CN105621608A - 一种印染废水自养反硝化脱氮装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种印染废水自养反硝化脱氮装置及方法，属于印染废水处理技术领域。通过自养反硝化细菌，以还原态硫和铁为电子供体，将水中的NO3 --N还原成N2实现脱氮。本发明通过硫铁矿和硫磺组合装填，并优化配比，具有脱氮效率高、出水pH变化小的优点。同时还具有启动速度快，无需接种污泥，反冲洗周期长等优点。本发明可根据印染废水处理厂二级出水TN的情况，采取TN超标时运行，TN达标时停止运行，二级出水直接跨越本发明进入下一处理单元或直接排放，具有运行方式灵活，运行费用低的优点。

Description

一种印染废水自养反硝化脱氮装置及方法
技术领域
本发明涉及印染废水处理技术领域，特别是指一种印染废水自养反硝化脱氮装置及方法。
背景技术
纺织印染是工业污染防治与节水的重点行业之一。纺织印染废水占全国工业废水排放总量的8％，其中化学需氧量(COD)、氨氮排放量占全国工业排放总量的9％及3％是排名第4的重污染行业。印染是纺织产品后加工工序，是纺织工业适应和满足消费、启动市场、增加经济效益的关键，但印染也是纺织行业污染最重的工序，废水排放量占行业废水排放总量的60-80％，是影响和制约纺织工业发展的关键环节。
随着我国近年来经济的快速发展，水环境污染形势日益严峻，国家对纺织印染行业水污染防治提出了更高要求。《印染行业准入条件(2010年修订版)》规定，到2015年，单位工业增加值废水排放量比2010年降低30％，主要污染物排放量比2010年下降10％。新修订的《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)不仅提高了各类污染物排放限值，而且对单位产品排水量提出了更加严格的要求。江苏省于2005年率先在全国实行标准提升，太湖地区印染企业COD排放标准由原来的国家II级标准提升为国家I级标准，执行江苏省地方标准《纺织染整工业水污染物排放标准》(DB32/670-2004)。2007年9月，江苏省又颁布实施了《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/T1072-2007)，规定自2008年1月1日起，进一步提高太湖流域的城镇污水处理厂、纺织染整工业等六大行业废水排放标准，将染整工业废水COD和TN排放标准分别提高为50mg/L和15mg/L。新标准颁布实施后，印染废水处理厂由于进水有机负荷降低，导致反硝化碳源不足，难以实现TN达标排放。
自养反硝化具有污泥产量少、无需外加碳源、运行成本低等优点而受到广泛的关注。硫、铁组合自养反硝化具有反硝化速率快、出水pH变化小、工况运行稳定和污泥产量低等优点，且硫铁矿和硫磺价格便宜、易于获取，较氢自养反硝化在使用和运输等方面更加安全和便利，因此具有广阔的市场应用前景。
发明内容
本发明针对印染废水处理厂因异养反硝化碳源不足导致出水TN超标的问题，提供一种印染废水自养反硝化脱氮装置及方法。该装置包括进水管、进水阀、超越管、超越管阀、反冲洗进水管、反冲洗进水阀、反冲洗进水泵、放空管、放空阀、出水管、出水阀、反冲洗出水阀、反冲洗出水管和反应器主体，其中，反冲洗进水管连接在反应器主体底部，放空管连接在反应器主体侧面下部，进水管与反冲洗进水管连通，使进水管和反冲洗进水管中的水通过反应器主体底部进入反应器主体，出水管和反冲洗出水管连接在反应器主体上部；超越管连接在进水管上，超越管上设置超越管阀，进水阀设置在进水管上，且进水阀位于超越管与进水管连接处和反应器主体与进水管连接处之间；放空管上设置放空阀；反冲洗进水管上设置反冲洗进水阀，反冲洗进水阀和反应器主体之间设置反冲洗进水泵；出水管上设置出水阀；反冲洗出水管上设置反冲洗出水阀；反应器主体内自下往上依次设置滤板及长柄滤头、硫铁矿填料层和硫磺填料层，滤板及长柄滤头用于支撑填料并实现均匀布水。。
