一种硫自养与异养耦合反硝化的装置及方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种硫自养与异养耦合反硝化的装置及方法。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.随经济和环保的迅速发展，尤其是发酵行业和餐厨垃圾收集及处理行业的大规模兴起，污水中氮磷含量不断升高，若不谨慎处理，由此可导致的水体富营养化现象愈发频繁。因此，如何去除水中硝酸盐成为亟待解决的问题。
4.目前在脱氮领域，最经济有效的脱氮方式仍是生物脱氮，生物脱氮中最常用的手段为利用异养型反硝化菌种进行反硝化脱氮，但针对低碳氮比的废水，由于有机碳源不足，不能为反硝化菌提供充足的电子供体，从而导致脱氮效率不佳，出水总氮偏高。发明人发现，现有的异养反硝化反应器需要额外投加有机碳源，但在实际操作中，有机碳源投加量控制不当会引发出水cod偏高、污泥产量大等问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种硫自养与异养耦合反硝化的装置及方法，将硫自养反硝化和异养反硝化进行耦合，在反应过程中不依赖有机碳源，减少了碳源消耗，提高了反应效率。
6.本发明的技术方案如下：
7.第一方面，一种硫自养与异养耦合反硝化的装置，包括反应器主体，反应器内自下而上依次设置布水层、衬托层、滤料层、反应层、沉淀层和出水层；
8.所述滤料层布置有专用滤料，所述专用滤料上附着有硫自养反硝化菌和异养反硝化菌；
9.所述反应层为生物反应区，滤料分解出的无机还原物质被硫自养脱氮菌吸收作为反硝化电子供体，硝酸盐作为电子受体进行自养反硝化脱氮；异养反硝化菌以有机碳源作为反硝化的电子供体进行异养反硝化脱氮。
10.进一步地，所述专用滤料的各组分的质量百分比为：硫磺60％-80％，棱铁矿15％，青石粉10％，活性炭1％-5％，粘合剂5％-10％。
11.进一步地，所述布水层包含布水器和气反洗管路，布水器用于将水均匀分布流入反应器，气反洗管路用于反洗步骤中的气体反冲洗。
12.进一步地，所述衬托层布置有鹅卵石，卵石尺寸在5-35mm，用于支撑滤料层。
13.进一步地，所述沉淀层布置有斜管，斜管的倾斜角度为60
°
。
14.进一步地，所述出水层布置有溢流出水围堰，围堰呈锯齿结构，出水层设有与围堰
连接的出水管道；所述出水管道连接至清水池，管道向上延伸出部分，顶端不做密封以平衡气压。
15.进一步地，所述的反应器主体底部设置有排空口，排空口上连接有排空阀和排空管。
16.进一步地，所述反应器顶部设置有硫化氢气体检测仪。
17.第二方面，本发明提供了一种硫自养与异养耦合反硝化的方法，待处理的废水从反应器的底部进入反应器的内部，在硫自养反硝化菌和异养反硝化菌的协同反硝化作用下，实现脱氮。
18.进一步地，滤料分解出的无机还原物质被硫自养脱氮菌吸收作为反硝化电子供体，硝酸盐作为电子受体进行自养反硝化脱氮；异养反硝化菌以有机碳源作为反硝化的电子供体进行异养反硝化脱氮。
19.本发明的技术特点及有益效果：
20.1.本发明采用的脱氮菌为硫自养脱氮菌和铁自养脱氮菌等多种自养菌，其反硝化的电子供体是硫单质和硫化物，来源于滤料的分解，可以节省碳源投加量，降低运行成本。
21.2.本发明的硫自养与异养耦合反硝化的方法，综合利用了硫自养产酸和异养反硝化产碱这一机制，在反硝化反应过程中形成酸碱平衡，不需要额外补充碱度。
22.3.本发明的布水器和气帽是分散式的点状布水/布气的结构，布水和布气均匀，无反应死区。
23.4.本发明使用斜管沉淀实现泥水的高效分离，保证菌种和滤料不会流失。
24.5.本发明所使用的滤料是硫磺和硫化物加工改良而成的特质滤料，粒径为3-6mm，比重为1.6g/cm3，表面粗糙有孔，便于菌种附着，且不随水流失。
附图说明
25.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
