技术领域

本发明属于污水深度处理领域， 具体地说， 涉及一种天然磁黄铁矿生物滤池以及利用其 同步去除水中硝氮和磷的方法。

背景技术

传统的水处理生物脱氮过程是消化菌在好氧的 情况下将铵氮转化为硝氮， 异养反硝化菌 在缺氧的情况下将硝氮转化为氮气， 实现水中氮的去除。 传统的水处理生物除磷过程是除磷 菌在厌氧的情况下释放磷， 在好氧的情况下过量吸收磷， 并大量繁殖， 最终通过排出过量吸 收磷的除磷菌生物体实现磷从水中去除。生物 脱氮和生物除磷这两个过程都有好氧和缺氧（ 厌 氧）两个阶段， 当将它们串联使用或者合并使用 （即为 A ² /0同步脱氮除磷工艺） 时， 整个水 处理工艺非常长而复杂。 脱氮和除磷这两个过程分别以脱氮菌和除磷菌 的生命活动为基础， 在除磷过程中它们的污泥龄不同， 对厌氧环境的要求不同， 都需要溶解氧和碳源。 因此当将 这两种微生物整合在一个工艺里进行同步脱氮 除磷时， 不可避免地存在污泥龄与厌氧条件的 平衡问题、 微生物之间不可避免地存在对溶解氧和有机物 的竞争。 这种平衡与竞争使得在水 处理过程中工艺控制困难， 脱氮效果和除磷效果难以兼得。 而且这个工艺都依赖于水中的有 机物， 当水中有机物不足 （低 C/N比） 时， 为了取得好的脱氮除磷效果不得不向水中添加 甲 醇等有机物， 这又增加了水处理成本， 而且也带来了出水 COD不达标的风险。

针对低 C/N比污水的脱氮问题， 人们研发了硫自养反硝化技术， 如硫黄 /石灰石自养反硝 化系统 （SLAD)， 该技术不需要碳源就可实现反硝化脱氮。 但是该技术存在出水中钙离子、 硫酸盐浓度过高， 除磷效果差的问题。

针对 SLAD 存在的问题， 中国专利 "黄铁矿作为生化填料脱氮除磷的方法 (ZL201010524339.3 ) "公开了黄铁矿和石灰石配合实现同步脱氮除� �的方法。该方法依靠黄 铁矿的厌氧生物氧化过程实线了硫自养反硝化 脱氮和化学除磷的有机结合。 但是存在需要石 灰石中和水的 pH、 钙离子含量仍然很高、 脱氮能力不高， 需要 5天时间才能将 30 mg/L硝氮 从污水中完全去除， 且低于 20Γ时效果不佳。

无论是 SLAD还是利用黄铁矿的同步脱氮除磷方法， 其反应器中都有辅助材料石灰石， 其用途主要是中和所产生的 H ⁺ ， 保证脱氮除磷过程的正常进行。 石灰石本身并不起到同步脱 氮除磷的作用却占据了反应器相当大的体积， 减少了单位体积反应器同步脱氮除磷的效率。 中国专利 "一种含氮磷污水同步脱氮除磷的方法 （专利申请号： 201210095370.9) "公开 了利用工业产品硫化亚铁同步去除水中氮和磷 的方法。 该方法利用硫化亚铁在间歇反应器中 在严格控制厌氧条件下实现水中氮和磷的同步 去除。 对于含 53 mg/L硝氮， 1.14 mg/L磷的废 水， 经该方法处理 2d后， 硝氮去除率为 73.6%， 磷的去除率为 97.4%， 取得了较好的同步脱 氮除磷效果。 但是该方法不能连续运行、 需要使用二氧化碳吹脱保持严格的厌氧条件、 处理 完毕后还需要固液分离的工序等问题， 实用性较差。

发明内容

1、 要解决的问题

针对处理低碳氮比污水时传统生物水处理工艺 如 A ² /0等同步脱氮除磷效果不佳； 硫黄 / 石灰石系统具有很好的脱氮效果， 但是基本没有除磷效果； 黄铁矿 /石灰石系统有很好的脱氮 除磷效果， 但是脱氮速率很低， 而且需要添加辅助材料石灰石； 利用工业品硫化亚铁的硫自 养脱氮除磷系统在保持较高脱氮除磷效果的情 况下提高了脱氮速率， 但是该技术对厌氧环境 要求较高， 只能间歇运行， 处理水的能力不佳， 微生物培养液复杂， 处理成本较高， 实际应 用价值低等现有技术存在的问题， 本发明提供了一种天然磁黄铁矿生物滤池以及 利用其同步 去除水中硝氮和磷的方法， 其利用单一磁黄铁矿， 在连续进水的情况下， 脱氮硫杆菌以磁黄 铁矿为硫源还原硝酸根为氮气， 代谢产物铁离子及磁黄铁矿本身用来去除水中 的磷， 实现高 效同步脱氮除磷， 在磁黄铁矿进行同步脱氮除磷的过程中产生的 H+很少， 不需要添加石灰石 进行中和， 从而大大提高了单位反应器处理能力。

