公布日：2022.12.30
申請(qǐng)日：2022.08.16
分類號(hào)：C02F3/28(2006.01)I;C02F5/00(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開一種一體化同步生物脫氮與除硬的方法，涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開的一體化同步生物脫氮與除硬的方法為：往混酸廢水中添加有機(jī)碳源，調(diào)節(jié)COD與TN濃度的比值；啟動(dòng)生物反硝化反應(yīng)器時(shí)投加軟化晶核；將廢水投加到曝氣環(huán)境下的生物反硝化反應(yīng)器中進(jìn)行處理；再往生物反硝化反應(yīng)器中連續(xù)輸入軟化晶核和堿性藥液，控制反應(yīng)器內(nèi)的pH值為9.0-9.5；將生物反硝化反應(yīng)器的泥水混合液流入沉淀池進(jìn)行泥水分離。本發(fā)明對(duì)含有高濃度Ca2+的硝酸鹽廢水進(jìn)行處理，在生物反硝化過程中，實(shí)現(xiàn)同步生物脫氮與軟化除硬，且軟化除硬不對(duì)生物脫氮產(chǎn)生影響，同時(shí)，使反硝化污泥中無機(jī)質(zhì)含量較少，并保持反硝化污泥的活性，減少投入成本。
權(quán)利要求書
1.一種一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：S1、往中和沉淀處理后的混酸廢水中添加有機(jī)碳源，調(diào)節(jié)有機(jī)碳源COD與混酸廢水中TN濃度的比值為3.5-4，得待處理的廢水；S2、啟動(dòng)生物反硝化反應(yīng)器（1），然后投加軟化晶核；所述生物反硝化反應(yīng)器（1）內(nèi)部設(shè)置有中心反應(yīng)筒（2），所述中心反應(yīng)筒（2）將所述生物反硝化反應(yīng)器（1）分為反硝化反應(yīng)區(qū)（5）和軟化除硬反應(yīng)區(qū)（4），所述中心反應(yīng)筒（2）內(nèi)的下部設(shè)置有曝氣裝置（3）；S3、將待處理的廢水投加到上述生物反硝化反應(yīng)器中，在反硝化菌的作用下，將廢水中NO3-被轉(zhuǎn)化為N2去除，同時(shí)生成HCO3-，并在曝氣作用下，與Ca2+反應(yīng)生成不溶性CaCO3；S4、在生物反硝化反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行過程中，再往中心反應(yīng)筒（2）內(nèi)連續(xù)輸入軟化晶核和堿性藥液，控制反應(yīng)器內(nèi)的pH值為9.0-9.5，將有機(jī)污泥與CaCO3分離；所述軟化晶核為石英砂時(shí)，粒徑為20μm-200μm；所述軟化晶核為方解石時(shí)，粒徑為50μm-200μm；S5、將生物反硝化反應(yīng)器的泥水混合液流入沉淀池進(jìn)行泥水分離，即得上清液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，所述有機(jī)碳源為甲醇、葡萄糖、乙酸鈉或其他有機(jī)碳中的任意一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，所述步驟S2中，軟化晶核的投加量為1g/L-10g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，所述步驟S2中，軟化晶核的投加量為4g/L-6g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，所述步驟S4中，所述軟化晶核的連續(xù)輸入量為50-80mg/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，所述堿性藥液為NaOH溶液或Na2CO3溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，所述生物反硝化反應(yīng)器（1）的水力停留時(shí)間為18-36h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，所述生物反硝化反應(yīng)器（1）的運(yùn)行溫度為15-35℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，所述反硝化污泥的濃度為8-20g/L。