CN110407321A - 多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法 - Google Patents

多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法 Download PDF

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袁丽梅
陆娜娜
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Abstract

本发明公开了一种多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法，采用升流式反应器，将硫铁矿颗粒和硫颗粒分层置于升流式反应器中，最底部为硫层，其上为硫铁矿层，两层为一层级，依次向上设置若干层级；将待处理城市二级出水从升流式反应器底部泵入，依次进行硫自养反硝化脱氮过程、厌氧水解酸化过程、反硫化过程和化学除磷过程，实现深度除磷。单质硫自养反硝化产生酸度促进硫铁矿溶解，实现强化脱氮除磷功能。本发明有机结合硫、硫铁矿自养反硝化的产物特点，克服了传统自养反硝化周期长的缺点，提高脱氮效率，该工艺流程简单、操作方便、运行费用低。

Description

多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法
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。
技术背景
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，投加有机物额外增加了运行成本，在进水水质波动较大的情况下容易造成碳源投加不足或者过量，影响出水水质，而且异养反硝化过程会增加二氧化碳排放，引起温室气体增加。
硫自养反硝化是以还原态硫（S2-、S0、SO3 2-、S4O6 2-、S2O3 2-等）作为自养菌的电子供体，CO2、HCO3 -、CO3 2-等作为无机碳源，将NO3 -还原为N2的过程。其脱氮过程微生物产量低、污泥量少，且无有机碳源的二次污染问题。单纯的硫基质脱氮效率较高，但引起PH下降，影响系统稳定；单一的硫铁矿脱氮，脱氮效率较低，时间较长。
本发明在传统硫、硫铁矿自养脱氮的基础上，将两者有机结合，利用单质硫反硝化产生的酸度促进硫铁矿溶解，使之发挥更好的效果，克服了单纯自养反硝化周期长的缺点，提高脱氮效率。硫铁矿作为自养反硝化电子供体，有寿命长、硝酸盐去除率高、价格低廉和地壳储量丰富等优点，同时，工艺过程无需投加有机碳源，可有效避免二次污染。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法，是一种针对城市二级出水的硫自养脱氮方法，通过采用硫与硫铁矿分层填料负载，使污水流经硫层发生单质硫氧化反硝化反应，在脱氮的同时产生酸度利于硫铁矿层溶解，促进硫铁矿自养反硝化反应，污水流经硫层时PH降低，流经硫铁矿层时PH升高，故出水PH能较稳定；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；通过设置多级填料保障系统高效脱氮除磷。
本发明为实现发明目的所提出的多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法，其特征是：采用升流式反应器，将硫铁矿颗粒和硫颗粒分层置于升流式反应器中，最底部为硫层，其上为硫铁矿层，两层为一层级，依次向上设置若干层级；
将待处理城市二级出水从升流式反应器底部泵入，首先流经硫层，进行硫自养反硝化脱氮过程：自养反硝化菌利用单质硫作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，进行单质硫反硝化脱氮，此过程产生的酸度促进硫铁矿层溶解，进一步的，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，进行硫铁矿自养反硝化脱氮，污水流经多级分层填料，保障了系统脱氮效果，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。
然后进入厌氧水解酸化过程：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。
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，降低了硫酸盐的浓度。
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+的水解产生Fe(OH)3胶体，捕集水中磷酸盐，实现深度除磷。
每层级中，所述硫铁矿和硫的体积比为8:1-1:1，优选体积比为3:1，硫铁矿和硫的粒径为1-3mm。
