申请日2014.07.09
公开(公告)日2014.10.15
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明涉及一种废水处理方法，具体涉及一种硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法。所述的废水处理方法包含如下步骤：(1)反应装置的启动;(2)硫协同反硝化脱氮除磷微生物的强化;(3)废水处理系统的稳定运行。在本发明中，各物质在微生物作用下进行转化，进水有机物降解为二氧化碳，硫酸根先转化为硫化物然后再氧化为硫酸根完成一个循环，同时在有机物消耗完的情况下投加的硝酸根转化为氮气。系统厌氧释磷阶段硫化物转化率可达到30%，有机物的去除率可到达到95%;系统缺氧吸磷阶段硝酸盐转化为氮气的转化率可达到98%，硫酸盐的转化率可达到90%，同时除磷效果可达到80%。
权利要求书
1.一种硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，其特征在于包含如 下步骤：
(1)反应装置的启动：
①启动第一阶段：在反应器中加入厌氧活性污泥进行污泥驯化，进水为含 有碳源、硫源和磷源的废水以驯化微生物适应磷源存在的情况;反应器启动初 期，整个过程中无硝酸盐的投加;
②启动第二阶段：当硫化物产生量达到系统总硫量的15%时，即可进入启 动第二阶段，启动第二阶段采用厌氧释磷-缺氧吸磷方式进行活性污泥的进一步 驯化培养;其中，含有碳源、硫源和磷源的废水进入反应器即开始厌氧释磷阶 段，厌氧释磷阶段与启动第一阶段方法一致即厌氧段无硝酸盐的投加;当碳源 浓度降到零时，开始投加硝酸盐作为氮源，开始缺氧吸磷阶段，且硝酸盐投加 后在反应器中的浓度由5mg N/L逐渐增加至15mg N/L，从而完成反应装置的 启动;
(2)硫协同反硝化脱氮除磷微生物的强化：
①启动完成后，进水含有碳源、硫源和磷源的废水，在碳源消耗完也就是 厌氧释磷阶段结束后，进行硝酸盐的投加开始缺氧吸磷阶段的运行;
②重复步骤①，逐渐缩短水力停留时间，以强化硫协同反硝化脱氮除磷微 生物成为主要功能微生物;当硫转化率达到30%，除磷率达到80%时，完成硫 协同反硝化脱氮除磷微生物的强化过程，进而建立起硫循环与反硝化脱氮除磷 协同作用的稳定工艺环境;
(3)废水处理系统的稳定运行：以含有碳源、硫源和磷源的废水为进水， 稳定运行的条件为：厌氧释磷阶段运行时间保持在3～8h，缺氧吸磷阶段运行 时间保持在1～4h，缺氧吸磷阶段投加硝酸盐;整个过程结束后，可以有效去 除废水中碳源、磷源以及氮源，从而完成去除废水中有机物及氮磷营养物质的 过程。
2.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，其 特征在于：
所述的碳源、硫源和磷源中的碳、硫、磷的质量浓度比值为150:200:20;
所述的硝酸盐为硝酸钾。
3.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，其 特征在于：
所述的碳源为有机碳源，由醋酸钠提供;所述的含有碳源、硫源和磷源的 废水中醋酸根初始浓度为150mg C/L;
所述的硫源由硫酸钠提供，所述的含有碳源、硫源和磷源的废水中硫酸根 初始浓度为200mg S/L;
所述的磷源由磷酸氢二钾和磷酸二氢钾提供;所述的含有碳源、硫源和磷 源的废水中磷酸根的初始浓度为20mg P/L。
4.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，其 特征在于：
步骤(1)中所述的反应器为间歇式活性污泥反应器;
步骤(1)中所述的厌氧活性污泥为泥水混合，其污泥浓度为5.98g SS/L。
5.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，其 特征在于：
步骤(1)中启动第一阶段的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标 准四叶螺旋式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水 力停留时间100～136h;启动第二阶段工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌 桨为标准四叶螺旋式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～ 7.3，水力停留时间68～100h。
6.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，其 特征在于：
步骤(1)中所述的污泥驯化第一阶段时间为0.5～1个月，第二阶段时间为 1.5～3个月。
