CN108503026B - 城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法 - Google Patents

城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法，处理系统采用升流式反应器，其内部充填粉末硫铁矿‑塑料复合填料。在反应器不同高度发生不同主要功能反应，污水首先在反应器下部发生硫自养反硝化脱氮反应；然后发生厌氧水解酸化反应，大分子和难降解有机物转化为可生物利用有机物；在反应器上部，主要发生反硫化反应，高价硫酸盐还原为低价硫化物；整个过程同步实现磷去除；产生的硫化物和H2S回流至反应器底部，再次作为硫自养反硝化电子供体；出水最终通过出水口进入出水箱。该方法具有能耗低、效率高、流程简单、连续运行、无需再接二沉池、操作管理方便等优点，对脱氮除磷尤其是城市二级出水深度氮磷去除具有重要应用价值。

Description

城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其是一种针对城市二级出水深度脱氮除磷的硫自养反硝化及化学除磷方法。
背景技术
城市污水二级出水普遍存在氮、磷等排放超标的问题,氮、磷深度净化是城市污水资源化领域的关注焦点。目前，氮、磷深度处理主要依靠投加碳源和化学沉淀实现，但其不仅增加了污水处理成本和产泥量，还可能存在二次污染的弊端。
近来，自养反硝化尤其是硫自养反硝化受到广泛关注，其是一种以低价态硫代替碳源作为电子供体，以水中硝酸盐或者亚硝酸盐作为电子受体，在自养反硝化菌的作用下实现反硝化的一种新型脱氮技术，具有节约碳源消耗、污泥产量低等优点，以纳米FeS2作为电子被用来进行脱氮具有反应速率快、停留时间短的优点，但纳米颗粒的制备技术和能耗要求较高据，且纳米技术对环境和人类健康带来的风险令人严重担忧。
综上所述，硫自养反硝化技术极具开发研究价值，在污水处理领域，尤其针对城市二级出水总氮深度脱除，具有良好的发展与应用前景，但目前的硫自养反硝化系统也存在不可忽视的缺点，如出水硫酸盐高等问题还没有较完善的解决方法，硫自养反硝化脱氮的长期稳定性还有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法，通过采用粉末状硫铁矿石与塑料填料负载，引进铁离子以调节系统pH值，引进Fe2+、Fe3+及Fe(OH)3等实现磷的去除，粉末状矿石同样具有较大的比表面积，在降低水力停留时间的同时，可避免纳米材料的高制备能耗和其带来的健康风险；通过增设出水回流和产气循环，将反硫化过程产生的低价硫化物和H2S回流至反应初端再次作为硫自养反硝化的电子供体；实现硫高效循环利用。
本发明为实现发明目的，所采用技术方案是：城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法，采用升流式反应器，其内部充粉末填硫铁矿-塑料复合填料，所述城市二级出水由升流式反应器底部泵入升流式反应器，由升流式反应器顶部流出，对城市二级出水在升流式反应器不同高度实现不同主体反应功能，即在升流式反应器下部发生硫自养反硝化脱氮过程（5FeS2+14NO3 -+2H2O→7N2+10SO4 2-+5Fe2++4OH-）、在升流式反应器中部发生厌氧水解酸化过程，在升流式反应器上部发生反硫化过程（SO4 2-→S2O3 2-、Sn 2-、S）和FeS2氧化产生的Fe2+、Fe3+及Fe(OH)3化学除磷过程以及出水和产气循环过程，各个处理过程同步进行，连续进水，连续出水。
所述硫自养反硝化脱氮过程：将待处理城市二级出水从升流式反应器底部泵入，自养反硝化菌利用低价硫作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，进行反硝化脱氮，此过程中硝酸盐浓度逐渐降低，而低价硫转化为高价硫，硫酸盐浓度逐渐升高。
5FeS2+14NO3 -+2H2O→7N2+10SO4 2-+5Fe2++4OH-。
所述厌氧水解酸化过程：硫自养反硝化结束，硝酸盐基本消耗殆尽，水体由缺氧状态转化为厌氧状态，城市二级出水中有机物大多为大分子和难降解物质，水解酸化后转化为可生物利用的基质。
所述反硫化过程：反硫化菌利用水解酸化过程生成的可生物利用基质为电子供体，硫自养反硝化过程产生的高价硫酸盐作为电子受体，进行反硫化反应，将高价硫酸盐再次转化为低价硫化物。
SO4 2-→S2O3 2-、Sn 2-、S。
所述化学除磷过程：为FeS2氧化产生的Fe2+、Fe3+及Fe(OH)3化学除磷过程，硫自养反硝化过程伴随着FeS2的氧化，过程中产生Fe2+、Fe3+等阳离子与磷酸盐发生化学沉淀，另外Fe2+、Fe3+等的水解产生Fe(OH)3等胶体，捕集水中磷酸盐，实现深度除磷。
所述出水回流和H2S气体循环过程：由于上部反硫化作用，出水中高价硫酸盐浓度降低，低价硫化物含量升高，因此将出水和H2S气体回流至反应器初端，其中低价硫化物再次作为反硝化电子供体，实现硫循环利用。
本发明方法，利用粉末材料比表面积巨大的优势，增大进水与硫铁矿主体接触面积，提高硫自养反硝化速率，极大缩短反应区水力停留时间；利用系统内存在的硫自养反硝化与亚铁自养反硝化维持水中酸碱平衡，提高自养反硝化脱氮效率的同时析出Fe2+、Fe3+及Fe(OH)3等，利用矿石吸附、离子沉淀和微生物同化作用深度除磷；自养反硝化结束后，通过厌氧水解将进水中大分子难生物降解有机质降解转化，为反硫化提供电子供体和能量；利用反硫化产生的低价态硫化物作为硫自养反硝化电子供体，实现系统内硫循环利用，提高硫化物利用效率，延长硫铁矿使用周期。该方法具有能耗低、效率高、流程简单、连续运行、无需再接二沉池、操作管理方便等优点，对脱氮除磷尤其是城市二级出水深度氮磷去除具有重要应用价值。
附图说明
图1是本发明城市二级出水硫基质循环自养脱氮工艺示意图。
图中：1－调节池，2－进水泵，3－布水支撑层，4－填料，5－取样口，6－回流泵，7－出气口，8－产气循环，9－出水口，10－出水箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的描述：
如图1所示，本发明为一种城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法，实施本发明方法的处理系统采用升流式反应器，具体包括调节池1，进水泵2，布水支撑层3，填料4，取样口5，回流泵6，出气口7，产气循环8，出水口9，出水箱10。系统内除磷方式主要为化学除磷，不需排泥，系统可维持较高的生物量。
采用连续流运行方式，进水泵2将调节池1中的污水通过布水支撑层3均匀进入反应器，与硫铁矿-塑料复合填料充分接触，在微生物的作用下发生硫自养反硝化、水解酸化、反硫化等生物过程，出水通过回流泵6回流至反应器底部实现硫循环利用，产生的气体通过出气口7经产气循环管8进入反应器底部实现硫循环利用，最终通过出水口9出水，进入出水箱10。共包括六个处理过程，即：硫自养反硝化脱氮过程、厌氧水解酸化过程、反硫化过程、化学除磷过程、出水循环过程和产气循环过程。
具体运行过程：
A硫自养反硝化脱氮过程：进水泵2将调节池1中待处理城市二级出水从反应器底部布水支撑层3均匀进入填料4，自养反硝化菌利用低价硫作为电子供体进行反硝化脱氮，污水中硝酸盐浓度逐渐降低。
B厌氧水解酸化过程：硫自养反硝化在填料4下部基本结束，硝酸盐消耗殆尽，水体由缺氧状态转化为厌氧状态，城市二级出水中大分子和难降解物质有机物经水解酸转化为可生物利用的基质。
C反硫化过程：填料4上部，反硫化菌利用水解酸化过程生成的可生物利用有机物为电子供体，将硫自养反硝化过程产生的高价硫酸盐还原为低价硫化物。
D化学除磷过程：在整个填料4中，FeS2的氧化过程不断产生Fe2+、Fe3+等阳离子与磷酸盐发生化学沉淀，另外Fe2+、Fe3+等的水解产生Fe(OH)3等胶体，捕集水中磷酸盐，实现深度除磷。
E出水循环和H2S循环过程：出水泵⑥将含有低价硫化物的出水回流至反应器初端，通过布水支撑层3进入填料4，其中低价硫化物再次作为反硝化电子供体，实现硫循环利用。
该工艺采用连续流运行方式，在反应器不同高度发生不同主要功能反应，污水首先在反应器下部发生硫自养反硝化脱氮反应；然后发生厌氧水解酸化反应，大分子和难降解有机物转化为可生物利用有机物；在反应器上部，主要发生反硫化反应，高价硫酸盐还原为低价硫化物；整个过程同步实现磷去除；出水和H2S气体回流至反应器底部，再次作为硫自养反硝化电子供体；出水最终通过出水口进入出水箱。

