申请日2019.12.11
公开(公告)日2020.04.07
IPC分类号C02F9/14; C02F101/16
摘要
本发明涉及一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统、方法及其应用，属于污水处理技术领域。本发明采用自养反硝化滤池作为该类废水的预处理系统，一方面利用含硫尾矿制备的高活性生物滤料，无需外加有机碳源，利用硫化物作为电子供体，脱氮硫杆菌进行自养反硝化脱氮。污水处理预处理，选用生物滤池作为预处理系统，目前未见报道。高硝酸盐工业废水通过生物滤池中脱氮硫杆菌的自养反硝化可大大降低废水中硝酸盐氮浓度，总氮(TN)浓度降至45mg/L以下，达到污水排入城镇下水道水质标准要求，处理后废水再通过后续污水处理厂处理，可实现出水总氮达标排放。
权利要求书
1.一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统，其特征在于，包括筒体，其中：
所述筒体内设有滤板，滤板的上方设有滤料层，所述滤料层由自养反硝化生物滤料填充而成;
所述筒体的底端设有污水进水口，所述筒体的上端设有污水出水口，污水进水口通过污水进水管道与待处理污水连接，污水进水管道上设有蠕动泵，污水出水口通过污水出水管道与后续的污水生物脱氮系统连接;
所述筒体的底端还设有反冲洗出水口，所述筒体的上端还设有反冲洗进水口，所述反冲洗入水口与反冲洗出水口与外部的反冲洗装置连接;
所述滤料层的上端低于污水出水口和反冲洗进水口;
所述筒体的上端还设有排气口。
2.根据权利要求1所述的一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统，其特征在于，所述滤板的平均孔径为10mm。
3.根据权利要求1所述的一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统，其特征在于，所述自养反硝化生物滤料是以含硫尾矿为原料制备获得，该生物滤料的组分包括：经石灰石活化处理的含硫尾矿、石灰石、污泥生物碳和粘结剂，制备方法包括：
(1)含硫尾矿的活化处理
将含硫尾矿粉碎，加入石灰石混合均匀，在惰性氛围下进行活化处理，获得活化的含硫尾矿;
(2)污泥生物炭的制备
将污水处理过程中的剩余污泥干燥后加入氯化锌活化，在氮气氛围下进行碳化处理，获得污泥生物炭;
(3)将活化的含硫尾矿和污泥生物炭研磨后，与石灰石混合，加入粘结剂粘，制成粒径均匀的生物滤料。
4.根据权利要求1所述的一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统，其特征在于，所述滤料层的高度为1m，滤料平均粒径为30-40mm。
5.根据权利要求1所述的一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统，其特征在于，所述预处理系统还包括支架和设于支架上的卡箍，所述筒体通过卡箍竖直固定在支架上。
6.根据权利要求1所述的一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统，其特征在于，所述蠕动泵为一种蠕动计量泵。
7.根据权利要求1所述的一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统，其特征在于，所述滤料层的上端距离污水出水口为5cm。
8.一种基于权利要求1-7任一所述的高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统进行高硝酸盐工业废水预处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：生物滤池的挂膜与启动：
取含硝酸盐废水为进水，取污水厂回流污泥为接种污泥，将含硝酸盐废水与接种污泥混合，通过污水进水口输入进行挂膜，连续运行，直至生物滤料表面形成一层浅棕色生物膜，表明挂膜成功;
步骤二：高硝酸盐工业废水的预处理
