一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于：在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中，摻加鐵屑，通過硫自養(yǎng)反硝化作用產(chǎn)生的氫離子(H+)氧化鐵單質(zhì)，溶出的鐵離子和磷酸根形成不溶沉淀物被填充床截留來強(qiáng)化除磷。本工藝基于鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化工藝進(jìn)行化學(xué)除磷，除磷效果好且穩(wěn)定，可消耗硫自養(yǎng)反硝化產(chǎn)生的H+，加強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)pH的緩沖能力，原材料硫磺和鐵單質(zhì)價(jià)格便宜、易于獲取。
【專利說明】
一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水體富營養(yǎng)化是近幾十年來的一個(gè)全球現(xiàn)象，受人類活動(dòng)的影響，河流、湖泊等水體中營養(yǎng)元素的排放量的增加使之趨于富營養(yǎng)化。水體發(fā)生富營養(yǎng)化時(shí)，某些藻類暴發(fā)，造成水質(zhì)缺氧惡化，到處充斥魚腥臭味，破壞了水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并嚴(yán)重影響城市供水和飲用水安全。水體富營養(yǎng)化的根本成因是營養(yǎng)元素氮和磷的增加，為了解決水體富營養(yǎng)化的問題，截止到2013年，我國已建城鎮(zhèn)污水處理廠5000余座。城鎮(zhèn)污水處理廠生化處理可以削減大部分污染物(主要是有機(jī)物)，但總氮和總磷的出水濃度仍然較高，城鎮(zhèn)污水廠的生化處理并不是解決問題的根本方案，它只能起到延緩的作用。國際上一般認(rèn)為，水體中總氮濃度0.2mg/L、總磷濃度0.02mg/L是水體富營養(yǎng)化的臨界值。為了改善受納水體的水環(huán)境質(zhì)量，亟待對(duì)污水中的氮和磷進(jìn)行深度處理。
[0003]基于異養(yǎng)反硝化的脫氮技術(shù)，由于脫氮率高，工藝路線簡單成熟，所以被廣泛用于廢水生物脫氮領(lǐng)域。但異養(yǎng)反硝化脫氮技術(shù)在應(yīng)用到進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷較低(比如南方的低碳氮比污水)，地下水和市政污水處理的二級(jí)處理工藝時(shí)，會(huì)出現(xiàn)碳源不足的現(xiàn)象。當(dāng)進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷較低時(shí)，就需要額外投加有機(jī)物來提供碳源從而造成運(yùn)行成本的增加。在投加有機(jī)物時(shí)，遇到水質(zhì)波動(dòng)較大的情況，往往不能精確的投加，投加過量時(shí)會(huì)造成浪費(fèi)并且影響出水水質(zhì)，投加量不足時(shí)脫氮達(dá)不到理想的效果。
[0004]由于上述原因，自養(yǎng)反硝化受到越來越多的關(guān)注。自養(yǎng)反硝化主要是指依靠無機(jī)物(比如氫氣、硫磺)作為電子供體，以無機(jī)碳化合物(比如CO2、HCO3-)作為微生物代謝的碳源來脫氮。氫氣作為電子供體時(shí)，由于氫氣在水中的溶解度比較低，從而導(dǎo)致其利用效率低，并且氫氣為易爆易燃物，運(yùn)輸儲(chǔ)存也不方便，生產(chǎn)成本較高，其實(shí)際應(yīng)用受到很大限制。相比之下，硫自養(yǎng)反硝化工藝由于反硝化效率高、硫磺價(jià)格便宜、原材料宜于獲取、工況運(yùn)行穩(wěn)定且污泥產(chǎn)量低，在運(yùn)輸和使用等方面更加安全和便利而成為研究的熱點(diǎn)。
[0005]但是硫自養(yǎng)反硝化工藝在去除水中硝氮的同時(shí)，對(duì)總磷的去除效果并不理想，通常無法達(dá)到氮磷同步達(dá)標(biāo)。因此可以采用同步除磷的方式，強(qiáng)化硫自養(yǎng)反硝化工藝的除磷效果。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)CN101973629A提供了一種黃鐵礦作為生化填料脫氮除磷的方法，用于低碳氮比污水的同步脫氮除磷，其基本原理是脫氮硫桿菌利用黃鐵礦中的負(fù)二價(jià)硫作為電子供體進(jìn)行自養(yǎng)反硝化，而黃鐵礦溶出的亞鐵離子與磷酸根形成沉淀除磷，從而實(shí)現(xiàn)了脫氮除磷一體化。但是由于黃鐵礦在水中的溶解度較低，會(huì)影響負(fù)二價(jià)硫的溶出速度，從而使反應(yīng)速度緩慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化深度除磷脫氮工藝，包括:在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中，摻加鐵肩，通過硫自養(yǎng)反硝化作用產(chǎn)生大量的氫離子(H+)，H+與鐵單質(zhì)反應(yīng)會(huì)溶出鐵離子(二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子，以三價(jià)鐵離子占主導(dǎo))，然后鐵離子和磷酸根反應(yīng)生成不溶沉淀物，被填充床截留去除。
[0008]其中，硫磺/石灰石組合填充床由硫磺和石灰石顆粒組成，石灰石與硫磺的質(zhì)量比0.5?1.5:1。石灰石為顆粒狀，粒徑為I?1mm;硫磺為顆粒狀，粒徑為I?10mm。
[0009]在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中摻入鐵肩，鐵肩與硫磺的質(zhì)量比為0.01?0.5:1ο