该装置以印染废水处理厂二级出水为处理对象，反应器主体外型为一圆柱体的生化反应器。硫磺填料层顶部距反应器主体出水口的距离占反应器主体高度的10％。硫铁矿填料层和硫磺填料层的体积比为1:5。硫铁矿填料层填料粒径为3～5mm，硫含量大于48％，铁含量大于43％；硫磺填料层填料粒径为3～5mm，硫含量大于95％。
采用该装置进行反硝化脱氮的方法及原理为：
在印染废水处理厂二级出水TN达标的情况下，关闭进水阀、反冲洗进水阀和放空阀，开启超越管上的超越管阀，水流通过超越管直接跨越自养反硝化脱氮装置进入下一处理单元或直接外排，自养反硝化装置处于闲置状态，以降低运行费用；
在印染废水处理厂二级出水TN超标的情况下，关闭装置超越管阀、反冲洗进水阀、反冲洗出水阀和放空阀，开启进水阀和出水管阀，二级出水通过进水管进入反应器主体，进入反应器主体的进水先通过滤板及长柄滤头均匀配水后进入硫铁矿填料层，附着在硫铁矿填料表面的脱氮硫杆菌以硫铁矿中的还原态硫为电子供体，将污水中的NO3 --N还原成N2实现脱氮，同时将还原态硫氧化成SO4 2-。硫铁矿中的铁以Fe2+的形式溶出，被铁自养反硝化细菌利用，将污水中的NO3 --N还原成N2实现脱氮，同时将Fe2+氧化成Fe3+。Fe3+在中性的污水中水解成Fe(OH)3，在Fe(OH)3的混凝沉淀作用下可进一步去除污水中的SS、色度和有机物。以硫铁矿作为电子供体的自养反硝化脱氮的反应式如下：
6NO3 -+2FeS2+4H2O→3N2+4SO4 2-+2Fe(OH)3+2H+
然后穿过硫铁矿填料层的污水进入硫磺填料层，通过附着在填料表面的脱氮硫杆菌以硫为电子供体，进一步脱除污水中剩余的NO3--N，保证TN达标。脱氮硫杆菌在脱除NO3--N的同时将硫氧化成SO4 2-，并利用该反应释放的能量同化CO2，以合成自身细胞物质，实现生长增殖，以硫磺作为电子供体的自养反硝化脱氮的反应式如下：
NO3 -+1.047S+0.283CO2+0.740H2O→0.056C5H7O2N+0.472N2+1.047SO4 2-+1.094H+
最终，污水经处理实现TN达标后通过装置上部的出水管排放或进入下一处理单元。
在该装置连续运行、头损失增大的情况下，关闭超越管阀、放空阀、进水阀、出水阀，开启反冲洗进水阀和反冲洗出水阀，并打开反冲洗进水泵，对该装置进行反冲洗。其中，反冲洗水为污水厂二级出水，反冲洗时间为10～15min，反冲洗出水通过反冲洗出水管排入污水厂总进水端。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
一、通过硫铁矿和硫磺精确配比，混合装填，可解决单一硫铁矿填料反应器启动时间长、停留时间长、占地面积大等问题，以及单一硫磺填料反应器pH下降幅度大，出水pH过低等问题，具有启动速度快，无需接种污泥，停留时间短，占地面积小等优点；二、反应器进水管上设置跨越管，进水管及跨越管上均安装阀门，可灵活根据二级出水中的TN情况选择是否通过反应器；三、无需外加碳源，运行费用低、处理效果好、污泥产量少、反冲洗周期长，易于工程化应用；四、装置内微生物可忍受长时间饥饿，重新运行后可快速恢复处理效果。
附图说明
图1为本发明的印染废水自养反硝化脱氮装置结构示意图；
图2为本发明的装置启动期对TN的去除效果图。
其中：1-进水管；2-进水阀；3-超越管；4-超越管阀；5-反冲洗进水管；6-反冲洗进水阀；7-反冲洗进水泵；8-放空管；9-放空阀；10-出水管；11-出水阀；12-反冲洗出水阀；13-发冲洗出水管；14-硫铁矿填料层；15-硫磺填料层；16-滤板及长柄滤头；17-反应器主体。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的印染废水处理厂因异养反硝化碳源不足导致出水TN超标的问题，提供一种印染废水自养反硝化脱氮装置及方法。
