本發明屬于水處理技術領域，具體涉及一種廢水深度脫氮除碳處理裝置及其工藝，適用于工業廢水的深度處理。
背景技術：
目前，包括焦化、化工、石化、印染、造紙、醫藥、農藥、垃圾滲濾液等難降解含氮有機廢水在經過二級生化處理后，氨氮及大部分有機物雖能得到有效去除，但廢水中仍含有一定濃度的難降解有機物、硝態氮、有機氮和氨氮，二級生化出水可生化性極差，需要通過深度處理才能達到排放和回用要求。目前，用于廢水深度處理的工藝很多，其中臭氧氧化法和生物濾池組合的深度處理技術表現出了較好的發展前景和市場價值，但是現有技術仍存在較多的問題，主要表現如下。
(1)臭氧氧化-缺氧反硝化生物濾池串聯工藝。如CN102491588A專利公開了一種污水處理的方法及其裝置，CN105293833A專利公開了一種鋼鐵聯合企業綜合廢水處理裝置及工藝(工藝流程B)，CN102936083B專利公開了一種同時脫除廢水中難降解有機物和總氮的裝置及方法。臭氧氧化池出水的溶解氧通常可高達20～30mg/L，導致缺氧反硝化生物濾池進水溶解氧過高。該工藝存在以下缺陷：①反硝化菌屬于異養型厭氧菌，它需要在缺氧/厭氧條件下生長繁殖，高濃度溶解氧會嚴重嚴重抑制反硝化作用(生物膜系統中，溶解氧控制在1.0mg/L以下)，嚴重限制系統的脫氮能力；②去除1kgBOD需要提供0.733kgO2，缺氧反硝化生物濾池進水溶解氧過高時，缺氧反硝化生物濾池內好氧微生物會成為優勢菌種，不僅有效脫氮濾池溶解會大量降低，且會浪費大量的外加反硝化碳源；③由于二級生化出水可生化性極低，故需要補充投加大量反硝化碳源，工程實踐結果表明：由于濾層間存在部分布水不均等問題，外加反硝化碳源的反硝化生物濾池的出水COD無疑會比進水COD高約5～10mg/L。缺氧反硝化生物濾池作為臭氧氧化池后續末端工藝時，出水COD難以保證穩定達標排放。
(2)生物濾池-臭氧氧化串聯工藝。如CN105293833A專利公開了一種鋼鐵聯合企業綜合廢水處理裝置及工藝(工藝流程A、C)，CN102249491B專利公開了一種城市污水廠二級處理出水深度處理的裝置及工藝。該工藝存在以下缺陷：臭氧處理成本要高于好氧生物濾池生物處理成本，臭氧可較好地提高廢水可生化性，出水中有大量易降解的小分子有機物；若僅靠臭氧來保證出水COD達標，易降解的小分子有機物則沒有得到充分降解，一方面僅靠臭氧來保證出水穩定達標排放較為困難，另一方面其也不符合廢水處理的經濟性要求。
(3)臭氧氧化池出水的溶解氧很高，出水溶解氧并沒有得到充分利用；臭氧氧化組合工藝中臭氧反應池一般都設有臭氧尾氣破壞裝置，尾氣沒有得到合理利用，這無疑會增加了處理成本。
因此，開發一種旨在控制反硝化濾池進水溶解氧濃度的同時既能充分利用臭氧出水溶解氧及尾氣又能穩定使污水得到經濟穩定達標的深度脫氮除碳的新工藝及裝置將顯得非常有必要。
技術實現要素：
本發明目的是提供一種廢水深度脫氮除碳處理裝置及其工藝成功克服了以上缺陷。為實現上述目的，本發明提供一種廢水深度脫氮除碳處理裝置，該裝置主要由缺氧反硝化生物濾池、臭氧氧化池、好氧除碳硝化生物濾池、清水池依次串聯構成，其特征在于：缺氧反硝化脫氮生物濾池進水口與清水池間設有由回流泵和回流管道組成的硝化液回流系統；所述的缺氧反硝化脫氮生物濾池還包括碳源加藥裝置；所述臭氧氧化池的上部出水、氣口與好氧除碳硝化生物濾池下部配水室相連；所述的缺氧反硝化生物濾池、好氧除碳硝化生物濾池分別與對應曝氣、反沖洗系統、硝化液回流系統配合相連。