本发明方法，对城市二级出水在反应器不同高度实现不同主体反应功能，即在反应器下部主要发生硫自养反硝化脱氮过程（单质硫反硝化：50NO3 -+55S+20CO2+38H2O+4NH4 +→25N2+55SO4 2-+64H++4C5H7O2N、硫铁矿反硝化：5FeS2+14NO3 -+2H2O→7N2+10SO4 2-+5Fe2++4OH-），在反应器中部主要发生厌氧水解酸化过程，在反应器上部主要发生反硫化过程（SO4 2-→S2O3 2-、Sn 2-、S等）、FeS2氧化产生的Fe2+、Fe3+及Fe(OH)3等的化学除磷过程，各个处理过程同步进行，连续进水，连续出水。
本发明方法，硫的加入作为自养微生物营养元素，硫自养微生物以硫为电子供体、硝酸盐作为电子受体进行反硝化脱氮，硫转化为硫酸盐。升流式反应器最底部为硫层，其上为硫铁矿层。污水流经硫层时PH降低，流经硫铁矿层时PH升高，故分层多级系统出水PH能较稳定。单质硫氧化反硝化反应产生酸度利于硫铁矿层溶解，促进硫铁矿自养反硝化反应。硫铁矿加入作为硫自养微生物营养，同时具有除磷功能，硫铁矿自养微生物以硫铁矿中的硫为电子供体、硝酸盐为电子受体进行反硝化脱氮，硫转化为硫酸盐。硫氧化产生的氢离子促进硫铁矿的溶解，铁自养微生物以二价铁为电子供体、硝酸盐为电子受体进行反硝化脱氮，二价铁转化为三价铁。三价铁和进水中磷酸根形成磷酸铁沉淀，从而实现磷的去除。
本发明使用产生酸度的单质硫氧化反硝化促进硫铁矿的溶解，增强硫自养反硝化效果，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；通过设置多级填料保障系统脱氮除磷效果。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多级分层填料床反应器自养脱氮工艺示意图。
图中：1是进水箱，2是进水泵，3填料硫，4填料硫铁矿，5出水箱。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
本发明多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法，实施本发明方法的处理系统采用升流式反应器，如图1，具体包括进水箱1，进水泵2，填料硫3，填料硫铁矿4，出水箱5。硫铁矿颗粒和硫颗粒分层置于升流式反应器中，最底部为硫层，其上为硫铁矿层，两层为一层级，依次向上设置三个层级。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。
采用升流式的运行方式，进水泵将进水箱中的污水送入升流式反应器，与多级分层填料充分接触，在微生物的作用下发生单质硫氧化自养反硝化、硫铁矿自养反硝化、反硫化等生物过程，最终出水进入出水箱。共包括四个处理过程，即：硫自养反硝化脱氮过程、厌氧水解酸化过程、反硫化过程和化学除磷过程。
具体运行过程：
A硫自养反硝化脱氮过程：进水泵将进水箱中待处理城市二级出水从反应器底部送入填料，污水流经多级分层填料，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；
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单质硫自养反硝化脱氮反应，同时产生酸度促进硫铁矿自养反硝化反应；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。

Claims (3)

1.一种多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法，其特征是：采用升流式反应器，将硫铁矿颗粒和硫颗粒分层置于升流式反应器中，最底部为硫层，其上为硫铁矿层，两层为一层级，依次向上设置若干层级；
将待处理城市二级出水从升流式反应器底部泵入，首先流经硫层，进行硫自养反硝化脱氮过程：自养反硝化菌利用单质硫作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，进行单质硫反硝化脱氮，此过程产生的酸度促进硫铁矿层溶解，进一步的，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，进行硫铁矿自养反硝化脱氮，污水流经多级分层填料，保障了系统脱氮效果，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；
然后进入厌氧水解酸化过程：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；
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，降低了硫酸盐的浓度；
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+的水解产生Fe(OH)3胶体，捕集水中磷酸盐，实现深度除磷。
2.根据权利要求1所述的多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法，其特征是：每层级中，所述硫铁矿和硫的体积比为8:1-1:1，硫铁矿和硫的粒径为1-3mm。
3.根据权利要求1或2所述的多级分层填料床反应器城市二级出水深度脱氮除磷方法，其特征是：每层级中，所述硫铁矿和硫的体积比为3:1。
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