CN110697895B - 一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法及装置 - Google Patents

一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明具体公开一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法及装置。所述方法包括：选择煅烧黄铁矿、醌介体改性活性炭纤维毡和硫磺作为填料，在曝气生物滤池反应器内通过控制反应器内的溶解氧浓度和水利停留时间，使反应器内逐步形成好氧区和缺氧区并存的反应环境，在好氧区发生硝化反应，将氨氮氧化为硝氮；在缺氧区发生反硝化反应，将硝氮还原为氮气，实现了氨氮和硝氮的同时去除；煅烧黄铁矿自养反硝化和煅烧黄铁矿氧化过程所产生的三价铁离子和磷酸根发生沉淀反应，进而实现了氨氮、硝氮和磷酸盐的同时高效去除，总氮的去除率稳定在97％以上，磷酸盐的去除率稳定在95％以上，硫酸根的出水浓度在180‑200mg/L。

Description

一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法及装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法及装置。
背景技术
氮磷物质的过量排放是造成水体富营养化的主要原因，不仅破坏了海洋和淡水生态系统的功能，而且还对人类健康带来十分不利的影响。随着我国经济社会的不断发展，城镇化水平的不断提高，大量含有氮磷的废水被产生，导致水体严重营养化。为了控制水污染，国家投入巨资进行污水处理设施建设。目前，传统生物处理技术，例如厌氧/缺氧/好氧(A2O)及其改良工艺(改良A2O、UCT)被广泛的应用于市政污水的脱氮除磷过程。市政废水普遍存在低C/N比的现状，该过程需要投加有机物以维持较高的氮、磷去除率。外源有机物的添加不但增加了操作成本，而且还会造成水体的二次污染。同时，该过程还存在聚磷菌与反硝化菌在缺氧区争夺碳源，以及聚磷菌与硝化菌污泥龄的冲突问题，因此，其出水仍残余部分氨氮、硝酸盐氮和磷酸盐，含有氨氮、硝氮和磷酸盐的处理废水的大量集中排放依然会造成自然水体富营养化现象的发生。
近年来，研究者开发了短程硝化反硝化，厌氧氨氧化，甲烷型厌氧化等新型废水生物脱氮工艺。但是这些新型工艺技术条件苛刻，易受到进水水质波动的影响，且不能实现氨氮、硝氮和磷酸盐的同时去除，不能达到良好的脱氮除磷的效果。因此，急需开发一种高效、操作简便、具有同时去除废水中氨氮、硝氮和磷酸盐复合污染物的废水处理方法。
发明内容
针对现有废水处理技术中不能同时去除氨氮、硝态氮及磷酸盐、处理对象单一，以及废水处理工艺条件苛刻的问题，本发明提供一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤a，将经过驯化的污泥接种至复合填料中，将接种污泥的复合填料装填至曝气生物滤池反应器中，向所述曝气生物滤池反应器中泵入待处理废水，在不曝气的条件下驯化5-10d，形成填料上挂膜的生物膜反应器；所述复合填料由颗粒填料和块状填料组成，所述颗粒填料为煅烧黄铁矿和硫磺，所述块状填料为醌介体改性活性炭纤维毡；
步骤b，将待处理废水持续泵入所述生物膜反应器中，并向所述生物膜反应器内通入空气，控制溶解氧浓度为1.2-1.5mg/L，水利停留时间为4-6h，处理后的废水从排水口排出。
相对于现有技术，本发明提供的废水处理方法，选择煅烧黄铁矿、醌介体改性活性炭纤维毡和硫磺作为填料，通过醌介体改性活性炭纤维毡这种固定化介体加速电子传递，并且调控硫磺和煅烧黄铁矿为填料的曝气生物滤池反应器的微观环境，增强反应系统对不同水质的耐受性；通过控制反应器内的溶解氧浓度和水利停留时间，使反应器内逐步形成好氧区和缺氧区并存的反应环境，在好氧区发生硝化反应，将氨氮氧化为硝氮；在缺氧区发生反硝化反应，将硝氮还原为氮气，实现了氨氮和硝氮的同时去除；煅烧黄铁矿自养反硝化和煅烧黄铁矿氧化过程所产生的三价铁离子和磷酸根发生沉淀反应，实现了对磷酸盐的去除，进而实现了氨氮、硝氮和磷酸盐的同时高效去除，总氮的去除率稳定在97％以上，磷酸盐的去除率稳定在95％以上，总氮和磷酸盐的出水浓度分别低于1mg/L和0.2mg/L，硫酸根的出水浓度在250mg/L以内。且本发明提供的废水处理方法，操作简便，无需额外添加碳源，避免了对水体的二次污染，且具有较强的抵抗外界环境变化的能力，处理过程不易受到进水水质波动的影响。
