CN113184995A - 一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法及反应器 - Google Patents

一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法及反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化‑自养反硝化脱氮方法及反应器。本发明的脱氮方法包括：将高氮废水投加硫代硫酸钠后先后进入三级同步硝化‑自养反硝化反应器，反应器中吊挂由菱铁矿(FeCO3)、黄铁矿(FeS2)及铁刨花(Fe0)组成的复合填料，在曝气充氧条件下发生同步硝化‑自养反硝化作用，使废水中总氮得以高效去除，处理后的水进入沉淀池沉淀后排出。与传统硝化、反硝化(AO)脱氮相比，本发明基于多源电子供体的高氮废水同步硝化‑自养反硝化脱氮方法及反应器不需外加有机碳源、不需硝化液回流，运行成本大幅度降低。

Description

一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱 氮方法及反应器
技术领域
本发明涉及一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法及反应器，属于污废水脱氮技术领域。
背景技术
在垃圾填埋及发酵、印染过程中印花及养殖等工农业生产中产生高氮废水。高氮废水的处理方法一般为硝化、反硝化组合(AO)。但由于废水C/N较低，在反硝化过程中需要投加大量碳源。同时，为获得较高的总氮去除率，在实际工程中采用多级AO并设置硝化液高回流比的途径提高脱氮效率，处理成本较高。
针对高氮废水反硝化碳源需求量大、处理成本高的问题，近年来开展了以无机物作为电子供体的自养反硝化技术研究。低价硫替代外加有机碳源形成自养及混养反硝化，强化脱氮及碳源节约效果显著；例如：通过煅烧天然黄铁矿制备具有纳米结构的磁性黄铁矿，并应用于自养反硝化生物滤池处理实际二级生化出水，在低C/N比条件下对总氮可获得较高去除率。低价铁也可作为自养或混养反硝化电子供体，例如：在接种活性污泥的基于Fe2+氧化的自养反硝化反应器，在3个月的运行期可获得稳定的NO3--N去除率，在***中成功富集Fe2+氧化菌及硝酸盐还原菌。由于硫自养反硝化产酸、铁自养反硝化产碱，硫铁协同自养或混养反硝化可平衡缓冲脱氮体系pH，并对N2O温室气体减排有显著贡献。
为解决高氮废水碳源用量及回流比高的问题，本发明基于硫铁协同自养反硝化及同步硝化反硝化原理，提出一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法及反应器，对于高氮废水可实现无外加碳源及硝化液回流高效脱氮，可大幅度降低运行成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：高氮废水的脱氮存在碳源用量及回流比高等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，包括以下步骤：
步骤1)：TN≥1000mg/L的高氮废水投加硫代硫酸钠后进入一级同步硝化-自养反硝化反应器，该反应器中吊挂由菱铁矿FeCO3、黄铁矿FeS2及铁刨花Fe0组成的复合填料，形成多源电子供体，在曝气充氧条件下发生同步硝化-自养反硝化作用，使废水中总氮得以部分脱除；
步骤2)：经步骤1)处理后的废水进入二级同步硝化-自养反硝化反应器，该反应器中同样吊挂由菱铁矿FeCO3、黄铁矿FeS2及铁刨花Fe0组成的复合填料，但填充量低于一级同步硝化-自养反硝化反应器中复合填料的填充量，同样在曝气充氧条件下发生同步硝化-自养反硝化作用，使废水中总氮进一步降低；
步骤3)：经步骤2)处理后的废水进入三级同步硝化-自养反硝化反应器，反应器中吊挂由菱铁矿(FeCO3)及铁刨花(Fe0)组成的复合填料，在三级反应器中曝气充氧条件下发生同步硝化-自养反硝化作用，使废水中总氮降至较低水平；
步骤4)：经步骤3)脱氮处理后的废水进入沉淀池固液分离，部分剩余污泥回流至一级同步硝化-自养反硝化反应器，回流比为50％～100％，与一级同步硝化-自养反硝化反应器的进水混合后进入一级同步硝化-自养反硝化反应器，以补充反应器中流失的污泥，部分剩余污泥排放后进一步处置。
优选地，所述步骤1)中硫代硫酸钠投量控制在S/N摩尔比为0.6～0.8；反应停留时间控制在20～24h，所述曝气充氧条件中的气水比控制在8～10：1。。