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化同步生物脫氮與除硬的方法，其特征在于，所述曝氣裝置（3）的強(qiáng)度為5-10Nm3/m2·h，所述曝氣裝置（3）的曝氣量與所述待處理的廢水進(jìn)水量的比值為5-10。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有同步軟化功能的生物反硝化反應(yīng)器，對(duì)含有高濃度Ca2+的硝酸鹽廢水進(jìn)行處理，在生物反硝化過程中，實(shí)現(xiàn)同步生物脫氮與軟化除硬，且軟化除硬不對(duì)生物脫氮產(chǎn)生影響，同時(shí)，使反硝化污泥中無機(jī)質(zhì)含量較少，并保持反硝化污泥的活性，減少投入成本。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種一體化同步生物脫氮與除硬的方法，具體包括以下步驟：
S1、往中和沉淀處理后的混酸廢水中添加有機(jī)碳源，調(diào)節(jié)有機(jī)碳源COD與混酸廢水中TN濃度的比值為3.5-4，得待處理的廢水。
該中和沉淀處理后的混酸廢水為經(jīng)pH中和、鈣鹽沉淀除氟處理后的混酸廢水，廢水中含有NO3-和Ca2+，其具體水質(zhì)為：NO3-N濃度高于500mg/L，Ca2+濃度高于300mg/L，pH值為6.5-8。
S2、啟動(dòng)生物反硝化反應(yīng)器，然后投加軟化晶核。所述生物反硝化反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置有中心反應(yīng)筒，所述中心反應(yīng)筒將所述生物反硝化反應(yīng)器分為反硝化反應(yīng)區(qū)和軟化除硬反應(yīng)區(qū)，所述中心反應(yīng)筒內(nèi)的下部設(shè)置有曝氣裝置。
S3、將待處理的廢水投加到上述生物反硝化反應(yīng)器中，在反硝化菌的作用下，將廢水中NO3-被轉(zhuǎn)化為N2去除，同時(shí)生成HCO3-，并在曝氣作用下，與Ca2+反應(yīng)生成不溶性CaCO3。
本發(fā)明通過曝氣裝置將空氣充入反應(yīng)器內(nèi)，使軟化除硬反應(yīng)區(qū)(中心反應(yīng)筒內(nèi)部區(qū)域)的廢水液體與空氣接觸充氧，并在氣流提升作用下，中心反應(yīng)筒內(nèi)下部的泥水混合液向上流動(dòng)，流出中心反應(yīng)筒后向四周擴(kuò)散并進(jìn)入反硝化反應(yīng)區(qū)(中心反應(yīng)筒內(nèi)部區(qū)域)。同時(shí)，在氣流提升作用下，反硝化反應(yīng)區(qū)的泥水混合液從下部流入中心反應(yīng)筒內(nèi)，即：通過中心反應(yīng)筒曝氣提升，在反應(yīng)器內(nèi)形成反硝化反應(yīng)區(qū)和軟化除硬反應(yīng)區(qū)混合液循環(huán)流動(dòng)。
本發(fā)明中的待處理的廢水投加到生物反硝化反應(yīng)器的反硝化反應(yīng)區(qū)，在反硝化反應(yīng)區(qū)和軟化除硬反應(yīng)區(qū)混合液循環(huán)流動(dòng)推動(dòng)下，向下流動(dòng)。在反硝化反應(yīng)區(qū)內(nèi)，在反硝化污泥的作用下，廢水中NO3-被轉(zhuǎn)化為N2去除，同時(shí)生成HCO3-。反硝化反應(yīng)區(qū)的泥水混合液在循環(huán)流推動(dòng)下進(jìn)入中心反應(yīng)筒內(nèi)的軟化除硬反應(yīng)區(qū)，此時(shí)水中同時(shí)含有Ca2+和HCO3-。通過在中心反應(yīng)筒內(nèi)設(shè)置曝氣提升與CO2吹脫，為軟化除硬創(chuàng)造了有利條件，能加速軟化反應(yīng)過程并提高軟化除硬效果。
在曝氣作用下，一方面，Ca2+和HCO3-反應(yīng)生成的CO2被迅速驅(qū)趕吹脫出液相，可加速CaCO3的生成，如下式(1)所示；另一方面，曝氣吹脫去除CO2也能加快HCO3-的水解，如下式(2)所示，由于HCO3-水解產(chǎn)生的OH-量增多，可以提高反應(yīng)器中混合液pH值，促進(jìn)CaCO3的生成。也就是說，通過在生物反硝化反應(yīng)器中設(shè)置曝氣提升與CO2吹脫，為軟化除硬創(chuàng)造了有利條件，能加速軟化反應(yīng)過程并提高軟化除硬效果。
S4、在生物反硝化反應(yīng)器啟動(dòng)反應(yīng)2-3天后，即生物反硝化反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行，然后再往生物反硝化反應(yīng)器中連續(xù)輸入軟化晶核和堿性藥液，控制反應(yīng)器內(nèi)的pH值為9.0-9.5，使產(chǎn)生的不溶性CaCO3附著在軟化晶核表面，將有機(jī)污泥與CaCO3分離；