本发明选择煅烧黄铁矿作为硫自养反硝化的电子供体，可以显著提高脱氮性能。黄铁矿煅烧后具备了多孔的疏松结构，增加了黄铁矿的比表面积，可提高生物膜与废水的接触面积，而且疏松多孔的结构也有利于生物膜在黄铁矿表面的富集，并增加生物膜与黄铁矿之间的附着力，减少生物膜脱落问题的出现。同时，由于煅烧后黄铁矿的自养反硝化能力的提高，有利于在反硝化反应中产生更多的三价铁离子，从而还能显著提升磷酸盐的去除性能。硫磺自氧化反硝化过程产生的氢离子与黄铁矿反应生成二价铁离子，二价铁离子作为电子传递体可以加快反硝化反应的电子传递速率，进一步加快了反硝化速率，自养反硝化速率的加快又可以促进三价铁离子的生成，进而又提高了磷的去除性能。煅烧黄铁矿和硫磺复配的填料体系，不但可以提高反硝化过程的脱氮效率，还能降低硫酸根的产生。
由于反硝化反应是缺氧反应，在较高浓度的氧气条件下会导致微生物的反硝化能力明显下降。醌介体改性活性炭纤维毡不但可提高微生物对较高浓度氧气的耐受性，保持反硝化细菌的活性，从而提高反应器对各种环境的耐受度；同时，醌介体改性活性炭纤维毡还可以加速反硝化过程的电子传递速率，提高反硝化速率，反硝化速率的提升也有利于三价铁离子的生成，进而提高脱磷能力，且醌介体改性活性炭纤维毡还能调控硫磺和煅烧黄铁矿为填料的曝气生物滤池反应器的微观环境，增强反应系统对不同水质的耐受性，而且这种固定化介体只需一次投加，无需连续投加，避免了水溶性醌介体造成水污染问题的出现，也降低了废水处理成本。
控制曝气生物滤池反应器内的溶解氧含量为1.2-2.5mg/L，可使反应器内在宏观和微观环境上形成好氧区和缺氧区，且此浓度范围的溶解氧还有利于黄铁矿氧化产生更多的二价和三价铁离子，改善磷的去除性能，同时，此浓度范围的溶解氧还能有效抑制硫歧化菌的活性，降低硫歧化现象的发生，减少硫酸根的生成。
可选的，为避免反应器堵塞，在每个阶段运行结束时对曝气生物滤池反应器进行3-10min的反冲洗，反冲洗强度为2-10L/(m2·s)。
优选的，步骤a中，所述污泥经过硝酸盐氮和硫代硫酸盐驯化。
可选的，所述醌介体改性活性炭纤维毡的填装方式有三种：
1)将醌介体改性活性炭纤维毡裁剪成与曝气生物滤池反应器横截面积大小相同的圆形，依次均匀铺设于由煅烧黄铁矿和硫磺组成的颗粒填料中，使醌介体改性活性炭纤维毡与所述颗粒填料的接触面积为2-5m2/m3颗粒填料；
2)将醌介体改性活性炭纤维毡固定包覆在曝气生物滤池反应器的填料床的侧壁上，使醌介体改性活性炭纤维毡与所述颗粒填料的接触面积为2-5m2/m3颗粒填料；
3)将醌介体改性活性炭纤维毡裁剪成与曝气生物滤池反应器的填料床登高，宽为3-8cm的条形，固定于填料床的上部，使醌介体改性活性炭纤维毡与所述颗粒填料的接触面积为2-5m2/m3颗粒填料。
优选的，所述煅烧硫磺和黄铁矿的体积比为1:1-5，所述醌介体改性活性炭纤维毡与所述填料的接触面积为2-5m2/m3颗粒填料。
优选的煅烧黄铁矿和硫磺的体积比，不但可提高氮的去除效率，还能降低硫酸根的生成。优选的醌介体改性活性炭纤维毡与填料的接触面积，可有效加快反硝化过程的电子传递速率，提高反硝化速率。
优选的，所述醌介体改性活性炭纤维毡的制备方法为：采用快速循环伏安法在活性炭纤维毡表面形成掺杂醌介体的聚合膜，其中，聚合电位为1.0-10V，聚合时间为2-6h，聚合溶液为pH为2-8的含醌水溶液。
优选的醌介体改性活性炭纤维毡的制备方法可以使醌类介体有效聚合在活性炭纤维毡表面，提高醌类介体在活性炭纤维毡表面的覆盖度，进而提高醌类介体与填料的接触面积，同时，醌介体改性活性炭纤维毡还有利于生物膜在其表面的富集，且生物膜的附着力也得到显著提升，可以避免废水处理过程中生物膜的脱落。
所述醌介体为本领域常用的醌化合物，如蒽醌-2,6-二磺酸钠(AQDS)、蒽醌-2-磺酸钠(AQS)、蒽醌-1-磺酸钠(α-AQS)、蒽醌-1,5-二磺酸钠(1,5-AQDS)和蒽醌-2,7-二磺酸钠(2,7-AQDS)。具体醌化合物的选择对本发明的技术效果没有显著影响。
优选的，所述曝气生物滤池反应器的高径比为4-8:1，反应器沿侧壁均匀设置4个取样口。
