一种硫铁协同混养反硝化强化低C/N污废水脱氮方法及反应器

本发明涉及一种硫铁协同混养反硝化强化低c/n污废水脱氮方法及反应器，属于污废水处理技术领域。

背景技术：

生物脱氮是降低污废水氮排放及消除受纳水体富营养化的重要措施，利用硝化、反硝化生物作用脱氮的传统缺氧、好氧组合(ao)工艺，是污废水处理厂普遍采用的脱氮工艺，充足的碳源是确保ao工艺反硝化脱氮的前提条件。对于低c/n污废水，由于有机碳源的不足，使ao工艺无法达到较高的异养反硝化的脱氮效率，且外加碳源(如葡萄糖、甲醇、乙酸钠等)会增加污水处理成本，投量控制不当还会造成出水有机物偏高的二次污染风险。与异养反硝化相比，硫、铁自养菌介导的自养反硝化可以利用低价态硫(s⁰、s^2-、s2o3^2-等)和低价态铁(fe⁰、fe²⁺)等无机物作为电子供体，将no3^--n还原为n2，用于低c/n污水反硝化脱氮时无需外加有机碳源，且具有运行成本低、反硝化效率高及污泥产量低的优势，已成为低c/n污废水高效脱氮的主流研究方向。单一硫自养反硝化脱氮效率较高，基于s2o3^2-的自养反硝化不仅能够实现硫电子供体的液体投加，而且可避免固体s0(危险品)使用的不便及s^2-易于产生h2s的缺点，但反应过程产酸易导致出水ph呈酸性。基于fe⁰/fe²⁺的铁自养反硝化也可实现较高的脱氮效率，但在处理过程中产碱，并易于形成三价铁化合物并附着包裹在污泥上，从而降低反应效率。综合硫、铁自养反硝化反应特性，硫、铁组合混养反硝化可规避单一使用的不足，实现反应过程中的酸碱中和，并促进反应效率提升。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：对于低c/n污废水如何实现低成本、高效率脱氮的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硫铁协同混养反硝化强化低c/n污废水脱氮方法，包括以下步骤：

步骤1)：低c/n污废水中连续投加硫源电子供体作为进水，与好氧池回流硝化液一并进入设有铁刨花-磁铁矿复合填料的缺氧池中进行处理，在自养反硝化菌作用下发生硫、铁协同自养反硝化过程，同时，低c/n污废水中含有的有机物作为异养反硝化碳源，发生异养反硝化过程；

所述的自养反硝化过程包括：

s2o3^2-自养反硝化：s2o3^2-+1.24no^3-+0.45hco3^-+0.09nh4⁺+0.11h2o→0.09c5h7o2n+0.4h⁺+0.62n2+2so4^2-；

fe⁰自养反硝化：fe⁰+0.4no3^-+1.2h2o→fe²⁺+0.2n2+2.4oh^-；

fe²⁺自养反硝化：fe²⁺+0.2no3^-+2.4h2o→fe(oh)3+0.1n2+1.8h⁺；；

所述的异养反硝化过程发生如下化学反应：

ch3coo^-+1.18no3^-+2.18h⁺→0.12c5h7o2n+1.4co2+2.5h2o+0.53n2。

步骤2)：步骤1)处理后的出水进入好氧池中处理，在活性污泥絮体中好氧菌作用下发生硝化过程，进一步分解污水中剩余有机物；

所述的硝化过程发生如下化学反应：

nh4⁺+2o2→no3^-+2h⁺+h2o；

步骤3)：步骤2)处理后所得的硝化液一部分回流至缺氧池，另一部分进入竖流式沉淀池中沉淀，沉淀后得到的废水经出水管排出；沉淀后得到的污泥一部分回流至缺氧池，另一部分作为剩余污泥排出。

