申请日2018.01.11
公开(公告)日2018.11.13
IPC分类号C02F3/28; C02F1/42
摘要
本发明公开一种污水脱氮除磷装置、其组建方法及利用该装置进行污水脱氮除磷的方法，本发明的装置包括罐体以及设置在罐体内的布水区、承托区、填料区和出水区，布水区、承托区、填料区和出水区在罐体内由下至上依次排列。本发明的污水脱氮除磷装置结构简单、易操作，利用本发明装置处理污水的成本低，污水中氮、磷去除率高，脱氮除磷效果稳定，尤其适用于碳氮比低的污水的深度脱氮除磷处理。
权利要求书
1.一种污水的脱氮除磷装置的组建方法，其特征是，包括如下顺序进行的步骤：
1)罐体装填处理
在竖直放置的罐体内由下至上依次设置布水区、承托区、填料区和出水区，并在承托区装填卵石，在填料区装填具有脱氮除磷作用的填料;
2)挂膜处理
将污水引入装置罐体下部的布水区，水流向上流，依次经过承托区、填料区，进行装置的生物膜挂膜处理，直至装置出水区出水水质维持稳定，污水的总氮去除率达到并保持在75%以上，且总磷去除率达到并保存为80%以上，即得污水脱氮除磷处理装置。
2.一种污水的脱氮除磷装置的组建方法，其特征是，包括如下顺序进行的步骤：
1)罐体装填处理
在竖直放置的罐体内由下至上依次设置布水区、承托区、填料区和出水区，并在承托区装填卵石，在填料区装填具有脱氮除磷作用的填料;
2)挂膜处理
将厌氧活性污泥灌注至罐体内并浸没填料区;然后将污水引入装置罐体下部的布水区，水流向上流，依次经过承托区、填料区，进行装置的生物膜挂膜处理，直至装置出水区出水水质维持稳定，污水的总氮去除率达到并保持在75%以上，且总磷去除率达到并保存为80%以上，即得污水脱氮除磷处理装置。
3.如权利要求1或2所述的组建方法，其特征是，步骤1)中所述布水区与所述罐体的体积之比为5-10：100;所述承托区与所述罐体的体积之比为5-10：100;所述填料区与所述罐体的体积之比为60-70：100。
4.如权利要求1或2所述的组建方法，其特征是，步骤1)中所述具有脱氮除磷作用的填料包括硫磺颗粒、硫铁矿颗粒、沸石和石灰石。
5.如权利要求4所述组建方法，其特征是，所述硫磺颗粒、硫铁矿颗粒、沸石和石灰石的体积之比为体积之比为3：0.75-3：4.5-6：0.6-1.5。
6.如权利要求1所述的组建方法，其特征是，步骤2)中所述挂膜处理过程中控制水力停留时间为5-7h。
7.如权利要求2所述的组建方法，其特征是，步骤2)中所述挂膜处理过程中控制水力停留时间为5-7h。
8.一种污水强化脱氮除磷处理装置，其特征是，按照如权利要求1-7任一所述方法组建而成。
9.一种污水强化脱氮除磷处理方法，其特征是，包括将低C/N比污水输送至如权利要求8所述的污水脱氮除磷处理装置中，控制水流向上流动，水力停留时间≥2h。
10.如权利要求9所述的强化脱氮除磷处理方法，其特征是，输送至强化脱氮除磷装置中的污水处理温度在10-35℃。
说明书
一种脱氮除磷装置，其组建方法及污水的脱氮除磷方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水的处理装置和处理方法，特别涉及一种污水的脱氮除磷装置及脱氮除磷方法。
背景技术
随着城市化进程的加快和人民生活水平的日益提高，城市污水排放量也在迅速增加，大量未经处理的污水任意排放，造成地表水体的污染日益严重。城市污水是城市水环境污染的主要来源之一，城市污水的处理与资源化使用迫在眉睫。目前，我国城市污水厂采用的工艺中，仍是以各种活性污泥法作为主流。传统生活污水的处理主要分为物理法、化学法和生物法。物理法主要是去除水中的不溶解的悬浮物质，化学法是指向废水中投加化学药剂，通过化学反应达到净水效果。生物法指利用微生物的作用，降解有机物的一种技术，生物法主要用于去除水中的有机物和氨氮等，与物理法和化学法相比，生物处理在去除水中溶解性污染物方面具有较大的优势。
