CN101962224A - 生物自养反硝化脱氮装置 - Google Patents

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周伟丽
欧阳丽华
王晖
迟莉娜
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Abstract

一种水质净化技术领域的生物自养反硝化脱氮装置，包括：溶药池、加药泵、氮污染水进水泵、升流式厌氧污泥床和氮气逸出口，硫代硫酸钠溶解于溶药池中，溶药池的底部与加药泵的入水管相连，加药泵的出水管与氮污染水进水泵的进水管相连接，氮污染水进水泵的出水管与升流式厌氧污泥床的底部进水口相连，氮气逸出口设置于升流式厌氧污泥床的顶部以排出气体。本发明在不外加有机物的条件下，去除氮污染水中的硝态氮，同时避免硝态氮还原过程中可能出现的亚硝酸盐中间产物积累的问题。

Description

生物自养反硝化脱氮装置
技术领域
本发明涉及的是一种水质净化技术领域的方法，具体是一种基于硫代硫酸钠为电子受体的生物自养反硝化脱氮装置。
背景技术
自然界中的氮化合物是以有机氮化合物(蛋白质、核酸等)、氨态氮(NH4 +、NH3)、硝态氮(NO3 -、NO2 -)以及气态氮(N2、NO、NO2等)形式存在的。经过一系列自然的或者人工强化的生物转化过程，氮排入自然水体前后大多以硝态氮(主要是硝酸盐氮)的形式存在。由于人类生产生活活动的日益频繁，大量的氮排入自然水体，造成水体的富营养化，目前我国境内的各大中型湖泊、水库等大多面临着严重的富营养化问题。
硝态氮也会对人体健康也造成极大的威胁，研究表明，饮用水源中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的总浓度与癌症死亡率呈正相关。硝酸盐含量过高会干扰机体对维生素A的利用，导致维生素A缺乏症，并且可致血质下降，抑制中心迷走神经，使得心动过速。更为重要的是，在人体中硝酸盐可在硝酸还原菌的作用下会被还原为亚硝酸盐，对人体产生更严重的毒害作用。亚硝酸盐是强氧化剂，可将人体中的低铁血红蛋白转化为高铁血红蛋白，而高铁血红蛋白是不具备携氧能力的，这样会导致组织缺氧，婴幼儿因酶系统发育尚不完全，血红蛋白经亚硝酸盐氧化成高铁血红蛋白的速度比成年人快得多，更易引起高铁血红蛋白症，俗称“蓝婴症”。同时，亚硝酸盐还与人体内蛋白质分解产生的仲胺类物质在胃内合成亚硝胺类物质，亚硝胺类物质对消化系统具有强烈的致癌作用。
硝态氮的过量存在不仅是水体富营养化的主要原因之一，而且对人类健康和水生生物的生存造成极大威胁，氮污染水的脱氮是迫切需要解决的水环境问题之一。
传统的反硝化工艺由异养反硝化细菌完成，在低碳高氮水的脱氮过程中必须添加外加有机物(如甲醇)以满足异养菌的生命活动需要，容易导致二次污染、运行费用高和亚硝酸盐中间产物积累的问题。
经过对现有技术的检索发现，近十年以来有研究者采用硫黄作为电子受体进行硫自养反硝化的脱氮技术。例如[Sierra-Alvarez R，Beristain-Cardoso R，Salazar M，et al.Chemolithotrophic denitrification with elemental sulfur for groundwater treatment[J].WaterResearch，2007，41(6)：1253-1262.](采用硫/石灰石自养反硝化工艺处理地下水)，该技术在进水为100mgN/L、停留时间为30小时、反应器温度在30℃时，硝酸盐氮污水经处理可达到96％的去除率，最高进水负荷可达0.3kgN/(m3·d)，出水无亚硝酸和硫化物的积累。但是由于单质硫的溶解度低，限制阻碍了传质过程的进行，使得该现有技术要求相对比较长的水力停留时间和较高的运行温度，能够承受的氮负荷也比较低，是该技术的不足之处。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种生物自养反硝化脱氮装置，在不外加有机物的条件下，去除氮污染水中的硝态氮，同时避免硝态氮还原过程中可能出现的亚硝酸盐中间产物积累的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：溶药池、加药泵、氮污染水进水泵、升流式厌氧污泥床和氮气逸出口，其中：硫代硫酸钠溶解于溶药池中，溶药池的底部与加药泵的入水管相连，加药泵的出水管与氮污染水进水泵的进水管相连接，氮污染水进水泵的出水管与升流式厌氧污泥床的底部进水口相连，氮气逸出口设置于升流式厌氧污泥床的顶部以排出气体。
