CN100366552C

CN100366552C - 一种城市污水总氮深度处理的方法

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Publication number: CN100366552C
Application number: CNB2005101102588A
Authority: CN
Inventors: 刘燕; 李亮; 刘翔; 邓丛蕊; 曾次元; 张旭栋
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Shanghai Yong Sun Investement Co., Ltd.
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: CN1792897A

Abstract

本发明属环境保护技术领域，具体为一种城市污水总氮深度处理方法。该方法是在对城市污水进行生物脱氮处理以后，进入低压电化学反应器进行进一步的处理，以去除残留的总氮(包括氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮)，使出水总氮降至0.5mg/l以下，以满足对总氮标准要求很高的场合。

Description

一种城市污水总氮深度处理的方法

技术领域

本发明属环保技术领域，具体涉及一种城市污水总氮深度处理方法。

背景技术

上世纪初，随着废水生物处理工艺的发明，水污染控制技术得到很大的进步，到了七十年代，西方发达国家水体黑臭问题基本上得到解决，随之而来的是由氮磷污染引起的水体富营养化问题，并且在世界范围内日益突出，在内陆河流和湖泊的水体中，氮是富营养化的控制因素。自此，脱氮技术一直成为国际环保技术领域学术界和工程界关注的研究热点，并发明了多种脱氮技术，主要分为物理化学方法(如吹脱、汽提、蒸馏、离子交换法、反渗透)、化学法(如化学沉淀法、折点氯化)和生物处理方法(如微生物脱氮以及藻类养殖等)。

目前城市污水脱氮应用最广泛的方法是微生物脱氮，即通过“硝化一反硝化”过程进行。硝化是通过自养性硝化细菌在有氧的条件下将氨氮连续地转变为硝酸盐氮的过程；反硝化是通过异氧兼性反硝化细菌，在缺氧条件下转化硝酸盐为氮气的过程。自养性的硝化菌和降解有机物的异养菌及反硝化异养菌相比较，世代周期长，竞争能力较弱，因此硝化需在有机碳浓度低、有机负荷低和有氧的条件下才能进行。而污水中通常含有有机物、氨氮等污染物，这使得去除有机物、硝化、反硝化很难在一个反应器内同时、高效完成。因此一般污水生物脱氮工艺均针对其水质和参与反应的几大类不同微生物的特点而设计，各有其优缺点，主要方法有好氧/缺氧法(O/A)和缺氧/好氧法(A/O)。在控制很好的生物处理系统中，其出水可达国家一级(B)排放标准——总氮20mg/L，氨氮8mg/L(水温＞12℃)或15mg/L(水温＜12℃)。如仅用生物处理系统，其出水一般不能达到国家一级(A)排放标准——总氮15mg/L，氨氮5mg/L(水温＞12℃)或8mg/L(水温＜12℃)。因此，生物处理很难将氨氮和总氮降至低的浓度，且受外界环境(如温度)影响大。而在某些对总氮和氨氮要求高的地方，如水源保护区或云南滇池等地，即使出水达到国家一级(A)排放标准也不能满足水体的要求。通常在生物脱氮工艺后需用其它方法进行深度处理。目前深度处理的主要方法有：

(一)汽提法

汽提法是通过向水中通入高温蒸汽，在高温蒸汽的作用下，水中的氨氮通过解析作用进入高温蒸汽中，从而得到去除。它的优点是出水氨氮浓度可以很低，低于0.1mg/L，但其存在如下的一些缺陷：(1)能耗高，需大量高温蒸汽通入水中；(2)设备费用高，因为汽提设备和连接管道需承受高温、高压；(3)不能有效地去除总氮。前段经生物脱氮处理出水中的总氮一般为氨氮和硝酸盐氮，汽提法仅能有效地去除氨氮而不能有效去除硝酸盐氮，所以经汽提深度处理后的出水总氮受硝酸盐氮的影响，仍然较高；(4)经汽提深度处理后的出水，其pH值和温度均高，需将pH值调至中性范围和冷却至环境温度。

