基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置及其脱氮方法与流程

本发明涉及水处理技术领域技术领域，具体是涉及基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置及其脱氮方法。

背景技术：

目前，我国污水处理二级生化出水水质难以满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准，尤其是总氮，需要对出水的硝酸盐进行深度脱除。生物反硝化是一种经济有效的硝酸盐去除方法，然而，二级出水碳源不足导致反硝化脱氮效率低下。补充常规碳源不仅成本较高，而且有时还会带来出水水质不稳定的问题，因此，开发高效、低耗的生物反硝化脱氮装置及方法显得尤为重要。

中国发明专利CN201410453651.6公开了一种新型污水深度处理用生物反硝化强化脱氮装置，该装置通过应用磁场来适当改变废水中的有机物分子结构，提升其可生化性的同时促进了反硝化过程，但是对于处理二级生化出水，仍存在碳源不足的问题。中国发明专利CN201410150882.X公开了一种自养反硝化脱氮反应装置、脱氮系统及其脱氮方法，该系统通过在反应器中引入导流装置从而把反应区分为限氧亚硝化反应区、异养反硝化反应区以及自养反硝化反应区，在同一个装置中实现了自养反硝化和异养反硝化的结合，但是该装置处理效果易受到水流影响，且对于分区和反应条件的控制也较为复杂。

因此，本发明针对现有技术中存在的不足，提供了基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置及方法。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术中心针对二级生化出水碳源不足所带来的生物反硝化脱氮效率低，以及需要额外补充常规碳源所带来的成本高、出水水质不稳定的问题，提供一种自养/异养反硝化的一体化脱氮装置及其脱氮方法。本发明创新地以固相自养反硝化耦合异养反硝化技术为核心进行协同脱氮，并在异养反硝化区内添加生物质酒糟固相碳源，提高了废水C/N比的同时强化了异养反硝化菌的富集，进而增强了脱氮效果。

本发明的技术方案是：基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置，包括调节池、进水泵、主反应装置、缓冲池、反冲洗泵、曝气泵其特征在于，所述主反应装置包括自养反硝化区、缓冲空腔和异养反硝化区，所述缓冲空腔位于所述自养反硝化区与所述异养反硝化区之间，通过所述缓冲空腔使得所述自养反硝化区与所述异养反硝化区彼此功能区独立，所述所述调节池通过进水泵与所述自养反硝化区的进液口连接；所述的自养反硝化区包括微电解填料层和硫/石灰石填料层，所述微电解填料层位于所述硫/石灰石填料层的底部；所述的异养反硝化区包括布水器和排气口，所述的异养反硝化区内部依次填充酒糟层、石英砂填料层、承托层和滤砖；所述缓冲池与所述异养反硝化区相连，所述出液口与缓冲池连接；所述反冲洗泵位于缓冲池与异养反硝化区之间；所述曝气泵与所述异养反硝化区相连通。

进一步地，在上述方案中，所述微电解填料层按重量组分计是由铁粉、碳粉、白炭黑、云母粉、铬粉、高炉矿渣粉按照(6‐8):(2‐3):(0.2‐1):(0.1‐0.3):(0.5-3.5)的质量比组成。混合均匀后，在自动成形器上抄造成形，造粒，80-140℃干燥，形成混合类球型填料。直接利用微电解填料自身产生的电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供所需的电子。

更进一步地，所述微电解填料层按重量组分计是由铁粉、碳粉、白炭黑、云母粉、铬粉、高炉矿渣粉按照7:2.5:0.6:0.2:2的质量比组成。

进一步地，在上述方案中，所述铁粉的粒径为0.01-0.03mm，所述碳粉的粒径为0.5-0.7mm，所述白炭黑的粒径为0.02-0.04mm，所述云母粉的粒径为0.3-0.8mm，所述铬粉的粒径为0.05-0.07mm，所述高炉矿渣粉的粒径为0.1-0.5mm。

进一步地，在上述方案中，所述硫/石灰石填料层中所含的硫磺粉和石灰石的配料比为1-3:1(体积比)。

进一步地，在上述方案中，所述酒糟层中高粱酒糟占40％-60％、小麦酒糟占20％-30％、外加剂占1-2.5％、余量为玉米酒糟，所述外加剂为草浆纤维，所述草浆纤维是由芦苇或甘蔗渣制成。

