CN112340845B - 一种城镇污水深度脱氮除磷工艺 - Google Patents

一种城镇污水深度脱氮除磷工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，涉及污水处理技术领域，将城镇污水经过一级预处理、二级生化处理后，再经过硫自养反硝化脱氮工艺实现城镇污水深度脱氮除磷；其中，所述硫自养反硝化脱氮工艺中采用的填料为鸡蛋壳或者贝类壳体与单质硫的混合物，其中鸡蛋壳与单质硫的质量比为1.1:1；贝类壳体与单质硫的质量比为1.05:1。本发明公开的一种城镇污水深度脱氮除磷工艺将ABR工艺和生化处理工艺作为耦合工艺，实现反硝化除磷，并在生化处理工艺之后接入硫自养反硝化脱氮工艺，通过硫自养反硝化脱氮工艺实现污水深度脱氮除磷，使出水质量达到出水总氮低于10mg/L。

Description

一种城镇污水深度脱氮除磷工艺
技术领域
本发明涉及生活污水处理技术领域，具体涉及一种城镇污水深度脱氮除磷工艺。
背景技术
生物处理技术是现代污水处理应用最广泛的方法之一。氮污染是水污染的一个重要原因，生活污水中都含有一定的氮，因此在进行污水处理过程中，进行脱氮处理几乎是必备的处理步骤。
常用的生物脱氮过程由硝化反应和反硝化反应组成。在硝化反应中，污水中的生物氮经过氨化反应生成氨氮，再经过化能自养菌的作用下，经亚硝氮转化为硝态氮；在反硝化反应中，在厌氧条件下，硝态氮作为电子受体，有机物作为电子供体，由反硝化的异养菌将硝态氮还原为氮气，排入大气，实现对污水中总氮的去除。
传统的生物脱氮工艺如A2/O等主要依靠内回流的作用来进行脱氮，脱氮效率难以进一步提高，且动力成本较高，脱氮处理后出水质量难以达到出水总氮低于10mg/L。因为了提高出水质量，现部分污水处理厂在传统生物脱氮工艺之后再连接二级出水脱氮设备，如反硝化生物滤池，进行反硝化工艺，以提高出水质量，达到出水总氮低于10mg/L。
常用的反硝化工艺包括异养反硝化和自养反硝化，但异养反硝化用于二级出水脱氮工艺时，由于污水中碳源不足，需要额外投加有机物来提供碳源，且需要精确投加，避免有机物投加不足影响脱氮效果或者有机物投加过量造成浪费并影响出水水质。
自养反硝化是依靠无机物作为电子供体，以无机碳化合物作为碳源的氧化还原反应释放能量来脱氮。其中硫自养反硝化工艺，以硫或者硫化物为电子工体，以硝酸盐为电子受体将硝氮还原为氮气，其硝氮去除效率高，无需外加碳源，降低药剂费用且出水中无过剩有机物存在的可能性，污泥产量也较低。
其中，以单质硫作为电子供体，成本低，易于获得。但在硫自养反硝化的错了和功能中会产生氢离子，随着反应的进行，pH值会降低，而脱氮硫杆菌最适pH为7.0~7.5。因此，过低的环境pH值不仅会影响反硝化效率，也会导致出水中的亚硝氮严重累积。为了改变上述情况，目前常用的硫自养反硝化工艺采用单质硫和石灰石作为反硝化过滤填料，以石灰石中和反应过程中产生的氢离子，同时为脱氮硫杆菌提供无机碳源。但石灰石的溶出速率较低，对于进水硝氮浓度较高时，石灰石的溶解速率就会成为一个限制因素。
发明内容
本发明针对现有技术，提供了一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，将ABR工艺和生化处理工艺作为耦合工艺，实现反硝化除磷，并在生化处理工艺之后接入硫自养反硝化脱氮工艺，通过硫自养反硝化脱氮工艺实现污水深度脱氮除磷，使出水质量达到出水总氮低于10mg/L。
本发明通过下述技术方案实现：所述一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，将城镇污水经过一级预处理、二级生化处理后，再经过硫自养反硝化脱氮工艺实现城镇污水深度脱氮除磷；其中，所述硫自养反硝化脱氮工艺中采用的填料为鸡蛋壳或者贝类壳体与单质硫的混合物，其中鸡蛋壳与单质硫的质量比为1.1:1；贝类壳体与单质硫的质量比为1.05:1。
进一步地，所述脱氮除磷工艺包括以下步骤：
S1）将城镇污水通入格栅池进行过滤，滤除大块固体；