优选地，所述步骤1)中复合填料的组成重量配比为菱铁矿：黄铁矿：铁刨花＝1：2：3，所述的复合填料采用聚乙烯网袋包裹后吊挂于反应器中，包裹后的单包填料重量为10～12kg，所述的一级同步硝化-自养反硝化反应器中复合填料的填充量为30～40kg/m3。
优选地，所述步骤2)的反应停留时间控制在16～20h；所述曝气充氧条件中的气水比控制在6～8：1。
优选地，所述步骤2)的复合填料的组成重量配比、单包填料重量、包装及安装方式与一级同步硝化-自养反硝化反应器相同，但复合填料的填充量为一级同步硝化-自养反硝化反应器的2/3。
优选地，所述步骤3)的反应停留时间控制在12～14h；所述曝气充氧条件中的气水比控制在4～6：1。
优选地，所述步骤3)的复合填料的组成重量配比为菱铁矿：铁刨花＝1：2，复合填料材用聚乙烯网袋包裹后制作成串装吊挂于反应器中，包裹后的单包填料的重量为10～12kg，所述的三级同步硝化-自养反硝化反应器中复合填料的填充量为40～50kg/m3。
优选地，所述步骤4)中的污泥回流比控制在50％～100％。
本发明还提供了一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮反应器，应用于所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化的脱氮方法中，包括：
设有复合填料一(4)的一级同步硝化-自养反硝化反应器(5)，所述的一级同步硝化-自养反硝化反应器(5)的进水侧设有连接有硫源电子供体投加管(2)的进水管(1)，出水侧设有第一出水管(8)，底部设有第一曝气管(7)；
设有复合填料二(10)的二级同步硝化-自养反硝化反应器(11)，所述的二级同步硝化-自养反硝化反应器(11)的进水侧与第一出水管(8)连接，出水侧设有第二出水管(14)，底部设有第二曝气管(13)；
设有复合填料三(16)的三级同步硝化-自养反硝化反应器(17)，所述的三级同步硝化-自养反硝化反应器(17)的进水侧与第二出水管(14)连接，出水侧设有第三出水管(20)，底部设有第三曝气管(19)；
底部设有排泥管(23)和污泥回流管(24)的沉淀池(21)，所述的沉淀池(21)的进水侧与第三出水管(20)连接，出水侧设有第四出水管(22)。
优选地，所述的一、二、三级同步硝化-自养反硝化反应器的进水侧分别设有第一配水渠道3、第二配水渠道9、第三配水渠道15，出水侧分别设有第一集水渠6、第二集水渠12、第三集水渠18。
本发明的原理是：针对高氮废水C/N低导致反硝化脱氮需投加大量碳源、运行成本高且脱氮效率低的问题，采用硫铁多源电子供体在三级好氧过程中实现同步硝化-自养反硝化，可解决常规硝化、反硝化投加大量碳源及硝化液回流比高的问题。
本发明的适用范围是：垃圾填埋及发酵、印染过程中印花及养殖等工农业生产中产生高氮废水(TN、NH4 +-N≥1000mg/L)。通过本发明的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法及反应器，出水TN可稳定低于100mg/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明提出的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法及反应器，与传统硝化、反硝化(AO)脱氮相比，不需外加有机碳源及硝化液回流，且脱氮效率高，运行成本低；
2.通过本发明的基于多源电子供体的高氮废水多源电子供体同步硝化-自养反硝化脱氮方法及反应器，高氮废水出水TN可稳定低于100mg/L。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮反应器的示意图；
附图标记：1.进水管；2.硫源电子供体投加管；3.第一配水渠道；4.复合填料一；5.一级同步硝化-自养反硝化反应器；6.第一集水渠；7.第一曝气管；8.第一出水管；9.第二配水渠道；10.复合填料二；11.二级同步硝化-自养反硝化反应器；12.第二集水渠；13.第二曝气管；14.第二出水管；15.第三配水渠道；16.复合填料三；17.三级同步硝化-自养反硝化反应器；18.第三集水渠；19.第三曝气管；20.第三出水管；21.沉淀池；22.第四出水管；23.排泥管；24.污泥回流管。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
