CN111115806A - 一种城市二级出水自养生物脱氮工艺与装置 - Google Patents

一种城市二级出水自养生物脱氮工艺与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市二级出水自养生物脱氮工艺,具体是将硫铁矿在硫铁矿溶解池中溶解后,再与待处理的城市二级出水一同送入生物膜脱氮池进行自养生物脱氮,协同除磷。通过将硫铁矿和生物脱氮分置,在硫铁矿溶解池中加酸促进硫铁矿溶解,提高硫铁矿溶解度,同时产生可以作为电子供体的二价铁离子、单质硫和硫离子,实现硫自养微生物快速生长,提高脱氮除磷效率;同时通过流量调节装置调节硫铁矿的剂量,按照自养脱氮微生物营养比例要求投加,减少硫铁矿的浪费。本发明克服了传统自养反硝化系统中硫铁矿溶解度低、脱氮速率低、脱氮过程中营养基质比例不易控制的缺点,提高了氮磷去除速度,缩短反应区水力停留时间。

Description

一种城市二级出水自养生物脱氮工艺与装置
技术领域
本发明属于废水处理技术领域,具体涉及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
为缓解水体富营养化问题带来的危害,城市污水排放标准日趋严格。目前中国的一些地方,如北京、上海、天津、浙江等地实施了较为严格的地方排放标准,某些指标(氮、磷)接近地表水体三类或四类标准。故城市二级出水氮、磷必须进行深度脱氮除磷。传统依靠投加化学除磷药剂进行除磷和投加有机碳源进行生物法脱氮运行成本高,污泥产量大,运行维护不便。
硫自养脱氮是一种新型的脱氮协同除磷技术,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。
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、价格低廉等优点,但其反应存在硫铁矿溶解度低,反应时间长,反应器体积较大,且脱氮过程中营养基质比例不易控制,给实际应用带来诸多困难。
本发明在传统硫铁矿自养脱氮的基础上,提出另一种外源硫铁矿快速溶解和剂量精确控制的方法,使硫铁矿在溶解池溶解中产生作为电子供体的二价铁离子、单质硫和硫离子,促进硫自养微生物快速生长,实现硫自养脱氮系统的高效反应,不仅可以提高系统的脱氮效率,且运行过程中按照微生物营养需要投加营养基质,进而控制反应过程的精度,减少基质浪费现象,降低脱氮除磷的运行成本。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足,本发明针对城市二级出水提供了一种快速硫自养脱氮方法,通过硫铁矿溶解和生物脱氮分置,在硫铁矿溶解池中加酸促进硫铁矿溶解,同时产生可以作为电子供体的二价铁离子、单质硫和硫离子,再使溶解性硫铁矿依据进水硝酸盐浓度实时快速稳定输出,提高硫自养脱氮系统营养基质浓度,加快自养微生物生长繁殖。同时硫铁矿溶解过程中产生的Fe2+在自养脱氮过程中转化为Fe3+,进而形成FePO4沉淀实现磷的去除;通过投加填料形成缺氧硫自养脱氮生物膜体系,提高系统运行的稳定性。
为了实现上述发明目的,本发明采用填充床生物膜反应器作为生脱氮池,先在硫铁矿溶解池通过投加酸将硫铁矿溶解,同时产生可以作为电子供体的二价铁离子、单质硫和硫离子,将此溶液注入生脱氮池,提高脱氮效率,实现快速脱氮协同除磷的功能;同时按照硫自养脱氮微生物对硝酸盐和硫铁矿的营养需要投加硫铁矿,根据进水中硝酸盐的含量灵活调节硫铁矿的剂量,以控制生物脱氮过程过程的精度,减少营养基质的浪费现象,以节约运行成本。
上述过程中,在酸性条件下发生硫铁矿溶解反应(FeS2+2H+→Fe2++S↓+H2S↑)、反硝化细菌的作用下发生自养反硝化脱氮过程(硫自养反硝化:5S+5H2S+14NO3 -→7N2↑+10SO4 2-+6H++2H2O、亚铁自养反硝化:10Fe2++2NO3 -+24H2O→10Fe(OH)3+N2↑+18H+)、硫离子的自养脱氮:4H2S + 4NO3 - + 4H2O → 4NH4 + + 4SO4 2-和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。
具体地:
所述硫铁矿溶解过程:通过酸投加装置控制硫铁矿溶解池内的pH值(6-6.5),促进硫铁矿溶解。
所述自养反硝化脱氮过程:按照硫自养脱氮微生物去除硝酸盐所需的硫铁矿剂量,定量将硫铁矿溶解池出水和二级出水一同注入生脱氮池,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。
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,将高价硫酸盐再次转化为低价硫化物,降低了出水中硫酸盐的浓度;
所述化学除磷过程: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。
本发明利用外源性控制硫铁矿溶解度和剂量精确控制的优势,保证溶解性硫铁矿的稳定输出,为硫自养脱氮系统提供营养基质(Fe2+、S和S2-),实现硫自养微生物快速生长,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,降低了硫酸盐的浓度;该方法具有脱氮效率高、硫铁矿消耗低、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是本发明二级出水快速硫自养深度脱氮工艺的装置示意图,其中1为进水箱,2为储酸槽,3为硫铁矿溶解池,4为生物膜脱氮池,5为进水泵,6为计量泵,7为硫铁矿填料床,8为生物填料床,9为流量计量装置。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容,但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换,均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
实施例1
本发明为一种利用外源溶解性硫铁矿进行自养脱氮的方法,实施本发明方法的生物处理系统采用升流式反应器,如图1,本发明的装置具体包括进水箱(1),储酸槽(2),硫铁矿溶解池(3),生物膜脱氮池(4),进水泵(5),计量泵(6),硫铁矿填料床(7),生物填料床(8),流量计量装置(9)。生物膜脱氮反应器内除磷方式主要为化学除磷,系统可维持较高的生物量。
通过将硫铁矿溶解池(3)和生物膜脱氮池(4)分置,向硫铁矿溶解池(3)的硫铁矿填料床(7)中加酸促进硫铁矿溶解,同时产生可以作为电子供体的二价铁离子、单质硫和硫离子,提高硫铁矿浓度的同时不会破坏微生物生长环境,实现硫自养微生物快速生长,提高氮磷去除速度,缩短反应区水力停留时间;通过计量装置按照微生物营养需要投加硫铁矿,进而控制反应过程的精度,减少营养基质浪费现象。
向生物膜脱氮池(4)中投加生物填料床(8)形成缺氧硫自养脱氮生物膜体系,提高系统运行的稳定性。
通过利用外源溶解性硫铁矿微生物生长繁殖较快,氮磷去除速度较快,污水停留时间较短。
采用上流式的运行方式,将硫铁矿溶解槽出水和二级出水一同送入生物膜脱氮池,与生物填料充分接触,在微生物的作用下发生硫铁矿、硫及硫离子等自养反硝化脱氮等生物过程。
共包括五个处理过程,即:硫铁矿溶解过程、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。
具体运行过程如下:
A硫铁矿溶解过程:通过酸投加装置控制硫铁矿填料床内的pH值(6-6.5),使硫铁矿溶解;
B自养反硝化脱氮过程:按照硫自养脱氮微生物去除硝酸盐所需的硫铁矿剂量,定量将硫铁矿填料床出水和二级出水一同泵入生物膜脱氮反应器,利用自养反硝化菌进行反硝化脱氮,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;
C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;
D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;
E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;
该工艺将营养基质生产和生物脱氮反应分置,加酸促进硫铁矿溶解,同时产生更多可以作为电子供体的物质(Fe2+、S和S2-),定量将该营养注入自养脱氮系统,提高脱氮效率,同时可精确控制自养反硝化脱氮协同除磷过程,缩短自养脱氮的反应时间,降低脱氮除磷的运行成本,为城市二级出水深度氮磷去除提供一个新方法。

