公布日：2024.06.07
申請(qǐng)日：2024.04.22
分類(lèi)號(hào)：C02F3/28(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低C/N污水同步脫氮除磷的裝置及方法，裝置包括反應(yīng)器主體，反應(yīng)器主體內(nèi)自下而上依次設(shè)置有第一布水層、承托層、前濾料層、第二布水層、硫化亞鐵層、后濾料層、出水層；反應(yīng)器本體底部設(shè)有進(jìn)水口，出水層設(shè)有出水口；硫化亞鐵層布置有不同粒徑的硫化亞鐵，硫化亞鐵粒徑自下而上依次為0.45-0.9mm、0.15-0.45mm、小于0.15mm、0.15-0.45mm、0.45-0.9mm。硫化亞鐵層接種硫、鐵自養(yǎng)反硝化菌以及異養(yǎng)反硝化菌后，低C/N污水同步脫氮除磷的裝置可用于處理低C/N污水。本發(fā)明構(gòu)建了硫、鐵、碳三基質(zhì)的硫自養(yǎng)-鐵自養(yǎng)-異養(yǎng)耦合反硝化系統(tǒng)，提高了脫氮效率，在沒(méi)有外加碳源的條件下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)低C/N污水同步脫氮除磷，節(jié)約處理成本。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種低C/N污水同步脫氮除磷的裝置，其特征在于，包括反應(yīng)器主體，所述的反應(yīng)器主體內(nèi)自下而上依次設(shè)置有第一布水層、承托層、前濾料層、第二布水層、硫化亞鐵層、后濾料層、出水層；反應(yīng)器本體底部設(shè)有進(jìn)水口，出水層設(shè)有出水口；所述的硫化亞鐵層布置有不同粒徑的硫化亞鐵；所述的硫化亞鐵層中，硫化亞鐵粒徑自下而上依次為0.45-0.9mm、0.15-0.45mm、小于0.15mm、0.15-0.45mm、0.45-0.9mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低C/N污水同步脫氮除磷的裝置，其特征在于，所述的硫化亞鐵層中，不同粒徑的硫化亞鐵填充高度自下而上依次占總工作高度的3-5％、5-8％、10-15％、5-8％、3-5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低C/N污水同步脫氮除磷的裝置，其特征在于，所述的第一布水層設(shè)有第一布水板，第一布水板上均勻分布有圓孔，開(kāi)孔率為20-25％；所述的第二布水層設(shè)有第二布水板，第二布水板上均勻分布有圓孔，開(kāi)孔率為15-20％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低C/N污水同步脫氮除磷的裝置，其特征在于，所述的承托層布置有鵝卵石，填充高度占總工作高度的8-12％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低C/N污水同步脫氮除磷的裝置，其特征在于，所述的前濾料層包括第一濾料層和第二濾料層；所述的第一濾料層布置有沸石，填充高度占總工作高度的8-12％；所述的第二濾料層布置有石英砂，填充高度占總工作高度的10-15％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低C/N污水同步脫氮除磷的裝置，其特征在于，所述的后濾料層包括第三濾料層和第四濾料層；所述的第三濾料層布置有沸石，填充高度占總工作高度的8-12％；所述的第四濾料層布置有玻璃棉，填充高度占總工作高度的8-12％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低C/N污水同步脫氮除磷的裝置，其特征在于，所述的出水層布置有pH和溫度在線監(jiān)測(cè)裝置。
