CN113955902A - 一种污水深度处理的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及污水处理的领域，具体公开了一种污水深度处理的方法和系统，一种污水深度处理的方法包括以下步骤：向污水进水中投加碳源，获得携带碳源的污水；将所述携带碳源的污水引入I级反应器中进行异氧反硝化反应，其中，所述I级反应器形成有生物膜砂层，所述异氧反硝化反应在所述生物膜砂层上发生；将来自所述I级反应器的出水引入II级反应器进行硫自氧反硝化。一种使用污水深度处理方法的系统包括I级反应器，I级反应器的出水端连通II级反应器。本申请具有能够有效对污水进行深度脱氮并有效减少污水中残留难降解有机物的含量的效果。
Description
技术领域
本申请涉及污水处理的领域，尤其是涉及一种污水深度处理的方法和系统。
背景技术
目前参照《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)，各地污水处理厂的出水多为一级A，但是一级A标准的水质相当于地表水的劣Ⅴ类水，较难降解，其排放到几乎没有自净能力的水体中，如城市河流后，水体不仅无法修复，反而遭到污染，出现‘越治越脏’的现象，因此迫切要求废水处理厂出水由一级A排放标准提标至地表Ⅳ类或Ⅲ类标准。
而污水出水的提标中，深度脱氮为一大难点。且常用微滤膜/超滤膜进行处理，但成本较高，为了满足严格的排放标准的同时降低污水处理能耗，生物脱氮为一个经济高效的选择。目前深度脱氮的常用方法有：1、外加碳源的异养反硝化脱氮，以外加碳源培养异养反硝化细菌，再利用这些细菌进行反硝化脱氮，即将NO3--N转化为N2，但是易出现于碳源不足而使得亚硝酸盐积，导致的脱氮效果差，或者补充碳源增加成本，或者过度补充碳源造成二次污染；2、以如硫、铁等作为基质培养自养反硝化细菌，再利用这些细菌进行反硝化脱氮，即将NO3--N转化为N2，该方法不需外加碳源，但微生物增殖速率低，系统启动慢。
以上两种方法能够实现一定程度上的深度脱氮，但出水水质仍然难以达到预期要求。
发明内容
为了有效深度脱氮并有效减少污水中残留难降解有机物的含量，本申请提供一种污水深度处理的方法和系统。
本申请提供的一种污水深度处理的方法和系统采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种污水深度处理的方法，采用如下的技术方案：
一种污水深度处理的方法，包括以下步骤：
向污水进水中投加碳源，获得携带碳源的污水；
将携带碳源的污水引入I级反应器中进行异氧反硝化反应，其中，所述I级反应器形成有生物膜砂层，所述异氧反硝化反应在所述生物膜砂层上发生；
将来自所述I级反应器的出水引入II级反应器进行硫自氧反硝化。
通过采用上述技术方案，污水为污水处理厂二级出水，该出水(一级A标准)中TN(总氮)主要以NO3 --N为主，COD主要为难降解有机物，含有较少量的NH4 +。形成有生物膜的砂层使得I级反应器形成厌氧环境，在形成有生物膜的砂层中，在外加碳源和污水中原有难降解有机物的共同作用下，更有利于难降解有机物的去除；同时，反硝化菌利用外加碳源和污水中原有难降解有机物进行反硝化脱氮(NO3 -→NO2 -→N2)，去除污水中部分总氮，同时，在厌氧氨氧化菌的作用下，进行厌氧氨氧化反应(NH4 ++NO2 -→N2)，即NH4 +与NO2 -反应，生成N2，部分NH4 +被除去；
之后污水进入II级反应器，自氧反硝化菌以硫作为电子供体，进行反硝化作用，将NO3 --N、NO2 --N还原为N2使其从水体中逸出，去除污水中的氮元素，达到进一步去除I级反应器流出污水中残余硝态氮及产生的亚硝态氮的目的；同时能够进一步除去污水中的残留碳源和难降解有机物，保证了出水有较低的COD；同时，通过I级反应器中对有机物的消耗，该步骤中污水中COD含量为较低水平，且水中溶解氧的含量进一步降低，该条件下，厌氧氨氧菌的活性较高，剩余部分NH4 +-N进一步经过厌氧氨氧化被去除。