优选的高径比可以提高废水上升流速，提高废水处理质量；设置的取样口有利于随时监测废水处理过程。
优选的，所述曝气生物滤池反应器内填料的孔隙率为40-50％。
优选的孔隙率有利于初期生物挂膜的形成，并且降低水利停留时间，以及减少反应器堵塞问题的出现。
优选的，所述煅烧黄铁矿和硫磺的粒径均为3-8mm。
优选的填料粒径不但可以提高填料的比表面积，使反应器具有高浓度生物量，进而提高废水处理效率，同时还能减少反应器堵塞问题的出现。
优选的，步骤a中，所述污泥的接种体积为所述曝气生物滤池反应器有效体积的8-12％。
此处有效体积指的是填料的装填体积。
优选的污泥接种量可以提高废水处理效率，且降低处理成本。
优选的，步骤a中，水利停留时间均为10-24h。
优选的水利停留时间有利于初期生物膜在填料上的形成。
优选的，步骤b中，所述待处理废水以上升流方式流过所述生物膜反应器。
待处理废水以升流式的方式流过生物膜反应器可使生物膜和填料充分与废水接触，提高氮磷的去除性能，并且可以精准的控制水利停留时间。
优选的，所述煅烧黄铁矿的制备方法为：将黄铁矿于400-700℃煅烧0.5-2h，用稀盐酸清洗2-3遍，洗涤至中性，干燥，得煅烧黄铁矿。
优选的煅烧黄铁矿的制备方法可是黄铁矿具有多孔结构，并有效增加黄铁矿的比表面积，使黄铁矿的孔容由1.403nm增加至48.508nm，比表面积由1.943m2/g增加至6.051m2/g，更有利于生物膜的富集，显著提高了脱氮性能。
本发明还提供了一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理装置，所述废水处理装置包括：
曝气生物滤池反应器，设有进水口、出水口和出气口，内部填充由煅烧黄铁矿、醌介体改性活性炭纤维毡和硫磺组成的复合填料，底部设有空气扩散器；
进水泵，设置于所述曝气生物滤池反应器入口端，用于将待处理废水泵入所述曝气生物滤池反应器底部；
空气泵，设置于所述曝气生物滤池反应器出口端，通过曝气管与所述空气扩散器连通。
本发明提供的废水处理装置以煅烧黄铁矿、醌介体改性活性炭纤维毡和硫磺作为复合填料，通过空气泵向曝气生物滤池反应器内通入空气，在有氧环境下实现了氨氮的高效去除，同时硫磺和煅烧黄铁矿可以提供自养反硝化所需的电子供体，以及与磷酸盐发生沉淀所需的铁离子，煅烧后的黄铁矿改善了反硝化及除磷性能。并且，醌介体改性的活性炭纤维毡的添加进一步改善了反硝化性能，提高出水水质，并且可以调控反应系统对不同水质的耐受性，避免处理过程受到进水水质波动的影响。
优选的，空气泵与空气扩散器的连接管路上还设有气体流量计，用于调控反应器内的曝气量。
优选的，所述复合填料的顶部设有填料压紧板，底部设有布水板，所述空气扩散器设置于所述布水板下部，且所述空气扩散器与布水板之间设有间隙，所述布水板借助沿内壁上的凸块固定；其中，所述填料压紧板设有出水通孔，所述布水板上设有布水孔。
复合填料的顶部设有填料压紧板，防止填料床的移动，填料压紧板上设有出水通孔，出水通孔的孔面积大于填料的孔隙率，以保证处理水的顺利流出。复合填料的底部设有布水板，用于缓解废水上升流速对生物膜的冲击作用，布水板上设置的布水孔有利于废水分布更加均匀，与填料反应更充分，布水孔的孔面积小于填料的粒径，以防止填料从布水板上脱落。
优选的，所述废水处理装置还包括聚合氯化铁加药系统，用于向所述曝气生物滤池反应器内加入聚合氯化铁，以保证磷的去除率。
当煅烧黄铁矿释放铁离子达不到理想状态，或者废水中磷酸盐含量浓度过高时，可向反应器内投加聚合氯化铁以保证铁离子含量，进而保证磷的高效去除，提高反应器对不同水质的适应性。可选的，可向反应器内投加5％的聚合氯化铁混凝剂溶液以保证除磷性能。
优选的，所述废水处理装置还包括与所述曝气生物滤池反应器出气口连通的尾气处理装置，尾气处理装置中可填充本领域常规的尾气吸附剂，如活性炭等，并在处理废水过程中定期监测尾气，确认是否需要更换尾气处理装置中的活性炭。
还包括反冲洗系统，所述反冲洗系统包括与所述曝气生物滤池反应器进水口连接的反冲洗泵、与所述曝气生物滤池反应器出水口连接的排泥管路。
反冲洗系统将反应过程中生成的铁磷沉淀及脱落的生物膜污泥排出反应器，以增加反应过程的传质效率，并保证反应系统的正常运行。在每阶段运行结束后以2-10L/(m2·s)的反冲洗强度来对反应器进行反冲洗3-10min，反冲洗所用水源来自反应器的出水。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理的设备结构示意图；
