CN111517591A - 铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，包括塔身、进水箱、加药箱、出水口和出气口，塔身的内部空腔中设置有多层废水处理层，每层废水处理层由承托层、铁合金填料层和厌氧氨氧化污泥颗粒层组成。本发明的废水处理方法，包括：a).进水和布水；b).氧化态氮的还原反应；c).厌氧氨氧化；d).pH调节；e).多次反应。本发明的处理氧化态氮废水的装置及方法，铁合金填料将部分氧化态氮还原为氨，随后进入厌氧氨氧化污泥颗粒层，利用厌氧氨氧化菌将氨与亚硝酸根离子共同转化为氮气，通过设置多层铁合金填料及厌氧氨氧化污泥颗粒层，保证了污水中氧化态氮的完全去除。

Description

铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种处理氧化态氮废水的装置及方法，更具体的说，尤其涉及一种铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置及方法。

背景技术

目前的城市污水处理过程通常旨在去除污染物质，而这些污染物质（如有机物、氮元素、磷元素等）不仅是水质指标，同时也是人类生产、生活中需要的能源和资源。

目前的污水脱单工艺主要为生物脱氮，需要较长时间的培养和调试运行，且微生物对环境条件的变化较敏感，对污水的处理效果不易控制，与厌氧氨氧化技术相结合的工艺更加难以控制。本发明以铁合金还原氧化态氮为氨氮，为厌氧氨氧化菌提供反应底物的方法实现污水脱氮，本文旨在发明一种更加简单易行，且出水水质更加稳定的污水脱氮技术。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置及方法。

本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，包括塔身、进水箱、加药箱、出水口和出气口，塔身的内部为空腔，进水箱中的待处理废水经水泵抽至塔身内部空腔的底部，加药箱经加药泵向塔身内部废水中投加碱液；出水口设置于塔身的上端，出气口位于塔身的顶端；其特征在于：所述塔身的内部空腔中由下至上设置有多层废水处理层，每层废水处理层由从下至上依次设置的承托层、铁合金填料层和厌氧氨氧化污泥颗粒层组成，承托层固定于塔身的内壁上，用于支撑铁合金填料层，铁合金填料层由铁碳合金颗粒组成，每个厌氧氨氧化污泥颗粒层上方的空余空间内均设置有pH计。

本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，所述承托层上开孔孔径小于铁合金填料层中铁碳合金颗粒的直径，加药箱中存储的碱液为碳酸氢钠溶液。

本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，所述塔身内部空腔的上部设置有三相分离器，三相分离器的液体出口和气体出口分别形成出水口和出气口。

本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置的废水处理方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).进水和布水，水泵将进水箱中的待处理废水抽至塔身内部空腔的底部，废水首先进入最下端的废水处理层，废水流经承托层的过程中实现均匀布水，废水再进入铁合金填料层；

b).氧化态氮的还原反应，废水进入铁合金填料层后，废水中的氧化态氮与铁合金填料发生氧化还原作用，将氧化态氮还原为亚硝酸根离子和铵根离子，同时生成铁离子；之后废水进入厌氧氨氧化污泥颗粒层；

c).厌氧氨氧化，铵根离子和亚硝酸根离子随废水进入厌氧氨氧化污泥颗粒层，在厌氧氨氧化菌作用下，将二者共同转化为氮气，同时会产生部分硝酸根离子，氮气和硝酸根离子随水流进入上一层的废水处理层；

d).pH调节，由于铁合金填料层在发生氧化还原反应过程中会产生铁离子，铁离子与水中的氢氧根结合生成氢氧化铁胶体，会降低水体的pH，此时通过加药箱向废水中加入碳酸氢钠溶液，将废水中的pH维持在7.5～8.5之间；

e).多次反应，经最下方处理层处理后的废水，由下至上依次经过剩余的废水处理层，经过每个废水处理层时进行步骤b)至步骤d)相同的处理过程，且从下到上负荷逐渐降低，处理后的污水最终经出水口排出；

f).厌氧氨氧化污泥颗粒层生成的氮气与水流经承托层上的小孔进入到铁合金填料层的过程中，由于氧化还原作用，铁合金颗粒表面会生成较多不溶性铁盐，而减小铁合金与污水的接触面积，氮气聚集生成的气泡将不溶性铁盐从铁合金颗粒上脱落，提高了每一反应区域铁合金还原作用的效率，气体最终经出气口逸出。

本发明的有益效果是：本发明的处理氧化态氮废水的装置由塔身、进水箱、加药箱、pH计组成，塔身的内部空腔中由下至上依次设置有多层废水处理层，且每个废水处理层由从下至上设置的承托层、铁合金填料层、厌氧氨氧化污泥颗粒层组成，富含氧化态氮的废水从底部进入废水处理装置中，经承托层上的小孔均匀进入铁合金填料层，铁合金填料将部分氧化态氮还原为氨，随后进入厌氧氨氧化污泥颗粒层，利用厌氧氨氧化菌将氨与亚硝酸根离子共同转化为氮气，通过设置多层铁合金填料及厌氧氨氧化污泥颗粒层，保证了污水中氧化态氮的完全去除。

