一种污水深度脱氮的方法及装置

1.本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种污水深度脱氮的方法及装置。


背景技术：

2.目前，aao工艺(anaerobic-anoxic-oxic，厌氧-缺氧-好氧法)具有工艺简单，能兼顾氮及磷的去除且处理效果良好，在污水处理中应用广泛。单独的aao工艺出水中总氮和总磷无法满足准v类和准iv类出水标准要求。通过在aao工艺后中增加高效沉淀池能够实现深度削减总磷，增加反硝化滤池能够实现深度脱氮。
3.由于城市生活污水中有机物含量普遍偏低，导致aao工艺段脱氮效果较差，进而导致后续的反硝化滤池脱氮压力较大，且由于在aao阶段污水中可用碳源几乎耗尽，反硝化滤池阶段的进水碳源极少，需额外添加甲醇、乙醇、乙酸钠、葡萄糖等水溶性有机质碳源，成本较高。然而，当水质水量波动变大时易产生碳源剂量不足或过量的风险，从而导致出水化学需氧量(cod)浓度过高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种污水深度脱氮的方法及装置，本发明提供的方法能够实现稳定的反硝化，出水cod含量低，操作简单且成本低。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种污水深度脱氮的方法，包括以下步骤：
7.将待处理污水依次进行混合营养反硝化和好氧硝化，处理后的出水达标排放；
8.所述混合营养反硝化采用硫碳混合电子供体；所述硫碳混合电子供体包括硫磺和固体缓释碳源；所述固体缓释碳源为能缓释碳的非水溶性固体物质。
9.优选地，所述待处理污水中氨氮浓度为40～50mg n/l，cod浓度为50～500mg/l。
10.优选地，所述硫磺和固体缓释碳源的质量比为1：(0.6～3)；
11.所述固体缓释碳源包括聚丁二酸丁二醇酯和玉米芯，所述聚丁二酸丁二醇酯和玉米芯的质量比为1：(0.25～1)。
12.优选地，所述硫碳混合电子供体的粒径为6～7mm。
13.优选地，以caco3计，所述混合营养反硝化的碱度为70～280mg/l；所述混合营养反硝化的温度为15～35℃，水力停留时间为1～4h。
14.优选地，所述好氧硝化的温度为15～35℃，水力停留时间为1～4h。
15.优选地，所述好氧硝化在曝气条件下进行，所述曝气的曝气量为0.5～2l/min。
16.优选地，当经过所述好氧硝化后的出水中氮和cod不满足排放要求时，将好氧硝化后的出水循环进行混合营养反硝化和好氧硝化至处理后的出水中氮和cod达标。
17.本发明还提供了一种污水深度脱氮的装置，包括混合营养反硝化池1，所述混合营养反硝化池1设置有第一进水口1-1和第一出水口1-2，所述混合营养反硝化池1内装填有硫碳混合电子供体1-3；
18.通过第二进水口2-1与所述第一出水口1-2连通的好氧硝化池2，所述好氧硝化池2还设置有第二出水口2-2和进气口2-3；所述好氧硝化池2内装填有曝气石2-5。
19.优选地，所述装置还包括储水箱3、第一泵4-1和第二泵4-2；
20.所述储水箱3的出口通过第一泵4-1与第一进水口1-1连通；
21.所述第二泵4-2设置在所述好氧硝化池2的回流口2-4与第一出水口1-2连通的管道上。
22.本发明提供了一种污水深度脱氮的方法，包括以下步骤：将待处理污水依次进行混合营养反硝化和好氧硝化，处理后的污水达标排放；所述混合营养反硝化采用硫碳混合电子供体；所述硫碳混合电子供体包括硫磺和固体缓释碳源；所述固体缓释碳源为能缓释碳的非水溶性固体物质。本发明采用硫自养反硝化(硫磺为电子供体)-固体缓释碳源异养反硝化(固体缓释碳源为电子供体)协同的混合营养反硝化工艺代替aao工艺中的缺氧池处理，一步即可完成污水脱氮处理；然后与好氧硝化工艺联合使用，能够实现深度除氮，且出水中cod、氨氮和总氮满足污水排放一级a标准。与常规的水溶性碳源相比，本发明采用能缓释碳的非水溶性固体物质作为碳源，碳源释放稳定，无需额外对有机物浓度进行控制，能耗低，药剂投加量低，污水处理工艺简单且处理高效率高，成本低，适宜污水尤其是生活污水的规模化脱氮处理。与传统aao工艺相比，本发明无需在aao工艺后再设反硝化工艺，同时避免因投加水溶性碳源产生出水cod不稳定、总氮去除率不高、成本高等问题。
23.如实施例测试结果所示，进水cod平均值为143.99mg/l，nh
3-n浓度平均值为44.61mg/l的污水，连续运行21天后，最终出水中cod浓度平均值为28.15mg/l，cod平均去除率78.74％；最终出水中nh