目前城市污水厂大部分均采用较传统的工艺，处理效果较差。随着国家一级A排放标准的逐渐执行，污水厂的出水必须满足TP≤0.5mg/L，因此污水厂对磷的去除要求越来越高。目前，除磷技术主要分为生物除磷技术及化学除磷技术。生物除磷技术一般是通过聚磷菌在厌氧好氧交替的环境下充分释磷和过度吸磷来达到除磷目的的，具有节约能源，运行费用低等一系列优点。然而，生物除磷技术一般不能满足出水TP≤0.5mg/L的要求，因此污水厂常需配套化学除磷技术强化除磷效果。常见的化学除磷技术主要是投加铝盐或铁盐与磷酸根发生沉淀反应，实现磷的直接去除;另外，铝盐或铁盐会通过水解和聚合反应形成多核羟基聚合物来吸附水中的磷，实现磷的间接去除。
水体中的氮主要以氨氮、硝态氮和亚硝态这三中形态存在，当水中的亚硝酸盐氮过高，饮用此水将和蛋白质结合形成亚硝胺，是一种强致癌物质。长期饮用对身体极为不利。鱼类对水中氨氮比较敏感，当氨氮含量高时会导致鱼类死亡。因此对于城市污水处理厂的脱氮越来越重要，但目前城市污水处理厂存在着低碳氮比的问题，这已经成为制约生物脱氮效率的重要因素，污水厂常采用外加碳源的方法强化脱氮，这种处理方法处理效果较好，但也存在着提高处理成本，难以控制，易造成二次污染的问题。因此找到一种深度处理低碳氮比污水的方法有主要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有污水脱氮除磷处理存在的技术问题，提供一种污水的脱氮除磷装置和污水的脱氮除磷方法。本发明的装置，可直接加在污水厂设施中，装置运行成本低，实现污水厂出水的深度脱氮除磷;采用本发明提供的处理装置处理污水，出水水质完全满足地表水排放的要求，氮、磷去除率高。本发明的污水脱氮除磷装置的填料区内含有硫磺、硫铁矿、沸石和石灰石，采用的硫自养脱氮技术补充了异养反硝化碳源不足的缺点，很好的保证了体系具有高效脱氮的效率;以硫铁矿为电子供体，提高了污水的除磷效果，填料还保证了装置内污水的酸碱稳定，提高脱氮、除磷效率，对于反硝化过程中产生的硫酸盐有一定的去除效果。本发明装置成本低且脱氮除磷效果稳定，去除效率高，易于操作，易于生产和使用。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种污水脱氮除磷装置的组建方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)罐体装填处理
在竖直放置的罐体内由下至上依次设置布水区、承托区、填料区和出水区，并在承托区装填卵石，在填料区装填具有脱氮除磷作用的填料;
2)挂膜处理
将污水引入装置罐体下部的布水区，水流向上流，依次经过承托区、填料区，进行装置的生物膜挂膜处理，直至装置出水区出水水质维持稳定，污水的总氮去除率达到并保持在75%以上，且总磷去除率达到并保存为80%以上，即得污水脱氮除磷处理装置。
其中，步骤1)中所述布水区与所述罐体的体积之比为5-10：100，优选为10：100;所述承托区与所述装置的罐体的体积之比为5-10：100，优选为10：100;所述填料区与所述装置的罐体的体积之比为60-70：100，优选为70：100;所述出水区与所述罐体的体积之比为10-30：100，优选为10：100。
特别是，所述布水区的高度为5-10cm，优选为10cm;所述承托区的高度为5-10cm，优选为8-10cm，进一步优选为10cm;所述填料区的高度为60-70cm，优选为70cm;所述出水区的高度为10-30，优选为10cm。
其中，步骤1)中所述具有脱氮除磷作用的填料包括硫磺颗粒、硫铁矿颗粒、沸石和石灰石。
特别是，所述硫为单质硫磺颗粒。
特别是，将所述硫磺颗粒、硫铁矿颗粒、沸石和石灰石混合均匀后，装填至填料区，形成对污水进行强化脱氮除磷处理的填料区。
尤其是，所述硫磺颗粒、硫铁矿颗粒、沸石和石灰石的体积之比为3：0.75-3：4.5-6：0.6-1.5，优选为3：3：6：1。
