申请日2020.01.10
公开(公告)日2020.04.28
IPC分类号C02F9/14; C02F101/16; C02F103/10
摘要
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种离子型稀土矿废水处理装置及工艺。离子型稀土矿废水处理装置包括依次接通的部分反硝化反应组件、短程硝化反应组件、厌氧氨氧化反应组件以及，深度脱氮组件，以供废水依次进行部分反硝化反应、短程硝化反应、厌氧氨氧化反应、深度脱氮反硝化反应，通过先利用部分反硝化技术将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，再与铵态氮进行厌氧氨氧化反应脱除，充分利用了废水中含有的硝酸盐氮，变不利为有利，使得氨氮、硝酸盐氮和总氮的去除效率高，不仅节约了处理废水过程中的供氧能耗，还可以将废水脱氮所需的外加有机碳源降至最低，显著节省了废水脱氮处理的成本。
权利要求书
1.一种离子型稀土矿废水处理装置，其特征在于，包括：部分反硝化反应组件(2)，与原水池(1)的出口接通，其用于供来自原水池(1)的废水进行部分反硝化以将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮;
短程硝化反应组件(3)，与所述部分反硝化反应组件(2)接通，用于供来自部分反硝化反应组件(2)的废水进行短程硝化反应以将一部分氨氮氧化为亚硝酸盐氮;
厌氧氨氧化反应组件(4)，与所述短程硝化反应组件(3)接通，用于供来自所述短程硝化反应组件(3)的废水进行厌氧氨氧化反应;
以及，深度脱氮组件(5)，与所述厌氧氨氧化反应组件(4)接通，用于供来自所述厌氧氨氧化反应组件(4)的废水进行深度脱氮反硝化反应。
2.根据权利要求1所述的离子型稀土矿废水处理装置，其特征在于，所述部分反硝化反应组件(2)包括：
pH调节池(21)，与所述原水池(1)接通，用于对废水的pH进行预调节;
第一储药箱(22)，用于存储调节pH的药液，与所述pH调节池(21)接通，用于向所述pH调节池(21)输送药液以调节所述pH调节池(21)内废水的pH值;
部分反硝化反应器(23)，与所述pH调节池(21)接通，用于接种部分反硝化活性污泥供废水进行部分反硝化;
第二储药箱(24)，用于存储用于调节pH的药液，与所述部分反硝化反应器(23)接通，用于向所述部分反硝化反应器(23)输送药液以调节所述部分反硝化反应器(23)内废水的pH值;
以及，第一碳源投加装置(25)，与所述部分反硝化反应器(23)接通，用于为所述部分反硝化反应器(23)提供有机碳源。
3.根据权利要求1所述的离子型稀土矿废水处理装置，其特征在于，所述短程硝化反应组件(3)包括：
短程硝化反应器(31)，与所述部分反硝化反应组件(2)接通，用于接种短程硝化活性污泥供废水进行短程硝化;
第三储药箱(32)，用于存储调节pH的药液，与所述短程硝化反应器(31)接通，用于向所述短程硝化反应器(31)输送药液以调节所述短程硝化反应器(31)内废水的pH值;
以及，曝气装置(33)，设置在所述短程硝化反应器(31)内，用于调节所述短程硝化反应器(31)内废水的溶解氧浓度。
4.根据权利要求1所述的离子型稀土矿废水处理装置，其特征在于，所述厌氧氨氧化反应组件(4)包括厌氧氨氧化反应器(41)，所述厌氧氨氧化反应器(41)与所述短程硝化反应组件(3)接通，用于接种厌氧氨氧化活性污泥，以对废水进行厌氧氨氧化。
5.根据权利要求1所述的离子型稀土矿废水处理装置，其特征在于，所述深度脱氮组件(5)包括：
深度脱氮反应器(51)，与所述厌氧氨氧化组件接通，用于接种反硝化活性污泥供废水进行深度脱氮反硝化;