1-取样孔，2-人孔，3-空气泵，4-曝气管，5-气体流量计，6-排气口，7-尾气净化装置，8-填料压紧板，9-曝气生物滤池反应器，10-空气扩散器，11-布水板，12-进水管，13-三通，14-进水口，15-进水泵，16-加药泵，17-废水储罐，18-加药桶，19-放空管，20-反冲洗泵，21-出水桶，22-溢流管，23-出水口，24-溢流口，25-出水管，26-反冲洗排泥管，27-醌介体改性的活性炭纤维毡。
图2是实施例3中各实验组硝酸盐去除效率的效果对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
本发明实施例采用的同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理装置，如图1所示，包括曝气生物滤池反应器9，其内部填充硫磺、煅烧黄铁矿和醌介体改性活性炭纤维毡27的复合填料，活性炭纤维毡27平铺于硫磺和煅烧黄铁矿的颗粒填料之间，醌介体改性活性炭纤维毡27与所述颗粒填料的接触面积为2-5m2/m3颗粒填料，复合填料的顶部设有填料压紧板8，填料压紧板8上设有出水通孔，复合填料的底部设有布水板11，布水板11下部设有空气扩散器10；曝气生物滤池反应器9的侧壁设有取样孔1，用于监测废水处理过程水质的变化，另一侧壁设有人孔2，用于检修曝气生物滤池反应器9；曝气生物滤池反应器9的底部设有进水口14，废水储罐17中的废水经由进水泵15通过进水管12进入曝气生物滤池反应器9底部；曝气生物滤池反应器9的顶部设有溢流口24，净化后的水从溢流口24流出。
曝气生物滤池反应器9的排气口端设有依次连接的空气泵3和气体流量计5，空气泵3通过曝气管4与空气扩散器10连通，调节曝气生物滤池反应器9内溶解氧的含量。
曝气生物滤池反应器9的进水口端还设有反冲洗系统，包括反冲洗泵20、出水桶21和反冲洗排泥管26。出水桶21的进水口通过出水管25与曝气生物滤池反应器9的溢流口24连通，用于储存净化后的水；出水桶21接近顶部的侧壁上设置有溢流孔，通过溢流管22将出水桶21中多余的净化水从出水口23排出，出水桶21中存储的净化水可以用来对曝气生物滤池反应器9进行反冲洗。
进行反冲洗时，反冲洗泵20将出水桶21中的水泵入曝气生物滤池反应器9中，将反应过程中生成的铁磷沉淀及脱落的生物膜污泥排出反应器，以增加反应过程的传质效率，并保证反应系统的正常运行，冲洗出的污泥经由反冲洗排泥管26排出。反冲洗强度为2-10L/(m2·s)，反冲洗时间为3-10min。
曝气生物滤池反应器9的进水口端还设有聚合氯化铁投加系统，包括加药桶18，加药泵16和三通13。当反应系统在进水含磷浓度过高时，黄铁矿自养反硝化过程释放的铁离子不能满足除磷要求时，可以通过添加含有5％的聚合氯化铁混凝剂溶液，经三通13被加药泵16泵入曝气生物滤池反应器9，以保证除磷性能，提高反应系统对各种水质的适应性。
曝气生物滤池反应器9的排气口6处还设有尾气净化装置7，用于净化曝气生物滤池反应器9反应产生的尾气，净化空气。
废水储罐17和加药桶18还有排空管19，用于排空废水储罐17和加药桶内的物料。
具体地，采用上述系统，进行废水处理的步骤包括：
步骤a，制备煅烧黄铁矿：将黄铁矿于400-700℃煅烧0.5-2h，用稀盐酸清洗2-3遍，洗涤至中性，干燥，得煅烧黄铁矿；
步骤b，制备醌介体改性活性炭纤维毡：将活性炭纤维毡剪裁为100cm×100cm大小，并用去离子水冲洗数遍，直到没有杂质流出为止，然后放于120℃干燥约2小时，将活性炭纤维毡固定在石墨电极上；称取30-40g蒽醌-1,5-二磺酸钠，量取20-30mL吡咯溶于水中，并置于聚合槽中充分混合均匀，得醌介体溶液；将附有活性炭纤维毡的石墨电极做工作电极，裸石墨电极做辅助电极，饱和甘汞电极做参比电极，采用快速循环伏安法，于醌介体溶液中进行电聚合，聚合电位为1.0-10V，聚合时间为2-6h，聚合溶液pH为2-8，得醌介体改性活性炭纤维毡。