2、 技术方案

为了解决上述问题， 本发明所采用的技术方案如下：

一种天然磁黄铁矿生物滤池以及利用其同步去 除水中硝氮和磷的方法， 其步骤为：

( 1 ) 生物滤池填料制备与构建： 将磁黄铁矿制备成颗粒材料， 粒度在 2-20mm之间； 将 颗粒状磁黄铁矿装填于反应器之中，然后用清 水冲洗反应器， 当冲洗出水的 pH在 6-7之间则 停止冲洗， 实际使用时， 等出水口的出水基本不带颜色则可以停止冲洗 ； 所述的反应器底部 设有进水口， 顶部设有出水口； 反应器为圆柱形反应柱时效果最佳；

(2)生物滤池的启动： 将厌氧污泥与营养液混合成混合营养液， 用泵将混合营养液从进 水口泵入反应器的底部， 混合营养液从出水口流出后再从进水口泵入反 应器， 循环泵入， 直 到硝氮去除率基本稳定；

(3) 生物滤池的运行： 将待处理污水通过进水口泵入经过步骤 （2) 中完成启动的反应 器， 根据污水硝氮浓度调节水力停留时间在 12-48小时之间， 完成污水中硝氮与磷的同步去 除， 出水达标排放。 优选地， 所述的步骤 （2 ) 中厌氧污泥为普通的污水处理厌氧污泥。

优选地， 所述的步骤 （2 ) 中生物滤池的启动过程中混合营养液的水力停 留时间为 12-24 小时。

优选地，所述的步骤（2 )中营养液的成分及含量为： Na ₂ S ₂ 0 ₃ ·5¾0 5g/L、 KN0 ₃ 2g/L、 KH ₂ P0 ₄ 0.1g/L NaHC0 ₃ 2g/L。 本发明人意外的发现， 在磁黄铁矿的粒度在 2-20mm之间 时， 由于天然磁黄铁矿微溶于水， 能够提供微生物所需的其它营养元素， 营养液只需提供微 生物生长所需的主要元素， 因此相比中国专利 "黄铁矿作为生化填料脱氮除磷的方法

( ZL201010524339.3 ) 和 "一种含氮磷污水同步脱氮除磷的方法 （专利申请号： 201210095370.9 ) 中的微生物培养液， 本发明中的微生物营养液成分得到大幅度的简 化。 本发明的技术原理是利用硫自养反硝化细菌的 生理生化特性，通过控制磁黄铁矿的粒度、 生物滤池的启动参数控制， 使得本发明一方面可以使硫自养反硝化细菌呼 吸硝酸根脱氮， 另 一方面该类细菌以天然磁黄铁矿为能源， 天然磁黄铁矿的代谢产物用来除磷， 实现生物脱氮 与化学脱氮的自然耦合。 磁黄铁矿在微生物的作用下与硝酸根的反应式 如下：

s e s . , 1 _Λ i ,

³ S 9 " 9 - ' - 2 " " 9 (1)

中国专利 "黄铁矿作为生化填料脱氮除磷的方法 （ZL201010524339.3 ) 中黄铁矿在微生 物的作用下与硝酸根的反应式如下：

1 2 1 2 , 1 1 ^

NQ^ + - FeS ₂ +― 0→— ₇ + - SO " + - Fe(OH), + (2)

" 3 ^ 3 — 2 " 3 3 3

从中可见去除同样多的硝酸根， 使用磁黄铁矿时所产生的 Η+只有使用黄铁矿时产生的

Η+的三分之一， 极大地减少了碱度的需求量， 因而只需利用水中的碱度就可以保持系统的 ρΗ 变化不大， 因此在本发明的磁黄铁矿生物滤池中无需再使 用石灰石。

一种利用天然磁黄铁矿同步去除水中硝氮和磷 的生物滤池， 为上面经过步骤（1 )和步骤

( 2 ) 处理后的反应器。

3、 有益效果

相比于现有技术， 本发明的有益效果为：

( 1 )本发明将磁黄铁矿制备成颗粒材料， 粒度在 2-20mm之间； 将颗粒状磁黄铁矿装填 于反应器之中， 然后反应器经过启动， 可以同步去除低碳氮比污水中的硝酸盐和磷， 适合于 污水脱氮除磷深度处理， 以及富营养化水体的处理；