本实施例提供了一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法及反应器，本实施例中的废水原水来自于某垃圾填埋场老龄渗滤液，水质指标为：COD＝4000～5000mg/L，TN＝3000～4000mg/L，NH4 +-N＝2800～4000mg/L，氮素主要以NH4 +-N形态存在。为了解决高氮、低C/N老龄垃圾渗滤液脱氮问题，采用基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，包括以下步骤：
步骤1)：老龄渗滤液投加硫代硫酸钠后进入一级同步硝化-自养反硝化反应器，反应器中吊挂由菱铁矿(FeCO3)、黄铁矿(FeS2)及铁刨花(Fe0)组成的复合填料，在曝气充氧条件下发生同步硝化-自养反硝化作用，使废水中总氮得以部分脱除。
步骤2)：经步骤1)处理后的老龄渗滤液进入二级同步硝化-自养反硝化反应器，反应器中吊挂由菱铁矿(FeCO3)、黄铁矿(FeS2)及铁刨花(Fe0)组成的复合填料，填充量低于一级反应器，在二级反应器中曝气充氧条件下发生同步硝化-自养反硝化作用，使废水中总氮进一步降低。
步骤3)：经步骤2)处理后的老龄渗滤液进入三级同步硝化-反硝化反应器，反应器中吊挂由菱铁矿(FeCO3)及铁刨花(Fe0)组成的复合填料，在三级反应器中曝气充氧条件下发生同步硝化-自养反硝化作用，使废水中总氮降至较低水平。
步骤4)：经步骤3)脱氮处理后的老龄渗滤液进入沉淀池固液分离，部分剩余污泥回流至一级反应器，与一级反应器进水混合后进入一级反应池，以补充反应池中流失的污泥，部分剩余污泥排放后进一步处置。
其中，步骤1)中硫代硫酸钠投量控制在S/N摩尔比为0.6～0.8。反应停留时间控制在20～24h；复合填料的组成重量配比为菱铁矿(FeCO3)：黄铁矿(FeS2)：铁刨花(Fe0)＝1：2：3，单包填料重量为10～12kg，单包填料用聚乙烯网袋包裹。填料包制作成串装，吊挂于反应池中，填料填充量为30～40kg/m3；曝气充氧中的气水比为8～10：1。
其中，步骤2)的反应停留时间控制在16～20h；复合填料的组成重量配比、单包填料重量、包装及安装方式与一级反应器相同，但填料填充量为一级反应器的2/3；曝气充氧中的气水比为6～8：1。
其中，步骤3)反应停留时间控制在12～14h；复合填料的组成重量配比为菱铁矿(FeCO3)：铁刨花(Fe0)＝1：2，单包填料重量为10～12kg，单包填料用聚乙烯网袋包裹，填料包制作成串装，吊挂于反应池中，填料填充量为40～50kg/m3；曝气充氧中的气水比为4～6：1。
其中，步骤4)中的污泥回流比控制在50％～100％。
上述的脱氮方法采用如图1所示的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮反应器，其包括：
设有复合填料一4的一级同步硝化-自养反硝化反应器5，所述的一级同步硝化-自养反硝化反应器5的进水侧设有连接有硫源电子供体投加管2的进水管1，出水侧设有第一出水管8，以及底部设有第一曝气管7；
设有复合填料二10的二级同步硝化-自养反硝化反应器11，所述的二级同步硝化-自养反硝化反应器11的进水侧与第一出水管8连接，出水侧设有第二出水管14，以及底部设有第二曝气管13；
设有复合填料三16的三级同步硝化-自养反硝化反应器17，所述的三级同步硝化-自养反硝化反应器17的进水侧与第二出水管14连接，出水侧设有第三出水管20，以及底部设有第三曝气管19；
底部设有排泥管23和污泥回流管24的沉淀池21，所述的沉淀池21的进水侧与第三出水管20连接，以及出水侧设有第四出水管22；
所述的一、二、三级同步硝化-自养反硝化反应器进水侧分别设有第一配水渠道3、第二配水渠道9、第三配水渠道15，出水侧分别设有第一集水渠6、第二集水渠12、第三集水渠18。
经上述脱氮方法和脱氮反应器处理后的老龄渗滤液TN低于100mg/L。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：TN≥1000mg/L的高氮废水投加硫代硫酸钠后进入一级同步硝化-自养反硝化反应器，该反应器中吊挂由菱铁矿FeCO3、黄铁矿FeS2及铁刨花Fe0组成的复合填料，形成多源电子供体，在曝气充氧条件下发生同步硝化-自养反硝化作用，使废水中总氮得以部分脱除；
步骤2)：经步骤1)处理后的废水进入二级同步硝化-自养反硝化反应器，该反应器中同样吊挂由菱铁矿FeCO3、黄铁矿FeS2及铁刨花Fe0组成的复合填料，但填充量低于一级同步硝化-自养反硝化反应器中复合填料的填充量，同样在曝气充氧条件下发生同步硝化-自养反硝化作用，使废水中总氮进一步降低；