附图说明

图1为本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置的结构示意图。

图中：1进水箱，2加药箱，3承托层，4铁合金填料层，5厌氧氨氧化污泥颗粒层，6 pH计，7出水口，8出气口，9塔身。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置的结构示意图，其由塔身9、进水箱1、加药箱2、承托层3、pH计6、出水口7和出气口8组成，塔身9起围挡和支撑作用，其材质可以是混泥土或者钢结构，塔身一般为圆柱形，塔身9的内部为空腔。进水箱1中的废水经水泵抽至塔身9内部空腔的底部，加药箱2中存储有碱液（碳酸氢钠溶液），加药箱2中的碱液经药泵抽至塔身9中，以调节塔身9中废水的pH。出水口7设置于塔身9的上端，处理后的废水经出水口7排出；出气口8设置于塔身9的上端，富含氧化态氮的废水经处理产生的氮气经出气口排出。

所示塔身9的内部空腔中由下至上设置有多层（图中为4层）废水处理层，每层废水处理层由从下至上依次设置的承托层3组成，承托层3固定于塔身9的内壁上，承托层3上开设有便于废水通过的小孔，承托层3用于承载上方的铁合金填料层4和厌氧氨氧化污泥颗粒层5。承托层3上的小孔直径应小于铁合金填料层4中铁碳合金颗粒的直径，以避免铁碳合金颗粒漏下。每个厌氧氨氧化污泥颗粒层5上方的空余空间内均设置有pH计6，用于测量水体中的pH，以便通过控制加药箱2向废水中加入碱液，将水体的pH控制在7.5～8.5之间。

铁合金填料层4由铁碳合金颗粒构成，铁合金与废水中的氧化态氮发生氧化还原反应，将氧化态氮转化为铵根离子和亚硝酸根离子。铵根离子和亚硝酸根离子随水流进入到厌氧氨氧化污泥颗粒层5中，在厌氧氨氧化菌的作用下，将水体中的氨氮和亚硝酸共同转化为氮气。

该污水处理过程用铁合金代替其他微生物将氧化态氮转化为氨为厌氧氨氧化菌提供反应底物，对环境条件要求更低，对反应条件的控制更简单，有利于装置的启动，且铁合金处理效果稳定。铁合金与氧化态氮会发生氧化还原作用，将氧化态氮还原为亚硝酸根离子，铵根离子，同时生成铁离子。将铁合金加工为较小的铁合金颗粒增加与污水的接触面积，并加热处理强化其还原能力，提高铁合金的还原效率，处理后的铁合金置于承托层3上作为铁合金填料层4。

厌氧氨氧化污泥颗粒层5生成的气体与水流经承托层3上的小孔进入下一个铁合金填料层（4），由于氧化还原作用，铁合金颗粒表面会生成较多不溶性铁盐，而减小铁合金与污水的接触面积，这些氮气聚集生成的气泡则可将不溶性铁盐从铁合金颗粒上脱落，有利于每一反应区域铁合金还原作用的效率。

由于铁合金与氧化态氮反应，铁合金不断被消耗，颗粒也越来越小，导致部分较细小的污泥从承托层3小孔进入下一层反应区域，故经常清理污水处理装置底部的污泥，并将这部分污泥与新的铁合金重新加到反应区域中。污水处理装置中设置多层承托层3、铁合金填料层4和厌氧氨氧化污泥颗粒层5，进行多次反应，可将下一层反应区域生成的硝酸根离子跟原污水中剩余氧化态氮进一步去除，大大降低水中氮元素浓度。加药箱2中为碳酸氢钠溶液，加入池中可与生成的铁盐发生反应，降低池中pH，用于调节污水处理装置 pH，保证厌氧氨氧化菌有较好的生存环境，同时，碳酸氢钠与铁盐反应生成的不溶性物质，可为厌氧氨氧化菌提供附着点，有利于厌氧氨氧化颗粒污泥的生成；

由于铁合金与氧化态氮反应会生成大量铁离子，而铁离子水解会使水中pH下降，进而影响厌氧氨氧化反应的进行，每一层反应区域间安装有pH计6实时检测水中pH值，根据pH值计算确定碳酸氢钠溶液的加入量，将水的pH值稳定在中性偏碱性。该污水处理装置顶部为简易的三相分离器，由于厌氧氨氧化反应会生成氮气，部分气体会附着于污泥上，使污泥漂浮起来，利用三相分离器可使固体保留在池中，气体从出气口8排出，处理后的水则从出水口7排出。

