CN110655185A

CN110655185A - 一种“以废治废”新型反硝化滤池脱氮方法

Info

Publication number: CN110655185A
Application number: CN201811494946.2A
Authority: CN
Inventors: 周军; 喻学敏; 白永刚; 栗文明; 蒋永伟; 曹蕾
Original assignee: Jiangsu Provincial Academy of Environmental Science
Current assignee: Jiangsu Provincial Academy of Environmental Science
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-01-07

Abstract

本发明公开了一种“以废治废”新型反硝化滤池脱氮方法，该反硝化滤池包括反应柱体；反应柱体内采用废橡胶颗粒为滤料进行脱氮处理。脱氮方法为：（1）设置4个不同的碳氮比，进行碳氮比的影响实验，确定最佳的C/N值。（2）设定四个停留时间工况，确定最佳停留时间。（3）通过计算分别得出所需的葡萄糖、乙酸钠以及乙酸质量或者体积，调节C/N至最佳工况，在最佳HRT下进行橡胶颗粒反硝化脱氮探究。（4）探究夏季和秋季装置出水的TN去除率。本发明提出以废橡胶颗粒作为新型填料应用于对污水厂尾水进行深度脱氮的系统，同时为废橡胶另辟一条资源利用途径。

Description

一种“以废治废”新型反硝化滤池脱氮方法

技术领域

本发明涉及一种用于新型的尾水脱氮系统及方法，具体是“以废治废”，将废橡胶颗粒作为反硝化滤池的滤料。

背景技术

2017年最新发布的《太湖地区城镇污水处理厂及重点行业主要水污染物排放限制》（DB32/1072-2017）（征求意见稿）中已明确提出：太湖流域一、二级保护区内TN排放限制≤10mg/L，TP≤0.3mg/L。污水处理厂二级出水往往出现总氮、总磷偏高等现象，其中总氮以硝态氮为主，传统处理工艺对磷有较高的去除率，但是对二级出水中硝酸盐氮的去除或降低无能为力，导致TN的去除率很有限。为了能够达标排放，有时需对其进行深度脱氮处理，利用反硝化滤池中反硝化菌的作用去除硝酸盐氮是降低二级出水中TN浓度的有效途径。由于反硝化滤池具有投资少、占地省、脱氮效果好等优点，而且与曝气生物滤池等工艺灵活组合，可以在各种条件下实现同步脱氮除磷，该工艺已成为污水深度处理领域研究和应用的热点。

近年来，国内外学者对反硝化生物滤池进行了大量的研究，主要集中在脱氮机理、脱氮影响因素、工艺改良、新型填料等方面，虽然在这些方面取得了一定的成果，但同样存在着一些问题。填料是生物滤池工艺的核心，不仅能够为微生物的附着提供载体，还能够过滤截留污水中的悬浮物。因此，填料的选择直接影响处理效果。填料的种类、粒径和高度也都会对脱氮效果有着直接的影响。

废橡胶属于高分子弹性材料之一，具有不熔或难熔性、强耐热、耐机械性、耐生物，因此在自然状态下难以降解，若弃于地表或埋于地下十几年都不会腐烂变质，废橡胶堆积占用土地，污染环境，整条废轮胎堆积在一起还极易滋生蚊虫、传播疾病、引发火灾，是工业有害废弃物中危害最大的垃圾之一。废轮胎浑身是宝，主要由合成橡胶和天然橡胶、纺织物、防老剂、碳黑、金属，以及增塑剂、氧化锌、硫磺等多种有机与无机物质组成，其中天然橡胶和合成橡胶混合物高达55%～60%，金属约25%，主要是起增强轮胎的钢性和强度作用的优质钢丝。这些物质具有较高的经济价值，因此废旧轮胎的再利用具有巨大的市场潜力。

目前，废轮胎的回收利用方式主要为直接利用，例如：轮胎翻新；粉碎后加工利用，如生产胶粉、再生胶；热能利用，如直接焚烧发电、热解。其中，热解是一种将废轮胎彻底地裂解为各种可用资源的技术，废轮胎热解后可获得高附加值的热解气、热解油、热解炭和钢丝，是目前废旧轮胎回收利用的热点方法，被认为是处理废旧轮胎最经济、最佳的途径之一。除了常规的翻新、胶粉、再生、热裂解等工艺，还有非常规处理技术，如超临界热解、等离子体热解等。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种能提高TN脱除率的一种“以废治废”新型反硝化滤池脱氮方法。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案来实现：