(二)蒸馏法

蒸馏法是通过对水进行加温至沸腾，在pH为11左右时将氨氮从水中蒸馏出，进入气相，从而得到去除。它的优点和缺点类似于汽提法，出水氨氮浓度可以很低，低于0.1mg/L，但：(1)能耗高，需将水加热至沸腾，而城市污水一般水量很大，将如此大量的水加热至沸腾，所需能耗非常高；(2)设备费用高，因为蒸馏设备和连接管道需承受高温；(3)不能有效地去除总氮。前段经生物脱氮处理出水中的总氮一般为氨氮和硝酸盐氮，蒸馏法也仅能有效地去除氨氮而不能有效去除硝酸盐氮，所以经蒸馏深度处理后的出水总氮受硝酸盐氮的影响，仍然较高；(4)经蒸馏深度处理后的出水，其pH值和温度均高，需将pH值调至中性范围和冷却至环境温度。

(三)化学沉淀法

化学沉淀法是在污水中加入镁盐和磷酸盐与铵反应生成磷酸镁铵沉淀，从而去除水中的氨氮。研究及工程实践表明，此方法存在如下一些缺陷：(1)为了将氨氮去除彻底，必需加入过量的镁盐和磷酸盐，过量的磷酸盐必须再进一步处理，否则会形成二次污染，因此增加了设备费用和运行费用；(2)形成的磷酸镁铵沉淀絮体较小，不能与水进行有效分离，必需在沉淀池后接砂滤池以去除微小的磷酸镁铵絮体，这也增加了设备费用和运行费用，也增大了占地面积。(3)能有效去除氨氮，不能有效地去除总氮。

(四)离子交换法

依靠离子交换树脂，将NH₄ ⁺、NO₃ ^-、NO₂ ^-分别吸附、交换在阳离子交换树脂和阴离子交换树脂上，从而去除水中的氨氮和总氮。此方法较为简便，但研究和工程实践表明其存在如下的一些缺陷：(1)无对NH₄ ⁺进行特效吸附的树脂。离子是否容易吸附在树脂上而将其它离子交换下来主要取决于离子的电价数和离子半径。NH₄ ⁺的电价数低，仅为+1，而其离子半径仅比Na⁺、Li⁺大，小于水中常见的Fe²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺等，通常的离子交换树脂需去除其它离子后才能去除NH₄ ⁺，效率太低，且易被其它离子再交换下来进入水中，现无对NH₄ ⁺进行特效吸附的树脂。仅有天然的材料如斜发沸石、丝光沸石、蛭石、膨润土等对NH₄ ⁺有较强的选择性吸附，可吸附效率仍较低。且天然的这些材料含有其它杂质，在去除NH₄ ⁺的同时，其它的指标如COD值又可能不达标。(2)吸附交换剂再生麻烦，操作困难。

发明内容

本发明的目的在于提出一种操作简单、灵活的城市污水总氮深度处理方法。

本发明提出的城市污水总氮深度处理方法，是在对城市污水采用通常的生物脱氮装置进行脱氮处理后，进一步用低压电场电化学反应器进行电化学处理，控制电化学反应器的电流密度为30-50A/m²。水力停留时间为1-4小时。经过进一步的电化学处理，可有效地去除残留的总氮(包括氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮)，使其出水总氮降至0.5mg/L以下，满足对总氮标准要求很高的场合的需要。

附图说明

图1为本发明的装置和流程图示。

图中标号：1为缺氧反硝化池，2为好氧硝化池，3为二沉池，4为低压电场电化学反应器。

具体实施方式

本发明提出的城市污水总氮深度处理方法，其流程见图1所示。具体步骤如下：

1、将城市污水经格栅、沉砂和初沉等必要的预处理后送入缺氧反硝化池1，与来自于二沉池3的回流污泥(回流比为0.5～1.5)以及来自于好氧硝化池2的回流混合液(回流比4-8)在缺氧条件下混合，在反硝化异养菌的作用下，将进水中的有机物作为碳源和电子供体，来自于好氧硝化池的大量混合液中的硝酸根或亚硝酸根作为电子受体，进行反硝化，将硝酸根或亚硝酸根离子还原变成氮气逸出。缺氧反硝化池1的水力停留时间为0.75～2.0小时，搅拌强度为：100-200s^-1。