7.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，其 特征在于：
步骤(2)中所述的缺氧吸磷阶段硝酸根投加后在反应器中的浓度为15～50 mg N/L。
8.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，其 特征在于：
步骤(2)①中的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋 式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间 28～44h。
9.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，其 特征在于：
步骤(2)②中所述的逐渐缩短水力停留时间是指逐渐将水力停留时间缩短 至14～28h。
10.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法， 其特征在于：
步骤(3)中所述的缺氧吸磷阶段硝酸根投加后在反应器中的浓度为15～50 mg N/L;
步骤(3)中的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式， 搅拌速度保持在400rpm，反应温度在20～25℃，进水pH在6.8～7.3，水力停 留时间为14～28h。
说明书
一种硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理方法，具体涉及一种硫协同反硝化同步脱氮除磷 的废水处理方法。
背景技术
随着我国人口的增长和经济的迅速发展，水污染问题日益严重，其中水体 富营养化问题尤其突出，有机污染物及氮、磷等营养盐的去除逐渐成为了废水 处理领域的研究热点。沿海地区由于经济发达，面临着更为严重的水资源短缺 问题，基于此，海水的开发利用变得尤为重要，而在此情况下产生的含盐废水 处理问题也得到了高度关注。传统的脱氮除磷工艺对含盐废水的处理很难达到 较好效果，同时产生硫化氢等有毒有害气体，剩余污泥产量高，增加了后续处 理难度，工艺运行成本高。
针对含盐废水特别是含硫酸盐废水的处理，通常采用将硫酸盐还原为硫化 物再氧化为单质硫的方法，而单质硫的分离问题限制了其实际工程应用。同时， 在处理含有机物、硫、氮废水方面，众多研究采用硫自养反硝化菌进行处理， 因此导致亚硝酸根积累，同时单质硫的产生很难控制。由于硫自养反硝化菌生 长缓慢，使得处理负荷很难提高，增加了处理成本。而对于这种含盐废水中磷 的去除问题，目前还没有得到足够的重视。磷作为水体富营养化的敏感因素， 现在已经得到关注，随着海水应用的推行，不难预见含盐废水脱氮除磷工艺的 应用前景。
因此，如何在含硫酸盐废水中同步脱氮除磷，并达到较好的处理效果，成 为该工艺应用于实际的第一步。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种硫协同反硝化同 步脱氮除磷的废水处理方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种硫协同反硝化同步脱氮除磷的废水处理方法，包含如下步骤：
(1)反应装置的启动：
①启动第一阶段：在反应器中加入厌氧活性污泥进行污泥驯化，进水为含 有碳源、硫源和磷源的废水以驯化微生物适应磷源存在的情况;反应器启动初 期，整个过程中无硝酸盐的投加，主要目的在提高硫的转化效果，特别是硫酸 盐还原效果;
②启动第二阶段：当硫化物产生量达到系统总硫量的15%时，即可进入启 动第二阶段，启动第二阶段采用厌氧释磷-缺氧吸磷方式进行活性污泥的进一步 驯化培养;其中，含有碳源、硫源和磷源的废水进入反应器即开始厌氧释磷阶 段，厌氧释磷阶段与启动第一阶段方法一致即厌氧段无硝酸盐的投加;当碳源 浓度降到零时，开始投加硝酸盐作为氮源，开始缺氧吸磷阶段，且硝酸盐投加 后在反应器中的浓度由5mg N/L逐渐增加至15mg N/L，以达到微生物逐步驯 化的目的，从而完成反应装置的启动;
(2)硫协同反硝化脱氮除磷微生物的强化：
①启动完成后，进水含有碳源、硫源和磷源的废水，在碳源消耗完也就是 厌氧释磷阶段结束后，进行硝酸盐的投加开始缺氧吸磷阶段的运行;
②重复步骤①，逐渐缩短水力停留时间，以强化硫协同反硝化脱氮除磷微 生物成为主要功能微生物;当硫转化率达到30%，除磷率达到80%时，完成硫 协同反硝化脱氮除磷微生物的强化过程，进而建立起硫循环与反硝化脱氮除磷 协同作用的稳定工艺环境;
(3)废水处理系统的稳定运行：以含有碳源、硫源和磷源的废水为进水， 稳定运行的条件为：厌氧释磷阶段运行时间保持在3～8h，缺氧吸磷阶段运行 时间保持在1～4h，缺氧吸磷阶段投加硝酸盐;整个过程结束后，可以有效去 除废水中碳源、磷源以及氮源，从而完成去除废水中有机物及氮磷营养物质的 过程;