将待处理的高硝酸盐工业废水通过污水进水口输入筒体内，控制废水上升流速，使生物滤料在预处理系统处于微膨胀状态进行自养反硝化脱氮，进而去除废水中硝酸盐，处理后的废水经废水出水管排出，完成预处理;
步骤三：反冲洗
预处理系统运行一定时间后，利用反冲洗系统对预处理系统内的生物滤料进行反冲洗。
9.根据权利要求8所述的一种高硝酸盐工业废水预处理的方法，其特征在于，所述步骤二中，废水上升流速为10-15m/h，废水在生物滤料中停留时间为20-25min。
10.一种如权利要求1-7任一所述的高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统在作为污水生物脱氮处理工艺的前处理设备中的应用。
说明书
一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统、方法及其应用
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统、方法及其应用。
背景技术
随着城市建设及工业的迅速发展，污水量与日俱增。目前我国城市污水一般都汇入市政或工业园区排水设施。由于工业废水成分复杂，水质水量波动较大，高负荷进水对污水处理厂生化系统冲击较大，可以导致微生物失活，工艺运行短期瘫痪，直接影响污水处理效能。
市政或工业园区排水系统配套的污水处理厂工艺主要针对污染物为COD、BOD5、总氮、硝酸盐氮、总磷、SS等，主体工艺多采用氧化沟、SBR等活性污泥法，对进入污水处理厂的污染物有进水水质要求、可生化性大于0.3;对农药厂、生物制药厂、化工厂废水中的一些含氮复杂苯环结构的污染物不具备针对性的处理能力，这些污染物抑制生化处理工艺的运行。所以管理部门要求工业废水在接入市政或工业园区管网时必须进行必要的预处理，使废水满足管网接入标准。目前，工业废水排入城镇下水道(市政或工业园区管网)一般须满足《污水排入城镇下水道水质标准(GB/T31962-2015)》或《污水综合排放标准(GB8978-1996)》要求。
农药厂、生物制药厂、产品含氮的化工厂高硝酸盐废水成份复杂，总氮和硝酸盐氮均远远高于管网接入标准，且高氮低碳、高盐并含有大量难降解物质，可生化性差，在原有工艺条件不变的情况下，废水处理效果不理想，出水水质难以达到排放标准。故须先经过厂内预处理单元，降低污染负荷，满足《污水排入城镇下水道水质标准(GB/T31962-2015)》要求，TN浓度降至45mg/L以下，以达到后续污水处理厂的进水水质要求，确保整个处理工艺系统高效、稳定运行。
高硝酸盐工业废水由于高氮低碳、可生化性差，目前脱氮技术主要为投加有机碳源和无机物。外加有机碳源，满足反硝化细菌脱氮对碳源的需求，但添加过量有引起二次污染的风险，处理成本增加且出水仍然无法实现达标排放;投加无机物可作为反硝化菌电子供体，实现自养反硝化脱氮，提高系统脱氮效率，解决进水的碳源缺乏问题。
生物滤池通常作为污(废)水处理的三级(深度)处理，用于污(废)水进一步脱氮除磷，实现出水达标排放和现有污水处理的提标改造。将生物滤池用于污(废)水预处理未见文献报道。自养反硝化滤池作为高硝酸盐工业废水的预处理系统，一方面利用含硫尾矿制备的高活性生物滤料，无需外加有机碳源，利用硫化物作为电子供体，脱氮硫杆菌进行自养反硝化脱氮。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统、方法及其应用，解决传统投加有机碳源进行预处理时，处理成本增加，且效率较低的技术问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供了一种高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统，包括筒体，其中：
所述筒体内设有滤板，滤板的上方设有滤料层，所述滤料层由自养反硝化生物滤料填充而成;