所述的硫代硫酸钠的固体纯度大于99％；
所述的加药泵和氮污染水进水泵均为蠕动泵，该蠕动泵的软管绕在泵体转轮之间并在转轮的驱动下挤压至出水管，调整转轮转速的快慢可准确调节水泵的流量。
所述的升流式厌氧污泥床包括：污泥床体和三相分离器，其中：污泥床体为一中空圆筒，内置污泥，污泥床体的筒壁上设取样口，污泥床体的进水口设在底部，三相分离器为圆柱形且设置于污泥床体的上方，其直径大于污泥床直径以降低流速。进水在提升泵的推动作用下沿反应器向上流动，与因重力下降的污泥充分接触，污染物被其中的微生物利用、降解并得以净化。
所述的三相分离器内设倾斜挡板以使污泥、水、氮气在其中相互分离。
所述的氮气逸出口为圆形孔。
本发明选用自养反硝化脱氮工艺，自养反硝化是指自养微生物利用无机碳(如CO3 2-、HCO3 -)合成细胞，以无机物作为硝酸盐还原的电子供体，从而将硝态氮转化为氮气完成反硝化的过程。
与异养反硝化相比，自养反硝化具有如下优势：
1.以无机物作为电子供体，无需外加有机碳源，有效避免了可能造成的二次污染问题，运行费用较低。
2.自养反硝化过程中污泥产量小，因而污泥的处理量和处置费用也低。
本发明利用硫自养反硝化细菌能够利用还原态硫化物将硝酸盐氮转化为氮气的特点，由于单质硫的溶解度很低，影响细菌对硫的获取、降低传质速率进而降低脱氮效率，而硫化物常温下容易氧化、溶于水极易引起水中酸碱环境的突变从而破坏反应器内的微生物生长条件，本发明选用常温常压下性质稳定、溶解度高、不引起pH突变的硫代硫酸钠为电子供体。
采用水处理领域常用的升流式厌氧污泥床，以便在最小的能耗下，达到较好的泥水气混合，该厌氧污泥床顶部有三相分离装置，可使气体、水、污泥三相相互分离，澄清水和气体分别从不同的出口排出反应器，污泥则落回污泥床。这样既保证了出水的澄清度，又使反应器内的自养微生物量得以保持，这对于生长速率较低、增殖速度较慢的自养反硝化细菌是非常有利的。
接种污泥采用城市污水厂厌氧消化污泥，这是最易得的接种污泥，但是由于其中优势菌种并非专性的硫自养反硝化细菌，还必须经过一定时间的驯化和反应器自然筛选。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为升流式厌氧污泥床结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所述，本实施例包括：硫代硫酸钠药品1、加药泵2、氮污染原水3、进水泵4、升流式厌氧污泥床5、脱氮后的处理水6和氮气逸出口7，其中：硫代硫酸钠药品1溶于溶药池，溶药池底部开孔连接加药泵2的进水管道，加药泵2的出水管道末端用三通接入用于提升氮污染原水3的进水泵4的进水管道，进水泵4的出水管道连接升流式厌氧污泥床5底部的进水口，而氮气逸出口7安装在污泥床的最顶部，便于气体排出。
如图2所示，所述的升流式厌氧污泥床5包括：污泥床体8和三相分离器9，其中：污泥床体8为一中空圆筒，内置污泥，污泥床体8的筒壁上设取样口10，污泥床体8的进水口设在底部，三相分离器9为圆柱形且设置于污泥床体的上方，其直径大于污泥床直径以降低流速。进水在提升泵的推动作用下沿反应器向上流动，与因重力下降的污泥充分接触，污染物被其中的微生物利用、降解并得以净化。
所述的三相分离器9内设倾斜挡板11以使污泥、水、氮气在其中相互分离。
所述的氮气逸出口7为圆形孔。
本装置通过以下方式进行具体实施：取城市污水厂厌氧消化污泥，过滤除去块状垃圾后装入反应器。为了模拟自然环境温度，反应器不设保温；硫代硫酸钠用量按照与进水硝酸盐氮总量等摩尔计，溶于水中由蠕动泵均匀泵入。氮污染水由进水蠕动泵均匀泵入反应器；硫代硫酸钠药品1溶解后经计量泵2与含氮水3混合，经水泵4从底部进入升流式厌氧污泥床反应器5，由于重力作用和水流上升的夹带作用与污泥床中的污泥充分混合，被其中的微生物降解代谢，然后经反应器顶部的三相分离器进行泥水分离后，上清液6由上部出水口流出反应器，污泥回到反应器5内，产生的气体则由顶部的出气口7逸出。
普通厌氧污泥在20℃左右的温度下经过20天左右的驯化培养，即可逐步达到90％的脱氮效率，此后即逐渐提高处理负荷。温度高于20℃有利于反应器的启动和运行，成功启动的反应器在12℃以上能够保持较好的处理效果。春秋季室温下进水负荷(以N计)达到1.2kgN/(m3·d)，最短水力停留时间达到1h。
经过14个月的实验室反复验证，本系统脱氮率高达99％，过程中无亚硝酸盐积累现象。因此，采用硫代硫酸钠作为电子受体，不仅不必外加有机碳源，而且处理效率高，脱氮效果好，系统抗冲击负荷能力强，污泥处置容易，运行操作费用低，可达到高效低耗脱氮目的。