所述的基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置的脱氮方法，包括以下步骤：

步骤一：向调节池中加入待处理的废水，进水管与装置连通，通过进水泵2将废水输送到自养反硝化区中；

步骤二：废水先通过自养反硝化区中的微电解填料层，微电解填料层是以固定床的形式填充铁碳混合类球型的填料，直接利用微电解填料自身产生的电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供所需的电子；

步骤三：从微电解填料层流出的废水，进入到硫/石灰石填料层，以硫为电子供体进行自养反硝化脱氮过程；此外，硫/石灰石填料可以高效富集自养反硝化菌，经过处理后的废水C/N比得到进一步提高；

步骤四：通过自养反硝化区处理后的废水，经过缓冲空腔进入异养反硝化区，再通过布水器进入酒糟层，酒糟作为一种固体生物质缓释碳源，能显著提高废水中的C/N比，酒糟中的微量营养元素能促进异养反硝化菌的活性；此外，酒糟层还可作为异养反硝化菌的富集载体；

步骤五：经过酒糟层的废水含有丰富的碳源，通过石英砂填料层，进行异养反硝化脱氮过程，最终处理后的废水从出液口排出。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置及脱氮方法，通过添加酒糟生物固相碳源，充分利用了酒精生产过程中的废料残渣，提供了一条资源化利用的途径，以废治废，经济效益良好。

(2)本发明的基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置及方法，创新地应用固相自养反硝化耦合异养反硝化脱氮技术，出水总氮稳定达到一级A排放标准，成本降低30％以上。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

其中，图中：1、调节池；2、进水泵；3、进液口；4、微电解填料层；5、硫/石灰石填料层；6、主反应装置；7、自养反硝化区；8、缓冲空腔；9、异养反硝化区；10、布水器；11、排气口；12、酒糟层；13、排气口；14、石英砂填料层；15、承托层；16、滤砖；17、缓冲池；18、反冲洗泵；19、曝气泵。

具体实施方式

实施例1

基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置，包括调节池1、进水泵2、主反应装置6、缓冲池17、反冲洗泵18、曝气泵19，其特征在于，所述主反应装置6包括自养反硝化区7、缓冲空腔8和异养反硝化区9，所述缓冲空腔8位于所述自养反硝化区7与所述异养反硝化区9之间，通过所述缓冲空腔8使得所述自养反硝化区7与所述异养反硝化区9彼此功能区独立，所述所述调节池1通过进水泵2与所述自养反硝化区7的进液口3连接；所述的自养反硝化区7包括微电解填料层4和硫/石灰石填料层5，所述微电解填料层4位于所述硫/石灰石填料层5的底部；所述的异养反硝化区9包括布水器10和排气口11，所述的异养反硝化区9内部依次填充酒糟层12、石英砂填料层14、承托层15和滤砖16；所述缓冲池17与所述异养反硝化区9相连，所述出液口13与缓冲池17连接；所述反冲洗泵18位于缓冲池17与异养反硝化区9之间；所述曝气泵19与所述异养反硝化区9相连通。

其中，所述微电解填料层4按重量组分计是由铁粉、碳粉、白炭黑、云母粉、铬粉、高炉矿渣粉按照6:2:0.2:0.1:0.5的质量比组成。混合均匀后，在自动成形器上抄造成形，造粒，80℃干燥，形成混合类球型填料。直接利用微电解填料自身产生的电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供所需的电子。所述铁粉的粒径为0.01mm，所述碳粉的粒径为0.5mm，所述白炭黑的粒径为0.02mm，所述云母粉的粒径为0.3mm，所述铬粉的粒径为0.05mm，所述高炉矿渣粉的粒径为0.1mm。所述硫/石灰石填料层5中所含的硫磺粉和石灰石的配料比为1:1(体积比)。所述酒糟层12中高粱酒糟占40％、小麦酒糟占20％、外加剂占1％、余量为玉米酒糟，所述外加剂为草浆纤维，所述草浆纤维是由芦苇制成。

用本装置处理某城市污水处理厂二级出水，废水水质：NH₄⁺-N：4-10mg/L、TN：30-45mg/L、TP：0.8-1.1mg/L、SS：22-30mg/L，pH值：6-8，温度26℃-30℃。脱氮方法包括以下步骤：