步骤c，将硫磺和煅烧黄铁矿以体积比为1:1-5混合均匀，得颗粒填料；将来自当地污水处理厂的二沉池回流污泥经过150mg/L硝酸盐氮作为电子受体，300mg/L的硫代硫酸钠作为电子供体培养驯化7-10天后接种到所述颗粒填料中，接种体积为所述曝气生物滤池反应器有效体积的8-12％，将醌介体改性活性炭纤维毡剪成与曝气生物滤池反应器横截面积大小相同的圆形，依次均匀铺设于由煅烧黄铁矿和硫磺组成的颗粒填料中，每块醌介体改性活性炭纤维毡的间隔高度为10-20cm，醌介体改性活性炭纤维毡与所述颗粒填料的接触面积为2-5m2/m3颗粒填料；
其中，所述曝气生物滤池反应器内填料的孔隙率为40-50％；所述煅烧黄铁矿和硫磺的粒径均为3-8mm。
步骤d，在不曝气的条件下启动曝气生物滤池反应器9，将待处理废水从进水管12由进水泵15泵入反应器中，水利停留时间为10-24h，驯化5-10d，形成填料上挂膜的生物膜反应器；
步骤e，通过空气泵3经曝气管4向上述生物膜反应器内通入空气，通过气体流量计5控制其中溶解氧浓度为1.2-2.5mg/L，控制水利停留时间为4-6h，处理后的废水从溢流口24排出，经出水管25进入出水桶21中。
上述步骤c中醌介体改性活性炭纤维毡还可以以本领域常规的其他方式填充至煅烧黄铁矿和硫磺的颗粒中，只要保证醌介体改性活性炭纤维毡与所述颗粒填料的接触面积为2-5m2/m3颗粒填料，均可以达到基本相同的效果。煅烧黄铁矿和硫磺的填装方式可以为本领域常规的任意一种方式，如先填装煅烧黄铁矿，然后再填装硫磺，或者煅烧黄铁矿与硫磺混合均匀后再填装等，优选煅烧黄铁矿和硫磺混合均匀之后再填装的方式。
当反应系统在进水含磷浓度过高时，煅烧黄铁矿自养反硝化过程释放的铁离子不能满足除磷要求时，可以通过添加含有5％的聚合氯化铁混凝剂溶液，以保证除磷性能。
在硝化反应过程中，氨氮作为电子供体，氧气作为电子受体将氨氮氧化为硝氮；在反硝化过程中，硫磺、煅烧黄铁矿作为电子供体，硝氮作为电子受体，将硝氮还原为氮气；而醌介体改性活性炭纤维毡和二价铁则作为电子传递体，加速反硝化过程中的电子传递过程；煅烧黄铁矿自养反硝化和煅烧黄铁矿氧化过程所产生的三价铁离子和磷酸根发生沉淀反应，实现了磷的去除；进而实现了氨氮、硝氮和磷酸盐的同时高效去除。
实施例2
一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法：
步骤a，制备煅烧黄铁矿：将黄铁矿于600℃煅烧1h，用稀盐酸清洗3遍，洗涤至中性，干燥，得煅烧黄铁矿；
步骤b，制备醌介体改性活性炭纤维毡：将活性炭纤维毡剪裁为100cm×100cm大小，并用去离子水冲洗数遍，直到没有杂质流出为止，然后放于120℃干燥约2小时，将活性炭纤维毡固定在石墨电极上；称取35g蒽醌-1,5-二磺酸钠，量取25mL吡咯溶于水中，并置于聚合槽中充分混合均匀，得醌介体溶液；将附有活性炭纤维毡的石墨电极做工作电极，裸石墨电极做辅助电极，饱和甘汞电极做参比电极，采用快速循环伏安法，于醌介体溶液中进行电聚合，聚合电位为5V，聚合时间为4h，聚合溶液pH为4.5，得醌介体改性活性炭纤维毡。
步骤c，将硫磺和煅烧黄铁矿以体积比为1:3混合均匀，得颗粒填料；将来自当地污水处理厂的二沉池回流污泥经过150mg/L硝酸盐氮作为电子受体，300mg/L的硫代硫酸钠作为电子供体培养驯化7-10天后接种到所述颗粒填料中，接种体积为所述曝气生物滤池反应器有效体积的10％，将醌介体改性活性炭纤维毡剪成与曝气生物滤池反应器横截面积大小相同的圆形，依次均匀铺设于由煅烧黄铁矿和硫磺组成的颗粒填料中，每块醌介体改性活性炭纤维毡的间隔高度为15cm，醌介体改性活性炭纤维毡与所述颗粒填料的接触面积为4m2/m3颗粒填料；
其中，所述曝气生物滤池反应器内填料的孔隙率为48％；所述煅烧黄铁矿和硫磺的粒径均为3-5mm。
步骤d，在不曝气的条件下启动曝气生物滤池反应器9，将待处理废水从进水管12由进水泵15泵入反应器中，水利停留时间为18h，驯化8d，形成填料上挂膜的生物膜曝气反应器；
步骤e，通过空气泵3经曝气管4向上述生物膜反应器内通入空气，通过气体流量计5控制其中溶解氧浓度为2.0mg/L，控制水利停留时间为5h，处理后的废水从溢流口24排出，经出水管25进入出水桶21中。
本实施例中总氮的去除率稳定在97％以上，磷酸盐的去除率稳定在95％以上，总氮和磷酸盐的出水浓度分别低于1mg/L和0.2mg/L，硫酸根的出水浓度在180-200mg/L。
本实施例步骤a-e中的各参数修改为本发明限定的范围内的其他参数，均可以达到与本实施例基本相同的去除氮磷的效果。