以及，第二碳源投加装置(52)，与所述深度脱氮反应器(51)接通，用于为所述深度脱氮反应器(51)提供有机碳源。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的离子型稀土矿废水处理装置，其特征在于，还包括稀土回收组件(6)，所述稀土回收组件(6)设置在所述原水池(1)与所述部分反硝化反应组件(2)之间，用于回收稀土金属。
7.根据权利要求6所述的离子型稀土矿废水处理装置，其特征在于，所述稀土回收组件(6)包括：
稀土回收反应池(61)，与所述原水池(1)接通，用于供废水中的稀土金属进行中和反应;
第四储药箱(62)，用于存储可与所述稀土金属进行中和反应的药液，与所述稀土回收反应池(61)接通，用于向所述稀土回收反应池(61)输送药液;
以及，沉淀池(63)，与所述稀土回收反应池(61)接通，用于收集中和反应生成的沉淀物。
8.一种离子型稀土矿废水处理工艺，其特征在于，包括在如权利要求1-7中任一项所述的离子型稀土矿废水处理装置中接种活性污泥，然后通入废水依次进行部分反硝化反应、短程硝化反应、厌氧氨氧化反应、深度脱氮反硝化反应的步骤。
9.根据权利要求8所述的离子型稀土矿废水处理工艺，其特征在于，所述部分反硝化反应包括将废水pH值调节为8.5-9.0，C/N控制为1.8-2.5的步骤。
10.根据权利要求8或9所述的离子型稀土矿废水处理工艺，其特征在于，所述短程硝化反应包括将所述废水的溶解氧浓度控制为0.2-0.7mg/L，pH值控制为8.5-9.0的步骤。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的离子型稀土矿废水处理工艺，其特征在于，所述深度脱氮反硝化反应包括将废水的C/N控制为4-5的步骤。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的离子型稀土矿废水处理工艺，其特征在于，在将废水进行部分反硝化反应前还包括将废水的pH值调节为10-10.5以进行中和反应并沉淀回收稀土的步骤。
说明书
一种离子型稀土矿废水处理装置及工艺
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种离子型稀土矿废水处理装置及工艺。
背景技术
离子型稀土矿是一种特殊的稀土矿，其矿物中的稀土金属绝大部分以阳离子状态存在，并被吸附在不同种类的黏土矿物上，传统的选矿技术如重选、磁选、浮选等常规选矿方法无法将其进行富集回收。由于离子型稀土矿易被(NH4)2SO4等电解质溶液淋洗解吸提取出来，因此，目前离子型稀土矿的开采主要通过电解质交换使离子相稀土进入浸矿剂中而实现回收，其中，浸矿剂为硫酸铵。而在离子型稀土矿开采过程中投入大量硫酸铵作为浸矿剂会导致在矿山开采过程中及开采后，残留在尾矿砂或矿山土壤中的硫酸铵会被淋滤出来汇入地表水，与地表水混合形成氨氮、硝酸盐氮污染的废水，若该废水未加处理就直接排入环境，将造成水体富营养化，导致水质恶化，给流域水环境带来严重的污染。
对于离子型稀土矿山开采产生的废水，其与城市生活污水以及其他工业废水有着显著不同的水质特征：一是离子型稀土矿废水的pH值较低，一般在2-5;二是离子型稀土矿废水中铵态氮和硝酸盐氮同时存在，铵态氮浓度一般30-400mg/L，硝酸盐氮浓度20-200mg/L，硝酸盐氮一般为废水中总氮的30%-50%左右;三是离子型稀土矿废水中有机物浓度极低，废水出露于地表形成地表径流，除pH、氨氮、硝酸盐氮外，其它水质指标一般都能满足地表水环境III类水的标准(COD≤20mg/L,BOD5≤4mg/L);四是离子型稀土矿废水中含有较高浓度的稀土金属，而稀土金属具有较易的生物蓄积性，且具有“低促高抑”的生物效应特征。
目前，离子型稀土矿废水脱氮处理主要有硝化-反硝化生物处理工艺和折点氯化法化学处理工艺。其中，由于离子型稀土矿废水独特的水质特征，为其生物脱氮处理带来了很大困难，其中最主要的问题就是废水中有机碳源极度缺乏，导致在用传统的硝化-反硝化生物处理工艺对废水进行处理时，需要投加大量的有机碳源，从而导致废水处理运行成本高。而折点氯化法则因为要投加大量的化学试剂，导致其环境友好性差，同时成本高昂。