Claims (5)

1.一种城市二级出水自养生物脱氮工艺,其特征在于:将装填在硫铁矿溶解池中硫铁矿加酸促进溶解,再与待处理城市二级出水一同送入生物膜脱氮池进行自养脱氮协同除磷;
所述硫铁矿加酸是向硫铁矿溶解池中加入酸液,以促进硫铁矿溶解,提高硫铁矿的溶解度,同时产生可以作为电子供体的二价铁离子、单质硫和硫离子,为生物膜脱氮池提供稳定的营养基质,提高脱氮除磷效率;
所述自养生物脱氮是生物膜脱氮池内的硫自养脱氮微生物利用溶解性硫铁矿进行自养脱氮协同除磷,硫自养脱氮微生物以二价铁离子、硫离子和硫单质为电子供体、以硝酸盐为电子受体进行反硝化脱氮;同时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。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述硫铁矿加酸溶解是向硫铁矿溶解池中加入酸液以控制硫铁矿溶解池内的pH值为6-6.5,促进硫铁矿快速溶解,提高其溶解度。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:根据进水硝酸盐浓度和生物膜脱氮池自养生物脱氮的营养需求,实时调整硫铁矿的投加量,确保硫铁矿参为电子供体的自养生物反硝化脱氮过程的精确控制,减少营养基质浪费现象。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述生物膜脱氮池内填充有生物填料形成缺氧自养脱氮生物膜体系,确保系统生物量的稳定,提高系统运行的稳定性。
5.一种城市二级出水自养生物脱氮装置,包括进水箱(1)、硫铁矿溶解池(3)和生物膜脱氮池(4),所述进水箱(1)的出水端与生物膜脱氮池(4)的进水端相连,所述硫铁矿溶解池(3)的出水端与生物膜脱氮池(4)的进水端相连;
所述硫铁矿溶解池(3)的进水端连有储酸槽(2);
在所述硫铁矿溶解池(3)的出水端与生物膜脱氮池(4)的进水端之间还设有流量计量装置(9),用以调整硫铁矿的投加量。
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