优选地，所述步骤1)中的低c/n污废水中的cod/tn为2～2.5；所述的铁刨花-磁铁矿复合填料中包括提供fe⁰铁源电子供体的铁刨花和提供fe²⁺铁源电子供体的fe3o4磁铁矿；所述的fe⁰和fe3o4的质量比为4：1。

优选地，所述步骤1)中的硫源电子供体为硫代硫酸钠；所述的进水中的s/n摩尔比为0.8～1.0。

优选地，所述步骤1)中缺氧池的溶解氧控制在0.5mg/l以下，水力停留时间控制在1.5～2.5h；所述步骤2)中好氧池的溶解氧控制在2.0～4.0mg/l，水力停留时间控制在5.0～10.0h。

优选地，所述步骤3)中的硝化液的回流比控制在150～250％；所述的污泥的回流比控制在50～100％。

本发明还提供了一种硫铁协同混养反硝化强化低c/n污废水脱氮反应器，包括：

设有铁刨花-磁铁矿复合填料(25)和活性污泥絮体一(5)的缺氧池(4)，所述缺氧池(4)的一侧设有污废水进水管(1)，另一侧设有缺氧池出水管(7)，所述的污废水进水管(1)上连接有硫源投加管(23)；

设有活性污泥絮体二(10)的好氧池(9)，所述好氧池(9)的一侧与缺氧池出水管(7)连接，另一侧设有硝化液出水管(12)，所述的硝化液出水管(12)连接有硝化液回流管(20)，所述的硝化液回流管(20)与污废水进水管(1)连通；

设有中心管(16)的竖流式沉淀池(13)，所述竖流式沉淀池(13)的一侧分别与硝化液出水管(12)和中心管(16)连通，另一侧设有沉淀池出水管(15)，所述竖流式沉淀池(13)的底部设有排泥管(17)，所述排泥管(17)分别连接污泥排放管(18)和污泥回流管(21)，所述污泥回流管(21)与污废水进水管(1)连通。

优选地，所述的铁刨花-磁铁矿复合填料(25)由聚乙烯网袋包裹，每袋重量5～7.5kg，装填密度为20～30kg/m³；所述的缺氧池(4)的内部设有一个或多个不锈钢制的填料框架(3)，所述的填料框架(3)内设有用于放置铁刨花-磁铁矿复合填料(25)的不锈钢制隔板(24)。

优选地，所述缺氧池(4)的底部设有电动搅拌器(22)，所述缺氧池(4)的污废水进水管(1)一侧设有配水渠道一(2)，所述缺氧池(4)的缺氧池出水管(7)一侧设有集水渠一(6)。

优选地，所述好氧池(9)的底部设有微孔曝气盘(19)；所述好氧池(9)与缺氧池出水管(7)连接的一侧设有配水渠道二(8)，所述好氧池(9)的硝化液出水管(12)一侧设有集水渠二(11)。

优选地，所述竖流式沉淀池(13)的沉淀池出水管(15)一侧设有集水渠三(14)。

本发明的原理是：在硫铁协同混养反硝化强化低c/n污废水脱氮反应器中，利用好氧池内的微生物硝化、缺氧池内存在的fe⁰、fe²⁺与s2o3^2-自养反硝化、异养反硝化协同作用，达到无需外加碳源脱氮目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明的脱氮方法适用范围为低c/n污废水脱氮，通过本发明的硫铁协同混养反硝化强化低c/n污废水脱氮方法及反应器，出水tn可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(一级a)(tn≤15.0mg/l)；

2.本发明的方法，与传统ao工艺相比，本发明提出的硫铁协同混养反硝化强化低c/n污废水脱氮反应器可降低对进水碳氮比的要求，实现无外加碳源脱氮，操作简单、运行成本低并易于工程实现，可实现缺氧池内酸碱互补，并在增强系统脱氮效率的同时有效降低污泥产量及出水二次污染的风险。