所述軟化晶核為石英砂或方解石，粒徑為10μm-500μm。
生物反硝化反應(yīng)器內(nèi)生成的不溶性CaCO3會(huì)與反硝化污泥夾雜在一起，不能解決有機(jī)污泥中含有大量無機(jī)質(zhì)的問題，因此，往生物反硝化反應(yīng)器中投加軟化晶核，晶核的作用是提供表面反應(yīng)微界面，使軟化反應(yīng)產(chǎn)生的不溶性CaCO3附著在晶核表面，而不是存留在反硝化污泥中。隨著富集的CaCO3晶體越來越多，晶核逐漸生長為較大尺寸的顆粒狀不溶物。在曝氣提升作用下，這些不溶物也隨混合液在反硝化反應(yīng)區(qū)和軟化除硬區(qū)之間循環(huán)流動(dòng)，顆粒狀不溶物的尺寸和比重也越來越大。比重較大的不溶物會(huì)流入反應(yīng)器下部定期排出。通過投加晶核的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)軟化除硬生成的大部分無機(jī)質(zhì)與反硝化污泥分離，即軟化除硬不會(huì)對(duì)生物脫氮過程造成影響。
S5、將生物反硝化反應(yīng)器的泥水混合液流入沉淀池進(jìn)行泥水分離，即可。
進(jìn)一步的，所述有機(jī)碳源為甲醇、葡萄糖、乙酸鈉或其他有機(jī)碳中的任意一種或多種。
進(jìn)一步的，所述步驟S2中，軟化晶核的投加量為1g/L-10g/L。
進(jìn)一步的，所述步驟S2中，軟化晶核的投加量為4g/L-6g/L。
進(jìn)一步的，所述步驟S4中，所述軟化晶核的連續(xù)輸入量為50-80mg/L，該軟化晶核的連續(xù)輸入量與待處理的廢水中Ca2+濃度的比值為1：5-1：10。
進(jìn)一步的，所述堿性藥液為NaOH溶液或Na2CO3溶液。堿性藥液與軟化晶核的同時(shí)加入，是為了強(qiáng)化本發(fā)明的除硬效果，也可以將軟化晶核先與堿性藥液混合后，一起投入到生物反硝化反應(yīng)器中。通過投加堿性藥液，將反應(yīng)器內(nèi)pH值提高至9.0-9.5，能促進(jìn)Ca2+和HCO3-反應(yīng)生成CaCO3。另一方面，由于軟化晶核表面存在高濃度堿性藥液，能加速CaCO3在其表面結(jié)晶，進(jìn)而提高去除CaCO3的效果。
進(jìn)一步的，所述生物反硝化反應(yīng)器的水力停留時(shí)間為18-36h。
進(jìn)一步的，所述生物反硝化反應(yīng)器的運(yùn)行溫度為15-35℃。
進(jìn)一步的，所述反硝化污泥的濃度為8-20g/L。
進(jìn)一步的，所述曝氣的強(qiáng)度為5-10Nm3/m2·h，所述曝氣的曝氣量與所述待處理的廢水進(jìn)水量的比值為5-10。
本發(fā)明取得了以下有益效果：
1、本發(fā)明在生物反硝化反應(yīng)器中設(shè)置曝氣裝置，通過曝氣提升與氣體吹脫，可應(yīng)用于含有高濃度Ca2+的硝酸鹽廢水脫氮處理，為進(jìn)水中Ca2+和反硝化過程生成的HCO3-反應(yīng)生成CaCO3創(chuàng)造了有利條件，能加速軟化反應(yīng)過程并提高軟化除硬效果。
2、本發(fā)明中加入軟化晶核，在晶核表面提供反應(yīng)微界面，從而使產(chǎn)生的不溶性附著在晶核表面，而不是留存在反硝化污泥中，實(shí)現(xiàn)軟化除硬生成的大部分無機(jī)質(zhì)與反硝化污泥分離，即軟化除硬不會(huì)對(duì)生物脫氮過程造成影響，還可提高反硝化污泥有機(jī)質(zhì)含量，降低了反應(yīng)器水力停留時(shí)間、提高了總氮處理容積負(fù)荷，反應(yīng)器抗進(jìn)水濃度沖擊能力得到增強(qiáng)。
3、本發(fā)明將生物反硝化反應(yīng)器通過中心反應(yīng)筒分為反硝化反應(yīng)區(qū)和軟化除硬反應(yīng)區(qū)，并在反應(yīng)筒內(nèi)設(shè)置曝氣裝置來提升與氣體吹脫，將該反應(yīng)器應(yīng)用于含有高濃度Ca2+的硝酸鹽廢水脫氮處理，為進(jìn)水中Ca2+和反硝化過程生成的HCO3-反應(yīng)生成CaCO3創(chuàng)造了有利條件，能加速軟化反應(yīng)過程并提高軟化除硬效果。
4、本發(fā)明能對(duì)中和沉淀處理后的混酸廢水中的Ca2+和NO3-有較好的同步去除效果，由于出水Ca2+濃度低，有利于后續(xù)進(jìn)一步深度處理回用，如進(jìn)行反滲透脫鹽回用。
（發(fā)明人：肖凡;賈希博;安猛;張榮;胡偉）