其中，所述硫与硫铁矿的体积之比为3：0.75-3，优选为3:3;所述硫与沸石的体积之比为3：4.5-6，优选为3：6;所述硫与石灰石的体积制备为3：0.6-1.5，优选为3:1。
特别是所述填料区内的硫磺颗粒粒径为4-8mm，优选为4mm。所述填料区内的硫铁矿的粒径为4-8mm，优选为4mm。所述填料区内的沸石的粒径为6-10mm，优选为6mm;所述石灰石的粒径为4-6mm，优选为4mm。
尤其是，所述填料区内填料的孔隙率为25%-50%，优选为30%。
其中，步骤1)中所述卵石的直径为4-6cm，优选为4cm。
特别是，所述罐体为圆柱体，其高和直径的比值为1.5-2：1，优选为2：1。
特别是，所述罐体的顶部设置有排气孔，用于排出装置填料区污水处理过程中硫自养反硝化过程中产生的氮气。
尤其是，在罐体的下部布水区的侧壁上开设有进水口，将污水引入罐体内的布水区，均匀布水。将污水厂出水从进水口输送至罐体下部的布水区内;在罐体的上部出水区的侧壁上开设有出水口，用于将经过脱氮除磷处理后的出水排出罐体。
特别是，所述脱氮除磷装置采用上向流的方式，同时下部布水区的下侧设置有反冲洗气管和反冲洗水管。
其中，步骤2)中所述污水为低C/N比。
特别是，所述低C/N比为C/N比≤2的污水，优选为C/N比为1～2的污水。
尤其是，所述污水选择C/N比低于2，优选为C/N比为1～2的污水处理厂尾水、市政污水处理厂污水、生活污水。
其中，步骤2)中控制污水的水力停留时间为5-7h，优选为6h。
特别是，步骤2)中污水的pH为7-8，优选为7.3-7.6。
本发明另一方面提供一种污水的脱氮除磷装置的组建方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)罐体装填处理
在竖直放置的罐体内由下至上依次设置布水区、承托区、填料区和出水区，并在承托区装填卵石，在填料区装填具有脱氮除磷作用的填料;
2)挂膜处理
将活性污泥灌注至罐体内并浸没填料区;然后将污水引入装置罐体下部的布水区，水流向上流，依次经过承托区、填料区，进行装置的生物膜挂膜处理，直至装置出水区出水水质维持稳定，污水的总氮去除率达到并保持在75%以上，且总磷去除率达到并保存为80%以上，即得污水脱氮除磷处理装置。
其中，步骤2)所述活性污泥选择市政污水处理厂的活性污泥，优选为卡鲁塞尔氧化沟回流的活性污泥。
特别是，所述活性污泥经过浓缩后再灌注至罐体内，浓缩后的活性污泥的MLSS浓度为18000-20000mg/L，优选为19000mg/L。
尤其是，所述市政污水处理厂的活性污泥的MLSS浓度为3000-6000mg/L.
特别是，浓缩活性污泥浸没罐体1-2h。
其中，步骤2)中所述污水为低C/N比。
特别是，所述低C/N比为C/N比≤2的污水，优选为C/N比为1～2的污水。
尤其是，所述污水选择C/N比低于2，优选为C/N比为1～2的污水处理厂尾水、市政污水处理厂污水、生活污水。
其中，步骤2)中控制污水的水力停留时间为5-7h，优选为6h。
特别是，步骤2)中控制污水的pH为7-8，优选为7.3-7.6。
本发明再一方面提供一种按照上述方法组建而成的污水强化脱氮除磷除磷装置。
其中，所述罐体内布水区与所述罐体的体积之比为5-10：100，优选为10：100;所述承托区与所述装置的罐体的体积之比为5-10：100，优选为10：100;所述填料区与所述装置的罐体的体积之比为60-70：100，优选为70：100;所述出水区与所述罐体的体积之比为10-30：100，优选为10：100。
特别是，所述布水区的高度为5-10cm，优选为10cm;所述承托区的高度为5-10cm，优选为8-10cm，进一步优选为10cm;所述填料区的高度为60-70cm，优选为70cm;所述出水区的高度为10-30cm，优选为10cm。
其中，填料区中装填的具有脱氮除磷作用的填料由硫磺颗粒、硫铁矿颗粒、沸石和石灰石组成。