2.缺氧反硝化池1中的混合液进入好氧硝化池2。在有氧的条件下，降解有机物的异养菌将有机物进行有效地降解，同时将有机氮转化为氨氮；自养性硝化菌在低COD和BOD，高NH₃-N浓度和有氧的条件下，可有效转化NH₃-N至硝酸盐氮(NO₃-N)。此好氧硝化池2可根据实际情况，选用如下反应器中一种：推流式反应器、悬浮纤维填料床反应器：

(1)推流式反应器，控制反应时间为5-10小时，溶液内溶解氧(DO)之1mg/L。

(2)悬浮纤维填料反应器，控制反应时间为3～7小时，溶液内DO≥2mg/L，填料投加率为20～60％，较优为45％。

3.自好氧硝化池2的混合液进入二沉池3，沉淀，进行泥水分离，沉淀时间为2.0～2.5小时。沉淀污泥根据需要部分回流至缺氧脱氮池1(50～100％)，其余部分沉淀污泥作为剩余污泥排放，一般可一天排放一次。

4.二沉池3的上清液进入低压电场电化学反应器4，用电化学的方法将氨氮氧化至低于0.3mg/L，NO₃ ^--N和NO₂ ^--N还原为氮气，使总氮低于0.5mg/L，满足水源保护区等对总氮和氨氮特殊要求高的需求。低压电场电化学反应器的电流密度为30～50A/m²，水力停留时间为1～4小时。电化学的方法在有效去除氨氮和总氮的同时，还能依靠产生的氧化性强的OH进一步氧化有机物，降低COD和BOD₅值。

城镇污水经本发明方法处理后，可使出水氨氮＜0.3mg/l，总氮＜0.5mg/L，达到地表水环境质量标准II类水水质标准(GB3838-2002)，满足国家对集中式生活饮用水地表水源地一级保护区的水质要求。

表1为本发明与与其它典型的总氮和氨氮深度处理工艺特征的比较。由此可知本发明的具有明显的优势。

表1.本发明与其它典型的总氮和氨氮深度处理工艺比较

特征	本发明	汽提法	蒸馏法	化学沉淀法	离子交换法
特征	本发明	汽提法	蒸馏法	化学沉淀法	离子交换法	反应池体积(占地面积)基建费用设备费用污泥药剂费能耗运行费用后续处理费用去除氨氮能力去除NO<sub>3</sub><sup>-</sup>-N和NO<sub>2</sub><sup>-</sup>-N能力去除总氮能力	小小大无无中中无大大大	小大大无大大大中大无中	中大大无大大大中大无中	大大小多大小中大中无小	中中大无大中中中中大大

实施例1

某地城市污水经格栅、沉砂和初沉预处理后进入缺氧反硝化池，与来自于二沉池的回流污泥(回流比0.5)以及来自于好氧硝化池的大量混合液(内回流比4)在缺氧调件下进行混合，缺氧反硝化池的水力停留时间为1.0小时，搅拌强度为：100s^-1。缺氧反硝化池中的混合液进入好氧硝化池(推流式反应器)，水力停留时间为6小时，DO控制为2～3mg/L，从好氧硝化池流出的混合液体进入二沉池，沉淀时间为2.0小时，上清液进入后续低压电场电化学反应器，在电流密度为45安/m²，电压为5.2伏的条件下氧化1.0小时后排出。

经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为沉砂池出水)平均值为NH₃-N20mg/l，NO₃-N、NO₂-N为零，TN-N25mg/l，出水NH₃-N0.1mg/l，NO₃-N、NO₂-N均为零，TN-N0.2mg/l。

