专利名称：一种对城镇污水同时进行除硫除磷处理的方法
技术领域：
本发明属环保技术领域，具体涉及一种对城镇污水能同时进行除硫除磷处理的方法。
背景技术：
厌氧生物处理具有如下优点(1)建造、运行和操作简单，基建和运行的费用低；(2)能量需求低，节约能源；(3)适宜处理规模范围广，便于分散处理(4)剩余污泥量少、稳定性好、脱水性能佳、后处理容易等，从而在高浓度有机废水处理方面得到广泛应用。厌氧生物处理的特点符合城镇污水处理所需新技术要求，但也有不足之处，如在厌氧过程中除微生物合成细胞需少量磷外，几乎不能去除磷；城镇生活污水中含有硫酸盐，硫酸还原菌在厌氧过程中将SO42-还原为H2S，其还原产物H2S对产甲烷菌、产氢菌、产乙酸菌、发酵性细菌，甚至对硫酸还原菌本身也具有毒害、抑制作用，严重影响厌氧反应器的效率，甚至造成整个厌氧反应器运行的破坏；所产生的厌氧气体中，如有H2S，则气体有毒，并有严重的臭味。且水中硫化物会造成出水COD浓度增高，通常会占到出水COD浓度的50％，从而使出水COD浓度经常大于100mg/L，达不到国家排放二级标准。为了克服这些缺陷，目前有几种不同的技术如下(一)厌氧反应器出水经混凝沉淀处理厌氧反应器出水进入混凝沉淀池，加入沉淀剂(如硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁、氯化铁)、混凝剂(如聚合氯化铝，PAC)、助凝剂(如聚丙烯酰胺，PAM)等可以去除污水中的硫化物和磷。它的优点是可以同时去除厌氧反应器出水中的硫化物和磷，研究及工程实践表明其存在如下的一些缺陷(1)多一个混凝沉淀池，增加基建投资；(2)沉淀剂等的加入量须根据出水硫化物和磷的量而定，操作管理麻烦；(3)形成的硫化铁或硫化亚铁沉淀物特别细小，即使再加混凝剂(聚合氯化铝，PAC)、助凝剂(聚丙烯酰胺，PAM)、并控制很好的絮凝、沉淀流态等，其出水SS仍较高，降低了硫化物和磷的去除效率；(4)形成的硫化铁或硫化亚铁等沉淀物均为黑色，因此造成出水色度增加；(5)不能控制反应器中H2S的抑制作用和臭味。
(二)在厌氧反应器前加混凝沉淀处理城镇污水在进入厌氧反应器前，先进入混凝沉淀池，加入沉淀剂(如氯化亚铁、氯化铁，避免用硫酸亚铁、硫酸铁)、混凝剂(如聚合氯化铝，PAC)、助凝剂(如聚丙烯酰胺，PAM)等，可以有效地去除磷并同时去除悬浮的和胶体的有机物，但研究表明其存在如下的一些缺陷(1)城镇污水有机物浓度低，经前面混凝沉淀处理后有机物浓度更低，增加了厌氧处理的难度，降低了厌氧反应器的处理效率；(2)混凝沉淀产生大量的不稳定污泥，需进一步稳定、处理、处置，增加了污泥处理费用；(3)磷的浓度太低，也会影响后续厌氧处理的效率；(4)不能有效地去除硫酸盐，不能有效地降低由于硫化物所造成出水COD浓度增高，也不能控制反应器中H2S的抑制作用和臭味。
(三)厌氧反应器出水经曝气处理厌氧反应器出水进入曝气池曝气，空气中的氧气能将硫化物部分转化为单质硫、亚硫酸根、硫酸根等，部分将H2S吹脱，但研究表明其存在如下的一些缺陷(1)不能去除磷；(2)曝气增加了设备费用、基建费用、能耗，从而造成建造成本和运行费用的增高；(3)除硫酸根外，其它形式的硫，如单质硫等仍然会造成出水COD浓度增高；(4)不能控制反应器中H2S的抑制作用和臭味。
(四)好氧生物处理厌氧反应器出水进入好氧生物处理系统，好氧生物处理需提供微生物所需的氧气，此氧气也能将硫化物部分转化为单质硫、亚硫酸根、硫酸根等，部分将H2S吹脱微生物合成可以去除一部分磷，也可以进一步去除有机物、氨氮，但研究及工程实践表明其存在如下的一些缺陷(1)由于城镇污水有机物浓度低，经厌氧生物处理后有机物浓度更低，后接好氧生物处理系统，大大增加了基建费用、设备费用、能耗，从而造成整个建造成本和运行费用的大大增高；(2)不能有效地去除磷。由于厌氧出水有机物浓度太低，不可能进行生物强化除磷，仅靠微生物合成去除一部分磷，一般不能使出水磷达标。(3)不能控制反应器中H2S的抑制作用和臭味。