特别是，所述硫为单质硫磺颗粒。
尤其是，所述硫磺颗粒、硫铁矿颗粒、沸石和石灰石的体积之比为3：0.75-3：4.5-6：0.6-1.5，优选为3：3：6：1。
其中，所述硫与硫铁矿的体积之比为3：0.75-3，优选为3:3;所述硫与沸石的体积之比为3：4.5-6，优选为3：6;所述硫与石灰石的体积制备为3：0.6-1.5，优选为3:1。
特别是所述填料区内的硫磺颗粒粒径为4-8mm，优选为4mm。所述填料区内的硫铁矿的粒径为4-8mm，优选为4mm。所述填料区内的沸石的粒径为6-10mm，优选为6mm;所述石灰石的粒径为4-6mm，优选为4mm。
尤其是，所述填料区内填料的孔隙率为25%-50%，优选为30%。
其中，步骤1)中所述卵石的直径为4-6cm。
特别是，所述罐体为圆柱体，其高和直径的比值为1.5-2：1，优选为2：1。
本发明又一方面提供一种利用上述污水脱氮除磷装置进行污水脱氮除磷处理的方法，包括将低C/N比污水输送至上述污水脱氮除磷处理装置中，控制水流向上流动，水力停留时间≥2h。
其中，所述水力停留时间选择2-9h。
特别是，在夏季水力停留时间为2-4h，优选为3h;在冬季水力停留时间为6-9h。
尤其是，在夏季将所述污水输送至脱氮除磷装置的下部的布水区，水流从下至上依次从布水区流过承托区、填料区、进入出水区，排出，其中，控制水力停留时间为2-4h，优选为3h。
尤其是，在冬季将所述污水输送至脱氮除磷装置的下部的布水区，水流从下至上依次从布水区流过承托区、填料区、进入出水区，排出，其中，控制水力停留时间为6-9h，优选为8h。
特别是，输送至本发明脱氮除磷装置内的污水处理温度在10-35℃，优选为25-30℃。
其中，控制污水的pH为7-8，优选为7.3-7.6。
特别是，所述污水为低C/N比。
特别是，所述低C/N比为C/N比≤2的污水，优选为C/N比为1～2的污水。
尤其是，所述污水选择C/N比低于2，优选为C/N比为1～2的污水处理厂尾水、市政污水处理厂污水、生活污水。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明的强化脱氮除磷装置中使用的硫磺、硫铁矿、沸石和石灰石价格便宜、原材料宜于获取、工况运行稳定且无需投加外加碳源，降低了成本。
2、采用本发明的污水强化脱氮除磷装置处理污水的过程中填料区的沸石表面的阳离子极易与水中的阳离子发生离子交换，对水中的阳离子具有较强的吸附性能，可以消耗硫自养反硝化过程中产生的H+，加强系统对pH的缓冲能力。
3、本发明的污水脱氮除磷装置的填料区含有硫磺、硫铁矿、沸石和石灰石，以硫磺为电子供体的自养反硝化过程中脱氮效果较好;以硫铁矿为电子供体的自养反硝化产物生成物中存在Fe3+，加强了装置的除磷效果，同时硫自养反硝化反应过程产生H+，装置填料区内的石灰石可以保证装置内污水的pH的稳定，更有利于装置的脱氮。石灰石的存在为装置的脱氮提供了一定的碱度，且对于反硝化过程中产生的硫酸盐有一定的去除效果。
4、采用本发明的低C/N比污水脱氮除磷装置处理污水，污水的脱氮效率高，氮去除率超过91%，达到91.7-99.5%;污水除磷效率高，磷去除率超过90%，达到90.6-99.2%。
5、本发明的污水强化脱氮除磷装置将污水的氮磷去除结合，同时去除氮和磷。罐体内发生脱氮处理时，硫铁矿提供电子供体时，在厌氧条件下完成脱氮反应：NO3-+13FeS2+23H2O→12N2+23SO42-+13Fe(OH)3+13H+;当硫磺提供电子供体时，厌氧条件下完成脱氮反应：是滤池内的脱氮硫杆菌以硝酸盐为电子受体在厌氧条件下完成脱氮反应：55S+50NO3-+38H2O+20CO2+4NH4+→4C5H7O2N+25N2+55SO42-+64H+;当硫铁矿为脱氮反应提供电子供体时，产生了Fe3+,可与水中的磷酸根结合生成硫酸铁盐等难溶性物质，从而将水中的磷去除。
