一种基于反硝化脱氮过程中高效促进海绵铁腐蚀除磷方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于再生水深度脱氮除磷方法，基于海绵铁作为反硝化滤池填 料时强化其腐蚀除磷的方法，属于环境工程技术领域。
【背景技术】
[0002] 污水再生回用是解决水资源危机的必然途径。由于受污水处理技术限制，传统的 生物脱氮除磷组合方法运行控制条件复杂，常常不能保证很好的脱氮除磷效果，且工艺过 于复杂或者投药量过多，运行管理成本较高。有研究表明，氮、磷是大多数水体富营养化的 控制性因素。对于湖泊、水库等封闭性水域，当水体内无机态总氮含量大于〇. 2mg/L，总磷大 于0. 01mg/L时，就有可能引起水华现象的发生。因此，控制再生水中氮、磷，特别是磷的含 量对于保障生态安全显得尤为重要。
[0003] 目前公认的除磷方法有两种：生物除磷和化学除磷（包括吸附除磷），然而传统生 物除磷具有控制条件苛刻（厌氧-好氧），周期长等缺点，化学除磷与之相比具有快速、适应 性强、稳定、效果好等优点。目前普通污水处理厂在除磷方面，一般通过生物除磷能将出水 总磷控制在lmg/L以下，通过化学除磷可将出水总磷控制在0. 5mg/L以下，但进一步去除受 限制。因此，开发低成本高效地再生水深度除磷技术对于推进污水再生回用具有重要意义。
[0004] 海绵铁是水处理常用填料之一，常用做工业给水处理除氧剂或反硝化滤池脱氮除 磷的填料。由于海绵铁内部结构疏松多孔，便于海绵铁与水中氧化态物质发生反应而被腐 蚀；另一方面，零价铁与碳颗粒构成微原电池也使海绵铁不断地腐蚀。海绵铁腐蚀产生的 Fe2+和进一步氧化生成的Fe3+以及它们的水化物对磷具有较强的卷扫、絮凝、沉淀作用，形 成Fe3(P04)2、FeP04等沉淀物质从而达到除磷目的；同时零价铁腐蚀产生的电子也可参与反 硝化脱氮反应。因此，在反硝化滤池中，强化海绵铁腐蚀，既可以提高除磷效率，同时也有利 于脱氮过程。
[0005] 王建超等人利用以海绵铁作为三维电极生物膜工艺的填料时，主要是通过电流作 用促进海绵铁腐蚀，除磷效果可达81 %，出水中磷的含量满足再生水标准。但是通过电流来 腐蚀海绵铁除磷必将增加运行管理成本，因此如何促进海绵铁腐蚀提高脱氮除磷效率需要 进一步研究。
【发明内容】
[0006] 本发明提出一种基于反硝化脱氮过程中高效促进海绵铁腐蚀除磷的方法。
[0007] 为实现上述目的本发明的技术方案，其特征在于，硫磺既可以作为反硝化电子供 体又可以作为海绵铁腐蚀除磷的强化剂，将海绵铁和硫磺一起加入污水或者再生水中，进 行强化海绵铁腐蚀除磷。
[0008] 腐蚀除磷具体内容是：将海绵铁和硫磺混合均匀（如按海绵铁和硫磺质量比3:2) 放入反应器中，震荡或者在水流的冲击下使海绵铁与硫磺充分接触反应，海绵铁进行腐蚀 除磷。
[0009] 或将海绵铁、硫磺和其他填料混合（如活性炭）混合均匀（如按照质量比 3:1:1. 5)装入反硝化滤池进行腐蚀除磷。
[0010] 在上述腐蚀除磷的过程中，在震荡或者在水流冲击条件下，在水溶液中悬浮的FeS 和FeOOH黑色物质，FeS和FeOOH不断与水体系中的P043反应并沉淀到反应器底部，从而强 化海绵铁腐蚀除磷。