步骤一：向调节池1中加入待处理的废水，进水管与装置连通，通过进水泵2将废水输送到自养反硝化区7中；

步骤二：废水先通过自养反硝化区7中的微电解填料层4，微电解填料层4是以固定床的形式填充铁碳混合类球型的填料，直接利用微电解填料自身产生的电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供所需的电子；

步骤三：从微电解填料层4流出的废水，进入到硫/石灰石填料层5，以硫为电子供体进行自养反硝化脱氮过程；此外，硫/石灰石填料可以高效富集自养反硝化菌，经过处理后的废水C/N比得到进一步提高；

步骤四：通过自养反硝化区7处理后的废水，经过缓冲空腔8进入异养反硝化区9，再通过布水器10进入酒糟层12，酒糟作为一种固体生物质缓释碳源，能显著提高废水中的C/N比，酒糟中的微量营养元素能促进异养反硝化菌的活性；此外，酒糟层还可作为异养反硝化菌的富集载体；

步骤五：经过酒糟层12的废水含有丰富的碳源，通过石英砂填料层14，进行异养反硝化脱氮过程，最终处理后的废水从出液口13排出。

该自养/异养反硝化一体化装置经256天连续运行，出水总氮稳定达到一级A排放标准(≤15mg/L)，碳源成本降低38％。

实施例2

基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置，包括调节池1、进水泵2、主反应装置6、缓冲池17、反冲洗泵18、曝气泵19，其特征在于，所述主反应装置6包括自养反硝化区7、缓冲空腔8和异养反硝化区9，所述缓冲空腔8位于所述自养反硝化区7与所述异养反硝化区9之间，通过所述缓冲空腔8使得所述自养反硝化区7与所述异养反硝化区9彼此功能区独立，所述所述调节池1通过进水泵2与所述自养反硝化区7的进液口3连接；所述的自养反硝化区7包括微电解填料层4和硫/石灰石填料层5，所述微电解填料层4位于所述硫/石灰石填料层5的底部；所述的异养反硝化区9包括布水器10和排气口11，所述的异养反硝化区9内部依次填充酒糟层12、石英砂填料层14、承托层15和滤砖16；所述缓冲池17与所述异养反硝化区9相连，所述出液口13与缓冲池17连接；所述反冲洗泵18位于缓冲池17与异养反硝化区9之间；所述曝气泵19与所述异养反硝化区9相连通。

其中，所述微电解填料层4按重量组分计是由铁粉、碳粉、白炭黑、云母粉、铬粉、高炉矿渣粉按照7:2.5:0.6:0.2:2的质量比组成。混合均匀后，在自动成形器上抄造成形，造粒，80-140℃干燥，形成混合类球型填料。直接利用微电解填料自身产生的电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供所需的电子。所述铁粉的粒径为0.02mm，所述碳粉的粒径为0.6mm，所述白炭黑的粒径为0.03mm，所述云母粉的粒径为0.65mm，所述铬粉的粒径为0.06mm，所述高炉矿渣粉的粒径为0.3mm。所述硫/石灰石填料层5中所含的硫磺粉和石灰石的配料比为2:1(体积比)。所述酒糟层12中高粱酒糟占50％、小麦酒糟占25％、外加剂占1.75％、余量为玉米酒糟，所述外加剂为草浆纤维，所述草浆纤维是由芦苇制成。

用本装置处理某城市污水处理厂二级出水，废水水质：NH₄⁺-N：3-5mg/L、TN：45-70mg/L、TP：0.4-1.1mg/L、pH值：6.5-7.0，温度18℃-25℃。脱氮方法如下：

步骤一：向调节池1中加入待处理的废水，进水管与装置连通，通过进水泵2将废水输送到自养反硝化区7中；

步骤二：废水先通过自养反硝化区7中的微电解填料层4，微电解填料层4是以固定床的形式填充铁碳混合类球型的填料，直接利用微电解填料自身产生的电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供所需的电子；

步骤三：从微电解填料层4流出的废水，进入到硫/石灰石填料层5，以硫为电子供体进行自养反硝化脱氮过程；此外，硫/石灰石填料可以高效富集自养反硝化菌，经过处理后的废水C/N比得到进一步提高；