[0010]硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中進(jìn)水的pH為6.0?8.5。
[0011]硫磺、石灰石、鐵肩混合均勻，填充到填充床，含硝酸根和磷酸鹽的廢水經(jīng)過填充床被處理后，從出水口排走。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選進(jìn)水采用上向流的方式，進(jìn)水口位于填充床反應(yīng)器的下側(cè)，出水口位于填充床反應(yīng)器的上側(cè)。
[0013]或者進(jìn)水采用下向流的方式，進(jìn)水口位于填充床反應(yīng)器的上側(cè)，出水口位于填充床反應(yīng)器的下側(cè)。
[0014]當(dāng)組合填充床反應(yīng)器的水頭損失超過設(shè)計(jì)最大水頭損失時(shí)進(jìn)行反沖洗，將填充床中的含磷沉淀物清除，恢復(fù)處理能力。
[0015]所述水頭損失是指水流在運(yùn)動(dòng)過程中單位質(zhì)量液體的能量的損失。
[0016]以及進(jìn)一步在填充床反應(yīng)器的下側(cè)設(shè)置有反沖洗氣管和反沖洗水管。通過該設(shè)計(jì)當(dāng)組合填充床反應(yīng)器的水頭損失超過設(shè)計(jì)最大水頭損失時(shí)進(jìn)行反沖洗，可將填充床中的含磷沉淀清除，恢復(fù)處理能力。
[0017]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果包括:
[0018]1、本發(fā)明所述的工藝中使用的硫磺和鐵單質(zhì)價(jià)格便宜、原材料宜于獲取、工況運(yùn)行穩(wěn)定且污泥產(chǎn)量低。
[0019]2、本發(fā)明所述的工藝?yán)描F單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化進(jìn)行化學(xué)除磷，可以消耗硫自養(yǎng)反硝化過程中產(chǎn)生的H+，加強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)pH的緩沖能力。
[0020]3、本發(fā)明所述的工藝?yán)描F單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化進(jìn)行化學(xué)除磷，可以達(dá)到強(qiáng)化化學(xué)除磷的效果。
[0021]4、鐵單質(zhì)和H+反應(yīng)溶出的鐵離子和磷酸根反應(yīng)產(chǎn)生的磷酸鐵可以被硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器截留去除，通過反沖洗恢復(fù)填料床的截留能力。
【附圖說明】
[0022]圖1本發(fā)明一種硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器裝置示意圖(進(jìn)水采用上向流的方式)
[0023]圖2進(jìn)水為污水廠二級(jí)出水時(shí)不同水力停留時(shí)間(HRT)條件下的除磷效果
[0024]圖3本發(fā)明一種硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器裝置示意圖(進(jìn)水采用下向流的方式)
[0025]圖4本發(fā)明摻加鐵單質(zhì)前后除磷效果比較示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0027]實(shí)施例一:
[0028]—種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中，摻加鐵肩，通過硫自養(yǎng)反硝化作用產(chǎn)生大量的H+，H+與鐵單質(zhì)反應(yīng)會(huì)溶出鐵離子，然后鐵離子和磷酸根反應(yīng)形成不溶沉淀物，被填充床截留去除。
[0029]—種硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器，裝置圖如圖1所示。硫磺/石灰石組合填充床的填料層為硫磺和石灰石，石灰石與硫磺的質(zhì)量比1.37:1。石灰石顆粒粒徑為2?3mm，硫磺顆粒粒徑為3?5_。在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中摻入鐵肩，鐵肩與硫磺的質(zhì)量比為
0.026:1。硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中進(jìn)水的pH為6.5。填充床反應(yīng)器裝置采用上向流進(jìn)水的方式，這樣不僅有利于反硝化過程中產(chǎn)生的氣體的溢出，且有利于創(chuàng)造厭氧環(huán)境，利于反硝化的發(fā)生。當(dāng)組合填充床反應(yīng)器的水頭損失超過設(shè)計(jì)最大水頭損失時(shí)進(jìn)行反沖洗，反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖的方式，反應(yīng)器通過反沖洗后恢復(fù)到最初的處理效果。
[0030]進(jìn)水為深圳市某污水處理廠二級(jí)出水，總磷為1.00mg/L左右。分別在HRT = Ih和HRT = 0.5h的除磷效果如圖2所示。從圖中可以看出，某污水廠的二級(jí)出水(總磷濃度為1.00mg/L左右)，經(jīng)本發(fā)明的組合填充床反應(yīng)器處理后，出水總磷濃度為0.05?0.15mg/L，總磷的去除率為85?95%，可使二級(jí)出水從一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)至地表水IV標(biāo)準(zhǔn)。
[0031]在上述組合填充床反應(yīng)器中，對(duì)進(jìn)出水的pH值進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn):進(jìn)水pH值在6.89?