S2）将过滤后的城镇污水注入稳定运行的ABR工艺的第一个反应室中，并依次经过ABR工艺的多个反应池进行厌氧反应；且最后一个反应室内的污泥回流至第一个反应室中的进水端；
S3）将经过厌氧反应后的城镇污水注入生化处理工艺的反应器中，并通入空气/氧气进行曝气处理和进行好氧反应；经过好氧反应后的硝化液部分/全部回流至ABR工艺的第一个反应室中；
S4）将经过生化处理工艺的城镇污水注入硫自养反硝化脱氮工艺的反应器中，进行深度脱氮除磷。
在上述技术方案中，所述ABR工艺的第一个反应室中设置有搅拌器，对注入的城镇污水与回流的污泥进行搅拌充分混合；同时每个反应室均密封，使每个反应室均为严格的厌氧/缺氧环境，实现反硝化除磷；同时生化处理工艺中经过硝化反应的硝化液回流至ABR工艺的反应器中，为反硝化除磷提供电子受体，实现反硝化除磷，并同时实现硝化液的反硝化。同时，生化处理工艺中的膜生物反应器可实现自养脱氮，并可以对ABR工艺和生化处理工艺中的微生物实现生物截流，避免微生物流失。在上述技术方案中，经过ABR工艺和生化处理工艺再进入硫自养反硝化脱氮工艺的反应器中，进一步进行除磷脱氮反应，实现出水达到A级出水标准。在硫自养反硝化脱氮工艺中，采用鸡蛋壳或者贝类壳体替常用的石灰石作为溶出碳酸根的碱性物质，中和单质硫作为电子受体进行反硝化反应后生成的氢离子，使硫自养深度脱氮工艺中环境pH值始终维持在脱氮硫杆菌适宜生长的pH值范围内。
进一步地，所述鸡蛋壳或贝类壳体通过有机溶液和生石灰在室温下浸泡24~36h改性。
进一步地，所述鸡蛋壳或贝类壳体通过有机溶液和生石灰在45~70℃下浸泡24~36h改性。
由于鸡蛋壳或者贝类壳体在有机溶液和生石灰的浸泡改性后，有机溶液会与鸡蛋壳或者贝类壳体表面反应，提高鸡蛋壳或者贝类壳体的表面活性，在进行反硝化过程中，使鸡蛋壳或者贝类壳体中的碳酸钙更加容易溶出；同时有机物也会随着鸡蛋壳或者贝类壳体表面的碳酸钙而一起逐渐溶出，提高硫自养深度脱氮工艺中的脱氮效果。同时有机溶液和生石灰在浸泡反应过程中，可腐蚀、软化鸡蛋壳或者贝类壳体表面，提高鸡蛋壳或者贝类壳体的表面积，同时提高其碳酸钙的溶出速率，使其为中和氢离子提供足够的碳酸根离子。
进一步地，所述有机溶液、生石灰和鸡蛋壳的质量比为0.5~0.8:1:30~35；所述有机溶液、生石灰和贝类壳体的质量比为0.8~0.9:1:29~32。
进一步地，所述有机溶液为葡萄糖酸水溶液或者污水在A2O生物脱氮工艺中排出的污泥水解后的水解液；所述有机溶液中的有机物浓度为1~5g/L。
进一步地，所述贝类壳体为牡蛎壳、扇贝壳、蛤蜊壳、珊瑚中任一种或者多种。
进一步地，所述深度脱氮方法还包括硫酸盐吸附工艺：采用填充有水滑石的硫酸盐吸附池吸附硫自养反硝化脱氮工艺出水中的硫酸根离子，使出水中的硫酸根浓度符合当地水质要求。
进一步地，所述深度脱氮方法还包括细砂过滤工艺：采用填充有细砂的滤柱过滤硫酸盐吸附工艺的出水，使出水水质更好。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明所提供的一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，将ABR工艺和生化处理工艺作为耦合工艺，实现反硝化除磷，并在生化处理工艺之后接入硫自养反硝化脱氮工艺，通过硫自养反硝化脱氮工艺实现污水深度脱氮除磷，使出水质量达到出水总氮低于10mg/L。
（2）本发明所提供的一种城镇污水深度脱氮除磷工艺的硫自养反硝化脱氮工艺中采用改性的鸡蛋壳或者贝类壳体作为填料，通过改性使鸡蛋壳或者贝类壳体内的碳酸盐更加更易溶出；使反应器内环境维持脱氮硫杆菌适宜的弱碱环境，同时引入少量有机物，通过有机物和单质硫的耦合效果，提高脱氮效果，进一步提高出水水质。
（3）本发明所提供的一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，还设置有硫酸盐吸附池，吸附污水中的硫酸盐和硫自养脱氮反硝化过程中产生的硫酸根，使出水水质中的硫酸根的浓度降低，符合水质要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明公开的一种城市污水深度脱氮方法，将城镇污水经过一级预处理、二级生化处理后，再经过硫自养反硝化脱氮工艺实现城镇污水深度脱氮除磷；其中，所述硫自养反硝化脱氮工艺中采用的填料为鸡蛋壳或者贝类壳体与单质硫的混合物，其中鸡蛋壳与单质硫的质量比为1.1:1；贝类壳体与单质硫的质量比为1.05:1。