(五)人工湿地在人工湿地中土壤加入含有钙、铁、铝的添加剂，厌氧反应器出水以地面径流或地下潜流方式水平流过人工湿地时，部分污水中磷和硫化物与土壤中的钙，铁，铝共沉淀于土壤中从而去除；部分污水中磷变成植物体的组成部分，最后通过植物收割去除。它的优点是植物比较美观，可以进一步去除有机物，但其存在如下一些缺陷(1)水力停留时间长，一般按天计，通常1～10天，因此体积大，基建费用高；(2)深(高)度受植物生长根须长度的限制，而水力停留时间长，占地面积大；(3)冬天植物生长受到限制，效率降低；(4)收割下来的植物的最终出路；(5)长期运行的土壤饱和问题；(6)不能控制反应器中H2S的抑制作用和臭味。
发明内容
本发明的目的在于提出一种操作简单、成本低廉，在厌氧反应器(EGSB)中能同时有效对城镇污水进行除硫除磷处理的方法。
本发明提出的对城镇污水同时进行除硫除磷处理的方法，是在对城镇污水的厌氧处理过程中，在膨胀厌氧颗粒污泥床反应器的中部和下部加入铁屑或铁刨花，铁屑或铁刨花的体积为反应器容积的0.5-1.5％。
最新研究发现，在城镇污水的厌氧处理过程中，其出水中COD约有50％来自于出水中的硫化物，即出水中的硫化物致使出水COD升高，常常难以达到城镇污水处理厂二级排放标准(COD＜100mg/L)。同时还发现，在膨胀厌氧颗粒污泥床反应器(EGSB)中加入铁屑或铁刨花，其中含有碳，与铁形成微电池，铁失去电子，生成Fe2+，进一步形成Fe(OH)2絮体。间歇对照实验表明，厌氧细菌和含有有机物的城镇废水加快铁屑的腐蚀，促进Fe2+和Fe(OH)2絮体的生成。同时，由于有机物厌氧降解过程中第一步即为水解、产酸反应，造成反应器内微观局部酸环境，而酸腐蚀也加速了铁离子和Fe(OH)2絮体的形成。
一般的厌氧反应器并没有去除磷的功能，这是厌氧技术处理城镇污水厂全面达标排放的一个致命弱点，但铁屑或铁刨花的加入和Fe(OH)2絮体的形成，使旋流式EGSB反应器具有除磷的功能，因为Fe(OH)2絮体对磷有混凝沉淀作用，其出水总磷平均为0.8mg/L，小于1mg/L，达到了国家排放标准一级B指标的要求。
另外，城镇水中含有一定量的硫酸盐。而硫酸还原菌和产甲烷菌具有很多相同的性质，如同属严格厌氧菌、最适pH值为中性，最适生长温度均为中温30-35℃或高温50-55℃，利用相同的有机底物，如乙酸、H2等。硫酸还原菌在厌氧过程中SO42-为H2S，其还原产物H2S对产甲烷菌、产氢产乙酸菌、发酵性细菌，甚至对硫酸还原菌本身也具有毒害、抑制作用，严重影响厌氧反应器的效率，甚至造成整个厌氧反应器运行的破坏。且所产生的厌氧气体中，如果有H2S，则气体有毒、有严重的臭味。本发明在EGSB中加入铁屑，它生成Fe2+，而Fe2+与S2-的结合生成不溶性的FeS，由于FeS溶度积非常小，不可能再形成H2S逸出。在EGSB中加入铁屑后，出水已也测不到S2-，有效地控制了厌氧过程中SO42-还原产物H2S对产甲烷菌、硫酸还原菌以及其它厌氧菌的抑制作用。同时由于硫化物所贡献的COD也被去除，降低了出水COD浓度，出水COD可降低至50mg/L，远远低于国家城镇污水处理厂二级排放标准，达到了一级A排放标准，提高了COD去除效率。并且产生的厌氧气体中H2S的浓度大大减小至检测限以下，解决了厌氧反应尾气的臭气问题。
由铁离子形成Fe(OH)2絮体，使膨胀厌氧颗粒化污泥床具有良好的吸附性和混凝沉淀性能，而EGSB反应器具有较大的高径比和向上流的流态，使EGSB反应器在去除SS时更接近悬浮澄清池，集混和、混凝、沉淀、吸附、截留过滤于一体，进一步提高对SS的去除率，出水SS可达到国家排放标准一级B指标20mg/L的要求。由于此良好的混凝、沉淀、吸附、截留性能，能有效地去除废水中的胶体和色度，使出水清澈、透明，色度小于8。