26.图1是本发明的硫自养和异养反硝化耦合反硝化装置的结构示意图；
27.图2是本发明的装置布水器的结构示意图；
28.图3是本发明的装置气反洗管路结构示意图；
29.图4是本发明的装置出水围堰示意图。
30.图中：1.布水层，2.进水管路，3.气反洗管路，4.衬托层，5.滤料层，6.反应层，7.沉淀层，8.出水层，9.出水管路，10.排空口，11.进水口，12.布水支管，13.中心布水管，14.气反洗进气管，15.气反洗支管，16.气反洗气帽。
具体实施方式
31.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
32.本发明的一种实施方式中，如图1所示，提供一种硫自养与异养耦合反硝化地装置，包括反应器主体，反应器内自下而上依次设置布水层1、衬托层4、滤料层5、反应层6、沉
淀层7和出水层8。
33.布水层1设置布水器和气反洗管路，如图2和图3所示，布水器包括进水口11和中心布水管13，在中心布水管的两侧对称设置多个布水支管12，布水器将水均匀分布流入反应器，防止布水不均匀导致由反应死区；气反洗管路包括气反洗进水管14，在气反洗进气管的两侧对称设置多个气反洗支管15，每个气反洗支管上间隔均匀设置多个气反洗帽16，气反洗管路用于反洗步骤中的气体反冲洗。
34.衬托层4布置有鹅卵石，卵石尺寸在5-35mm左右，用于支撑滤料层，同时也起到均匀补水和布气的作用。
35.所述滤料层5布置有专用滤料，其主要成分为硫磺、硫铁矿、青石等，各组分的质量百分比为：硫磺60％-80％，棱铁矿15％，青石粉10％，活性炭1％-5％，粘合剂5％-10％，制作步骤为：将各组分搅拌混合均匀，然后放置在在熔融釜内加热至120℃-180℃，将各组分融化为熔融态，然后使用造粒机对熔融态混合物料进行造粒，熔融态的粒状物料通过循环冷却水冷却成型，制成的滤料的粒径在3-6mm之间，比重在1.6g/cm3左右，滤料本身可被生物完全降解的。
36.滤料表面粗糙有孔附着多种自养反硝化菌和异养反硝化菌，自养反硝化菌包括硫自养脱氮菌和铁自养脱氮菌等多种自养菌；以脱氮硫杆(弧)菌为例，在生物的侵蚀作用下，滤料逐步分解为fe
2+
、还原态硫(s
2-、s0)等可利用的无机还原物质，脱氮硫杆菌将可利用无机还原物质作为反硝化的电子供体进行脱氮。
37.反应层6为生物反应区，自养反硝化菌在反应层进行自养反硝化，异养反硝化菌在反应层进行异养反硝化，滤料缓释出的fe
2+
、还原态硫(s
2-、s0)等可利用的无机还原物质被脱氮硫杆(弧)菌吸收作为反硝化电子供体，硝酸盐作为电子受体进行反硝化脱氮。异养反硝化菌以有机碳源作为反硝化的电子供体进行异养反硝化，补充自养反硝化消耗的碱度，分担自养反硝化的负荷。
38.沉淀层7设置有斜管，斜管采用乙丙共聚、玻璃钢或聚氯乙烯蜂窝斜管，倾角为60℃，内切圆直径为35-50mm不等，根据水质可以改变内切圆直径，以达到最佳沉淀效果，泥水混合物在斜管内分离，活性污泥沉淀进入下层反应区，清水进入上部出水层。
39.出水层8设置有溢流出水围堰，如图4所示，围堰呈锯齿结构，处理后的废水经出水围堰溢流，出水层设有出水管道，管道连接至清水池，管道向上延伸出部分，顶端不做密封，以平衡气压，所述的清水池暂时储存反应器出水清液，部分清液被用于反洗步骤的水反冲洗过程。
40.反应器主体底部设置有排空口10和进水管12，排空口上连接有排空阀和排空管，排空口用于维护罐体时排空罐内液体，进水管与分布器的进水口相连，用于向反应器内部通入废水进行处理和通入清水进行水洗，反应器的顶部设置有硫化氢气体检测仪，检测硫化氢气体含量，防止硫化氢超标。
41.反应器的工作原理为：
42.待处理的废水从反应器的底部进入反应器的内部，经布水器均匀布水后依次流经衬托层和滤料层，在滤料层中，滤料上附着的脱氮硫杆(弧)菌和铁自养反硝化菌等多种自养菌吸收废水中的硝酸盐，同时由于生物的侵蚀作用，滤料被分解的fe