本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置的废水处理方法，通过以下步骤来实现：

a).进水和布水，水泵将进水箱中的待处理废水抽至塔身内部空腔的底部，废水首先进入最下端的废水处理层，废水流经承托层的过程中实现均匀布水，废水再进入铁合金填料层；

b).氧化态氮的还原反应，废水进入铁合金填料层后，废水中的氧化态氮与铁合金填料发生氧化还原作用，将氧化态氮还原为亚硝酸根离子和铵根离子，同时生成铁离子；之后废水进入厌氧氨氧化污泥颗粒层；

c).厌氧氨氧化，铵根离子和亚硝酸根离子随废水进入厌氧氨氧化污泥颗粒层，在厌氧氨氧化菌作用下，将二者共同转化为氮气，同时会产生部分硝酸根离子，氮气和硝酸根离子随水流进入上一层的废水处理层；

d).pH调节，由于铁合金填料层在发生氧化还原反应过程中会产生铁离子，铁离子与水中的氢氧根结合生成氢氧化铁胶体，会降低水体的pH，此时通过加药箱向废水中加入碳酸氢钠溶液，将废水中的pH维持在7.5～8.5之间；

e).多次反应，经最下方处理层处理后的废水，由下至上依次经过剩余的废水处理层，经过每个废水处理层时进行步骤b)至步骤d)相同的处理过程，且从下到上负荷逐渐降低，处理后的污水最终经出水口排出；

f).厌氧氨氧化污泥颗粒层生成的氮气与水流经承托层上的小孔进入到铁合金填料层的过程中，由于氧化还原作用，铁合金颗粒表面会生成较多不溶性铁盐，而减小铁合金与污水的接触面积，氮气聚集生成的气泡将不溶性铁盐从铁合金颗粒上脱落，提高了每一反应区域铁合金还原作用的效率，气体最终经出气口逸出。

Claims (4)

1.一种铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，包括塔身（9）、进水箱（1）、加药箱（2）、出水口（7）和出气口（8），塔身的内部为空腔，进水箱中的待处理废水经水泵抽至塔身内部空腔的底部，加药箱经加药泵向塔身内部废水中投加碱液；出水口设置于塔身的上端，出气口位于塔身的顶端；其特征在于：所述塔身的内部空腔中由下至上设置有多层废水处理层，每层废水处理层由从下至上依次设置的承托层（3）、铁合金填料层（4）和厌氧氨氧化污泥颗粒层（5）组成，承托层固定于塔身的内壁上，用于支撑铁合金填料层，铁合金填料层由铁碳合金颗粒组成，每个厌氧氨氧化污泥颗粒层上方的空余空间内均设置有pH计。

2.根据权利要求1所述的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，其特征在于：所述承托层（3）上开孔孔径小于铁合金填料层（4）中铁碳合金颗粒的直径，加药箱（2）中存储的碱液为碳酸氢钠溶液。

3.根据权利要求1所述的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，其特征在于：所述塔身（9）内部空腔的上部设置有三相分离器，三相分离器的液体出口和气体出口分别形成出水口（7）和出气口（8）。

4.一种基于权利要求1所述的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置的废水处理方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).进水和布水，水泵将进水箱中的待处理废水抽至塔身内部空腔的底部，废水首先进入最下端的废水处理层，废水流经承托层的过程中实现均匀布水，废水再进入铁合金填料层；

b).氧化态氮的还原反应，废水进入铁合金填料层后，废水中的氧化态氮与铁合金填料发生氧化还原作用，将氧化态氮还原为亚硝酸根离子和铵根离子，同时生成铁离子；之后废水进入厌氧氨氧化污泥颗粒层；

c).厌氧氨氧化，铵根离子和亚硝酸根离子随废水进入厌氧氨氧化污泥颗粒层，在厌氧氨氧化菌作用下，将二者共同转化为氮气，同时会产生部分硝酸根离子，氮气和硝酸根离子随水流进入上一层的废水处理层；

d).pH调节，由于铁合金填料层在发生氧化还原反应过程中会产生铁离子，铁离子与水中的氢氧根结合生成氢氧化铁胶体，会降低水体的pH，此时通过加药箱向废水中加入碳酸氢钠溶液，将废水中的pH维持在7.5～8.5之间；

e).多次反应，经最下方处理层处理后的废水，由下至上依次经过剩余的废水处理层，经过每个废水处理层时进行步骤b)至步骤d)相同的处理过程，且从下到上负荷逐渐降低，处理后的污水最终经出水口排出；

f).厌氧氨氧化污泥颗粒层生成的氮气与水流经承托层上的小孔进入到铁合金填料层的过程中，由于氧化还原作用，铁合金颗粒表面会生成较多不溶性铁盐，而减小铁合金与污水的接触面积，氮气聚集生成的气泡将不溶性铁盐从铁合金颗粒上脱落，提高了每一反应区域铁合金还原作用的效率，气体最终经出气口逸出。

Images