3-n和tn浓度平均值分别为1.52mg/l和11.24mg/l，氨氮平均去除率达96.66％；最终出水中总氮浓度为11.24mg/l。说明，本发明将混合营养反硝化-好氧硝化联合使用处理污水，可保证出水低于城市污水排放一级a标准对cod、氨氮、总氮的要求，说明，本发明提供的装置和方法具有实际应用价值。
24.进一步的，甲醇、乙醇等水溶性碳源由于具有毒性和可燃性，在储存、运输和操作过程中存在安全风险，本发明以聚丁二酸丁二醇酯和玉米芯为碳源，毒性低、易于储存、运输和操作，安全性高。
25.单质硫反硝化脱氮过程中，根据单质硫反硝化的反应式可计算得到每去除1mg/l的no
3-‑
n还原生成7.83mg/l的so
42-，消耗3.36mg/l的碱度(以caco3计)。而在反硝化反应过程中，碱度的消耗会导致ph值大幅度下降，单质硫的自养反硝化过程的最佳ph值约为6.5～7.5，因此，如果内在碱度不足以维持近中性ph值，必须外部投加碱度，操作复杂且成本高。而且，单质硫自养反硝化会产生so
42-副产物，过量的so
42-会抑制微生物使得反应缓慢，在水体溶解氧不足时容易产生硫化氢使水体发黑变臭，对环境造成污染。本发明将单质硫自养反硝化与固体缓释碳源异养反硝化结合，固体缓释碳源异养反硝化过程产生碱度，刚好平衡掉单质硫自养反硝化消耗的碱度，从而使得整个混合营养反硝化过程中的碱度维持在70～280mg caco3/l，无需额外添加碱即可很好的解决硫单质自养反硝化体系内碱度平衡问题，还能够减少so
42-生成，降低了环境污染，安全环保。
附图说明
26.图1为实施例中混合营养反硝化系统-好氧硝化组合工艺装置示意图，其中，1为混
合营养反硝化池，1-1为第一进水口，1-2为第一出水口，1-3为硫碳混合电子供体，1-4为第一取样口，2为好氧硝化池，2-1为第二进水口，2-2为第二出水口，2-3为进气口，2-4为回流口，2-5为曝气石，2-6为第二取样口，3为储水箱，4-1为第一泵，4-2为第二泵；
27.图2为混合营养反硝化和好氧硝化出水中cod检测结果；
28.图3为混合营养反硝化和好氧硝化出水中氨氮(nh
3-n)检测结果；
29.图4为混合营养反硝化和好氧硝化出水中硝酸盐氮(no
3-‑
n)检测结果；
30.图5为混合营养反硝化和好氧硝化出水中亚硝酸盐氮(no
2-‑
n)检测结果。
具体实施方式
31.本发明提供了一种污水深度脱氮的方法，包括以下步骤：
32.将待处理污水依次进行混合营养反硝化和好氧硝化，处理后的出水达标排放。
33.在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
34.在本发明中，所述待处理污水中氨氮浓度优选为40～50mg n/l，更优选为42～48mg n/l，进一步优选为44～46mg n/l；cod浓度优选为50～500mg/l，更优选为100～300mg/l，进一步优选为100～200mg/l。
35.在本发明中，所述混合营养反硝化采用硫碳混合电子供体；所述硫碳混合电子供体包括硫磺和固体缓释碳源；所述硫磺和固体缓释碳源的质量比优选为1：(0.6～3)，更优选为1：(1～2.5)，进一步优选为1：(1.5～2)。在本发明中，所述固体缓释碳源为能缓释碳的非水溶性固体物质，优选包括包括聚丁二酸丁二醇酯和玉米芯，所述聚丁二酸丁二醇酯和玉米芯的质量比优选为1：(0.25～1)，更优选为1：(0.4～0.8)，进一步优选为1：(0.5～0.6)。在本发明中，所述硫碳混合电子供体的粒径优选为6～7mm，更优选为6.2～6.8mm，进一步优选为6.4～6.6mm；所述硫碳混合电子供体优选为球形颗粒。
36.在本发明中，以caco3计，所述混合营养反硝化的碱度优选为70～280mg/l，更优选为100～250mg/l，进一步优选为150～200mg/l；所述混合营养反硝化的温度优选为15～35℃，更优选为20～30℃，进一步优选为25℃；所述混合营养反硝化的水力停留时间(单次水力停留时间)优选为1～4h，更优选为1.5～3.5h，进一步优选为2～3h。
37.在本发明中，所述好氧硝化的温度优选为15～35℃，更优选为20～30℃，进一步优选为25℃；所述好氧硝化的水力停留(单次水力停留时间)时间优选为1～4h，更优选为1.5～3.5h，进一步优选为2～3h。在本发明中，所述好氧硝化优选在曝气条件下进行，所述曝气的曝气量优选为0.5～2l/min，更优选为1.0～1.5l/min，进一步优选为1l/min。在本发明中，所述曝气过程中，空气依次流经曝气石进行均匀布气。
38.在本发明中，当经过所述好氧硝化后的出水中氮和cod不满足排放要求时，优选将好氧硝化后的出水循环进行混合营养反硝化和好氧硝化至处理后的出水中氮和cod达标。
39.本发明还提供了一种污水深度脱氮的装置，包括混合营养反硝化池1和好氧硝化池2，下面结合图1对所述污水深度脱氮的装置进行详细说明。
