CN108191069A - 一种污水自养反硝化脱氮除磷***及方法 - Google Patents

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Abstract

一种污水自养反硝化脱氮除磷***及方法，属于污水处理技术领域。通过水质水量调节池均衡污水水质与水量，通过反应器罐内部装填化学催化生物载体，在化学催化生物载体上富集自养反硝化菌，利用化学催化生物载体的化学反应产物为微生物自养反硝化的提供电子，将硝酸盐氮还原为氮气，化学催化生物载体内部催化内电解反应生成的Fe2+被氧化为Fe3+，并与水中PO4 3‑发生沉淀反应，生成FePO4·2H2O，将污水中氮和磷的快速深度脱除。本发明处理低碳氮比污水时，无需额外投加有机碳源。具有效率高、能耗低、操作方便、安全、无二次污染等优势，可实现低碳氮比污水中氮和磷的同步快速深度脱氮。

Description

一种污水自养反硝化脱氮除磷***及方法
技术领域
本发明涉及一种污水自养反硝化脱氮除磷***及方法，属于水处理技术领域。
背景技术
对于受污染的地表水和地下水、城市污水厂尾水及石油化工、化肥、味精、养殖等行业的生产废水，由于其有机物含量不足，导致利用传统生物脱氮技术处理时脱氮效率低。同时，我国城镇污水排放标准逐年提高，且对一些经济发达、环境容量小的地区提出了更为严格的要求，其中北京地方标准《北京水污染物综合排放标准》(DB11/307-2013)中的A控标准最为严格。而我国城市污水的碳氮比(C/N)普遍较低，反硝化碳源不足，难以实现总氮(TN)的深度脱除，因此对有机物含量较低的污水进行深度脱氮已成为目前水处理领域亟待解决的难题。
目前，可实现污水深度脱氮技术主要有外加有机碳源技术和自养反硝化技术。外加有机碳源以甲醇、乙醇、乙酸等为主，但由于外加碳源成本较高，且易残留，造成二次污染，因此在实际生产中未得到广泛应用。自养反硝化脱氮技术主要以氢气、硫及其化合物和单质铁为电子供体。以氢气为电子供体的自养反硝化技术存在氢气利用率低、氢气易泄漏及氢气储存、运输成本高等问题，难以在实际应用中推广。以硫及其化合物为电子供体的自养反硝化技术虽然成本较低，但脱氮过程中生成大量的硫酸和硫酸盐，对水体造成严重的二次污染，因此未在工程应用中得到推广。以铁为基质的自养反硝化脱氮技术克服了以氢气、硫及其化合物为电子供体的自养反硝化脱氮技术存在的弊端，其脱氮主要依靠零价铁(Fe0)腐蚀过程提供电子，但在通常污水水质条件下铁的腐蚀非常缓慢，导致该技术的自养反硝化脱氮效率低下。因此，研发高效、低耗、操作方便、安全、无二次污染的脱氮新技术具有重要意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种污水自养反硝化脱氮除磷***及方法。
一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，含有以下步骤；通过水质水量调节池均衡污水水质与水量，通过反应器罐内部装填化学催化生物载体，在化学催化生物载体上富集自养反硝化菌，利用化学催化生物载体的化学反应产物为微生物自养反硝化的提供电子，将硝酸盐氮还原为氮气，化学催化生物载体内部催化内电解反应生成的Fe2+被氧化为Fe3+，并与水中PO4 3-发生沉淀反应，生成FePO4·2H2O，将污水中氮和磷的快速深度脱除。
反应器罐的运行过程是在微曝气下运行，气水比为0.5:1-3:1。污水在反应器罐内的水力停留时间为4.5-10.5h。污水进入反应器罐的流向有上向流和下向流2种形式。
一种污水自养反硝化脱氮除磷***，进水泵的进口端连接水质水量调节池，进水泵的出口端连接进水阀门及进水流量计，进水流量计的另一端连接反应器罐内的布水管，反应器罐的内腔连接化学催化生物载体，化学催化生物载体的下方为曝气沙盘，空气压缩机依次连接进气阀门、进气流量计及出气阀门，出气阀门的另一端连接反应器罐的底部，反应器罐的底部还依次连接出水阀门和出水三通。