一种 “以废治废”新型反硝化滤池，包括反应柱体，所述反应柱体包括柱状本体、在柱状本体内从下至上依次设有承托层、滤料层、出水口；在柱状本体的外部包裹有控温水层；在所述柱状本体上还安装有直通至承托层处的进水管；在所述柱状本体上还设有多个取水口；所述滤料层中滤料为废橡胶颗粒。

所述滤料为废橡胶颗粒。废橡胶颗粒作为反硝化滤系统的生物填料，利用其比表面积优势为微生物提供较多的负载点位，同时表面具有一定的粗糙度并含有炭黑，为有机污染物提供较多的吸附点位，从而提高反硝化滤系统的脱氮效果。

进一步地，所述滤料层的有效高度为1200～1300 mm。

进一步地，所述取水口有4个，其中一个设置在承托层、其余三个依次设置在滤料层。这样做的目的是可以不改变进水流量，在不同取样口取样就可以得到不同停留时间下的出水。

进一步地，所述柱状本体通过进水管依次外接有计量水泵、储水箱；所述出水口外接有尾水收集装置。

一种利用所述的“以废治废”新型反硝化滤池脱氮的方法，包括如下步骤：

（1）设置4个不同的碳氮比；在探究碳氮比的影响实验中，碳源均为一次性投加，具体投加方式即通过计算直接将所需碳源数量溶于进水已达到预设C/N值的目的；分别对不同C/N值下出水的COD以及TN进行测定，比较其去除效果并分析其变化规律，进而确定所述反硝化滤池最佳的C/N值；其中碳源采用一次性投加更能摸索进水条件，确定最适合处理的进水C/N比，若进水碳源不足，也能精确计算出所需外加碳源量。

（2）在已确立最佳C/N值的前提下，探究最佳的水力停留时间；当最佳HRT确定后，后续实验将在该工况下继续探究其它的影响因素；

（3）在已经确定最佳C/N值以及最佳的水力停留时间的最佳运行条件下，分别以葡萄糖、乙酸钠以及乙酸作为装置的外加碳源，探究三种情况下所述反硝化滤池的脱氮效果；待所述反硝化滤池运行稳定后，对出水COD以及TN含量进行测定，对比实验结果从而确定最佳的碳源种类。

作为方法的进一步改进，步骤（1）中，不同的碳氮比，分别为C/N = 2，C/N = 3，C/N= 4，C/N = 5。

进一步地，步骤（2）中，通过调节进水流水进而确定了不同的水力停留时间，设置四个停留时间，分别为60min，90min，120min，150min；不同的水力停留时间工况下，待所述反硝化滤池运行稳定后对其出水水质进行测定，对比处理前后污染物变化以及不同工况下所述反硝化滤池脱氮率进而确定最佳的HRT。

橡胶是一种高分子有机材料，质地松软但又耐磨，橡胶颗粒为不规则多边形状，表面凹凸不平具有较大的比表面积，同时橡胶颗粒表面又具有较高的粗糙度并含有炭黑，能提供较多的点位负载微生物及吸附有机物，可以预料它在生物滤池填料方面必将有着广泛的应用前景。

有益效果：与现有技术相比，本发明提出以废橡胶颗粒作为新型填料应用于反硝化滤池对污水厂尾水进行深度脱氮的系统，探究不同工况对脱氮效果的影响，确定反硝化滤池的最佳运行工况，探究橡胶颗粒作为反硝化滤池滤料的可行性，为高含氮污水厂生化尾水寻求新型的脱氮系统及方法，同时为废橡胶另辟一条资源利用途径。

附图说明

图1为本发明反硝化滤池的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例 1：

如图1所示，一种“以废治废”新型反硝化滤池，包括反应柱体，反应柱体包括柱状本体1、在柱状本体1内从下至上依次设有承托层2、滤料层3、出水口4；在柱状本体1的外部包裹有控温水层5；在柱状本体1上还安装有直通至承托层2处的进水管6；在柱状本体1上还设有多个取水口7；滤料层3中滤料为废橡胶颗粒。柱状本体1通过进水管6依次外接有计量水泵8、储水箱9；出水口4外接有尾水收集装置10。