进一步地，所述脱氮除磷工艺包括以下步骤：
S1）将城镇污水通入格栅池进行过滤，滤除大块固体；
S2）将过滤后的城镇污水注入稳定运行的ABR工艺的第一个反应室中，并依次经过ABR工艺的多个反应池进行厌氧反应；且最后一个反应室内的污泥回流至第一个反应室中的进水端；
S3）将经过厌氧反应后的城镇污水注入生化处理工艺的反应器中，并通入空气/氧气进行曝气处理和进行好氧反应；经过好氧反应后的硝化液部分/全部回流至ABR工艺的第一个反应室中；
S4）将经过生化处理工艺的城镇污水注入硫自养反硝化脱氮工艺的反应器中，进行深度脱氮除磷。
需要说明的是，所述ABR工艺的反应室至少为3个，且第一个反应室内设置有搅拌器。
在一些实施例中，所述生化处理工艺中所采用的膜生物反应器采用聚偏氟乙烯中空纤维滤膜抽吸连续出水，膜孔径为0.1μm，并采用真空压力表反应膜污染情况，以便于进行定期处理。
需要说明的是，膜生物反应器外部采用褐色遮光布进行包裹，底部放置有外接气泵的曝气装置，用于通入气体。
需要说明的是，鸡蛋壳需要先被破碎成3~8mm的颗粒；若采用贝类壳体则其需要先被破碎成3~5mm的颗粒。单质硫的粒径为1.5~2.0mm。
在进行深度脱氮除磷时，填料被填充在设置有进水口、出水口、反冲水出水口、水质检测口的柱形反应器中，从反应器下端进水、上端出水，使反应生成的氮气随着水流向上逸散。反应器的上端设置有镂空端盖，便于逸散反硝化生成的氮气，同时也避免空气中的氧溶解在水中，影响出水水质。
鸡蛋壳和贝类壳体的主要成分均为碳酸钙，但相较于石灰石，鸡蛋壳和贝类壳体内还含有少量的碳酸钠等易溶出物质，中和单质硫在反硝化过程中生成的氢离子，使反应器内的pH值可维持在7.3~7.8的弱碱性环境中，有利于脱氮硫杆菌的生长和繁殖。
在一些实施例中，所述鸡蛋壳或贝类壳体通过有机溶液和生石灰在45~70℃下浸泡24~36h改性。
由于鸡蛋壳或者贝类壳体在有机溶液和生石灰的浸泡改性后，有机溶液会与鸡蛋壳或者贝类壳体表面反应，提高鸡蛋壳或者贝类壳体的表面活性，在进行反硝化过程中，使鸡蛋壳或者贝类壳体中的碳酸钙更加容易溶出；同时有机物也会随着鸡蛋壳或者贝类壳体表面的碳酸钙而一起逐渐溶出，提高硫自养深度脱氮工艺中的脱氮效果。同时有机溶液和生石灰在浸泡反应过程中，可腐蚀、软化鸡蛋壳或者贝类壳体表面，提高鸡蛋壳或者贝类壳体的表面积，同时提高其碳酸钙的溶出速率，使其为中和氢离子提供足够的碳酸根离子。
在一些实施例中，所述有机溶液、生石灰和鸡蛋壳的质量比为0.5~0.8:1:30~35；所述有机溶液、生石灰和贝类壳体的质量比为0.8~0.9:1:29~32。
可选地，采用鸡蛋壳作为填料的成分时，有机溶液、生石灰和鸡蛋壳的质量比为0.7:1:30。采用贝类壳体的作为填料的成分时，有机溶液、生石灰和贝类壳体的质量比为0.9:1:29。
在一些实施例中，所述有机溶液为葡萄糖酸水溶液或者污水在A2O生物脱氮工艺中排出的污泥水解后的水解液；所述有机溶液中的有机物浓度为1~5g/L。
需要说明的是：此处的有机溶液中的有机物浓度为1~5g/L其表达的意义为：当有机溶液为水解液时，其水解液中的有机物总浓度为1~5g/L；当有机溶液为葡萄糖酸水溶液时，其葡萄糖酸的浓度为1~5g/L。
污泥水解的水解液为污泥厌氧水解的产物，其主要成分为挥发性脂肪酸，用于鸡蛋壳或贝类壳体的表面改性，使其鸡蛋壳或者贝类壳体的碳酸盐更加易于溶出，同时提供在反硝化过程中，添加了少量有机物，有利于提高反硝化脱氮效果，出水水质更好。
在一些实施例中，所述贝类壳体为牡蛎壳、扇贝壳、蛤蜊壳、珊瑚中任一种或者多种。
在一些实施例中，所述深度脱氮方法还包括硫酸盐吸附工艺：采用填充有水滑石的硫酸盐吸附池吸附硫自养反硝化脱氮工艺出水中的硫酸根离子，使出水中的硫酸根浓度符合当地水质要求。