对比例1
将3-8mm粒径的硫磺和黄铁矿填料分别填装进R1和R2曝气生物滤池反应器内，其中黄铁矿在1％的稀盐酸溶液中清洗三遍，除去表面的铁氧化物，并用自来水润洗至pH呈中性后置于40℃的烘箱中烘干0.5h。若黄铁矿品相较好，可省略上述操作。然后，以当地污水处理厂的二沉池回流污泥作为接种污泥，经过150mg/L硝酸盐氮作为电子受体，300mg/L的硫代硫酸钠作为电子供体培养驯化7-10d后，接种到所述反应器当中，接种量和填料的孔隙率均与实施例2相同。实验操作过程中，所述R1，R2的进水水质与实施例2保持一致。其余操作条件与实施例2保持一致。
试验结果证明，R1无法实现磷的有效去除，R2磷的去除率为87-90％，总氮的去除率为75-80％，硫酸根的出水浓度为160-170mg/L。
对比例2
将3-8mm粒径的硫磺和黄铁矿作为填料，采取两种不同的填装方式，R3将硫磺和黄铁矿分层填装，R4将硫磺和黄铁矿均匀混合填装，硫磺和黄铁矿填装体积比与实施例1相同，其中黄铁矿在1％的稀盐酸溶液中清洗三遍，除去表面的铁氧化物，并用蒸馏水润洗至pH呈中性后置于40℃的烘箱中烘干0.5h。进而将来自当地污水处理厂的二沉池回流污泥经过150mg/L硝酸盐氮作为电子受体，300mg/L的硫代硫酸钠作为电子供体培养驯化7-10天后接种到所述反应器当中。实验操作过程中，所述R3，R4的进水水质与实施例2保持一致。其余操作条件与实施例2保持一致。
试验结果证明，R3和R4磷的去除率为45-50％，总氮的去除率为95％以上，硫酸根的出水浓度为290-300mg/L。
对比例3
将3-8mm粒径的煅烧黄铁矿作为填料填装进R5曝气生物滤池反应器内，其余操作条件均与实施例2相同。
试验结果证明，R5磷的去除率为95％以上，总氮的去除率为65-70％，硫酸根的出水浓度为130-150mg/L。
对比例4
将3-8mm粒径的煅烧黄铁矿和硫磺的复合填料填装进R6曝气生物滤池反应器内，其余操作条件均与实施例2相同。
试验结果证明，R6磷的去除率为95％以上，总氮的去除率为75-80％，硫酸根的出水浓度为130-160mg/L。
实施例3
由对比例和实施例可以证明，煅烧黄铁矿、硫磺和醌介体改性活性炭纤维毡三者在去除总氮和磷的过程中存在协同促进的作用，发明人分析推测是由于是醌介体改性活性炭纤维毡和煅烧黄铁矿产生的二价铁离子两者均起到了加速电子传递的作用，从而提高了反硝化速率，进而更有利于三价铁离子的释放，从而也进一步提高了磷的去除性能。为了进一步验证这一推论，发明人通过以下试验进行了验证。
制备25个含有降解培养基的血清瓶，分为5组，每组5个，设置1组无菌对照组，其余4组的血清瓶中分别添加培养好的10mL菌液。其中1组为无菌对照组，2组血清瓶中只含有接种菌，3组血清瓶中的降解培养基中添加3-5mm长的醌介体改性活性炭纤维毡醌，4组血清瓶的降解培养基中添加5mg/L的二价铁离子，5组血清瓶的培养基中添加5mg/L的三价铁离子。其中，二价铁离子和三价铁离子的添加量是根据曝气生物滤池反应器中二价铁离子和三价铁离子的产生量确定的。
降解培养基为100mg/L的S2O3 2-，40mg/L的NO3 --N，10mg/L的K2HPO4，50mg/L的NaHCO3，5mg/L的MgCl2及1mL/L的微量元素。
所述微量元素包括：2.2mg/LZnSO4，5.5mg/LCaCl2，4.3mg/LMnSO4，5mg/LFeSO4·7H2O，2.1mg/LNa2MoO4·2H2O，1.6mg/LCuSO4·5H2O，1.6mg/LCoCl2·6H2O，63.7mg/LEDTA。
菌液的培养方法为：将来自当地污水处理厂的二沉池回流污泥置于摇床中，于140rpm/min的条件下摇晃12h，取上层悬浊液，经过150mg/L硝酸盐氮作为电子受体，300mg/L的硫代硫酸钠作为电子供体培养驯化7-10天，即得。
将上述5组血清瓶置于与实施例2中曝气生物滤池反应器温度和湿度，实验结果如图2所示。
从图中可以看出，空白无菌对照组中的硝酸盐几乎没有任何变化，说明反应体系中不存在硝酸盐的物理化学去除过程。加入醌介体改性活性炭纤维毡的3组以及加入二阶铁离子的4组，与只含菌的2组相比，硝酸盐的去除速率明显提高，但是加入三铁铁离子的5组的硝酸盐的去除速率与2组相比基本相同(图中没有示出5组的硝酸盐去除过程)。这也就证明了在本发明去除氮磷的反应系统中醌介体改性活性炭纤维毡，硫磺自氧化反硝化过程产生的氢离子与黄铁矿反应生成二价铁离子，均可以加速电子传递，提高反硝化速率。