上述储水箱为工业常用的储水箱，其具体规格为：底部直径1060mm，垂直高度为1120mm，口径大小为450mm，总高度为1360mm，其有效容积为1000 m3。反应柱状本体1为有机玻璃柱，具体的规格如下：柱状本体1底部直径为200 mm，内径为100mm，柱高为1600mm，厚度为5mm。柱状本体1为反应区，柱状本体1外部为控温水层5区。反应区底部装有鹅卵石作为承托层2，起到支撑以及承托滤料的作用，鹅卵石层的高度为100 mm左右，滤料层3是反应的主要区域，其有效高度在1200～1300 mm之间；控温水层5的作用在于控制以及调节实验的温度，保温液体为水，控温水层5的温度主要是通过外加的加热棒来调节的，通过对控温水层5温度的调节以模拟不同温度下该装置的实验效果。反应柱的取水口7主要有4个，每个间隔为350 mm，出水口4高度约为1400 mm。实验所采用的水泵为计量泵（岛津DFD系列），其具体的可控流量范围为：0～5L/h。采用底部进水的方式，污水在上升过程中经过净化后溢流排放。

一种利用上述反硝化滤池进行脱氮的方法，包括如下步骤：

（1）设置4个不同的碳氮比，分别为C/N = 2，C/N = 3，C/N = 4，C/N = 5。在探究碳氮比的影响实验中，碳源均为一次性投加，具体投加方式即通过计算直接将所需碳源数量溶于进水已达到预设C/N值的目的。分别对不同C/N值下出水的COD以及TN进行测定，比较其去除效果并分析其变化规律，进而确定该装置最佳的C/N值。

（2）在已确立最佳C/N值的前提下，探究最佳的水力停留时间。通过调节进水流水进而确定了不同的水力停留时间，设置四个停留时间，分别为60min，90min，120min，150min。不同的水力停留时间工况下，待装置运行稳定后对其出水水质进行测定，对比处理前后污染物变化以及不同工况下反硝化滤池脱氮率进而确定最佳的HRT。当最佳HRT确定后，后续实验将在该工况下继续探究其它的影响因素；

（3）在已经确定的最佳运行条件下，分别以葡萄糖、乙酸钠以及乙酸作为系统的外加碳源，探究三种情况下系统的脱氮效果。待反硝化滤池运行稳定后，对出水COD以及TN含量进行测定，对比实验结果从而确定最佳的碳源种类；

（4）研究历时6个月，包括夏秋冬三季，通过在夏秋冬三季运行上述步骤（1）、（2）、（3），对各季节的处理效果均进行了分析，确定夏秋冬三季对于反硝化滤池脱氮效果的影响。

下面通过试验来进一步阐述本发明的有益效果。

对实验所采用的进水为某工业园区污水处理厂的处理排放水，该厂的进水为工业园区工业废水以及生活污水的混合废水，所采用的工艺为脉冲厌氧水解+AO工艺。通过该工艺能够对氨氮、COD以及总磷等进行有效的去除。由于受到进水水质以及水量变化的影响，其出水的水质存在较大的波动。目前，该污水处理厂排放处理尾水的水质情况大致如下：COD=30～50mg/L，BOD=9～14 mg/L，NH₃-N=0.2～0.8 mg/ L，TN=15～70 mg/ L。出水总氮以硝酸盐氮为主，为了确保实验过程中进水水质的稳定性，采用外加氮源的方法将进水总氮维持在100 mg/L左右。

装置正常运行前需要对其进行挂膜，本实验中所采用的挂膜法为活性污泥接种，接种的活性污泥为该污水厂厌氧池中的污泥。取来厌氧池活性污泥后，静置一段时间，取其上清液待用。将静置后的活性污泥上清液慢慢浇灌到反硝化柱中，待其浇灌液面高出滤层高度10 cm后，静置1-2天。静置结束后，从滤池下端口将接种上清液排尽，同时泵入实验废水，控制其C/N为5左右，以保证碳源充足。并调节其流速，以较低的流速泵水，确保反应柱中反硝化细菌能够充分地生长繁殖。挂膜期间每天监测污水出水水质状况并观察装置中发生的现象，当出水水质总氮浓度有明显的降低趋势或者滤池填料表面形成了明显的生物膜时，表明挂膜成功。