本申请中，通过将污水处理的过程分为两步，在第一步反应中，通过补充易分解/可生化性较高的碳源，易分解/可生化性较高的碳源与污水中原有难降解有机物，通过协同代谢作用可以有效的促进难降解有机物的转化，能够在更短的水力停留时间内，对污水中难降解有机物更好的去除，同时通过异氧反硝化和厌氧氨氧化除去部分总氮；之后第二步反应进一步除去残余硝态氮及产生的亚硝态氮，实现了对污水的深度处理。
优选的，I级反应器和II级反应器均采用接种挂膜的方法启动。
优选的，所述碳源进入I级反应器之前投加到污水中。
所述I级反应器中污水进水的COD为30-70mg/mL，所述碳源在污水中的投加量为15-25mg/mL。
通过采用上述技术方案，通过在污水中投加特定比例的碳源，能很好的调节污水中可生化性较高的外加碳源与难降解有机物的比例，更加有利于通过协同代谢作用可以有效的促进难降解有机物的转化。
所述碳源为甲醇、乙酸钠中的一种或多种。
碳源优选为甲醇。
优选的，所述I级反应器中污水进水的pH为4-10。
通过采用上述技术方案，pH低于4时，反硝化作用受到抑制，pH高于10时，反硝化作用也受到抑制。
优选的，所述I级反应器中污水进水的pH为7.0-8.5。
优选的，所述I级反应器中污水进水的DO为0.5-1.5mg/L。
通过采用上述技术方案，DO为溶氧量。污水进水的DO过高时，溶解氧会与硝酸盐竞争电子供体，同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性，造成污水出水的NO2--N含量增加，对总氮的去除率变低。而该范围的选择，有利于反硝化和厌氧氨氧化的进行。
优选的，所述I级反应器中污水的HRT为2.2-3h，II级反应器中污水的HRT为8-12h。
通过采用上述技术方案，HRT为水力停留时间。携带有碳源和难降解有机物的污水在该水力停留时间下，污水中难降解有机物能够被充分利用和去除，有利于污水中大部分NO3 —进行充分的反硝化脱氮，有利于污水中NH4 +进行充分的厌氧氨氧化而去除。
优选的，所述污水进入I级反应器前进行混凝沉淀。
在一个实施例中，混凝沉淀时，向污水中投加絮凝剂、活性硅藻土、碳粉中的任意一种或多种。
优选的，絮凝剂为聚合氯化铝、聚丙烯酰胺中的任意一种或多种。
通过采用上述技术方案，絮凝剂沉降悬浮颗粒，活性硅藻土和活性炭吸附去除可溶性难降解有机物；通过该混凝沉淀作用，去除裹杂铁盐的悬浮物、部分难降解有机物及部分总磷。
在一个实施例中，所述II级反应器内设置有载体，载体采用海砂和陶粒混合制备。
在一个实施例中，所述II级反应器内投加硫矿。硫粒径1.5-3.5mm，添加比例占反应器有效容积的2％。
第二方面，本申请提供一种污水深度处理的系统，采用如下的技术方案：
一种污水深度处理的系统，所述系统包括I级反应器，I级反应器的出水端连通有II级反应器；I级反应器为生物砂滤池，II级反应器为V型滤池。
优选的，一种污水深度处理的系统，还包括沉淀池，沉淀池的出水端连通生物砂滤池。
优选的，生物砂滤池内设置曝气装置。
在生物砂滤池中，基于逆流原理，原水通过进水管由上至下进入过滤器内部，经布水器均匀分配后向上流通过滤料层并外排。在此过程中，原水在载体生物膜作用下，降解水中的污染物，同时将悬浮物及剥落生物膜截留。活性砂滤料在过滤器中呈自上而下的运动状态，对原水起搅拌作用。