[0011] FeS与P043反应转化成更难溶的FePO 4沉淀，FeOOH快速吸附P0 43并形成多核羟 基磷酸铁（Fe4(P04)3(0H)3)沉淀，FeP0 4和多核羟基磷酸铁（Fe4(P04)3(0H)3)不断沉淀至水 溶液的下层，同时在硫磺存在条件下海绵铁持续腐蚀生成新的FeS和FeOOH物质悬浮在水 中，从而强化海绵铁腐蚀。
[0012] 本发明硫磺也是水处理常用的填料之一，单质硫可以作为电子供体参与反硝化过 程，特别对于低碳氮比的市政污水及再生水深度反硝化脱氮。Batchelor等以单质硫做为电 子供体进行自养反硝化时推导出了硫自养反硝化工艺的化学计量关系式（1)，此过程中会 产生H+，可以使得pH降低维持体系酸性环境，而酸性环境有利于海绵铁腐蚀。再者，由于硫 磺的氧化还原电位高于零价铁（Φ θ (S/S2) = 0· 48V, Φ θ (Fe2+/Fe) = -0· 44V)，且由于形成 FeS或FePOjX淀致使条件电极电位Φ 0 ' (FeS/Fe)、Φ 0 (FeP04/Fe2+)进一步降低，因此硫磺 能够与海绵铁反应生成的FeS，FeS进一步转化成更难溶的FeP04沉淀，从而加速海绵铁腐 蚀。
[0013] 55S+20C02+50N03 +48H20+4NH4+- 44C 2H702N+25N2+55S04 2 +64H+ (1)
[0014] 本发明将硫磺与海绵铁按一定质量比混合均匀作为填料，分别进行了静态实验和 动态反硝化滤池运行试验，考察反硝化过程中硫磺对海绵铁腐蚀除磷的作用。实验结果表 明，与单纯海绵铁除磷比较，硫磺海绵铁混合填料均显著地提高了除磷效果。因此，将以硫 自养反硝化作用为主的硫磺和以腐蚀除磷作用为主的海绵铁混合作为反硝化滤池填料，既 可以提高脱氮效果，又可强化除磷，实现低碳氮比再生水的深度脱氮同步除磷作用。本发明 对于高品质再生水处理有很好的应用前景。
[0015] 本发明的快速、高效是值的相对于不加硫磺状态下的海绵铁而言速度相对快，效 率高，除磷效率提高至少30%。
[0016] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0017] (1)本发明发现在反硝化脱氮过程中，将一定质量比的海绵铁与硫磺填料混合，能 够促进海绵铁腐蚀除磷，与单纯海绵铁比较，除磷效率提高30%左右。其除磷机理是反应体 系生成FeS、FeOOH，通过化学氧化沉淀和电化学腐蚀作用实现快速高效除磷。
[0018] (2)将一定比例的硫磺和海绵铁混合填料应用反硝化生物滤池工艺中，能够实现 脱氮同步高效除磷效果。与单纯海绵铁填料比较，硫铁混合填料除磷效率提高30%。其原 理为：除硫磺海绵铁之间的氧化沉淀作用外，以硫磺作为电子供体的硫自养反硝化作用在 脱氮同时产生的H+可以加速海绵铁腐蚀，也进一步强化了除磷过程。
[0019] (3)本发明中海绵铁和硫磺均是廉价的水处理材料，既可作为生物反硝化过程所 需的电子供体，减少反硝化系统对碳源的需求；又能实现同步高效除磷，特别适合低碳氮比 的再生水深度脱氮除磷。
【附图说明】
[0020] 图1实例1实验组I黑色物质X射线衍射（XRD)分析；
[0021] 图2实例1出水TP浓度及去除率对比；
[0022] 图3实例1出水TFe浓度对比；
[0023] 图4实例2在不同HRT下TN、TP去除率；
[0024] 图5实例2在不同HRT下pH值。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实例旨在说明本发明