因此，急需开发高效低成本的新型脱氮工艺技术以对离子型稀土矿废水进行处理。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的离子型稀土矿废水处理运行成本高的缺陷，从而提供一种离子型稀土矿废水处理装置及工艺。
为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案为：
一种离子型稀土矿废水处理装置，包括：
部分反硝化反应组件，与原水池的出口接通，其用于供来自原水池的废水进行部分反硝化以将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮;
短程硝化反应组件，与所述部分反硝化反应组件接通，用于供来自部分反硝化反应组件的废水进行短程硝化反应以将一部分氨氮氧化为亚硝酸盐氮;
厌氧氨氧化反应组件，与所述短程硝化反应组件接通，用于供来自所述短程硝化反应组件的废水进行厌氧氨氧化反应;
以及，深度脱氮组件，与所述厌氧氨氧化反应组件接通，用于对来自所述厌氧氨氧化反应组件的废水进行深度脱氮反硝化。
进一步的，所述部分反硝化反应组件包括：
pH调节池，与所述原水池接通，用于对废水的pH进行预调节;
第一储药箱，用于存储调节pH的药液，与所述pH调节池接通，用于向所述pH调节池输送药液以调节所述pH调节池内废水的pH值;
部分反硝化反应器，与所述pH调节池接通，用于接种部分反硝化活性污泥供废水进行部分反硝化;
第二储药箱，用于存储用于调节pH的药液，与所述部分反硝化反应器接通，用于向所述部分反硝化反应器输送药液以调节所述部分反硝化反应器内废水的pH值;
以及，第一碳源投加装置，与所述部分反硝化反应器接通，用于为所述部分反硝化反应器提供有机碳源。
进一步的，所述短程硝化反应组件包括：
短程硝化反应器，与所述部分反硝化反应组件接通，用于接种短程硝化活性污泥对废水进行短程硝化;
第三储药箱，用于存储调节pH的药液，与所述短程硝化反应器接通，用于向所述短程硝化反应器输送药液以调节所述短程硝化反应器内废水的pH值;
以及，曝气装置，设置在所述短程硝化反应器内，用于调节所述短程硝化反应器内废水的溶解氧浓度。
进一步的，所述厌氧氨氧化反应组件包括厌氧氨氧化反应器，所述厌氧氨氧化反应器与所述短程硝化反应组件接通，用于接种厌氧氨氧化活性污泥，以对废水进行厌氧氨氧化。
进一步的，所述深度脱氮组件包括：
深度脱氮反应器，与所述厌氧氨氧化组件接通，用于接种反硝化活性污泥对废水进行深度脱氮反硝化;
以及，第二碳源投加装置，与所述深度脱氮反应器接通，用于为所述深度脱氮反应器提供有机碳源。
进一步的，还包括稀土回收组件，所述稀土回收组件设置在所述原水池与所述部分反硝化反应组件之间，用于回收稀土金属。
进一步的，所述稀土回收组件包括：
稀土回收反应池，与所述原水池接通，用于供废水中的稀土金属进行中和反应;
第四储药箱，用于存储可与所述稀土金属进行中和反应的药液，与所述稀土回收反应池接通，用于向所述稀土回收反应池输送药液;
以及，沉淀池，与所述稀土回收反应池接通，用于收集中和反应生成的沉淀物。
本发明还提供一种离子型稀土矿废水处理工艺，包括在如上述所有方案中任一项所述的离子型稀土矿废水处理装置中接种活性污泥，然后通入废水依次进行部分反硝化反应、短程硝化反应、厌氧氨氧化反应、深度脱氮反硝化反应的步骤。
进一步的，所述部分反硝化反应包括往部分反硝化反应组件内投加投机碳源，并将pH值调节为8.5-9.0，C/N控制为1.8-2.5的步骤。
进一步的，所述短程硝化反应包括将所述废水的溶解氧浓度控制为0.2-0.7，pH值控制为8.5-9.0的步骤。
进一步的，所述深度脱氮反应包括将废水的C/N控制为4-5的步骤。