40.本发明提供的污水深度脱氮的装置包括混合营养反硝化池1，所述混合营养反硝化池1设置有第一进水口1-1和第一出水口1-2，所述第一进水口1-1和第一出水口1-2优选设置在所述混合营养反硝化池1的对侧面；所述混合营养反硝化池1的顶部优选设置有第一
取样口1-4；所述混合营养反硝化池1内装填有硫碳混合电子供体1-3；所述硫碳混合电子供体与前述硫碳混合电子供体相同，在此不再赘述。
41.本发明提供的污水深度脱氮的装置包括好氧硝化池2，所述好氧硝化池2设置有第二进水口2-1、第二出水口2-2和进气口2-3，所述第二进水口2-1和第二出水口2-2优选设置在好氧硝化池2的对侧面，所述好氧硝化池2优选还设置有回流口2-4，所述回流口2-4优选设置在第二进水口2-1的同侧面；所述进气口2-3优选设置在好氧硝化池2的底部；所述好氧硝化池2的顶部优选还设置有第二取样口2-6。在本发明中，所述好氧硝化池2内装填有曝气石2-5。
42.本发明提供的污水深度脱氮的装置优选还包括储水箱3、第一泵4-1和第二泵4-2；所述储水箱3的出口优选通过第一泵4-1与第一进水口1-1连通；所述第二泵4-2优选设置在所述回流口2-4与第一出水口1-2连通的管道上；所述第一泵4-1和第二泵4-2均优选为蠕动泵。
43.下面结合图1对采用所述装置进行污水深度脱氮的方法，包括以下步骤：将储水箱3中的待处理污水经第一泵4-1、第一进水口1-1连续输送至混合营养反硝化池1中，在硫碳混合电子供体1-3的作用下进行混合营养反硝化，得到的混合营养反硝化出水经第一出水口1-2和第二进水口2-1输送至好氧硝化池2内，同时空气经进气口2-3流经到曝气石2-5进行不间断曝气，混合营养反硝化出水在曝气作用下进行好氧硝化，好氧硝化水经回流口2-4、第二泵4-2和第一进水口1-1回流至混合营养反硝化池1中，进行循环处理(混合营养反硝化-好氧硝化)，处理后的(好氧硝化出水)出水达标排放。在本发明中，所述回流的回流比优选为100～300％，更优选为150～300％，进一步优选为200～300％。
44.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.实施例1
46.采用图1所示的装置，进行污水处理。
47.将储水箱3中的待处理污水经第一泵4-1、第一进水口1-1连续输送至容积为100ml的混合营养反硝化池1中，在硫碳混合电子供体1-3的作用下进行混合营养反硝化，得到的混合营养反硝化出水经第一出水口1-2和第二进水口2-1输送至容积为100ml的好氧硝化池2内，同时空气经进气口2-3流经到曝气石2-5进行不间断曝气，混合营养反硝化出水在曝气作用下进行好氧硝化，好氧硝化水经回流口2-4、第二泵4-2和第一进水口1-1回流(回流比为300％)至混合营养反硝化池1中，进行循环处理(混合营养反硝化-好氧硝化)，连续运行21天，处理后的出水(好氧硝化出水)达标排放。其中，硫碳混合电子供体中硫磺、聚丁二酸丁二醇酯和玉米芯的质量比为1:0.6:0.35；混合营养反硝化和好氧硝化的水力停留时间均为2h，进水温度均为25℃；待处理污水为实际生活污水，其进水水质如表1所示。运行过程中分别从第一取样口1-4取出水(记为出水b1)和第二取样口2-6取出水(记为出水b2)进行cod、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的含量进行检测，检测结果如表2和图2～图5所示，其中，图2为混合营养反硝化和好氧硝化出水中cod检测结果，图3为混合营养反硝化和好氧硝化出水中氨氮检测结果，图4为混合营养反硝化和好氧硝化出水中硝酸盐氮检测结果，图5为
混合营养反硝化和好氧硝化出水中亚硝酸盐氮检测结果。
48.表1实际生活污水水质
[0049][0050]
表2混合营养反硝化-硝化各段出水水质
[0051]
[0052][0053]
由表1～2和图2～图5可知，进水cod平均值为143.99mg/l，氨氮(nh
3-n)浓度平均值为44.61mg/l，连续运行21天后，最终出水中cod浓度平均值为28.15mg/l，cod平均去除率78.74％；最终出水中nh
3-n和tn浓度平均值分别为1.52mg/l和11.24mg/l，氨氮平均去除率达96.66％；最终出水中总氮浓度为11.24mg/l。说明，本发明将混合营养反硝化-好氧硝化联合使用处理污水，可保证出水低于城市污水排放一级a标准对cod、氨氮、总氮的要求，说明，本发明提供的装置和方法具有实际应用价值。
[0054]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。