所述筒体的底端设有污水进水口，所述筒体的上端设有污水出水口，污水进水口通过污水进水管道与待处理污水连接，污水进水管道上设有蠕动泵，污水出水口通过污水出水管道与后续的常规污水生物脱氮系统连接;待处理的高硝酸盐工业废水采用上向流方式，通过蠕动泵进水，经过滤板均匀布水后通过自养反硝化生物滤料处理，处理后的废水由污水出水口输出给后续的污水生物脱氮系统，完成预处理;
污水脱氮预处理过程中会产生硫酸盐，影响脱氮效果，因此，所述筒体的底端还设有反冲洗出水口，所述筒体的上端还设有反冲洗进水口，所述反冲洗入水口与反冲洗出水口与外部的反冲洗装置连接，用于对预处理系统内的生物滤料进行反冲洗，实现生物滤料的重复循环利用;
所述滤料层的上端低于污水出水口和反冲洗进水口;
所述筒体的上端还设有排气口，用于排出污水预处理过程中产生的氮气等气体。
作为本发明进一步的优化方案，所述滤板的平均孔径为10mm。
作为本发明进一步的优化方案，所述自养反硝化生物滤料是以含硫尾矿为原料制备获得，该生物滤料的组分包括：经石灰石活化处理的含硫尾矿、石灰石、污泥生物碳和粘结剂，制备方法包括：
(1)含硫尾矿的活化处理
将含硫尾矿粉碎，加入石灰石混合均匀，在惰性氛围下进行活化处理，获得活化的含硫尾矿;
(2)污泥生物炭的制备
将污水处理过程中的剩余污泥干燥后加入氯化锌活化，在氮气氛围下进行碳化处理，获得污泥生物炭;
(3)将活化的含硫尾矿和污泥生物炭研磨后，与石灰石混合，加入粘结剂粘，制成粒径均匀的生物滤料。
作为本发明进一步的优化方案，所述滤料层的高度为1m，滤料平均粒径为30-40mm。
作为本发明进一步的优化方案，所述预处理系统还包括支架和设于支架上的卡箍，所述筒体通过卡箍竖直固定在支架上。
作为本发明进一步的优化方案，所述蠕动泵为一种蠕动计量泵，用于控制流入预处理系统中的待处理污水的量。
本发明还提供了一种基于上述高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统进行高硝酸盐工业废水预处理的方法，包括以下步骤：
步骤一：生物滤池的挂膜与启动：
取含硝酸盐废水为进水，取污水厂回流污泥为接种污泥，将含硝酸盐废水与接种污泥混合，通过污水进水口输入进行挂膜，连续运行，直至生物滤料表面形成一层浅棕色生物膜，表明挂膜成功;
步骤二：高硝酸盐工业废水的预处理
将待处理的高硝酸盐工业废水通过污水进水口输入筒体内，控制废水上升流速，使生物滤料在预处理系统处于微膨胀状态进行自养反硝化脱氮，进而去除废水中硝酸盐，处理后的废水经废水出水管排出，进入下一步的污水生物脱氮系统中;
步骤三：反冲洗
预处理系统运行一定时间后，利用反冲洗系统对预处理系统内的生物滤料进行反冲洗。
作为本发明进一步的优化方案，所述步骤二中，废水上升流速为10-15m/h，废水在生物滤料中停留时间为20-25min。
本发明还提供了上述高硝酸盐工业废水脱氮预处理系统在作为污水生物脱氮处理工艺的前处理设备中的应用。
本发明的原理为：
本发明基于投加无机盐脱氮技术，采用自养反硝化滤池作为该类废水的预处理系统，一方面利用含硫尾矿制备的高活性生物滤料，无需外加有机碳源，利用硫化物作为电子供体，脱氮硫杆菌进行自养反硝化脱氮。污水处理预处理，选用生物滤池作为预处理系统，目前未见报道。高硝酸盐工业废水通过生物滤池中脱氮硫杆菌的自养反硝化可大大降低废水中硝酸盐氮浓度，TN浓度降至45mg/L以下，达到《污水排入城镇下水道水质标准(GB/T31962-2015)》要求，处理后废水再通过后续污水处理厂处理，可实现出水总氮达标排放。
本发明的有益效果在于：
1)通过生物滤池预处理后能降低污废水中的硝酸盐浓度，进而能提高生物滤池出水的C/N比，为常规污水生物脱氮工艺中微生物提供合适的C/N，实现不外加有机碳源时，高硝酸盐的工业废水出水的TN和硝酸盐达标排放。
2)利用含硫尾矿制备的高活性生物滤料，硫化物作为电子供体，在脱氮硫杆菌作用下，无需外加碳源，实现自养反硝化脱氮。高活性的生物滤料是以含硫尾矿、污水厂剩余污泥为主要原料，石灰石作为中和剂，磷酸二氢铝为粘结剂，主要原料都是环境中的固体废物，以其为原料制备的生物滤料用于高硝酸盐工业废水脱氮，实现了“以废治废”的目标。（发明人黄显怀;刘俊;向凤;伍昌年;凌琪;陶森森;陈嘉雄;丁伟）