位于过滤器中央的空气提升泵在空压机的作用下将截留悬浮物的底层活性砂提至过滤器顶部的洗砂器中清洗，清洗后的活性砂返回滤床，同时将清洗所产生的污染物外排，该过程使得砂层不易板结，有利于增加反冲洗周期。曝气装置位于提砂器底部，通过气水反冲洗，防止长停留时间下系统板结。且反冲洗周期的延长，使得生物砂滤池内引入氧气较少，保证了生物砂滤池内较低的DO值，有利于生物砂滤池的稳定运行。
反冲洗周期为4-5天/次。反冲洗采用气水反冲洗。
一次气水反冲洗的时间为25-35min。其中气洗7-10min，水洗10-15min，气水联合洗8-10min。水反冲洗强度5.6L/s.m2，气冲强度为16.7L/s.m2。
优选的，所述系统还包括沉淀池，沉淀池的出水端连通生物砂滤池的进水端。
沉淀池为外气提式斜管沉淀池。
沉淀池包括混合区、絮凝区和斜管沉淀区。
污水进入混合区，然后在絮凝区发生絮凝反应，污水在斜管沉淀区进行沉淀。斜管沉淀区的底部设置有将污泥外排的排泥管和将部分污泥回流到絮凝区的污泥回流管。
污水在混合区的混合时间为3-8min，污水在絮凝区的絮凝时间为20-40min，污水在沉淀区的沉淀时间为1-2h。
优选的，所述混合区投加有絮凝剂、活性硅藻土、碳粉中的任意一种或多种。或者，沉淀池的混合区连通有管道式混合器，管道式混合器中投加有絮凝剂、活性硅藻土、碳粉中的任意一种或多种。
优选的，所述碳源投加到沉淀区之后、生物砂滤池之前。
沉淀池的沉淀区与生物砂滤池之间连接有管道式混合器，碳源通过管道式混合器投加。
通过斜管物理阻拦含有铁盐的絮凝体，絮凝体沉降后通过重力作用压缩，压缩后沉降物由系统外气提管，通过气提作用提升排出系统，无需设置排泥泵，利用风机余量完成排泥。一方面解决了含有铁盐的絮凝体对后续生物系统的抑制性影响；另一方面所采用的气提排泥技术达到了降低投资和运行费用的双重效果。
优选的，所述生物砂滤池和V型滤池均接种有活性淤泥。
通过采用上述技术方案，生物砂滤池内接种活性淤泥后，微生物逐渐在砂粒表面附着而形成生物膜，附着有生物膜的砂砾形成砂层。异氧反硝化菌和厌氧氨氧化菌为厌氧菌，其共同存在于生物砂滤池内，构建异氧反硝化-厌氧氨氧化体系。而V型滤池内，微生物逐渐在滤料表面附着而形成生物膜，构建得到自氧反硝化体系。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过设置主反应异氧反硝化和自氧反硝化分步进行，提高了对污水中总氮和难降解有机物的去除率，使得总氮去除率达到90％以上，COD的去除达到35％以上；
2.本申请通过在污水进水中投加一定比例的碳源，外加碳源与污水中原有难降解有机物协同作为反硝化的电子供体，使得污水中原有难降解有机物更易被去除。
附图说明
图1为实施例1污水深度处理的系统的结构示意图，其中箭头方向为污水在系统中的流向。
图中，1、沉淀池；11、混合区；12、絮凝区；13、斜管沉淀区；2、生物砂滤池；3、V型滤池。
具体实施方式
结合以下内容对本申请作进一步详细说明。
接种污泥为厂区二沉池活性污泥。
一种污水深度处理的系统，包括沉淀池，沉淀池的出水端连通有I级反应器，I级反应器为生物砂滤池，生物砂滤池内填充有石英砂的砂层，砂层接种有活性淤泥，I级反应器的出水端连通有II级反应器，II级反应器为V型滤池，V型滤池中设置有硫片剂(型号为IS-80)，V型滤池中接种有活性淤泥。
本系统中，沉淀池包括混合区、絮凝区和斜管沉淀区，污水进入混合区，污水在混合区与絮凝剂混合均匀，然后进入到絮凝区发生絮凝反应，最后在斜管沉淀区进行固体物质的沉淀。斜管沉淀区的出水端与I级反应器的进水端连通。
一种应用于上述系统的污水深度处理方法，包括以下步骤：