步骤3)：经步骤2)处理后的废水进入三级同步硝化-自养反硝化反应器，反应器中吊挂由菱铁矿FeCO3及铁刨花Fe0组成的复合填料，在三级反应器中曝气充氧条件下发生同步硝化-自养反硝化作用，使废水中总氮降至较低水平；
步骤4)：经步骤3)脱氮处理后的废水进入沉淀池固液分离，部分剩余污泥回流至一级同步硝化-自养反硝化反应器，与一级同步硝化-自养反硝化反应器的进水混合后进入一级同步硝化-自养反硝化反应器，以补充反应器中流失的污泥，部分剩余污泥排放后进一步处置。
2.如权利要求1所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，其特征在于，所述步骤1)中硫代硫酸钠投量控制在S/N摩尔比为0.6～0.8；反应停留时间控制在20～24h；所述曝气充氧条件中的气水比控制在8～10：1。
3.如权利要求1所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，其特征在于，所述步骤1)中复合填料的组成重量配比为菱铁矿：黄铁矿：铁刨花＝1：2：3，所述的复合填料采用聚乙烯网袋包裹后吊挂于反应器中，包裹后的单包填料重量为10～12kg，所述的一级同步硝化-自养反硝化反应器中复合填料的填充量为30～40kg/m3。
4.如权利要求1所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，其特征在于，所述步骤2)的反应停留时间控制在16～20h；所述曝气充氧条件中的气水比控制在6～8：1。
5.如权利要求1所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，其特征在于，所述步骤2)的复合填料的组成重量配比、单包填料重量、包装及安装方式与一级同步硝化-自养反硝化反应器相同，但复合填料的填充量为一级同步硝化-自养反硝化反应器的2/3。
6.如权利要求1所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，其特征在于，所述步骤3)的反应停留时间控制在12～14h；所述曝气充氧条件中的气水比控制在4～6：1。
7.如权利要求1所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，其特征在于，所述步骤3)的复合填料的组成重量配比为菱铁矿：铁刨花＝1：2，复合填料材用聚乙烯网袋包裹后制作成串装吊挂于反应器中，包裹后的单包填料的重量为10～12kg，所述的三级同步硝化-自养反硝化反应器中复合填料的填充量为40～50kg/m3。
8.如权利要求1所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮方法，其特征在于，所述步骤4)中的污泥回流比控制在50％～100％。
9.一种基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮反应器，其特征在于，应用于权利要求1～8中任意一项所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化的脱氮方法中，包括：
设有复合填料一(4)的一级同步硝化-自养反硝化反应器(5)，所述的一级同步硝化-自养反硝化反应器(5)的进水侧设有连接有硫源电子供体投加管(2)的进水管(1)，出水侧设有第一出水管(8)，底部设有第一曝气管(7)；
设有复合填料二(10)的二级同步硝化-自养反硝化反应器(11)，所述的二级同步硝化-自养反硝化反应器(11)的进水侧与第一出水管(8)连接，出水侧设有第二出水管(14)，底部设有第二曝气管(13)；
设有复合填料三(16)的三级同步硝化-自养反硝化反应器(17)，所述的三级同步硝化-自养反硝化反应器(17)的进水侧与第二出水管(14)连接，出水侧设有第三出水管(20)，底部设有第三曝气管(19)；
底部设有排泥管(23)和污泥回流管(24)的沉淀池(21)，所述的沉淀池(21)的进水侧与第三出水管(20)连接，出水侧设有第四出水管(22)。
10.如权利要求9所述的基于多源电子供体的高氮废水同步硝化-自养反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述的一、二、三级同步硝化-自养反硝化反应器的进水侧分别设有第一配水渠道3、第二配水渠道9、第三配水渠道15，出水侧分别设有第一集水渠6、第二集水渠12、第三集水渠18。
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