所述的碳源、硫源和磷源中的碳、硫、磷的质量浓度比值优选为150:200:20;
所述的碳源为有机碳源，由醋酸钠提供;所述的含有碳源、硫源和磷源的 废水中醋酸根初始浓度优选为150mg C/L;
所述的硫源由硫酸钠提供，所述的含有碳源、硫源和磷源的废水中硫酸根 初始浓度优选为200mg S/L;
所述的磷源由磷酸氢二钾和磷酸二氢钾提供;所述的含有碳源、硫源和磷 源的废水中磷酸根的初始浓度优选为20mg P/L;
所述的硝酸盐优选为硝酸钾;
步骤(1)中所述的反应器为间歇式活性污泥反应器(Sequencing Batch Reactor简称SBR)，材质为有机玻璃，由取样阀、取样管、剩余污泥管、剩余 污泥阀、出水桶、进水桶、进水泵、出水管、出水阀、进水阀、进水管、搅拌 桨、搅拌主机、ORP探头、pH探头、ORP主机、pH主机和反应器主体组成; 所述的反应器的反应体积优选为10L;
步骤(1)中所述的厌氧活性污泥为泥水混合，其污泥浓度为5.98g SS/L， 投加量为10L，然后经过沉淀排掉上清液5L;
步骤(1)中所述的含有碳源、硫源和磷源的废水进水量优选为5L;
步骤(1)中启动第一阶段的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标 准四叶螺旋式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水 力停留时间100～136h;启动第二阶段工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌 桨为标准四叶螺旋式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～ 7.3，水力停留时间68～100h;
步骤(1)中所述的污泥驯化第一阶段时间为0.5～1个月，第二阶段时间为 1.5～3个月;
步骤(2)中所述的缺氧吸磷阶段硝酸盐投加后在反应器中的浓度为15～50 mg N/L;
步骤(2)①中的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋 式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间 28～44h;
步骤(2)②中所述的逐渐缩短水力停留时间是指逐渐将水力停留时间缩短 至14～28h;
步骤(3)中所述的缺氧吸磷阶段硝酸盐投加后在反应器中的浓度为15～50 mg N/L;
步骤(3)中的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式， 搅拌速度保持在400rpm，反应温度在20～25℃，进水pH在6.8～7.3，水力停 留时间为14～28h;
本发明的原理：系统中的微生物在厌氧释磷阶段先利用有机物及细胞内含 物糖原作为电子供体，硫酸盐作为电子受体进行代谢，同时释放生物细胞内聚 合磷酸盐，生成硫化物、二氧化碳以及细胞内含物聚β羟基脂肪酸、聚合硫颗 粒;随后在缺氧吸磷阶段投加硝酸根后，系统中微生物利用硝酸盐作为电子受 体进行自养代谢，氧化系统中的硫化物，生成硫酸盐，同时进行过量吸磷，此 时细胞内含物聚β羟基脂肪酸、聚合硫颗粒为过量吸磷过程提供能量。稳定系 统中的各物质在微生物作用下进行转化，进水有机物降解为二氧化碳，硫酸根 先转化为硫化物然后再氧化为硫酸根完成一个循环，同时在有机物消耗完的情 况下投加的硝酸根转化为氮气。系统厌氧释磷阶段硫化物转化率可达到30%， 有机物的去除率可到达到95%以上;系统缺氧吸磷阶段硝酸盐转化为氮气的转 化率可达到98%，硫酸盐的转化率可达到90%，同时除磷效果可达到80%。本 发明在硫循环的基础上，去除有机物的同时生成硫化物并释放磷酸根，投加硝 酸根后发生硫氧化的同时微生物进行过量吸磷，达到同步脱氮除磷的目的，其 中硫的转化原理如式(1)、(2)所示。
上述两式为硫酸盐在系统中发生的主要生化反应，说明了硫循环参与整个 工艺过程并起到了协同作用，其中硫形态保持进出水一致，即为硫酸盐。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)采用SBR反应器，反应过程为厌氧/缺氧，工艺运行简单且便于操作。
(2)在启动反应器时，分阶段先进行硫循环作用的驯化，然后在硫循环的 基础上进行反硝化除磷的驯化，这样的驯化过程保证了后期硫循环协同作用的 稳定性。
(3)处理效率高，COD去除率可达到95%以上，硝酸根去除率可达到98%， 磷酸根去除率达到80%。
(4)硫循环在整个过程中起到协同作用，且在进出水中硫形态均以硫酸根 的形式存在。
(5)污泥产量低，无需后续剩余污泥处理工艺。