所述的缺氧反硝化生物濾池、好氧除碳硝化生物濾池分別由配水區、承托層、輕質球形多孔陶粒濾料反應層、清水區、出水渠構成，配水區內安裝有長柄濾頭和濾板，其上為承托層和輕質球形多孔陶粒濾料反應層。
所述的臭氧氧化池還包括臭氧發生器、臭氧氧化池本體、布水器、臭氧進氣管、臭氧曝氣器。
所述的缺氧反硝化生物濾池、好氧除碳硝化生物濾池還包括反沖洗系統、曝氣系統，曝氣系統由鼓風機、空氣管路、調節閥門、單孔膜曝氣器和溶解氧儀組成；反沖洗系統包括反沖洗風機、反沖洗水泵、布水和布氣管道；所述反沖洗風機和反沖洗水泵與程序自控系統連接。
所述的缺氧反硝化生物濾池進水端中設置COD、硝態氮及總氮多功能在線監測儀表、在線流量計，缺氧反硝化濾池系統中進水端設置反硝化碳源加藥裝置，在好氧除碳硝化生物濾池中設置硝態氮及氨氮多功能在線監測儀表、溶解氧儀；所述的在線監測儀表數據傳送至程序自控系統進行分析、判斷，程序自控系統通過分析的進出水污染物濃度和在線參數自動調整硝化液回流比、反硝化碳源的加藥量和臭氧投加量。
一種采用如權利要求1～5任一項所述裝置的廢水處理工藝，其處理步驟主要包括是：
(1)二級生化出水首先與回流硝化液混合，然后共同進入缺氧反硝化生物濾池配水區，利用外加的反硝化碳源完成脫氮過程，反硝化過程產生的堿度可為臭氧催反應提供有利的堿性反應環境，可大幅度提高臭氧去除效率。程序自控系統根據收集的待處理廢水中總氮、硝態氮、COD、氨氮和進水流量數據進而自動控制最低的硝化液回流比和碳源加藥量，所述控制的最低硝化液回流比能既充分保證總氮的去除，又盡可能的降低了碳源的加藥量，降低了能耗，提高了反硝化效率，缺氧反硝化生物濾池濾速控制在5～30m/h，輕質球形多孔陶粒濾料層高度為1.5～4.0m。
(2)經缺氧反硝化生物濾池生物降解后的水自流進入臭氧氧化池。缺氧反硝化生物濾池出水流經臭氧氧化池系統時，完成有機物的氧化反應，降低來水有機物濃度，并提高廢水可生化性。
(3)臭氧氧化后的富氧廢水及產生的臭氧尾氣(殘留的臭氧、氧氣等)進入好氧除碳硝化生物濾池。污水流經好氧除碳硝化生物濾池時，充分利用臭氧出水中的溶解氧、臭氧產生的尾氣和鼓風機的曝氣完成所有氨氮的硝化和有機物去除過程。程序自控系統根據在線監測數據控制鼓風機，鼓風機供給的曝氣量恰好滿足好氧除碳硝化生物濾池運行要求的前提下最大程度地節約電耗，好氧除碳硝化生物濾池濾速控制在2～20m/h。
(4)污水流經清水池時，部分廢水作為硝化液回流液，部分作為系統的最終出水。
(5)定期對缺氧反硝化生物濾池、好氧除碳硝化生物濾池進行反沖洗，反沖洗采用“快速降水位+氣水聯合反沖洗”方式，保持生物濾池的高效處理能力。
本發明控制了反硝化濾池進水溶解氧濃度，充分利用了臭氧出水溶解氧及產生的尾氣，充分利用了反硝化產堿，優勢明顯，保證了出水的經濟性地穩定達標，抗負荷沖擊能力更強，具有極大的推廣應用價值。
附圖說明
圖1為本發明一種廢水深度脫氮除碳處理裝置及其工藝示意圖。
1、提升水泵，2、進水管道，3、配水區，4、承托層，5、陶粒層，6、清水區，7、出水渠，8、缺氧反硝化脫氮生物濾池，9、臭氧氧化池，10、好氧除碳硝化生物濾池，11、清水池，12、出水管，13、長柄濾頭，14、濾板，15、布水器，16、臭氧發生器，17、硝化液回流泵，18、硝化液回流管道，19、反沖洗水泵，20、反沖洗進水管，21、反沖洗進水閥門，22、反沖洗風機，23、反沖洗進氣管，24、反沖洗進氣閥門，25、曝氣鼓風機，26、臭氧進氣管，27、臭氧曝氣器，28、單孔膜曝氣器，29、在硝態氮、氨氮、COD多功能監測儀器和在線流量計，30、碳源加藥裝置，31、控制電纜，32、在線溶解氧、氨氮多功能儀器，33、程序自控系統，34、反沖洗出水閥門，35、反洗出水管道。