实施例2

某地城市污水经格栅、沉砂和初沉预处理后进入缺氧反硝化池，与来自于二沉池的回流污泥(回流比1.0)以及来自于好氧硝化池的大量混合液(内回流比5)在缺氧调件下进行混合，缺氧反硝化池的水力停留时间为1.5小时，搅拌强度为：130s^-1。缺氧反硝化池中的混合液进入好氧硝化池(推流式反应器)，水力停留时间为8小时，DO控制为2～3mg/L，从好氧硝化池流出的混合液体进入二沉池，沉淀时间为2.5小时，上清液进入后续低压电场电化学反应器，在电流密度为30安/m²，电压为5.7伏的条件下氧化2.5小时后排出。

经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为沉砂池出水)平均值为NH₃-N24mg/l，NO₃-N、NO₂-N为零，TN-N30mg/l，出水NH₃-N0.15mg/l，NO₃-N、NO₂-N均为零，TN-N0.25mg/l。

实施例3

某地城市污水经格栅、沉砂和初沉预处理后进入缺氧反硝化池，与来自于二沉池的回流污泥(回流比1.5)以及来自于好氧硝化池的大量混合液(内回流比6)在缺氧条件下进行混合，缺氧反硝化池的水力停留时间为2.0小时，搅拌强度为：200s^-1。缺氧反硝化池中的混合液进入好氧硝化池(推流式反应器)，水力停留时间为10小时，DO控制为2～3mg/L，从好氧硝化池流出的混合液体进入二沉池，沉淀时间为2.5小时，上清液进入后续低压电场电化学反应器，在电流密度为50安/m²，电压为5.7伏的条件下氧化2小时后排出。

经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为沉砂池出水)平均值为NH₃-N30mg/l，NO₃-N、NO₂-N为零，TN-N 35mg/l，出水NH₃-N 0.2mg/l，NO₃-N、NO₂-N均为零，TN-N0.4mg/l。

Claims

1.一种城市污水总氮深度处理方法，其特征在于在对城市污水采用生物脱氮装置进行脱氮处理后，进一步用低压电场电化学反应器进行电化学处理，控制电化学反应器的电流密度为30-50A/m²，电压为5.2伏-5.7伏，水力停留时间为1-4小时。

2.根据权利要求1所述的城市污水总氮深度处理方法，其特征在于所述采用生物脱氮装置进行生物脱氮的步骤如下：

(1)将城市污水经格栅、沉砂和初沉的预处理后送入缺氧反硝化池(1)，与来自于二沉池(3)的回流污泥以及来自于好氧硝化池(2)的回流混合液在缺氧条件下混合，在反硝化异养菌的作用下，将进水中的有机物作为碳源和电子供体，来自于好氧硝化池的大量混合液中的硝酸根或亚硝酸根作为电子受体，进行反硝化，将硝酸根或亚硝酸根离子还原变成氮气逸出；缺氧反硝化池(1)的水力停留时间为0.75～2.0小时，搅拌强度为：100-200s^-1；

(2)缺氧反硝化池(1)中的混合液进入好氧硝化池(2)，在有氧的条件下，异养菌将有机物进行有效地降解，同时将有机氮转化为氨氮；自养性硝化菌在低COD和BOD，高NH₃-N浓度和有氧的条件下，有效转化NH₃-N至硝酸盐氮；

(3)好氧硝化池(2)的混合液进入二沉池(3)，沉淀，进行泥水分离，沉淀时间为2.0～2.5小时；沉淀污泥根据需要部分回流至缺氧反硝化池(1)，其余部分沉淀污泥为剩余污泥排放；

(4)二沉池(3)的上清液进入低压电场电化学反应器(4)进行电化学处理。

3.根据权利要求2所述的城市污水总氮深度处理方法，其特征在于所述好氧硝化池(2)采用推流式反应器或者悬浮纤维填料床反应器，当采用推流式反应器时，控制反应时间为5-10小时，溶液内溶解氧≥1mg/L；当采用悬浮纤维填料反应器时，控制反应时间为3～7小时，溶液内溶解氧≥2mg/L，填料投加率为20-60％。