮陶粒濾床4限制在濾網(wǎng)板3下方，不讓濾料穿過濾網(wǎng)板3的網(wǎng)眼流失，但對過流污水不產(chǎn)生阻礙。濾

漂浮陶粒濾床4由設(shè)置在濾網(wǎng)板和濾頭濾板之間破碎狀頁巖漂浮陶粒濾料組成；所述破碎狀漂浮陶粒系采用頁巖為原料，經(jīng)過破碎機(jī)破碎、烘干后，在回轉(zhuǎn)窯中燒制18～22min，燒制溫度為1100～1300℃，出爐后自然冷卻，再經(jīng)過破碎機(jī)破碎，然后進(jìn)行篩分出合適尺寸的顆粒作為產(chǎn)品，其筒壓強(qiáng)度≥3mpa，水浸潤顆粒密度為0.95±0.5g/cm³，在水中呈輕微漂浮狀態(tài)。破碎狀頁巖漂浮陶粒表面粗糙親水，具有豐富的孔隙，有利于反硝化生物膜附著牢固，反沖洗時(shí)不易脫膜。優(yōu)選漂浮陶粒濾床4的深度范圍在3～5m。優(yōu)選破碎狀漂浮陶粒尺寸范圍在4～8mm；優(yōu)選濾網(wǎng)板3的網(wǎng)眼直徑3～3.5mm，比最小漂浮陶粒尺寸小0.5～1.0mm，網(wǎng)眼直徑不宜過小，以防堵塞；

濾頭濾板6包括濾頭和濾板，其中濾板不透水，具有承托濾料的作用。貫穿濾板均勻布置多個(gè)濾頭，濾頭上開有濾縫，供水流通行并進(jìn)行配水，保持各個(gè)濾頭通過的水量基本相等。氣反沖洗時(shí)，通過各個(gè)濾頭對均勻到達(dá)濾板底部的氣體進(jìn)行二次配氣，保證各個(gè)濾頭通過的氣量基本相等。優(yōu)選濾板材質(zhì)為鋼筋混凝土或有機(jī)復(fù)合材料或鋼板，優(yōu)選濾頭材質(zhì)為abs、pp或pvc等塑料材質(zhì)。優(yōu)選濾頭濾板6中濾頭的濾縫寬度為1.5～2.0mm，濾縫寬度不宜過小，以防堵塞。

優(yōu)選濾床流化緩沖區(qū)5高度為濾床厚度的1/4～1/3；優(yōu)選出水區(qū)7高度為0.8～1.5mm。

底部集水布?xì)庋b置8包括底部集水裝置和底部布?xì)庋b置；底部集水裝置與多根均勻分布的由集水布?xì)馇?向上貫穿集水布?xì)馇漤敯宓呐渌坦?1相連，底部集水裝置可以是短管或穿孔管或其它形式；底部布?xì)庋b置與多根均勻分布的由集水布?xì)馇?向上貫穿集水布?xì)馇漤敯宓呐錃舛坦?0相連，底部布?xì)庋b置可以是短管或穿孔管或其它形式；優(yōu)選底部集水布?xì)庋b置8材質(zhì)為不銹鋼、abs和pvc中的一種多種的組合。底部集水裝置8連通出水區(qū)7和集水布?xì)馇?，用于收集濾出水，也用于將反沖洗水配入出水區(qū)7。集水布?xì)馇?為矩形密封渠箱，長度與濾池體的平面長度一致，集水布?xì)馇?分別與出水管14、反沖洗氣管15和反沖洗水管16相連通。優(yōu)選集水布?xì)馇?位于濾池底板下方的中央，寬度和深度分別為0.8～1.2mm，和1.0～1.5mm；優(yōu)選集水布?xì)馇?與出水管14直接連通，反沖洗氣管15和反沖洗水管16通過與出水管14連通也與集水布?xì)馇?間接連通；優(yōu)選集水布?xì)馇?材質(zhì)為鋼筋混凝土或鋼板。

正常過濾著重實(shí)現(xiàn)對污水脫氮除磷，污水首先與鋁鹽或鐵鹽絮凝劑充分混合，并視污水中的碳氮比投加一定量的有機(jī)碳源，然后通過進(jìn)水管13流入生物濾池配水區(qū)2，均布至整個(gè)濾面，同時(shí)在配水區(qū)2內(nèi)進(jìn)行微絮凝反應(yīng)逐步生成含磷絮體，然后穿過濾網(wǎng)板3進(jìn)入漂浮陶粒濾床4，與陶粒表面生長的反硝化生物膜接觸，在污水缺氧和水溫不低于8℃環(huán)境下，陶粒表面生長的反硝化生物膜利用污水中碳源將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)忉尫?，完成生物脫氮；污水向下流?dòng)穿過濾網(wǎng)板3進(jìn)入漂浮陶粒濾床4時(shí)，由于漂浮陶粒略輕于水，濾床受降流推動(dòng)向下膨脹，來自配水區(qū)2內(nèi)的含磷絮體在濾床4中穿透距離加深，微絮凝反應(yīng)時(shí)間延長，并逐步被濾床截濾，完成微絮凝過濾除磷；凈化后的水向下流經(jīng)濾床流化緩沖區(qū)5、濾頭濾板6、出水區(qū)7，通過底部集水布?xì)庋b置8達(dá)到底部集水布?xì)馇?，從出水管14流出。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷，也可以根據(jù)污水進(jìn)水水質(zhì)和排水標(biāo)準(zhǔn)選擇側(cè)重與脫氮或側(cè)重于除磷。側(cè)重于脫氮時(shí)，強(qiáng)調(diào)根據(jù)污水中的碳氮比投加有機(jī)碳源如乙酸鈉等，注重降低進(jìn)水的溶解氧濃度，為生物脫氮提供良好的必要條件；側(cè)重于除磷時(shí)，強(qiáng)調(diào)根據(jù)污水中的磷酸鹽濃度投加適量的鋁鹽或鐵鹽絮凝劑并加以充分混合，提高微絮凝除磷效率。

生物濾池運(yùn)行間隔一段時(shí)間需要進(jìn)行反沖洗。其作用是在含磷絮體尚未穿透漂浮陶粒濾床之前清除截濾在漂浮陶粒濾床中的含磷絮體和懸浮物，恢復(fù)濾池的過濾水頭。生物濾池反沖洗一般采用氣水聯(lián)合反沖洗。本發(fā)明對濾池的反沖洗過程時(shí)，啟動(dòng)反沖洗鼓風(fēng)機(jī)和水泵，反沖洗壓縮空氣和清水從反沖洗氣管15和反沖洗水管16進(jìn)入底部集水布?xì)馇?，通過集水布?xì)庋b置8分配到整個(gè)池底，在出水區(qū)7向上均勻擴(kuò)散穿過濾頭濾板6；陶粒濾床4在濾網(wǎng)板3和濾頭濾板6之間沖洗流化，含磷絮體脫落后隨反沖洗廢水上流經(jīng)過配水區(qū)2，從反沖洗廢水排水管17排出池外。由于陶粒濾床4限制在濾網(wǎng)板3和濾頭濾板6之間流化，反沖洗時(shí)陶粒不會(huì)流失，優(yōu)選采用氣水同時(shí)反沖洗，不僅降低清水消耗，反沖洗廢水也相應(yīng)減少。