8.一種基于如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的低C/N污水同步脫氮除磷的裝置進(jìn)行脫氮除磷的方法，其特征在于，包括：(1)在硫化亞鐵層接種硫自養(yǎng)反硝化菌、鐵自養(yǎng)反硝化菌以及異養(yǎng)反硝化菌；(2)將待處理的低C/N污水從反應(yīng)器本體底部的進(jìn)水口進(jìn)入反應(yīng)器本體內(nèi)部，在硫自養(yǎng)反硝化菌、鐵自養(yǎng)反硝化菌以及異養(yǎng)反硝化菌的協(xié)同反硝化作用下，實(shí)現(xiàn)脫氮；鐵離子與磷酸鹽反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)除磷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的脫氮除磷的方法，其特征在于，步驟(1)包括：(1-1)獲取厭氧活性污泥，分別用硫鐵自養(yǎng)反硝化培養(yǎng)基和異養(yǎng)反硝化培養(yǎng)基進(jìn)行馴化，得到硫、鐵自養(yǎng)反硝化污泥和異養(yǎng)反硝化污泥；(1-2)根據(jù)馴化后泥水總懸浮固體質(zhì)量，按等污泥質(zhì)量接種馴化后的硫鐵自養(yǎng)反硝化污泥和異養(yǎng)反硝化污泥至硫化亞鐵層；(1-3)用低C/N比模擬污水作為進(jìn)水進(jìn)行掛膜，掛膜成功后進(jìn)行步驟(2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的脫氮除磷的方法，其特征在于，步驟(2)中，反應(yīng)器本體中，水力停留時(shí)間為0.5-4h，出水達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種低C/N污水同步脫氮除磷的裝置及方法，采用本發(fā)明的裝置及方法對(duì)低C/N污水進(jìn)行同步脫氮除磷時(shí)，對(duì)氮和磷的去除比較徹底，不需要再進(jìn)行深度脫氮除磷，處理出水中亞硝酸鹽氮含量低。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
第一方面，本發(fā)明提供了一種低C/N污水同步脫氮除磷的裝置，包括反應(yīng)器主體，所述的反應(yīng)器主體內(nèi)自下而上依次設(shè)置有第一布水層、承托層、前濾料層、第二布水層、硫化亞鐵層、后濾料層、出水層；反應(yīng)器本體底部設(shè)有進(jìn)水口，出水層設(shè)有出水口；
所述的硫化亞鐵層布置有不同粒徑的硫化亞鐵；所述的硫化亞鐵層中，硫化亞鐵粒徑自下而上依次為0.45-0.9mm、0.15-0.45mm、小于0.15mm、0.15-0.45mm、0.45-0.9mm。
硫化亞鐵層接種硫自養(yǎng)反硝化菌、鐵自養(yǎng)反硝化菌以及異養(yǎng)反硝化菌后，低C/N污水同步脫氮除磷的裝置可用于處理低C/N污水。
待處理的低C/N污水從反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，在硫化亞鐵層硫自養(yǎng)反硝化菌、鐵自養(yǎng)反硝化菌以及異養(yǎng)反硝化菌的協(xié)同反硝化作用下，實(shí)現(xiàn)脫氮；同時(shí)鐵與磷酸鹽反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)除磷。
待處理的低C/N比的硝酸鹽污水從反應(yīng)器本體底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，經(jīng)第一布水層均勻布水后依次流經(jīng)承托層、前濾料層，通過(guò)濾料截留污水中的固體顆粒物，再經(jīng)第二布水板重新均勻布水后進(jìn)入硫化亞鐵層，在硫化亞鐵層硫自養(yǎng)反硝化菌、鐵自養(yǎng)反硝化菌分別以硫化亞鐵中的硫、鐵作為電子供體，硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行自養(yǎng)反硝化脫氮；異養(yǎng)反硝化菌以污水中的有機(jī)物作為電子供體，硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行異養(yǎng)反硝化脫氮；硫化亞鐵在水中釋放的亞鐵離子以及鐵自養(yǎng)反硝化產(chǎn)生的鐵離子和磷酸根離子反應(yīng)形成沉淀，實(shí)現(xiàn)同步除磷。
硫鐵自養(yǎng)反硝化過(guò)程NO3-到NO2-轉(zhuǎn)化慢，NO2-到N2轉(zhuǎn)化快，異養(yǎng)反硝化過(guò)程與之相反，NO3-到NO2-轉(zhuǎn)化快，NO2-到N2轉(zhuǎn)化慢，將二者耦合形成互補(bǔ)，提高反硝化各階段反應(yīng)速率，進(jìn)而提高整體脫氮效率。