7.27，出水的pH值在6.88?7.29，進(jìn)出水pH值相差不大。說明摻加鐵肩之后，鐵肩和石灰石能夠完全中和硫自養(yǎng)反硝化過程當(dāng)中產(chǎn)生的氫離子，和硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器相比之下，該系統(tǒng)對(duì)酸的緩沖能力增強(qiáng)。
[0032]實(shí)施例二:
[0033]—種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中，摻加鐵肩，通過硫自養(yǎng)反硝化作用產(chǎn)生大量的H+，H+與鐵單質(zhì)反應(yīng)會(huì)溶出鐵鹽，然后鐵離子和磷酸根反應(yīng)形成不溶沉淀物，被填充床截留去除。
[0034]—種硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器，裝置圖如圖3所示。硫磺/石灰石組合填充床的填料層為硫磺和石灰石，石灰石與硫磺的質(zhì)量比0.69:1。石灰石顆粒粒徑為3?5mm，硫磺顆粒粒徑為5?7_。在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中摻入鐵肩，鐵肩與硫磺的質(zhì)量比為
0.05:1。硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中進(jìn)水的pH為8。填充床反應(yīng)器裝置采用下向流進(jìn)水的方式。當(dāng)組合填充床反應(yīng)器的水頭損失超過設(shè)計(jì)最大水頭損失時(shí)進(jìn)行反沖洗，反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖的方式，反應(yīng)器通過反沖洗后恢復(fù)到最初的處理效果。
[0035]進(jìn)水為某工廠的工業(yè)廢水，總磷為15.00mg/L左右，經(jīng)本發(fā)明的組合填充床反應(yīng)器處理后，出水總磷濃度為1.5?3mg/L，總磷的去除率為80?90%。
[0036]對(duì)比例一:
[0037]在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中，對(duì)比有無摻加鐵單質(zhì)，系統(tǒng)的除磷效果。兩種情況下總磷的去除作用見圖4。由圖4可知，在沒有摻加鐵單質(zhì)之前，總磷的進(jìn)水和出水平均濃度分別為1.08mg/L和0.99mg/L，平均去除量為0.09mg/L，平均去除率為8.3%；摻加鐵單質(zhì)之后，總磷的進(jìn)水和出水平均濃度為1.03mg/L和0.09mg/L，平均去除量為0.94mg/L，平均去除率增加到為91.2%，加入鐵單質(zhì)之后，強(qiáng)化除磷的作用很明顯，總磷能從一級(jí)B出水達(dá)到地表水IV類水。這是因?yàn)榭偭椎娜コ饔弥饕且揽緾a2+的化學(xué)沉淀作用，由于pH值等因素的影響，總磷的去除效果并不理想;摻加鐵單質(zhì)之后，除磷作用主要依靠鐵離子的化學(xué)沉淀，除磷效果顯著。
[0038]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但是不表示本發(fā)明的具體實(shí)施是局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬拘束領(lǐng)的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或是替換，都應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于，包括:在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中，摻加鐵肩，通過硫自養(yǎng)反硝化作用產(chǎn)生H+，H+與鐵單質(zhì)反應(yīng)會(huì)溶出鐵離子，然后鐵離子和磷酸根反應(yīng)生成不溶沉淀物，被填充床截留去除。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于:填料層由硫磺和石灰石顆粒組成，石灰石與硫磺的質(zhì)量比0.5?1.5:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于:石灰石為顆粒狀，粒徑為I?10_;硫磺為顆粒狀，粒徑為I?10_。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于:在硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中摻入鐵肩，鐵肩與硫磺的質(zhì)量比為0.01?0.5:1。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于:硫磺/石灰石組合填充床反應(yīng)器中進(jìn)水的PH為6.0?8.5。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于:硫磺、石灰石、鐵肩混合均勻，填充到填充床，含硝酸根和磷酸鹽的廢水經(jīng)過填充床被處理后，從出水口排走。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于:進(jìn)水采用上向流的方式，進(jìn)水口位于填充床反應(yīng)器的下側(cè)，出水口位于填充床反應(yīng)器的上側(cè)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于:進(jìn)水采用下向流的方式，進(jìn)水口位于填充床反應(yīng)器的上側(cè)，出水口位于填充床反應(yīng)器的下側(cè)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于:當(dāng)組合填充床反應(yīng)器的水頭損失超過設(shè)計(jì)最大水頭損失時(shí)進(jìn)行反沖洗，將填充床中的含磷沉淀物清除，恢復(fù)處理能力。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種鐵單質(zhì)協(xié)同硫自養(yǎng)反硝化除磷脫氮的方法，其特征在于:進(jìn)一步在填充床反應(yīng)器的下側(cè)設(shè)置有反沖洗氣管和反沖洗水管。
【文檔編號(hào)】C02F3/28GK105923757SQ201610313473
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】李繼, 呂小梅, 吳芳磊
【申請(qǐng)人】深圳市瑞清環(huán)?？萍加邢薰?br>