进一步的，在将废水进行部分反硝化反应前还包括将废水的pH值调节为10-10.5以进行中和反应并沉淀回收稀土的步骤。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的离子型稀土矿废水处理装置，通过耦合部分反硝化组件、短程硝化组件、厌氧氨氧化组件和深度脱氮组件，并设置几组组件的排布顺序，先利用部分反硝化技术将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮硝酸盐氮，再与铵态氮进行厌氧氨氧化反应脱除，充分利用了废水中含有的硝酸盐氮，变不利为有利，使得氨氮、硝酸盐氮和总氮的去除效率高，不仅节约了处理废水过程中的供氧能耗，还可以将废水脱氮所需的外加有机碳源降至最低，显著节省了废水脱氮处理的成本。
2.本发明提供的离子型稀土矿废水处理装置，部分反硝化组件包括pH调节池、第一储药箱、部分反硝化反应器、第二储药箱以及第一碳源投加装置，通过第一储药箱对pH调节池内的废水进行预调节，然后再通过第二储药箱与第一碳源投加装置对废水的pH值及碳氮比进行调节，使得部分反硝化反应器内的环境适于部分反硝化活性污泥进行污水生化处理，部分反硝化活性污泥在部分反硝化反应器中将废水中的硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，不仅为后续的厌氧氨氧化反应提供了必须的亚硝酸盐基质，同时，废水进入短程硝化组件时存在的亚硝酸盐氮能对硝酸盐氧化细菌(NOB)进行有效的抑制，从而使得后续的短程硝化反应能够更加容易实现，另外，通过部分反硝化组件将废水中的硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，相比较于现有技术中的将硝酸盐氮完全反硝化为氮气的脱氮技术，所需的C/N大为降低，从而可以节约外加有机碳源，进而节省废水脱氮成本。
3.本发明提供的离子型稀土矿废水处理装置，短程硝化反应组件包括短程硝化反应器、第三储药箱以及曝气装置，通过第三储药箱以及曝气装置对废水的pH值以及溶解氧浓度进行调节，使得短程硝化活性污泥可以在最佳的环境下进行污水生化处理而将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，相较于全程硝化，节省了供氧量，从而节省了曝气能耗，节省废水处理成本。
4.本发明提供的离子型稀土矿废水处理装置，厌氧氨氧化组件包括厌氧氨氧化反应器，厌氧氨氧化活性污泥在厌氧氨氧化反应器内进行厌氧氨氧化反应进行脱氮，厌氧氨氧化是一种自养型脱氮技术，不需要外加有机碳源，从而可以显著降低废水生物脱氮的成本。
5.本发明提供的离子型稀土矿废水处理装置，深度脱氮反应组件包括深度脱氮反硝化反应器以及第二碳源投加装置，通过第二碳源投加装置往深度脱氮反应器内投加碳源，使得反硝化活性污泥可以将未处理完的硝酸盐氮、短程硝化反应组件生成的硝酸盐氮以及厌氧氨氧化反应组件生成的硝酸盐氮进一步通过反硝化作用去除，从而可以将废水的硝酸盐氮控制在较低的浓度，提高了总氮的去除率。
6.本发明提供的离子型稀土矿废水处理装置，通过在原水池与部分反硝化反应组件之间设置稀土回收组件，通过先对废水中的稀土金属进行回收后再将废水通入至部分反硝化反应组件等进行生物处理，一方面，使得废水中的稀土金属资源得到了回收，创造了效益，避免了资源的浪费，另一方面，可以避免稀土金属对后续废水生物处理环节中的微生物产生抑制而导致废水生物处理环节无法顺利进行的情况发生。
7.本发明提供的离子型稀土矿废水处理工艺，通过依次对废水进行部分反硝化反应、短程硝化反应、厌氧氨氧化反应、深度脱氮反硝化反应，充分利用了废水中含有的硝酸盐氮，变不利为有利，使得氨氮、硝酸盐氮和总氮的去除效率高，不仅节约了处理废水过程中的供氧能耗，还可以将废水脱氮所需的外加有机碳源降至最低，显著节省了废水脱氮处理的成本。（发明人张大超;苏昊;赖城;肖隆文;安特维﹒菲利普;邓晓裕）
