一种污水深度脱氮除磷的方法与流程

本发明涉及一种污水深度脱氮除磷的方法，属于污水处理技术领域。

背景技术：

氮和磷是引起自然水体富营养化的主要元素，因此去除污水中的氮和磷也成为了污水处理厂的两大主要任务。目前国内污水处理厂已普遍执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准，其中TN浓度不得超过15mg/L，TP浓度不得超过0.5mg/L。近年来，我国许多地区开始执行更加严格的地方污水处理标准，如《北京地方水污染排放标准》(DB11/307-2013)中的A标准将出水总氮和总磷的限值分别降低至10mg/L和0.2mg/L，更高标准的氮磷出水要求已成为污水处理厂稳定运行的重要难题。传统活性污泥法需要利用碳源进行脱氮除磷，但我国城镇污水处理厂普遍存在进水中碳源不足、碳氮比及碳磷比失衡的问题，这对传统活性污泥法深度脱氮除磷产生巨大挑战。为实现一级A标准总氮及总磷的稳定达标，大部分污水处理厂要进行优质碳源及除磷药剂的投加，因而大大增加了运行成本。另外，碳源的投加易引起异养菌大量增殖，增加的剩余污泥量将导致污泥处理处置费用升高；同时，由于除磷药剂价格昂贵，且会显著降低滤布或转盘等深度处理设备的使用寿命，无疑会间接提高污水处理厂的运行费用。

技术实现要素：

为更高效的实现污水中氮磷的去除，同时降低污水处理厂的运行费用，拟开发新型生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化污水处理组合工艺。

本发明提供了一种污水处理装置，所述装置包括生物吸附池、沉淀池、MBR池和硫铁自养反硝化池，所述生物吸附池与进水口连接；所述沉淀池呈倒锥形，下部与生物吸附池双向连接，上部与MBR池连接；所述MBR池与硫铁自养反硝化池连接；所述硫铁自养反硝化池设置出水口；所述硫铁自养反硝化池的填料为填充了铁的硫粒，铁的填充率为15～25％。

在本发明的一种实施方式中，所述硫铁自养反硝化池的填料粒径为2～4mm，孔隙率为50％。

在本发明的一种实施方式中，所述铁的填充率为20％。

在本发明的一种实施方式中，所述铁为铁屑。

在本发明的一种实施方式中，所述生物吸附池、沉淀池、MBR池和硫自养反硝化池依次连接且有效容积比为1:8:14:3.2。

在本发明的一种实施方式中，所述生物吸附池、沉淀池、MBR池和硫自养反硝化滤池的有效容积分别为：1.5L、12L、21L和4.8L。

在本发明的一种实施方式中，所述硫铁自养反硝化池内经为10cm，有效高度为60cm。

在本发明的一种实施方式中，所述MBR池采用0.02μm平板膜。

在本发明的一种实施方式中，所述硫铁自养反硝化池自下向上包括石粒、硫铁混合填料，其中石粒填料高度为10cm，硫铁混合填料高度为90cm。

本发明的第二个目的是提供一种应用所述污水处理装置对污水进行深度脱氮的方法，是应用所述的污水处理装置，使污水先经过生物吸附池去除颗粒物或有机物，再经过沉淀池沉淀，再在MBR池和硫铁自养反硝化池中进行脱氮除磷。

在本发明的一种实施方式中，所述方法是控制生物吸附池水力停留时间为0.35-0.7h，污泥龄为1.5-3d，DO为0.5-1mg/L，混合液悬浮固体浓度4000-5000mg/L。

在本发明的一种实施方式中，所述方法是控制沉淀池水力停留时间3h。

在本发明的一种实施方式中，所述方法是控制MBR池膜通量为10L/m².h，HRT为6-8h，SRT为18-22d，DO 5-7mg/L。

有益效果：采用生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化组合工艺对污水处理厂原水进行处理，将硫自养反硝化和铁屑作为脱氮除磷的主体，在减少整套组合工艺水力停留时间的同时，无需投加碳源，降低了运行成本，大大降低了污水处理厂的运行费用；在污水处理过程中，大部分原水中的碳源被富集在污泥中，采用厌氧发酵产酸或产甲烷的资源化处理方式可产生附加值较高的产品，真正实现污染物的资源化利用。本发明具有节省占地面积、运行费用较低，可以产生资源化附加产物的优势，对于探索符合我国国情的污水处理新思路具有重要意义。采用本发明的方法进行脱氮除磷效率较高，在HRT为2h时即可获得总氮低于6mg/L、总磷低于0.5mg/L的出水水质，并且减少了污水处理厂的占地面积。

附图说明

图1为本发明脱氮除磷装置的工艺图；1，进水泵；2，第一风机；3，生物吸附池；4，污泥回流泵；5，沉淀池；6，第二风机；7，MBR池；8，MBR出水泵；9，硫铁自养反硝化池；10，硫粒铁屑混合层；11，石粒层；