附图说明

图1为本发明提供的硫铁协同混养反硝化强化低c/n污废水脱氮反应器的示意图；

图2为本发明的填料框架的示意图；

附图标记：1.污废水进水管；2.配水渠道一；3.填料框架；4.缺氧池；5.活性污泥絮体一；6.集水渠一；7.缺氧池出水管；8.配水渠道二；9.好氧池；10.活性污泥絮体二；11.集水渠二；12.好氧池出水管；13.竖流式沉淀池；14.集水渠三；15.沉淀池出水管；16.中心管；17.排泥管；18.污泥排放管；19.微孔曝气盘；20.硝化液回流管；21.污泥回流管；22.电动搅拌器；23.硫源投加管；24.不锈钢制隔板；25.铁刨花-磁铁矿复合填料。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

本实施例中的原水采用模拟的低c/n污废水，其化学需氧量(cod)、总氮(tn)、氨氮(nh4⁺-n)、硝酸盐氮(no3^--n)、亚硝酸盐氮(no2^--n)的浓度分别为100±5mg/l、41±5mg/l、40±5mg/l、1.02±0.2mg/l、0.09±0.02mg/l，废水中氮素形态以nh4⁺-n为主。

低c/n污废水与好氧池回流的硝化液混合后进入装有铁刨花-磁铁矿复合填料和活性污泥絮体的缺氧池中，以硫代硫酸钠为外加硫源电子供体控制进水s/n摩尔比为0.8～1.0，在反硝化菌作用下同时发生异养反硝化、fe⁰-fe²⁺自养反硝化与s2o3^2-自养反硝化脱氮过程；出水进入装有活性污泥絮体的好氧池中，在好氧菌作用下发生氨氮硝化过程，并进一步分解剩余有机物，硝化液回流至前端缺氧池；上述反应完成后泥水混合液进入竖流式沉淀池中心管，经沉淀后废水排出，部分沉淀污泥回流至进水管，与低c/n污废水混合后进入缺氧池，以补充流失污泥，部分沉淀污泥作为剩余污泥排出。经处理后，废水中cod低于50.0mg/l，tn低于10.0mg/l，出水tn达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(一级a)(tn≤15.0mg/l)。

上述低c/n污废水的脱氮方法采用如图1所示的一种硫铁协同混养反硝化强化低c/n污废水脱氮反应器，包括设有铁刨花-磁铁矿复合填料25和活性污泥絮体一5的缺氧池4、设有活性污泥絮体二10的好氧池9与设有中心管16的竖流式沉淀池13，所述的缺氧池4内部设有若干组不锈钢制的填料框架3，填料框架3的具体结构如图2所示，各填料框架的不锈钢制隔板24上均堆置由聚乙烯网袋包裹的铁刨花-磁铁矿复合填料25，缺氧池4进水侧设置配水渠道一2，污废水进水管1与配水渠道一2、硫源投加管23相连接，缺氧池4的底部设有电动搅拌器22，缺氧池4的出水侧设置集水渠一6，集水渠一6与缺氧池出水管7相连接；缺氧池出水管7与好氧池9相连接，好氧池9进水侧设置配水渠道二8，缺氧池出水管7与配水渠道二8相连接，好氧池9的底部设有微孔曝气盘19，好氧池9的出水侧设有集水渠二11，集水渠二11与好氧池出水管12相连接，硝化液回流管20与好氧池出水管12相连接，硝化液经硝化液回流管20回流与污废水进水管1中低c/n污废水混合后进入缺氧池4；好氧池出水管12与竖流式沉淀池13的中心管16相连接，沉淀后废水经沉淀池出水管15排出，沉淀池底部设有的排泥管17与污泥回流管21、污泥排放管18相连接，回流污泥经污泥回流管21回流与进水管1中的低c/n污废水混合后进入缺氧池4，剩余污泥经污泥排放管18排出，竖流式沉淀池13的出水侧设置集水渠三14，集水渠三14与沉淀池出水管15相连接。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。