污水进水首先进入沉淀池的混合区，污水进水的COD为30-70mg/mL、pH为4-10、DO为0.5-1.5mg/L，在沉淀池的混合区投放絮凝剂，污水在混合区的混合时间为3-8min，污水在絮凝区的絮凝时间为20-40min，污水在沉淀区的沉淀时间为1-2h。在沉淀区投加碳源，碳源为乙醇，碳源投加量为15-25mg/mL，沉淀区的出水进入到生物砂滤池，污水在生物砂滤池的水力停留时间为2.2-3h，污水在生物砂滤池进行异氧反硝化和厌氧氨氧化反应，去除大部分NH4 +和部分NO3 -后的污水进入V型滤池内，污水在V型滤池内的水力停留时间为8-12h，进一步进行自氧反硝化反应，NO3 --N、NO2 --N被还原为N2而从水体中逸出，进一步脱除污水中总氮，提高出水水质。
实施例
实施例1
污水进水的COD为50mg/mL、pH为7、DO为1mg/L，污水进水进入生物砂滤池之前投加碳源，碳源为乙醇，碳源投加量为20mg/mL，污水进水进入到生物砂滤池，生物砂滤池接种的活性淤泥在砂砾的表面形成生物膜，污水在生物砂滤池的水力停留时间为2.2h，污水穿过砂层从生物砂滤池进入V型滤池内，污水在V型滤池内的水力停留时间为10h，最后得到出水。
表1实施例1的进出水水质检测表
总去除率为污水经过I级反应器和II级反应器后，对各项的去除率。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：污水进水进入生物砂滤池之前投加碳源，碳源投加量为23mg/mL，污水进水进入到生物砂滤池，生物砂滤池接种的活性淤泥在砂砾的表面形成生物膜，污水在生物砂滤池的水力停留时间为2.2h，污水穿过砂层从生物砂滤池进入V型滤池内，污水在V型滤池内的水力停留时间为10h，最后得到出水。
表2实施例2的进出水水质检测表
总去除率为污水经过I级反应器和II级反应器后，对各项的去除率。
实施例3
与实施例1的不同之处在于：污水进水进入生物砂滤池之前投加碳源，碳源投加量为16mg/mL，污水进水进入到生物砂滤池，生物砂滤池接种的活性淤泥在砂砾的表面形成生物膜，污水在生物砂滤池的水力停留时间为2.2h，污水穿过砂层从生物砂滤池进入V型滤池内，污水在V型滤池内的水力停留时间为10h，最后得到出水。
表3实施例3的进出水水质检测表
总去除率为污水经过I级反应器和II级反应器后，对各项的去除率。
实施例4
与实施例1的不同之处在于：污水进水首先进入沉淀池的混合区，污水进水的COD为50mg/mL、pH为7、DO为1mg/L，在沉淀池的混合区投放絮凝剂，每升污水加入絮凝剂25mg，污水在混合区的混合时间为5min，污水在絮凝区的絮凝时间为30min，污水在沉淀区的沉淀时间为1.5h。在沉淀池与生物砂滤池之间投加碳源，碳源为乙醇。
表4实施例4的进出水水质检测表
总去除率为污水经过I级反应器和II级反应器后，对各项的去除率。
对比例
对比例1
与实施例4的不同之处在于：污水进水首先进入沉淀池的混合区，在沉淀池的混合区投放絮凝剂，污水在混合区的混合时间为5min，污水在絮凝区的絮凝时间为30min，污水在沉淀区的沉淀时间为1.5h。在沉淀池的沉淀区投加碳源，碳源为乙醇，碳源投加量为20mg/mL，沉淀区的出水进入到异氧-自氧耦合反应器，污水在异氧-自氧耦合反应器内的水力停留时间为12.2h。
异氧-自氧耦合反应器内设置有火山岩填料和硫磺颗粒，火山岩填料和硫磺颗粒均匀混合，火山岩填料内接种有活性淤泥。
表5对比例1的进出水水质检测表
对比例2
与实施例1的不同之处在于：碳源投加量为30mg/mL。
表6对比例2的进出水水质检测表
总去除率为污水经过I级反应器和II级反应器后，对各项的去除率。
对比例3
与实施例1的不同之处在于：碳源投加量为10mg/mL。
表7对比例3的进出水水质检测表
总去除率为污水经过I级反应器和II级反应器后，对各项的去除率。
对比例4
与实施例1的不同之处在于：将V型滤池中的含硫载体替换为含硫酸亚铁载体，含硫酸亚铁载体中的硫酸亚铁纯度为99.6％。