图2生物吸附池对总氮的去除效果；

图3为生物吸附池对氨氮的去除效果；

图4为生物吸附池对总磷的去除效果；

图5为生物吸附池对COD的去除效果；

图6为生物吸附池MLSS及MLVSS/MLSS变化；

图7为本发明的脱单除磷装置出水总氮、氨氮、总磷及COD浓度。

具体实施方式

实施例1脱氮除磷装置的设计

如图1所示，采用亚克力板制备脱氮除磷装置，所述脱氮除磷装置包括生物吸附池3、沉淀池5、MBR池7和硫铁自养反硝化池9，有效容积分别为1.5L、12L、21L和4.8L；所述生物吸附池3通过进水泵1与进水口连接，下部与第一风机连接；所述沉淀池5呈倒锥形，下部与生物吸附池3双向连接，上部与MBR池7连接；所述MBR池7采用0.02μm平板膜，MBR池7内设置通气管道，管道与第二风机6连接；MBR池7和硫铁自养反硝化池9之间设置MBR出水泵8，由此泵从MBR池7抽吸出水，泵入硫铁自养反硝化池；所述硫铁自养反硝化池9设置出水口，所述硫铁自养反硝化池设置填料层，填料层自下向上包括石粒层11、硫铁混合层10，高度分别为10cm和90cm，填料硫粒径为2～4mm，孔隙率为50％，铁屑以塑料球包裹的形式填充在硫粒中间，填充率按体积比为20％。

在该装置中，生物吸附段在吸附进水中有机物、减少后续处理单元有机负荷及有毒有害物质影响的同时，产生大量高有机质含量的污泥，可用于厌氧发酵产酸或产甲烷，实现资源化利用目的。MBR实现氨氮的完全硝化及剩余COD的去除。硫铁自养反硝化实现硝态氮还原与磷酸盐的去除，完成脱氮除磷过程。

实施例2生物吸附段运行

如图2～5所示，试验装置进水总氮成分中大部分为溶解性氨氮，平均占比为85％，进水总氮的浓度范围为29.5～37.3mg/L，平均值为29.3mg/L；进水总磷浓度范围为0.89～5.4mg/L，平均值为2.8mg/L。进水COD为150～456mg/L，平均值为288.6mg/L。生物吸附段是通过控制较短HRT和SRT，培养适应原水环境、可以实现快速增殖的原核微生物，用以吸附进水中的颗粒态物质，因此生物吸附段对于进水中COD具有良好的去除能力。生物吸附段出水COD范围为76～102mg/L，平均值为90.2mg/L，平均去除率为66.6％。氨氮和总氮的去除率均较低，平均值为17％，原因为HRT较短，氨氮无法实现有效硝化。生物吸附段对于总磷的平均去除率为13.6％。

我国城市污水管网的不完善致使进水中含有大量的无机杂质，导致剩余污泥中的无机质含量较高，严重影响资源化利用。生物吸附段污泥多为进水中颗粒态有机物的集合体，如图6所示，该段污泥有机质含量相比接种污泥明显升高，利于厌氧发酵/消化，生产附加值较高的产品。

实施例3除磷脱氮装置处理污水

运行实施例1的装置，控制生物吸附段水力停留时间(HRT)为0.35-0.7h，污泥龄(SRT)为1.5-3d，溶解氧(DO)范围为0.5-1mg/L，混合液悬浮固体浓度(MLSS)为4000-5000mg/L(图6)。沉淀池HRT为2-3h。MBR采用0.02μm平板膜，膜通量为8-12L/m².h，HRT为6-8h，SRT为18-22d，DO范围为5-7mg/L，MLSS维持在6500-8000mg/L；硫铁自养反硝化滤池内径为10cm，有效高度为60cm，控制HRT范围为2-3h。

在上述运行方法保持不变的情况下，采用不同的铁屑填充比进行污水处理，如表1所示，铁填充比例的越高，出水总磷浓度越低；但当铁的填充比例为25％时，出水呈棕红色，原因为出水中铁锈过多。因此将铁的填充比例设定为20％。MBR对于剩余COD有较好的去除效果，出水COD的范围为18-48mg/L，平均值为35.3mg/L。

表1不同铁的填充率对出水的影响

在本实施例的方法中，生物吸附段去除了大部分的COD及少部分氮磷，减少了MBR反应池的有机负荷及有毒有害物质的影响。MBR池以膜过滤取代传统生物处理工艺的二沉池设计，其较高的污泥浓度可有效减少污水处理设施的占地面积。除此之外，MBR的完全截留有利于富集世代时间较长的硝化菌和后生动物，有助于实现进水中氨氮的硝化及剩余COD的降解。MBR出水含有高浓度硝态氮，可通过硫自养反硝化实现氮的去除。脱氮硫杆菌在硫粒表面富集，形成生物膜，该自养菌以单质硫作为电子供体，硝态氮作为受体，实现氮的深度去除。如图7所示，试验装置出水氨氮范围为0.1-5.7mg/L，平均值为1.44mg/L，硝化作用良好；出水总氮平均值为4.1mg/L，表明硫自养反硝化滤池有较高的硝态氮还原能力，在缩短了整个处理工艺HRT条件下，节省了碳源投加的成本。铁屑的加入一方面可中和自养反硝化过程所产生的H⁺，维持系统pH稳定，保证反硝化的正常进行；另一方面，铁屑为纯铁和碳化铁的合金，碳化铁和杂质以极小的颗粒形式分散在铁屑中，当铁屑浸没在溶液中时，能构成完整的微电池回路，形成无数个腐蚀微电池，从而产生Fe³⁺/Fe²⁺，Fe³⁺/Fe²⁺与PO₄^3-结合生成沉淀，从而实现污水中磷的深度去除。如图7所示，出水磷酸盐浓度范围为0.22-0.48mg/L，平均值为0.37mg/L，达到了优于一级A标准的出水水质。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。