本發(fā)明中的硫化亞鐵層是經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的。如果只用較大粒徑硫化亞鐵，硫化亞鐵比表面積小，不利于反硝化菌附著和繁殖，導(dǎo)致處理效果較差；如果只用較小粒徑硫化亞鐵，致使硫化亞鐵反應(yīng)層孔隙率較低，容易出現(xiàn)堵塞和死區(qū)，也會(huì)導(dǎo)致處理效果變差，同時(shí)增加反應(yīng)器維護(hù)頻率，提高運(yùn)行難度。鑒于此，本發(fā)明中硫化亞鐵粒徑梯度變化的設(shè)計(jì)，既保證較高的比表面積，又降低發(fā)生堵塞的概率，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、低能耗處理低C/N污水，處理出水中硝酸鹽和磷去除徹底，不需要再進(jìn)行深度處理，同時(shí)出水中亞硝酸鹽氮含量低，沒(méi)有亞硝酸鹽氮的積累。
所述的進(jìn)水口通過(guò)進(jìn)水泵和管道與存儲(chǔ)污水的污水水箱相連，污水水箱中的污水通過(guò)進(jìn)水泵從反應(yīng)器主體底部的進(jìn)水口進(jìn)入反應(yīng)器本體內(nèi)。
所述的第一布水層設(shè)有第一布水板，第一布水板上均勻分布有圓孔，開(kāi)孔率為20-25％。
第一布水層用于將污水均勻分布流入承托層。
所述的承托層布置有鵝卵石，填充高度占總工作高度的8-12％。
承托層用于支撐前濾料層。
所述的前濾料層包括第一濾料層和第二濾料層；所述的第一濾料層布置有沸石，填充高度占總工作高度的8-12％；所述的第二濾料層布置有石英砂，填充高度占總工作高度的10-15％。
第一濾料層用于初步過(guò)濾去除污水中較大的固體顆粒物，第二濾料層用于進(jìn)一步過(guò)濾去除污水中細(xì)小的固體顆粒物。
所述的第二布水層設(shè)有第二布水板，第二布水板上均勻分布有圓孔，開(kāi)孔率為15-20％。
第二布水層用于將污水均勻分布流入硫化亞鐵層。
所述的硫化亞鐵層中，不同粒徑的硫化亞鐵填充高度自下而上依次占總工作高度的3-5％、5-8％、10-15％、5-8％、3-5％。
硫化亞鐵顆粒的篩分步驟為：將塊狀硫化亞鐵放入球磨機(jī)中充分研磨，再用孔徑為0.9mm、0.45mm和0.15mm的篩網(wǎng)依次進(jìn)行篩選，獲得不同粒徑的硫化亞鐵，然后將不同粒徑的硫化亞鐵分別用稀鹽酸溶液浸泡12-48h，最后用水沖洗干凈。
所述的后濾料層包括第三濾料層和第四濾料層；所述的第三濾料層布置有沸石，填充高度占總工作高度的8-12％。用于防止硫化亞鐵因水流作用向上發(fā)生擾動(dòng)，同時(shí)初步過(guò)濾粒徑較大的硫化亞鐵和脫落的活性污泥。
所述的第四濾料層布置有玻璃棉，填充高度占總工作高度的8-12％。用于過(guò)濾粒徑較小的硫化亞鐵和脫落的活性污泥。
優(yōu)選的，所述的出水層布置有pH和溫度在線監(jiān)測(cè)裝置。用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)系統(tǒng)的pH和溫度，確保pH和溫度在適合硫鐵自養(yǎng)反硝化菌和異養(yǎng)反硝化菌生長(zhǎng)和代謝的范圍內(nèi)；所述出水層布置有出水口，通過(guò)出水管道連接至清水池。
優(yōu)選的，所述的反應(yīng)器主體頂部設(shè)有出氣口。用于采集氣體樣品，檢測(cè)氮?dú)�、硫化氫等氣體濃度。
優(yōu)選的，所述的反應(yīng)器主體外壁設(shè)有保溫層。用于維持反應(yīng)器主體內(nèi)部溫度穩(wěn)定。
優(yōu)選的，所述的反應(yīng)器主體底部設(shè)有排水口，排水口上連接有排水閥和排水管。用于反應(yīng)器檢修、維護(hù)時(shí)將內(nèi)部污水排空。
第二方面，本發(fā)明提供了一種基于低C/N污水同步脫氮除磷的裝置進(jìn)行脫氮除磷的方法，包括：
(1)在硫化亞鐵層接種硫自養(yǎng)反硝化菌、鐵自養(yǎng)反硝化菌以及異養(yǎng)反硝化菌；
(2)將待處理的低C/N污水從反應(yīng)器本體底部的進(jìn)水口進(jìn)入反應(yīng)器本體內(nèi)部，在硫自養(yǎng)反硝化菌、鐵自養(yǎng)反硝化菌以及異養(yǎng)反硝化菌的協(xié)同反硝化作用下，實(shí)現(xiàn)脫氮；鐵離子與磷酸鹽反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)除磷。