具體實施方式
下面結合附圖1對本發明作進一步說明。
一種廢水深度脫氮除碳處理裝置，該裝置主要由缺氧反硝化生物濾池(8)、臭氧氧化池(9)、好氧除碳硝化生物濾池(10)、清水池(11)依次串聯構成，其特征在于：缺氧反硝化脫氮生物濾池(8)進水口與清水池(11)間設有由回流泵(17)和回流管道(18)組成的硝化液回流系統；所述的缺氧反硝化脫氮生物濾池(8)還包括碳源加藥裝置(30)；所述臭氧氧化池(9)的上部出水、氣口與好氧除碳硝化生物濾池(10)下部配水室通過管道(2)相連；所述的程序自控系統(33)還可依據進水污染物濃度、碳氮比值等監測參數自動調整回流比和缺氧反硝化濾池的碳源加藥泵(30)的加藥量；所述的缺氧反硝化生物濾池(8)、好氧除碳硝化生物濾池(10)分別與對應曝氣、反沖洗系統、硝化液回流系統配合相連。
所述的缺氧反硝化生物濾池(8)、好氧除碳硝化生物濾池(10)分別由配水區(3)、承托層(4)、陶粒層(5)、清水區(6)、出水渠(7)構成，配水區(3)內安裝有長柄濾頭(13)和濾板(14)，其上為承托層(4)和輕質球形多孔陶粒濾料反應層(5)。
所述的臭氧氧化池(9)還包括臭氧發生器(16)、臭氧氧化池本體、布水器(15)、臭氧進氣管(26)、臭氧曝氣器(27)；
所述的缺氧反硝化生物濾池(8)、好氧除碳硝化生物濾池(10)還包括反沖洗系統、曝氣系統，曝氣系統由鼓風機(25)、單孔膜曝氣器(28)組成；所述反沖洗風機(22)和反沖洗水泵(19)與程序自控系統(33)連接。
在缺氧反硝化生物濾池(8)進水端中設置COD、硝態氮及總氮多功能在線監測儀表、在線流量計(29)，缺氧反硝化濾池(8)中進水端設置反硝化碳源加藥裝置(30)，在好氧除碳硝化生物濾池(10)中設置硝態氮及氨氮多功能在線監測儀表、溶解氧儀(32)；所述的在線監測儀表數據傳送至程序自控系統(33)進行分析、判斷，程序自控系統通過分析的進出水污染物濃度和在線參數自動調整硝化液回流比、反硝化碳源的加藥量和臭氧投加量。
前段缺氧反硝化濾池(8)、中段好氧硝化濾池(9)、后段缺氧反硝化濾池(11)還包括反沖洗系統，反沖洗系統包括反沖洗風機(22)、反沖洗水泵(19)、布水管道(20)和布氣管道(23)；中段好氧硝化濾池(9)還包括曝氣系統，曝氣系統由曝氣鼓風機(25)、空氣管路(26)、調節閥門(27)、單孔膜曝氣器(28)、在線溶解氧儀(33)等組成；所述反沖洗風機(22)和反沖洗水泵(19)與程序自控系統(34)連接。
所述裝置的廢水處理工藝，其處理步驟主要包括是：
1、經泵(1)提升的二級生化出水首先與回流硝化液混合，然后共同從前段反硝化生物濾池(8)的進水管道(2)依次進入配水區(3)、長柄濾頭(13)、承托層(4)、生物陶粒層(5)，缺氧反硝化濾池(8)中的陶粒(5)附著生長著大量反硝化微生物，利用外加的碳源加藥泵(30)投加的反硝化碳源完成脫氮過程，反硝化過程產生的堿度可提高出水pH值，為臭氧催反應提供有利的堿性反應環境，大幅度提高后續臭氧利用率，較傳統工藝有明顯優勢；生物陶粒層(5)高度為1.5～4.0m。