如图1所示，为该装置的结构示意图。该装置包括进水管1、进水阀2、超越管3、超越管阀4、反冲洗进水管5、反冲洗进水阀6、反冲洗进水泵7、放空管8、放空阀9、出水管10、出水阀11、反冲洗出水阀12、反冲洗出水管13和反应器主体17，其中，反冲洗进水管5连接在反应器主体17底部，放空管8连接在反应器主体17侧面下部，进水管1与反冲洗进水管8连通，使进水管1和反冲洗进水管8中的水通过反应器主体17底部进入反应器主体17，出水管10和反冲洗出水管13连接在反应器主体17上部；超越管3连接在进水管1上，超越管3上设置超越管阀4，进水阀2设置在进水管1上，且进水阀2位于超越管3与进水管1连接处和反应器主体17与进水管1连接处之间；放空管8上设置放空阀9；反冲洗进水管5上设置反冲洗进水阀6，反冲洗进水阀6和反应器主体17之间设置反冲洗进水泵7；出水管10上设置出水阀11；反冲洗出水管13上设置反冲洗出水阀12；反应器主体17内自下往上依次设置滤板及长柄滤头16、硫铁矿填料层14和硫磺填料层15。
其中，反应器主体17为圆柱体的生化反应器，硫磺填料层15顶部距反应器主体17出水口的距离占反应器主体17高度的10％，硫铁矿填料层14和硫磺填料层15的体积比为1:5，硫铁矿填料层14填料粒径为3～5mm，硫含量大于48％，铁含量大于43％，硫磺填料层15填料粒径为3～5mm，硫含量大于95％。
实施例1：反应器的快速启动
试验所采用的试验装置如图1所示，装置以无锡某印染废水处理厂二级出水为处理对象。先关闭装置上所有阀门，再将硫铁矿和硫磺填料按体积比1：5分层装填，先装填硫铁矿再装填硫磺，填料顶层距出水口的距离占整个反应器高度的10％。填料装填完毕后，开启进水阀2和出水阀11，超越管阀4、反冲洗进水阀6、放空阀9和反冲洗出水阀12仍保持关闭，二级出水通过进水管1进入反应装置，并依次经过滤板及长柄滤头16、硫铁矿填料层14和硫磺填料层15，最终通过出水管10外排或进入下一处理单元。
装置采用无接种污泥的自然启动方式，启动期运行参数为：空床停留时间1h，水力负荷为14.4m3/(m2·d)，启动期运行效果进水水质为：TN9.95mg/L，NO3 --N为8.96mg/L，每天取装置进出水，测定其水质指标，结果如图2所示，装置在3天内完成启动，此后出水TN小于5mg/L，具有良好的脱氮效果。
实施例2：高水力负荷印染废水脱氮
在实施例1反应器启动成功后继续进行本试验。
装置以无锡某印染废水处理厂二级出水为处理对象，运行参数为：空床停留时间20min，水力负荷为43.2m3/(m2·d)，进水TN为19.53mg/L，NO3 --N为17.78mg/L，出水TN为5.93mg/L，TN去除率为69.7％，出水TN远优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标和《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/T1072-2007)中的排放标准。
实施例3：高水力负荷模拟废水脱氮
在实施例1反应器启动成功后继续进行本试验。
试验进水为人工配制的模拟废水，运行参数为：空床停留时间20min，水力负荷为43.2m3/(m2·d)，进水TN为25.35mg/L，NO3 --N为23.43mg/L，出水TN为2.16mg/L，TN去除率为91.5％，实现了高效脱氮。
实施例4：高水力负荷市政污水脱氮
在实施例1反应器启动成功后继续进行本试验。