在硫化亞鐵層，硫自養(yǎng)反硝化菌、鐵自養(yǎng)反硝化菌分別以硫化亞鐵中的硫、鐵作為電子供體，硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行自養(yǎng)反硝化脫氮；異養(yǎng)反硝化菌以污水中的有機(jī)物作為電子供體，硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行異養(yǎng)反硝化脫氮；硫化亞鐵在水中釋放的亞鐵離子以及鐵自養(yǎng)反硝化產(chǎn)生的鐵離子和磷酸根離子反應(yīng)形成沉淀，實(shí)現(xiàn)同步除磷。
優(yōu)選的，步驟(1)包括：
(1-1)獲取厭氧活性污泥，分別用硫鐵自養(yǎng)反硝化培養(yǎng)基和異養(yǎng)反硝化培養(yǎng)基進(jìn)行馴化，得到硫、鐵自養(yǎng)反硝化污泥和異養(yǎng)反硝化污泥；
(1-2)根據(jù)馴化后泥水總懸浮固體(TSS)質(zhì)量，按等污泥質(zhì)量接種馴化后的硫鐵自養(yǎng)反硝化污泥和異養(yǎng)反硝化污泥至硫化亞鐵層；
(1-3)用低C/N比模擬污水作為進(jìn)水進(jìn)行掛膜，掛膜成功后進(jìn)行步驟(2)。
優(yōu)選的，步驟(2)中，維持反應(yīng)體系中pH值為6-8，溫度為25-35℃。
優(yōu)選的，步驟(2)中，反應(yīng)器本體中，水力停留時(shí)間為0.5-4h，出水達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。
優(yōu)選的，待處理的低C/N污水的C/N為1-4。
進(jìn)一步的，待處理的低C/N污水中，硝酸鹽氮濃度為1-100mg/L，磷酸鹽濃度為0.5-5mg/L。
進(jìn)一步優(yōu)選的，待處理的低C/N污水中，硝酸鹽氮濃度為10-50mg/L，磷酸鹽濃度為0.5-5mg/L。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
(1)本發(fā)明以硫化亞鐵中的硫、鐵以及污水中的有機(jī)物作為電子供體，構(gòu)建硫、鐵、碳三基質(zhì)的硫自養(yǎng)-鐵自養(yǎng)-異養(yǎng)耦合反硝化系統(tǒng)，不需要任何形式的外加碳源，可以節(jié)省100％的外加碳源，降低運(yùn)行成本，提高脫氮效率。
(2)本發(fā)明硫化亞鐵在水中釋放的亞鐵離子以及鐵自養(yǎng)反硝化產(chǎn)生的鐵離子能和磷酸根離子反應(yīng)形成沉淀，實(shí)現(xiàn)同步除磷。
(3)本發(fā)明構(gòu)建的硫自養(yǎng)-鐵自養(yǎng)-異養(yǎng)耦合反硝化系統(tǒng)，利用異養(yǎng)反硝化過(guò)程NO3-到NO2-轉(zhuǎn)化快和硫鐵自養(yǎng)反硝化過(guò)程NO2-到N2轉(zhuǎn)化快的機(jī)制，將二者耦合形成互補(bǔ)，提高反硝化各階段反應(yīng)速率，進(jìn)而大幅提升整體脫氮效能。
(4)本發(fā)明構(gòu)建的硫自養(yǎng)-鐵自養(yǎng)-異養(yǎng)耦合反硝化系統(tǒng)，利用鐵自養(yǎng)反硝化產(chǎn)酸和硫自養(yǎng)、異養(yǎng)反硝化產(chǎn)堿的機(jī)制，在反硝化反應(yīng)過(guò)程中形成酸堿平衡，無(wú)需額外調(diào)節(jié)酸堿度。
(5)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，作為硫源、鐵源的硫化亞鐵無(wú)需改良，易獲取，表面粗糙，便于菌種附著，提供的處理低C/N污水同步脫氮除磷的方法運(yùn)行成本低、實(shí)用性強(qiáng)。
(6)本發(fā)明中硫化亞鐵粒徑梯度變化的設(shè)計(jì)，既保證較高的比表面積，處理出水中硝酸鹽和磷去除徹底，不需要再進(jìn)行深度處理，同時(shí)出水中亞硝酸鹽氮(NO2--N)含量低；又降低發(fā)生堵塞的概率，長(zhǎng)期運(yùn)行未發(fā)生堵塞，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、低能耗處理低C/N污水。
（發(fā)明人：劉銳;張志鵬;蘭亞瓊）