硫酸盐吸附工艺采用的硫酸盐吸附池为长1.5~2.5m，宽为1~1.4m，高为2.5~3m的矩形池，填充的填料水滑石的填充量为硫酸盐吸附池的体积的70~75%。
在一些实施例中，硫酸盐吸附工艺中的水滑石为改性水滑石，其改性方法为：采用硝酸镁、硝酸铝的混合溶液与氢氧化钠、碳酸钠的混合溶液在pH为10的条件下混合搅拌反应15~18h，得到白色固体产物，干燥后研磨成粉，即可得到改性水滑石。
在一些实施例中，所述深度脱氮方法还包括细砂过滤工艺：采用填充有细砂的滤柱过滤硫酸盐吸附工艺的出水，使出水水质更好。
在一些实施例中，滤柱内填充有至少两层细砂；每层细砂之间通过砾石承托；所述细砂的粒径不超过1.0mm；所述砾石的粒径不超过10mm。
以四川省资阳市雁江区生活污水处理为例，其生活污水的总氮浓度为160~240mg/L，COD浓度为182~213 mg/L，总磷浓度为5~10 mg/L。在工艺中所有反应器经过启动稳定运行后，连续进出水，调试反应器的稳定运行流量为3m3/h，在其稳定运行期间，检测出水的硝氮、硫酸根离子和pH值，硫自养深度脱氮工艺的出水口的出水的硝氮浓度稳定在0.4~2.3mg/L之间，总磷浓度稳定在0~0.23mg/L之间；pH值稳定在6.8~7.2；硫酸根离子浓度稳定在80~100mg/L。因此，生活污水中的氨氮、硝氮脱除率可达到90%以上，其出水水质中的总氮浓度不超过3mg/L，总氮浓度不超过0.3mg/L，pH值为中性；硫酸根浓度不超过100mg/L，出水水质符合四川A级水质标准。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，其特征在于：将城镇污水经过一级预处理、二级生化处理后，再经过硫自养反硝化脱氮工艺实现城镇污水深度脱氮除磷；其中，所述硫自养反硝化脱氮工艺中采用的填料为鸡蛋壳或者贝类壳体与单质硫的混合物，其中鸡蛋壳与单质硫的质量比为1.1:1；贝类壳体与单质硫的质量比为1.05:1；所述鸡蛋壳或贝类壳体通过有机溶液和生石灰在室温下浸泡24~36h改性；所述有机溶液为葡萄糖水溶液或者污水在A2O生物脱氮工艺中排出的污泥水解后的水解液。
2.根据权利要求1所述的一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，其特征在于，其具体包括以下步骤：
S1）将城镇污水通入格栅池进行过滤，滤除大块固体；
S2）将过滤后的城镇污水注入稳定运行的ABR工艺的第一个反应室中，并依次经过ABR工艺的多个反应池进行厌氧反应；且最后一个反应室内的污泥回流至第一个反应室中的进水端；
S3）将经过厌氧反应后的城镇污水注入生化处理工艺的反应器中，并通入空气/氧气进行曝气处理和进行好氧反应；经过好氧反应后的硝化液部分/全部回流至ABR工艺的第一个反应室中；
S4）将经过生化处理工艺的城镇污水注入硫自养反硝化脱氮工艺的反应器中，进行深度脱氮除磷。
3.根据权利要求2所述的一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，其特征在于：所述有机溶液、生石灰和鸡蛋壳的质量比为10~5:1:30~35；所述有机溶液、生石灰和贝类壳体的质量比为8~9:1:29~32。
4.根据权利要求1所述的一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，其特征在于：所述贝类壳体为牡蛎壳、扇贝壳、蛤蜊壳、珊瑚中任一种或者多种。
5.根据权利要求1~3任一项所述的一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，其特征在于：还包括硫酸盐吸附工艺：采用填充有水滑石的硫酸盐吸附池吸附硫自养反硝化脱氮工艺出水中的硫酸根离子。
6.根据权利要求4所述的一种城镇污水深度脱氮除磷工艺，其特征在于：还包括细砂过滤工艺：采用填充有细砂的滤柱过滤硫酸盐吸附工艺的出水。
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