Claims (3)

1.一种城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法，其特征是：采用升流式反应器，其内部充填粉末硫铁矿-塑料复合填料，所述城市二级出水由升流式反应器底部泵入升流式反应器，由升流式反应器顶部流出；在升流式反应器下部发生硫自养反硝化脱氮过程、在升流式反应器中部发生厌氧水解酸化过程；在升流式反应器上部发生反硫化过程和化学除磷过程以及出水和产气循环过程；各个处理过程同步进行，连续进水，连续出水；
所述硫自养反硝化脱氮过程：将待处理城市二级出水从升流式反应器底部泵入，自养反硝化菌利用低价硫作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，进行反硝化脱氮，此过程中硝酸盐浓度逐渐降低，而低价硫转化为高价硫，硫酸盐浓度逐渐升高：
5FeS2+14NO3 -+2H2O→7N2+10SO4 2-+5Fe2++4OH-；
所述厌氧水解酸化过程：硫自养反硝化结束，硝酸盐基本消耗殆尽，水体由缺氧状态转化为厌氧状态，城市二级出水中有机物大分子和难降解物质水解酸化后转化为可生物利用的基质；
所述反硫化过程：反硫化菌利用水解酸化过程生成的可生物利用基质为电子供体，硫自养反硝化过程产生的高价硫酸盐作为电子受体，进行反硫化反应，将高价硫酸盐再次转化为低价硫化物：
SO4 2-→S2O3 2-、Sn 2-、S。
2.根据权利要求1所述的一种城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法，其特征是：所述化学除磷过程：为FeS2氧化产生的Fe2+、Fe3+及Fe(OH)3化学除磷过程，硫自养反硝化过程伴随着FeS2的氧化，过程中产生Fe2+、Fe3+阳离子与磷酸盐发生化学沉淀，另外Fe2+、Fe3+水解产生Fe(OH)3胶体，捕集水中磷酸盐，实现深度除磷。
3.根据权利要求1所述的一种城市二级出水硫基质循环自养脱氮方法，其特征是：出水回流和H2S气体循环过程：将出水和H2S气体回流至反应器初端，其中低价硫化物再次作为反硝化电子供体，实现硫循环利用。
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