本发明方法的具体操作步骤如下1、将城镇污水经格栅、沉砂等必要的预处理后通过布水器进入旋流式EGSB反应器，自下而上与反应器中的高活性的厌氧污泥相接触，厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，它们将城镇污水中的有机污染物降解为CH4、CO2、H2O等最终产物。在硫酸还原菌的作用下，城镇污水中的SO42-降解为H2S。EGSB反应器水力停留时间2～12小时均可，最佳水力停留时间是3-6小时。
2、在旋流式EGSB下部和中部，放置铁屑或铁刨花，铁屑或铁刨花体积占厌氧反应器容积的0.5-1.5％。在厌氧微生物、微观局部酸环境、铁碳微电池的共同作用下，铁失去电子，生成的Fe2+，进一步形成Fe(OH)2絮体。形成的Fe(OH)2絮体对磷有混凝沉淀作用，能有效地去除磷；生成Fe2+与H2S产生化学反应生成FeS沉淀物；这些沉淀物经过具有较大的高径比和向上流的流态的EGSB反应器，在厌氧污泥的进一步吸附、截留、过滤的作用下被有效地去除。加铁屑量主要根据进水硫酸盐浓度、进水量、厌氧反应器投加铁的周期而定。一般地区的城镇污水，加铁周期为两年，加铁量为20-30kg/(m3·年)。
3、将EGSB反应器上部的气、液、固三相分离器的上清液，以1∶1-1∶2的体积比回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌，提高传质速率，从而提高反应器的去除效率。
4、在EGSB上部是气、液、固三相分离器，经此三相分离器，将处理后的出水(液)与产生的气体以及厌氧污泥(固)进行有效的分离，出水除氨氮外可达国家城镇污水处理厂二级或一级B标准。
经本发明处理后，可使出水COD≤100mg/l，BOD5≤30mg/l，SS≤30mg/l，TP≤3mg/l，色度≤10等指示均可达到或优于国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的二级标准要求。
表1.本发明与典型的厌氧生物处理除磷除硫工艺(O/A与A/O)的比较
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1来自于某地城市污水经格栅、沉砂预处理后通过布水器进入EGSB反应器，自下而上与反应器中的高活性的厌氧污泥相接触，而厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，它们将城镇污水中的有机污染物降解为CH4、CO2、H2O等最终产物。在硫酸还原菌的作用下，城镇污水中的SO42-为H2S，厌氧反应器水力停留时间3小时，铁屑体积占反应器体积为0.5％。同时来自于上部三相分离器的上清夜以1∶1的比例回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌。在反应器底部和中部放置铁屑，形成Fe2+和Fe(OH)2絮体，能有效地去除硫化物和磷。
经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为沉砂池出水)COD平均值为187mg/l，出水73mg/l；进水TP4.5mg/l，出水TP2.1mg/l；进水SO42-120mg/l，出水SO42-40mg/l；进水S2-＜1mg/l(检测限)，出水S2-＜1mg/l(检测限)；进水SS 181mg/l，出水SS 25mg/l；进水色度32，出水8；进水浊度143，出水浊度7。
实施例2来自于某地城市污水经格栅、沉砂预处理后通过布水器进入EGSB反应器，自下而上与反应器中的高活性的厌氧污泥相接触，而厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，它们将城镇污水中的有机污染物降解为CH4、CO2、H2O等最终产物。在硫酸还原菌的作用下，城镇污水中的SO42-为H2S，厌氧反应器水力停留时间4小时，铁屑体积占反应器体积为1.0％。同时来自于上部三相分离器的上清夜以1∶2的比例回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌。在反应器底部和中部放置铁刨花，形成Fe2+和Fe(OH)2絮体，能有效地去除硫化物和磷。