污水首先通过水质水量调节池进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵提升、进水流量计计量，进入反应器罐内的布水管；由布水管将污水布入化学催化生物载体；化学催化生物载体所需氧气由曝气沙盘提供；曝气沙盘的气源是通过空气压缩机、进气阀门、进气流量计、出气阀门进入，最后出水由反应器罐的出水阀门和出水三通排出。
一种污水自养反硝化脱氮除磷***，进水泵的进口端连接水质水量调节池，进水泵的出口端连接进水流量计，进水流量计的另一端连接反应器罐的底部，空气压缩机依次连接进气流量计前进气阀门、进气流量计及进气流量计后出气阀门，进气流量计后出气阀门的另一端连接反应器罐的底部，反应器罐的内腔连接化学催化生物载体，化学催化生物载体下方为曝气沙盘，反应器罐的内腔底部连接布水管，反应器罐的上部连接出水管。
污水首先通过水质水量调节池进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵提升、进水流量计计量，进入反应器罐内的布水管；由布水管将污水布入化学催化生物载体；化学催化生物载体所需氧气由曝气沙盘提供；曝气沙盘的气源是通过空气压缩机、进气流量计后出气阀门、进气流量计、进气流量计前进气阀门进入，最后出水由反应器罐的出水管排出。
反应器罐的径高比为1:6；化学催化生物载体在反应器罐内的填充径高比为1:4。
本发明的有益效果是：
(1)一种污水自养反硝化脱氮除磷***及方法，在污水碳氮比较低(即有机物不足)时，无需额外投加有机碳源，即可实现污水的深度脱氮除磷，可以从根本上避免有机物残留所造成的二次污染，同时可节约外加有机碳源所产生的运行成本。
(2)一种污水自养反硝化脱氮除磷***及方法，创新地在无外加电场、无外加有机碳源条件下实现了同步硝化自养反硝化高效深度脱氮除磷，出水总氮去除率可达90％以上，总磷去除率可达85％以上，为污水的深度脱氮提供了一种新的理念及方法。
(3)与异养微生物相比，自养微生物的增殖速率较低，并且本发明采用在生物载体表面附着生物膜的微生物生长形式，***只产生微量的剩余污泥，大大降低了污泥处理陈本。
(4)运行过程中只需要微曝气，大大降低了运行能耗，节约了运行成本，反应器罐运行操作简单，便于管理。
(5)柱状反应器罐可有效节约水处理设备占地面积，降低投资成本。
本发明与外加碳源脱氮技术以及以氢气、硫及其化合物和单质铁为电子供体的自养脱氮技术相比，具有效率高、能耗低、操作方便、安全、无二次污染等优势，可实现低碳氮比污水中氮和磷的同步快速深度脱氮。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知伴随其中的许多优点，此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：
图1是本发明一种污水自养反硝化脱氮除磷***与方法的下向流污水深度处理***示意图，图中标记：1-水质水量调节池；2-进水泵；3-进水流量计；4-布水管；5-化学催化生物载体；6-曝气沙盘；7-反应器罐；8-出水阀门；9-空气压缩机；10-进气阀门；11-进气流量计；12-出气阀门；13-出水三通。
图2是本发明一种污水自养反硝化脱氮除磷***与方法的上向流污水深度处理***示意图，图中标记：14-水质水量调节池；15-进水泵；16-进水流量计；17-出水管；18-化学催化生物载体；19-反应器罐；20-布水管；21-曝气沙盘；22-进气流量计后出气阀门；23-进气流量计；24-进气流量计前进气阀门；25-空气压缩机。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
为便于对本发明实施例的理解，下面将做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
实施例1：如图1所示，一种污水自养反硝化脱氮除磷***为一种污水自养反硝化脱氮除磷下向流污水深度处理***，主要由水质水量调节池、反应器罐、进水管道***、出水管道***、曝气***等组成。