装置以沈阳某市政污水处理厂二级出水为处理对象，运行参数为：空床停留时间20min，水力负荷为43.2m3/(m2·d)，进水TN为14.39mg/L，出水TN为1.01mg/L，TN去除率为93.0％，出水TN优于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅳ类水水质标准。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种印染废水自养反硝化脱氮装置，其特征在于：包括进水管(1)、进水阀(2)、超越管(3)、超越管阀(4)、反冲洗进水管(5)、反冲洗进水阀(6)、反冲洗进水泵(7)、放空管(8)、放空阀(9)、出水管(10)、出水阀(11)、反冲洗出水阀(12)、反冲洗出水管(13)和反应器主体(17)，其中，反冲洗进水管(5)连接在反应器主体(17)底部，放空管(8)连接在反应器主体(17)侧面下部，进水管(1)与反冲洗进水管(8)连通，使进水管(1)和反冲洗进水管(8)中的水通过反应器主体(17)底部进入反应器主体(17)，出水管(10)和反冲洗出水管(13)连接在反应器主体(17)上部；超越管(3)连接在进水管(1)上，超越管(3)上设置超越管阀(4)，进水阀(2)设置在进水管(1)上，且进水阀(2)位于超越管(3)与进水管(1)连接处和反应器主体(17)与进水管(1)连接处之间；放空管(8)上设置放空阀(9)；反冲洗进水管(5)上设置反冲洗进水阀(6)，反冲洗进水阀(6)和反应器主体(17)之间设置反冲洗进水泵(7)；出水管(10)上设置出水阀(11)；反冲洗出水管(13)上设置反冲洗出水阀(12)；反应器主体(17)内自下往上依次设置滤板及长柄滤头(16)、硫铁矿填料层(14)和硫磺填料层(15)。
2.根据权利要求1所述的印染废水自养反硝化脱氮装置，其特征在于：所述反应器主体(17)为圆柱体。
3.根据权利要求1所述的印染废水自养反硝化脱氮装置，其特征在于：所述硫磺填料层(15)顶部距反应器主体(17)出水口的距离占反应器主体(17)高度的10％。
4.根据权利要求1所述的印染废水自养反硝化脱氮装置，其特征在于：所述硫铁矿填料层(14)和硫磺填料层(15)的体积比为1:5。
5.根据权利要求1所述的印染废水自养反硝化脱氮装置，其特征在于：所述硫铁矿填料层(14)填料粒径为3～5mm，硫含量大于48％，铁含量大于43％。
6.根据权利要求1所述的印染废水自养反硝化脱氮装置，其特征在于：所述硫磺填料层(15)填料粒径为3～5mm，硫含量大于95％。
7.采用权利要求1所述的印染废水自养反硝化脱氮装置的印染废水脱氮方法，其特征在于：在印染废水处理厂二级出水TN达标的情况下，关闭进水阀(2)、反冲洗进水阀(6)和放空阀(9)，开启超越管(3)上的超越管阀(4)，水流通过超越管(3)直接跨越自养反硝化脱氮装置进入下一处理单元或直接外排，自养反硝化装置处于闲置状态；
在印染废水处理厂二级出水TN超标的情况下，关闭装置超越管阀(4)、反冲洗进水阀(6)、反冲洗出水阀(12)和放空阀(9)，开启进水阀(2)和出水管阀(11)，二级出水通过进水管(1)进入反应器主体(17)，进入反应器主体(17)的进水先通过滤板及长柄滤头(16)均匀配水后进入硫铁矿填料层(14)，然后进入硫磺填料层(15)，最终，污水经处理实现TN达标后通过装置上部的出水管(10)排放或进入下一处理单元；
在该装置连续运行、头损失增大的情况下，关闭超越管阀(4)、放空阀(9)、进水阀(2)、出水阀(11)，开启反冲洗进水阀(6)和反冲洗出水阀(12)，并打开反冲洗进水泵(7)，对该装置进行反冲洗。
8.根据权利要求1或7所述印染废水自养反硝化脱氮装置及方法，其特征在于：所述反冲洗水为污水厂二级出水，反冲洗时间为10～15min，反冲洗出水通过反冲洗出水管(13)排入污水厂总进水端。
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