经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为沉砂池出水)COD平均值为176mg/l，出水70mg/l；进水TP 3.8mg/l，出水TP 1.8mg/l；进水SO42-111mg/l，出水SO42-32mg/l；进水S2-＜1mg/l(检测限)，出水S2-＜1mg/l(检测限)；进水色度28，出水6；进水浊度178，出水浊度10。
实施例3来自于某地城市污水经格栅、沉砂预处理后通过布水器进入EGSB反应器，自下而上与反应器中的高活性的厌氧污泥相接触，而厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，它们将城镇污水中的有机污染物降解为CH4、CO2、H2O等最终产物。在硫酸还原菌的作用下，城镇污水中的SO42-为H2S，厌氧反应器水力停留时间12小时，铁刨花体积占反应器体积为1.5％。同时来自于上部三相分离器的上清夜以1∶1.5的比例回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌。在反应器底部和中部放置铁刨花，形成Fe2+和Fe(OH)2絮体，能有效地去除硫化物和磷。
经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为沉砂池出水)COD平均值为201mg/l，出水75mg/l；进水TP 4.8mg/l，出水TP.8mg/l；进水SO42-111mg/l，出水SO42-32mg/l；进水S2-5mg/l(检测限)，出水S2-＜1mg/l(检测限)；进水色度28，出水6；进水浊度178，出水浊度10。
权利要求
1.一种对城镇污水同时进行除硫除磷处理的方法，其特征在于对城镇污水进行厌氧处理过程中，在膨胀厌氧颗粒污泥床反应器的中部和下部加入铁屑或铁刨花，铁屑或铁刨花的体积为反应器容积的0.5-1.5％。
2.根据权利要求1所述的对城镇污水同时进行除硫除磷处理的方法，其特征在于具体步骤如下(1)将城镇污水经格栅、沉砂等必要的预处理后通过布水器进入膨胀厌氧颗粒污泥床反应器，自下而上与反应器中的高活性的厌氧污泥相接触，厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，它们将城镇污水中的有机污染物降解为CH4、CO2、H2O等最终产物；在硫酸还原菌的作用下，城镇污水中的SO42-降解为H2S；这里，反应器水力停留时间2～12小时；(2)在反应器下部和中部，放置有铁屑或铁刨花，铁屑或铁刨花体积占厌氧反应器容积的0.5-1.5％；在厌氧微生物、微观局部酸环境、铁碳微电池的共同作用下，铁失去电子，生成的Fe2+，进一步形成Fe(OH)2絮体，以有效地去除磷；生成的Fe2+与H2S产生化学反应生成FeS沉淀物，这些沉淀物经过反应器，在厌氧污泥的进一步吸附、截留、过滤的作用下被有效地去除；(3)将反应器上部的气、液、固三相分离器的上清液，以1∶1-1∶2的体积比回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌；(4)在反应器上部的气、液、固三相分离器，将处理后的出水与产生的气体以及厌氧污泥进行有效的分离。
全文摘要
本发明属环保技术领域，具体为一种对城镇污水同时进行除硫除磷处理的方法，该方法是在对城镇污水厌氧处理过程中，在通常的膨胀厌氧颗粒污泥床反应器(EGSB)中加入铁屑或铁刨花，铁屑或铁刨花的体积占反应器容积的0.5－1.5％。铁屑或铁刨花中含有碳，与铁形成微电池，铁失去电子，生成Fe
文档编号C02F3/28GK1785839SQ20051003049
公开日2006年6月14日 申请日期2005年10月13日 优先权日2005年10月13日
发明者刘燕, 李怀正, 张旭栋, 李亮 申请人:复旦大学