同時污水中的大部分懸浮物被截留在生物陶粒層(5)的空隙中，經生物陶粒層(5)降解后的水經清水區(6)、出水渠(7)后排入出水管道(2)，自流進入臭氧氧化池(9)；其中缺氧反硝化濾池系統的運行工況由專門開發的程序自控控制(33)根據(29)、(30)、(32)測得的在線監測數據，通過程序自控控制(34)收集的碳源數據、碳氮比值、和進水流量數據控制電纜(31)來調節硝化液回流泵(17)的回流水量，使回流泵(17)供給的硝化液回流水量恰好滿足充分利用原水中碳源進行脫氮要求，所述控制的最低硝化液回流比能既充分保證幾乎所有可生物降解碳源在前段反硝化過程中降解，又盡可能的降低了前段反硝化濾池(8)的進水溶解氧，降低了能耗，提高了反硝化效率。
2、缺氧反硝化生物濾池(8)出水依次流經臭氧氧化池(9)系統的配水區(3)、布水器(15)，臭氧發生器(16)根據程序自控控制收集的污染物濃度數據調控臭氧發生器(16)的臭氧投加量，發生的臭氧經臭氧進氣管(26)、臭氧曝氣器(27)進入臭氧氧化池(9)與廢水充分接觸，臭氧將難降解大大分子有機物分解為小分子易降解的有機物，臭氧氧化后的富氧廢水及產生的臭氧尾氣(殘留的臭氧、氧氣等)一起經管道(2)進入好氧除碳硝化生物濾池(10)。
3、污水流經好氧除碳硝化生物濾池(10)時，臭氧氧化后的富氧廢水及產生的臭氧尾氣通過配水區(3)、承托層(4)進入陶粒層(5)，好氧除碳硝化生物濾池(10)底層陶粒內含有臭氧催化劑成分，殘留臭氧在催化劑成分作用下快速分解成氧氣，不足的需氧部分利于鼓風機(25)、單孔膜曝氣器(28)補充，底部陶粒層上部的陶粒附著生長著大量好氧硝化、除碳微生物，富氧水非常利于好氧微生物繩子、繁殖，將剩余的易降解的小分子有機物和剩余氨氮進行降解凈化，經生物陶粒層(5)降解后的水經清水區(6)、出水渠(7)后排入出水管道(2)，自流進入清水池(11)。
4、污水流經清水池時，清水池(11)的部分水由回流泵(17)并經回流管(18)回流到前段缺氧反硝化濾池(8)，另一部分作為達標排放出水；好氧硝化濾池系統的運行工況由專門開發的程序自控控制(34)根據數據來調節曝氣風機(25)的風機量，使曝氣風機(25)供給的風量量恰好滿足所需氧氣的運行要求的前提下最大程度地節約電耗。
5、定期對缺氧反硝化脫氮生物濾池(8)、臭氧氧化池(9)、好氧除碳硝化生物濾池(10)進行反沖洗，反沖洗采用“快速降水位+氣水聯合反沖洗”方式，反洗排水通過排水閥門(34)和排水管道進入緩沖池(35)，保持生物濾池的高效處理能力。
例一：某化工廢水，處理流量為60000m3/d，進入本工藝裝置處理前污染物指標為：COD＝80mg/L，BOD5＝10mg/L，TN＝35mg/L，NH3-N＝15mg/L，SS＝60mg/L；經過該工藝處理后出水水質指標為：COD＝40mg/L，BOD5＝5mg/L，NH3-N＝1.0mg/L，SS＝5mg/L，TN＝8.2mg/L。
例二：某制藥廢水，處理流量為8000m3/d，進入本工藝處理前污染物指標為：COD＝120mg/L，BOD5＝10mg/L，NH3-N＝29mg/L，SS＝50mg/L，TN＝40mg/L；經過該工藝裝置處理后出水水質指標為：COD＝30mg/L，BOD5＝7mg/L，NH3-N＝2.0mg/L，SS＝4mg/L，TN＝9.7mg/L。
本發明克服了現有技術的缺點，充分利用了反硝化產堿過程，避免了溶解氧對反硝化脫氮影響，充分利用了臭氧尾氣和臭氧出水溶解氧，降耗節能優勢明顯，具有極大的推廣應用價值。
上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應覆蓋在本發明的而保護范圍之內。