步骤四：通过自养反硝化区7处理后的废水，经过缓冲空腔8进入异养反硝化区9，再通过布水器10进入酒糟层12，酒糟作为一种固体生物质缓释碳源，能显著提高废水中的C/N比，酒糟中的微量营养元素能促进异养反硝化菌的活性；此外，酒糟层还可作为异养反硝化菌的富集载体；

步骤五：经过酒糟层12的废水含有丰富的碳源，通过石英砂填料层14，进行异养反硝化脱氮过程，最终处理后的废水从出液口13排出。

经自养/异养反硝化一体化装置处理，连续运行9个月，出水总氮浓度7.1-9.6mg/L，稳定达到一级A排放标准，碳源成本降低46％。

实施例3

基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置，包括调节池1、进水泵2、主反应装置6、缓冲池17、反冲洗泵18、曝气泵19，其特征在于，所述主反应装置6包括自养反硝化区7、缓冲空腔8和异养反硝化区9，所述缓冲空腔8位于所述自养反硝化区7与所述异养反硝化区9之间，通过所述缓冲空腔8使得所述自养反硝化区7与所述异养反硝化区9彼此功能区独立，所述所述调节池1通过进水泵2与所述自养反硝化区7的进液口3连接；所述的自养反硝化区7包括微电解填料层4和硫/石灰石填料层5，所述微电解填料层4位于所述硫/石灰石填料层5的底部；所述的异养反硝化区9包括布水器10和排气口11，所述的异养反硝化区9内部依次填充酒糟层12、石英砂填料层14、承托层15和滤砖16；所述缓冲池17与所述异养反硝化区9相连，所述出液口13与缓冲池17连接；所述反冲洗泵18位于缓冲池17与异养反硝化区9之间；所述曝气泵19与所述异养反硝化区9相连通。

其中，所述微电解填料层4按重量组分计是由铁粉、碳粉、白炭黑、云母粉、铬粉、高炉矿渣粉按照8:3:1:0.3:3.5的质量比组成。混合均匀后，在自动成形器上抄造成形，造粒，140℃干燥，形成混合类球型填料。直接利用微电解填料自身产生的电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供所需的电子。所述铁粉的粒径为0.03mm，所述碳粉的粒径为0.7mm，所述白炭黑的粒径为0.04mm，所述云母粉的粒径为0.8mm，所述铬粉的粒径为0.07mm，所述高炉矿渣粉的粒径为0.5mm。所述硫/石灰石填料层5中所含的硫磺粉和石灰石的配料比为3:1(体积比)。所述酒糟层12中高粱酒糟占60％、小麦酒糟占30％、外加剂占2.5％、余量为玉米酒糟，所述外加剂为草浆纤维，所述草浆纤维是由甘蔗渣制成。

用本装置处理某城市污水处理厂二级出水，废水水质：NH₄⁺-N：5-8mg/L、TN：50-60mg/L、TP：0.9-1.4mg/L、pH值：7～8，温度19℃～23℃。脱氮方法包括以下步骤：

步骤一：向调节池1中加入待处理的废水，进水管与装置连通，通过进水泵2将废水输送到自养反硝化区7中；

步骤二：废水先通过自养反硝化区7中的微电解填料层4，微电解填料层4是以固定床的形式填充铁碳混合类球型的填料，直接利用微电解填料自身产生的电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供所需的电子；

步骤三：从微电解填料层4流出的废水，进入到硫/石灰石填料层5，以硫为电子供体进行自养反硝化脱氮过程；此外，硫/石灰石填料可以高效富集自养反硝化菌，经过处理后的废水C/N比得到进一步提高；

步骤四：通过自养反硝化区7处理后的废水，经过缓冲空腔8进入异养反硝化区9，再通过布水器10进入酒糟层12，酒糟作为一种固体生物质缓释碳源，能显著提高废水中的C/N比，酒糟中的微量营养元素能促进异养反硝化菌的活性；此外，酒糟层还可作为异养反硝化菌的富集载体；

步骤五：经过酒糟层12的废水含有丰富的碳源，通过石英砂填料层14，进行异养反硝化脱氮过程，最终处理后的废水从出液口13排出。

该自养/异养反硝化一体化装置经305天连续运行，出水总氮浓度8.6-11.2mg/L，稳定达到一级A排放标准，碳源成本降低42％。

值得说明的是，对于本领域技术人员来说，在本发明构思及具体实施例启示下，能够从本发明公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本发明描述的功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本发明保护范围。