Claims (6)

1.一种生物自养反硝化脱氮装置，包括：溶药池、加药泵、氮污染水进水泵、升流式厌氧污泥床和氮气逸出口，其特征在于：硫代硫酸钠溶解于溶药池中，溶药池的底部与加药泵的入水管相连，加药泵的出水管与氮污染水进水泵的进水管相连接，氮污染水进水泵的出水管与升流式厌氧污泥床的底部进水口相连，氮气逸出口设置于升流式厌氧污泥床的顶部以排出气体。
2.根据权利要求1所述的生物自养反硝化脱氮装置，其特征是，所述的硫代硫酸钠的固体纯度大于99％。
3.根据权利要求1所述的生物自养反硝化脱氮装置，其特征是，所述的加药泵和氮污染水进水泵均为蠕动泵，该蠕动泵的软管绕在泵体转轮之间并在转轮的驱动下挤压至出水管，调整转轮转速的快慢可准确调节水泵的流量。
4.根据权利要求1所述的生物自养反硝化脱氮装置，其特征是，所述的升流式厌氧污泥床包括：污泥床体和三相分离器，其中：污泥床体为一中空圆筒，内置污泥，污泥床体的筒壁上设取样口，污泥床体的进水口设在底部，三相分离器为圆柱形且设置于污泥床体的上方，其直径大于污泥床直径以降低流速。
5.根据权利要求4所述的生物自养反硝化脱氮装置，其特征是，所述的三相分离器内设倾斜挡板以使污泥、水、氮气在其中相互分离。
6.根据权利要求1所述的生物自养反硝化脱氮装置，其特征是，所述的氮气逸出口为圆形孔。
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