一种污水自养反硝化脱氮除磷***，进水泵2的进口端连接水质水量调节池1，进水泵2的出口端连接进水阀门及进水流量计3，进水流量计3的另一端连接反应器罐7内的布水管4，反应器罐7的内腔连接化学催化生物载体5，化学催化生物载体5的下方为曝气沙盘6，空气压缩机9依次连接进气阀门10、进气流量计11及出气阀门12，出气阀门12的另一端连接反应器罐7的底部，反应器罐7的底部还依次连接出水阀门8和出水三通13。
一种污水自养反硝化脱氮除磷***，污水首先通过水质水量调节池1进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵2提升、进水流量计3计量，进入反应器罐7内的布水管4；由布水管4将污水布入化学催化生物载体5；化学催化生物载体5所需氧气由曝气沙盘6提供；曝气沙盘6的气源是通过空气压缩机9、进气阀门10、进气流量计11、出气阀门12进入，最后出水由反应器罐7的出水阀门8和出水三通13排出。
反应器罐7的径高比为1:6；化学催化生物载体5在反应器罐7内的填充径高比为1:4；反应器罐7的微曝气量为气水比为1.5:1；污水在反应器罐7内的水力停留时间为6.0h。
本发明是针对污水有机物含量低，反硝化碳源不足，难以实现总氮和总磷的深度脱除这一问题，提供了一种污水自养反硝化脱氮除磷***及方法，在无外加电场、无外加有机碳源条件下实现了同步硝化自养反硝化高效深度脱氮除磷，出水总氮去除率可达90％以上，总磷去除率可达85％以上。
实施例2：如图2所示，一种污水自养反硝化脱氮除磷***为一种污水自养反硝化脱氮除磷上向流污水深度处理***，主要由水质水量调节池、反应器罐、进水管道***、出水管道***、曝气***等组成。
一种污水自养反硝化脱氮除磷***，进水泵15的进口端连接水质水量调节池14，进水泵15的出口端连接进水流量计16，进水流量计16的另一端连接反应器罐19的底部，空气压缩机25依次连接进气流量计前进气阀门24、进气流量计23及进气流量计后出气阀门22，进气流量计后出气阀门22的另一端连接反应器罐19的底部，反应器罐19的内腔连接化学催化生物载体18，化学催化生物载体18下方为曝气沙盘21，反应器罐19的内腔底部连接布水管20，反应器罐19的上部连接出水管17。
污水首先通过水质水量调节池14进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵15提升、进水流量计16计量，进入反应器罐19内的布水管20；由布水管20将污水布入化学催化生物载体18；化学催化生物载体18所需氧气由曝气沙盘21提供；曝气沙盘21的气源是通过空气压缩机25、进气流量计后出气阀门22、进气流量计23、进气流量计前进气阀门24进入，最后出水由反应器罐19的出水管17排出。
反应器罐19的径高比为1:8；化学催化生物载体18在反应器罐19内的填充径高比为1:6；反应器罐19的微曝气量为气水比为2:1；污水在反应器罐19内的水力停留时间为8.0h。
本发明是针对污水有机物含量低，反硝化碳源不足，难以实现总氮和总磷的深度脱除这一问题，提供了一种污水自养反硝化脱氮除磷***及方法，在无外加电场、无外加有机碳源条件下实现了同步硝化自养反硝化高效深度脱氮除磷，出水总氮去除率可达90％以上，总磷去除率可达85％以上。
实施例3：如图1所示，一种污水自养反硝化脱氮除磷下向流污水深度处理方法，含有以下步骤；
设备由主要由水质水量调节池、反应器罐、进水管道***、出水管道***及曝气***等组成。
在反应器罐7的径高比为1:8、化学催化生物载体5在反应器罐7内的填充径高比为1:6、反应器罐7的微曝气量为气水比为2:1、污水在反应器罐7内的水力停留时间为5h时，在进水NO3 --N浓度为20mg/L，NH4 +-N浓度为40mg/L，COD浓度为120mg/L，TP浓度为1mg/L时，COD、NH4 +-N、NO3 --N、TN、TP去除率分别为94.3％、95.3％、99.0％、96.5％和96.1％。
实施例4：如图2所示，一种污水自养反硝化脱氮除磷上向流污水深度处理方法，含有以下步骤；