采用本发明系统及方法与陶粒装置进行对比，结果如下：

（1）随着C/N值的不断变大，装置出水TN含量先降后升，确定最佳C/N值为3，此时脱氮率最高，高达95%。而陶粒最佳C/N值为4，对应脱氮率仅70～77%。

（2）尾水TN为100mg/L左右时，以陶粒为滤料的反硝化滤池的出水总氮含量与HRT的变化趋势相反，HRT越高则其出水总氮含量越低，对应的脱氮效率越高。当HRT设定为最高的150 min时，该装置的脱氮率达到最高的79.3～84.2%；HRT为120 min时，总氮的去除率达到了60.9～66.9%；HRT为90 min时，该去除率达到50.1～56.3%；当HRT设为60 min时，该装置的脱氮效率急剧下降至25.7～35.5%。而以废橡胶颗粒为滤料的反硝化滤池出水TN含量先降后升，60min、90min、120min、150min停留时间下装置的脱氮去除率分别为：82.8～86.3%、95～98.2%、93.5～97.6、79.3～90.2%。

对比与陶粒装置可以发现当橡胶颗粒作为反硝化生物滤池填料时，系统的脱氮效果较高即便是在较低的HRT下其能达到陶粒的最佳效果。实验结果表明陶粒系统的最佳HRT为150min。当HRT为60min时，橡胶颗粒装置中由于流速过高等原因使得填料剧烈扰动进而流失过多，综合考虑橡胶颗粒的最佳HRT为90min，此时滤速达到0.93m/h，水力负荷为3.57m³/(m²·d）。计算可得，陶粒装置的最大容积负荷为0.14 kgTN/(m³·d)，橡胶颗粒装置的最大容积负荷为0.31 kgTN/(m³·d)，后者为前者的两倍多。

（3）不同碳源下，出水TN含量存在波动，但不存在明显的差异，脱氮率均在92%以上。碳源对于装置的影响主要体现在其有效利用率上，从装置出水COD变化来看乙酸钠和乙酸的利用率较高，其COD去除率都能够达到75%以上。当葡萄糖作为碳源时，装置出水COD含量较高，去除率整体低于60%。

（4）夏季与秋季的脱氮率保持在95%以上，冬季的脱氮率介于85%～87%之间。当温度较高时（大于10℃），装置的反硝化作用较好，温度降低时会产生一定的负面影响。

Claims

1.一种 “以废治废”新型反硝化滤池，其特征在于，包括反应柱体，所述反应柱体包括柱状本体、在柱状本体内从下至上依次设有承托层、滤料层、出水口；在柱状本体的外部包裹有控温水层；在所述柱状本体上还安装有直通至承托层处的进水管；在所述柱状本体上还设有多个取水口；所述滤料层中的滤料为废橡胶颗粒。

2.根据权利要求1所述的“以废治废”新型反硝化滤池，其特征在于，所述滤料层的有效高度为1200～1300 mm。

3.根据权利要求1所述的“以废治废”新型反硝化滤池，其特征在于，所述取水口有4个，其中一个设置在承托层、其余三个依次设置在滤料层。

4.根据权利要求1所述的“以废治废”新型反硝化滤池，其特征在于，所述柱状本体通过进水管依次外接有计量水泵、储水箱；所述出水口外接有尾水收集装置。

5.一种利用权利要求1所述的“以废治废”新型反硝化滤池脱氮的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）设置4个不同的碳氮比；在探究碳氮比的影响实验中，碳源均为一次性投加，具体投加方式即通过计算直接将所需碳源数量溶于进水已达到预设C/N值的目的；分别对不同C/N值下出水的COD以及TN进行测定，比较其去除效果并分析其变化规律，进而确定所述反硝化滤池最佳的C/N值；

6.根据权利要求5所述的脱氮方法，其特征在于，步骤（1）中，不同的碳氮比分别为C/N= 2，C/N = 3，C/N = 4，C/N = 5。

7.根据权利要求5所述的脱氮方法，其特征在于，步骤（2）中，通过调节进水流水进而确定了不同的水力停留时间，设置四个停留时间，分别为60min，90min，120min，150min；不同的水力停留时间工况下，待所述反硝化滤池运行稳定后对其出水水质进行测定，对比处理前后污染物变化以及不同工况下所述反硝化滤池脱氮率进而确定最佳的HRT。