2+
、还原态硫(s
2-、s0)等可利用的无机还原物质，作为反硝化的电子供体进行脱氮。在反应层，所述的多种反硝化
细菌利用多种还原性物质作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，将硝酸盐还原为氮气，从而去除总氮。
43.在反应层的反应体系中，还包括异养反硝化反应，通过投加的碳源作为电子供体，反硝化细菌将硝酸盐还原为氮气，并产生碱度补充自养反硝化消耗的碱度，由此可平衡反应区的ph。
44.本实施例的硫自养与异养耦合反硝化的装置的调试和运行方式如下：
45.步骤一，接种市政污水处理厂的活性污泥，反应装置的污泥浓度在3000mg/l-5000mg/l。
46.步骤二，投加醋酸钠作为碳源，通过化验检测和配料将碳氮比控制在4：1，之后开启开始自循环驯化菌种。
47.步骤三，出水总氮降至低于35mg/l之后，逐步减少碳源的投加量，由原来的碳氮比4：1减少至2：1，持续驯化两周。
48.步骤四，控制进水量不变，逐步缩短hrt(水力停留时间)至1-2h，可适量补充碳源，由碳氮比2：1补充至3：1。
49.步骤五，装置总停留时间为1-2h，当进水总氮浓度为800mg/l以上，装置出水总氮浓度在35mg/l以下时，达到正常运行标准，可以进行污水处理。
50.步骤六，装置运行5-7天，反应器内污泥浓度达到3500mg/l以上，需要进行反冲洗排泥，首先进行5min气反洗，然后进行10min气水联合反洗，最后进行20min的水反洗。
51.在本发明的另一种实施方式中，提供了一种硫自养与异养耦合反硝化的方法，待处理的废水从反应器的底部进入反应器的内部，在硫自养反硝化菌和异养反硝化菌的协同反硝化作用下，实现脱氮。
52.进一步地，滤料分解出的无机还原物质被硫自养脱氮菌吸收作为反硝化电子供体，硝酸盐作为电子受体进行自养反硝化脱氮；异养反硝化菌以有机碳源作为反硝化的电子供体进行异养反硝化脱氮。
53.本实施例中，硫自养脱氮菌和铁自养脱氮菌等多种自养菌附着在滤料上，通过生物的侵蚀作用，滤料逐步分解为fe
2+
、还原态硫(s
2-、s0)等可利用的无机还原物质，作为自养菌的反硝化的电子供体进行脱氮；还含有反硝化菌的异养反硝化作用，通过额外投加一部分有机碳源，以有机碳源作为反硝化的电子供体进行异养反硝化，异养反硝化会使得反应区域的碱度和ph升高，可以补充自养反硝化消耗的碱度，由此可平衡反应区的ph。异养反硝化分担自养反硝化的负荷，由此可减少自养反硝化产生的硫酸根的量，防止硫酸钙沉淀结垢。
54.本实施例的硫自养与异养耦合反硝化的方法，实现了硫自养与异样耦合反硝化，提高了反应效率。
55.实施例1
56.某400t/d餐厨垃圾废水处理项目，经生化和超滤膜处理后，超滤浓液总氮为800mg/l，cod为350mg/l，总磷为1mg/l，采用硫自养与异养耦合反硝化装置去除总氮。当加入碳源，控制碳氮比为2：1时，反硝化装置停留时间为1.2h时，出水总氮浓度在35mg/l，去除率达到95％以上。
57.实施例2
58.某城镇污水处理厂6000t/d二级生化处理尾水(进水总氮为35mg/l，cod为60mg/l，总磷为0.8mg/l)，采用两级串联的硫自养与异养耦合反硝化装置去除总氮。当加入碳源，控制碳氮比为2：1时，反硝化装置停留时间为1.5h时，出水总氮浓度在10mg/l以下，去除率达到71％以上，cod出水为40mg/l，达到(gb8978-1996)一级a排放标准。
59.实施例3
60.某工业污水处理厂800t/d生化处理尾水总氮提标改造项目，进水总氮70mg/l，cod为200mg/l，采用硫自养与异养耦合反硝化装置去除总氮。在未投加碳源的情况下，反硝化装置停留时间为1h，出水总氮浓度在30mg/l，达到其地方排放标准。
61.以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。