设备由主要由水质水量调节池、反应器罐、进水管道***、出水管道***、曝气***等组成。
在反应器罐19的径高比为1:10、化学催化生物载体18在反应器罐19内的填充径高比为1:8、反应器罐19的微曝气量为气水比为1.5:1、污水在反应器罐19内的水力停留时间为4.5h时，在进水NO3 --N浓度为15mg/L，NH4 +-N浓度为10mg/L，COD浓度为15mg/L，TP浓度为1mg/L时，COD、NH4 +-N、NO3 --N、TN、TP去除率分别为93.5％、91.1％、94.3％和92.6％和86.7％。***自养反硝化脱氮负荷达0.319kg N/m3·d。
实施例5：一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，设备包含水质水量调节池、反应器罐、进水管道***、出水管道***、曝气***。水质水量调节池用于均衡污水水质与水量；反应器罐为***主体，其形式为柱状反应器，内部装填化学催化生物载体(化学催化生物载体是申请人已于2014年07月23日获得授权的发明专利“好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及制备方法”(专利号ZL201310093411.5)中所制备出的脱氮生物颗粒载体)，并在化学催化生物载体上富集自养反硝化菌，利用化学催化生物载体的化学反应产物为微生物自养反硝化的提供电子，并将硝酸盐氮还原为氮气。同时化学催化生物载体内部催化内电解反应生成的Fe2+被氧化为Fe3+，并与水中PO4 3-发生沉淀反应，生成FePO4·2H2O，从而实现污水中氮和磷的快速深度脱除。
进水管道***由进水泵、进水管、进水阀门和布水***组成；进水泵、进水阀门设置于反应器罐主体之外，并由进水管连接至布水***；布水***根据反应器罐内污水流向设计可设置于反应器罐主体的底部或顶部；出水管道***由出水口和出水管组成；出水口根据反应器罐内污水流向设置于反应器罐主体的顶部或底部，并与设置于反应器罐主体之外的出水管连接，对上向流反应器罐出水管路设置三通，三通一端与空气连通防止虹吸，以保证反应器罐内水位；曝气***位于反应器罐主体底部，上向流反应器罐曝气***位于布水***之下，包括曝气沙盘、曝气管路、进气阀门和空气压缩机；曝气头设于反应器罐底部，通过曝气管路和进气阀门与空气压缩机连接。
反应器罐主体的径高比可为1:6-1:12，化学催化生物载体在反应器罐内的填充径高比为1:4-1:10。
反应器罐的运行过程是在微曝气下运行，气水比为0.5:1-3:1。
污水进入反应器罐的流向有上向流和下向流2种形式。
污水在反应器罐内的水力停留时间为4.5-10.5h。
一种污水自养反硝化脱氮除磷***，首先污水由进水管道***进入反应器罐主体，通过内部装填的化学催化生物载体的自然挂膜或活性污泥接种挂膜，使载体表面富集自养反硝化菌，自养反硝化菌以生物载体催化内电解反应产物为电子供体，将硝酸盐氮还原为氮气，同时载体内部反应溶出的Fe2+被氧化为Fe3+，并与水中PO4 3-发生沉淀反应，生成FePO4·2H2O沉淀，从而实现污水中氮和磷的同步深度脱除，反应器罐出水由出水管道***排出。
进水管道***包括进水泵、进水管、进水阀门和布水***；进水泵、进水阀门设置于反应器罐主体之外，并由进水管路连接至布水***；布水***根据反应器罐内污水流向设计可设置于反应器罐主体的底部或顶部。
出水管道***包括出水口和出水管；出水口根据反应器罐内污水流向设置于反应器罐主体的顶部或底部，并与设置于反应器罐主体之外的出水管路连接，对上向流反应器罐出水管路设置三通，三通一端与空气连通防止虹吸，以保证反应器罐内水位。