综上所述，以固定化介体(醌介体改性活性炭纤维毡)调控硫磺和黄铁矿作为填料的曝气生物滤池反应系统，使其具有同时去除氨氮、硝氮和磷的功能，实现了该反应系统的长期、高效及稳定的运行，并完成总氮、磷的同时高效去除。尤其是煅烧后的黄铁矿，由于比表面积的增加，进一步增加了反应体系的氮、磷的去除性能。此外，醌介体改性的活性炭纤维毡的添加及二价铁的产生加速了脱氮除磷性能，提高了反应体系应对外界不利环境的能力；同时，出水硫酸根稳定在250mg/L以下，符合国家饮用水标准，且运行成本低，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤a，将经过驯化的污泥接种至复合填料中，将接种污泥的复合填料装填至曝气生物滤池反应器中，向所述曝气生物滤池反应器中泵入待处理废水，在不曝气的条件下驯化5-10d，形成填料上挂膜的生物膜反应器；所述复合填料由颗粒填料和块状填料组成，所述颗粒填料为煅烧黄铁矿和硫磺，所述块状填料为醌介体改性活性炭纤维毡；
其中，所述醌介体改性活性炭纤维毡的制备方法为：采用快速循环伏安法在活性炭纤维毡表面形成掺杂醌介体的聚合膜，其中，聚合电位为1.0-10V，聚合时间为2-6h，聚合溶液为pH为2-8的含醌水溶液；
步骤b，将待处理废水持续泵入所述生物膜反应器中，并向所述生物膜反应器内通入空气，控制溶解氧浓度为1.2-1.5mg/L，水利停留时间为4-6h，处理后的废水从排水口排出；
所述煅烧黄铁矿的制备方法为：将黄铁矿于400-700℃煅烧0.5-2h，用稀盐酸清洗2-3遍，洗涤至中性，干燥，得煅烧黄铁矿。
2.如权利要求1所述的同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法，其特征在于，所述硫磺和煅烧黄铁矿的体积比为1:1-5，所述醌介体改性活性炭纤维毡与所述颗粒填料的接触面积为2-5m2/m3颗粒填料。
3.如权利要求2所述的同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法，其特征在于，所述曝气生物滤池反应器内填料的孔隙率为40-50％；和/或
所述煅烧黄铁矿和硫磺的粒径均为3-8mm。
4.如权利要求1所述的同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法，其特征在于，步骤a中，所述污泥的接种体积为所述曝气生物滤池反应器有效体积的8-12％。
5.如权利要求1所述的同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法，其特征在于，步骤a中，水利停留时间为10-24h。
6.如权利要求1所述的同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理方法，其特征在于，步骤b中，所述待处理废水以上升流方式流过所述生物膜反应器。
7.用于权利要求1-6任一项所述同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置包括：
曝气生物滤池反应器，设有进水口、出水口和出气口，内部填充由煅烧黄铁矿、醌介体改性活性炭纤维毡和硫磺组成的复合填料，底部设有空气扩散器；
进水泵，设置于所述曝气生物滤池反应器入口端，用于将待处理废水泵入所述曝气生物滤池反应器底部；
空气泵，设置于所述曝气生物滤池反应器出口端，通过曝气管与所述空气扩散器连通。
8.如权利要求7所述的同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理装置，其特征在于，所述复合填料的顶部设有填料压紧板，底部设有布水板，所述空气扩散器设置于所述布水板下部，且所述空气扩散器与布水板之间设有间隙；其中，所述填料压紧板上设有出水通孔，所述布水板上设有布水孔。
9.如权利要求7所述的同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置还包括聚合氯化铁加药系统，用于向所述曝气生物滤池反应器内加入聚合氯化铁，以保证磷的去除率。