表8对比例4的进出水水质检测表
总去除率为污水经过I级反应器和II级反应器后，对各项的去除率。
对比例5
与实施例1的不同之处在于：将V型滤池中的硫载体替换为硫代硫酸钠片剂，硫代硫酸钠片剂的纯度98％。
表9对比例5的进出水水质检测表
总去除率为污水经过I级反应器和II级反应器后，对各项的去除率。
检测方法
根据以下标准对实施例1-4和对比例1-3的进出水进行检测：
根据GB 11914-89《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》检测污水的COD/(mg/L)；根据标准HJ05-2009《水质五日生化需氧量(BOD5)的测定稀释与接种法》对污水的BOD/(mg/L)进行检测；根据标准GB7479-87《纳氏试剂光度法》对污水的NH3-N/(mg/L)进行检测；根据标准HJ 636-2012《水质总氮的测定》对污水的总氮/(mg/L)进行检测；检测结果记录到表1-6中。
从实施例1-4中可以看出，采用本申请的系统和方法进行污水处理，处理后污水的COD不高于30mg/l，总氮含量不高于1.5mg/L，总氮的去除率高。
根据实施例1和对比例1可以看出，相对于对比例1的异氧反硝化-自氧反硝化耦合反应，本申请的异氧反硝化和自氧反硝化分步进行，对污水中COD和总氮的去除率更高。
实施例1-3和对比例2-3中，外加碳源的量不同，即外加碳源与污水中原有难降解有机物的比值不同。其中，实施例1的方法对污水的COD和总氮的去除率最高。对比例2-3相对于实施例1-3污水中COD和总氮的去除率较低。
实施例1-3和实施例4中，实施例1-3中的污水没有进行混凝沉淀步骤，但是出水的总氮和铵态氮含量仍然能够达到地表IV标准。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种污水深度处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：
向污水进水中投加碳源，获得携带碳源的污水；
将携带碳源的污水引入I级反应器中进行异氧反硝化反应，其中，所述I级反应器形成有生物膜砂层，所述异氧反硝化反应在所述生物膜砂层上发生；
将来自所述I级反应器的出水引入II级反应器进行硫自氧反硝化。
2.根据权利要求1所述的一种污水深度处理的方法，其特征在于：所述I级反应器中污水进水的COD为30-70mg/mL，所述碳源在污水中的投加量为15-25mg/mL。
3.根据权利要求1所述的一种污水深度处理的方法，其特征在于：所述I级反应器中污水进水的pH为4-10。
4.根据权利要求1所述的一种污水深度处理的方法，其特征在于：所述I级反应器中污水进水的DO为0.5-1mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种污水深度处理的方法，其特征在于：所述I级反应器中污水的HRT为2.2-3h，II级反应器中污水的HRT为8-12h。
6.根据权利要求1所述的一种污水深度处理的方法，其特征在于：所述碳源为甲醇、乙酸钠中的一种或多种。
7.权利要求1-6任意一项所述的污水深度处理方法所使用的系统，其特征在于：所述系统包括I级反应器，I级反应器的出水端连通有II级反应器；I级反应器为生物砂滤池，II级反应器为V型滤池。
8.根据权利要求7所述的一种污水深度处理的系统，其特征在于：所述系统还包括沉淀池，沉淀池的出水端连通生物砂滤池的进水端。
9.根据权利要求7所述的一种污水深度处理的系统，其特征在于：所述生物砂滤池和V型滤池均接种有活性淤泥。
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