反应器罐内曝气***位于反应器罐主体底部，上向流反应器罐曝气***位于布水***之下，包括曝气沙盘、曝气管路、进气阀门和空气压缩机；曝气头设于反应器罐底部，通过曝气管路和进气阀门与空气压缩机连接。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污水自养反硝化脱氮除磷***，其特征在于进水泵的进口端连接水质水量调节池，进水泵的出口端连接进水阀门及进水流量计，进水流量计的另一端连接反应器罐内的布水管，反应器罐的内腔连接化学催化生物载体，化学催化生物载体的下方为曝气沙盘，空气压缩机依次连接进气阀门、进气流量计及出气阀门，出气阀门的另一端连接反应器罐的底部，反应器罐的底部还依次连接出水阀门和出水三通。
2.根据权利要求1所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷***，其特征在于污水首先通过水质水量调节池进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵提升、进水流量计计量，进入反应器罐内的布水管；由布水管将污水布入化学催化生物载体；化学催化生物载体所需氧气由曝气沙盘提供；曝气沙盘的气源是通过空气压缩机、进气阀门、进气流量计、出气阀门进入，最后出水由反应器罐的出水阀门和出水三通排出。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷***，其特征在于反应器罐的径高比为1:6；化学催化生物载体在反应器罐内的填充径高比为1:4。
4.一种污水自养反硝化脱氮除磷***，其特征在于进水泵的进口端连接水质水量调节池，进水泵的出口端连接进水流量计，进水流量计的另一端连接反应器罐的底部，空气压缩机依次连接进气流量计前进气阀门、进气流量计及进气流量计后出气阀门，进气流量计后出气阀门的另一端连接反应器罐的底部，反应器罐的内腔连接化学催化生物载体，化学催化生物载体下方为曝气沙盘，反应器罐的内腔底部连接布水管，反应器罐的上部连接出水管。
5.根据权利要求4所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷***，其特征在于污水首先通过水质水量调节池进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵提升、进水流量计计量，进入反应器罐内的布水管；由布水管将污水布入化学催化生物载体；化学催化生物载体所需氧气由曝气沙盘提供；曝气沙盘的气源是通过空气压缩机、进气流量计后出气阀门、进气流量计、进气流量计前进气阀门进入，最后出水由反应器罐的出水管排出。
6.根据权利要求4或者权利要求5所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷***，其特征在于反应器罐的径高比为1:8；化学催化生物载体在反应器罐内的填充径高比为1:6。
7.一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，其特征在于含有以下步骤；通过水质水量调节池均衡污水水质与水量，通过反应器罐内部装填化学催化生物载体，在化学催化生物载体上富集自养反硝化菌，利用化学催化生物载体的化学反应产物为微生物自养反硝化的提供电子，将硝酸盐氮还原为氮气，化学催化生物载体内部催化内电解反应生成的Fe2+被氧化为Fe3+，并与水中PO4 3-发生沉淀反应，生成FePO4·2H2O，将污水中氮和磷的快速深度脱除。
8.根据权利要求7所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，其特征在于反应器罐的运行过程是在微曝气下运行，气水比为0.5:1-3:1。
9.根据权利要求7所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，其特征在于污水在反应器罐内的水力停留时间为4.5-10.5h。
10.根据权利要求7、8或者9所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，其特征在于污水进入反应器罐的流向有上向流和下向流2种形式。
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