10.如权利要求7所述的同时去除氨氮、硝氮和磷酸盐的废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置还包括与所述曝气生物滤池反应器出气口连通的尾气处理装置，以及反冲洗系统，所述反冲洗系统包括与所述曝气生物滤池反应器进水口连接的反冲洗泵、与所述曝气生物滤池反应器出水口连接的排泥管路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111422975A (zh) * 2020-04-10 2020-07-17 浙江工业大学 城镇污水脱氮除磷方法及装置
CN111606419B (zh) * 2020-06-01 2022-05-06 北京工业大学 一种能源自给的污水处理系统及方法
CN113233599A (zh) * 2021-06-15 2021-08-10 西昌学院 一种基于改良生物滤柱的同步去除微污染水中cod、氨氮、总氮和总磷的方法
CN113526662A (zh) * 2021-07-30 2021-10-22 哈尔滨工业大学 一种新型醌介体材料的制备方法及其应用
CN114956353B (zh) * 2022-06-01 2023-05-16 浙江省生态环境科学设计研究院 一种氧化还原介体强化的硫铁复合自养反硝化反应器及其应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101973629A (zh) * 2010-10-29 2011-02-16 南京大学 黄铁矿作为生化填料脱氮除磷的方法
CN102277590A (zh) * 2011-06-13 2011-12-14 河北科技大学 掺杂水溶性蒽醌或萘醌化合物的聚吡咯功能介体的制备方法及其应用
CN104150592A (zh) * 2014-08-14 2014-11-19 合肥工业大学 一种利用煅烧黄铁矿作为滤料深度处理污水的方法
CN105060478A (zh) * 2015-08-20 2015-11-18 中国石油大学(华东) 一种同步去除毒性有机物、硫化物和硝酸盐的方法及其装置
CN105540841A (zh) * 2015-12-15 2016-05-04 华东师范大学 一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮方法和装置
CN109052641A (zh) * 2018-09-05 2018-12-21 南京大学 一种耦合填料自养反硝化生物滤池及应用
CN110304720A (zh) * 2019-06-17 2019-10-08 大连理工大学 一种用于厌氧生化处理的电子介体型生物载体

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101973629A (zh) * 2010-10-29 2011-02-16 南京大学 黄铁矿作为生化填料脱氮除磷的方法
CN102277590A (zh) * 2011-06-13 2011-12-14 河北科技大学 掺杂水溶性蒽醌或萘醌化合物的聚吡咯功能介体的制备方法及其应用
CN104150592A (zh) * 2014-08-14 2014-11-19 合肥工业大学 一种利用煅烧黄铁矿作为滤料深度处理污水的方法
CN105060478A (zh) * 2015-08-20 2015-11-18 中国石油大学(华东) 一种同步去除毒性有机物、硫化物和硝酸盐的方法及其装置
CN105540841A (zh) * 2015-12-15 2016-05-04 华东师范大学 一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮方法和装置
CN109052641A (zh) * 2018-09-05 2018-12-21 南京大学 一种耦合填料自养反硝化生物滤池及应用
CN110304720A (zh) * 2019-06-17 2019-10-08 大连理工大学 一种用于厌氧生化处理的电子介体型生物载体

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