( 2 )本发明所用的磁黄铁矿廉价易得， 经过本发明的启动步骤启动后反应器在处理低 碳 氮比污水时， 反应过程中基本不产生 H ⁺ ， 无需添加中和剂， 自养反硝化脱氮与化学除磷有机 结合， 同时去除水中的硝酸盐和磷；

( 3 )本发明脱氮除磷效率高、 效果好， 只需消耗天然磁黄铁矿， 方法简单、 实用， 单位 反应器处理能力高。

附图说明

图 1是本发明实施例 1中处理人工配水同步脱氮除磷效果；

图 2是本发明实施例 2中处理人工配水同步脱氮除磷效果；

图 3是本发明实施例 3中处理人工配水同步脱氮除磷效果；

图 4是本发明实施例 4中处理污水处理厂二级出水的脱氮效果；

图 5是本发明实施例 4中处理污水处理厂二级出水的除磷效果。

具体实 式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的 说明。

实施例 1

处理对象由自来水、 磷酸二氢钾和硝酸钾组成的人工配制污水， 其中部分污染物的含量 为： N0 ₃ --N 27mg/L， P0 ₄ ³ "-P 6mg/L, 水温 18°C。 其处理步骤为：

( 1 ) 生物滤池填料制备与构建： 将磁黄铁矿制备成颗粒材料， 粒度在 2-20mm之间； 将 颗粒状磁黄铁矿装填于反应器之中， 然后用清水冲洗反应器， 等出水口的出水基本不带颜色 则可以停止冲洗； 测量发现冲洗水 pH为 6， 反应器底部设有进水口， 顶部设有出水口； 反应 器为圆柱形反应柱， 其高径比为 3 : 1。 圆柱体上连接圆锥体， 便于均匀进出水；

(2)生物滤池的启动： 将厌氧污泥与营养液混合成混合营养液， 用泵将混合营养液从进 水口泵入反应器的底部， 水力停留时间为 12小时， 混合营养液从出水口流出后再从进水口泵 入反应器， 循环泵入， 直到硝氮去除率基本稳定； 营养液的成分及含量为： Na ₂ S ₂ 0 ₃ * 5H ₂ 0 5g/L、 KN0 ₃ 2g/L、 KH ₂ P0 ₄ 0.1g/L、 NaHC0 ₃ 2g/L _; 混合营养液的水力停留时间为 12小 时；

( 3 ) 生物滤池的运行： 将待处理人工配制污水通过进水口泵入经过步 骤 （2) 中完成启 动的反应器， 本实施例的水力停留时间为 12小时， 运行一个月， 每 2天取样分析， 结果如图 1 所示； 完成污水中硝氮与磷的同步去除， 出水达标排放。 最终出水硝氮稳定在 7mg/L， 磷 酸盐磷稳定在 0.3 mg/L， 硝氮去除率 74%， 磷去除率 95%。

实施例 2

同实施例 1， 所不同的是： 步骤 （2 ) 中生物滤池的启动过程中混合营养液的水力停 留时 间为 24小时。 将完成启动后的反应器泵入待处理废水， 水力停留时间为 24小时， 运行一个 月，每 2天取样分析，结果如图 2所示。最终出水硝氮稳定在 1.13mg/L，磷酸盐磷稳定在 0.22 mg/L， 硝氮去除率 95.8%， 磷去除率 96.3%。

实施例 3

同实施例 1， 所不同的是： 步骤 （2 ) 中生物滤池的启动过程中混合营养液的水力停 留时 间为 20小时。 反应器的外形结构为长方体， 则长方体长与宽之比等于 3： 1。

试验用水由自来水、 磷酸二氢钾和硝酸钾组成的人工配制污水， N0 ₃ — -N 28mg/L， P0 ₄ ³ "-P 12mg/L, 水温 18°C ; 将完成启动后的反应器泵入待处理废水， 水力停留时间为 24小时， 运 行一个月， 每 2天取样分析， 结果如图 3所示。 最终出水硝氮稳定在 2.03mg/L， 磷酸盐磷稳 定在 0.47 mg/L， 硝氮去除率 92.8%， 磷去除率 96.1%。

实施例 4

同实施例 1， 所不同的是： 磁黄铁矿生物滤池处理的是某污水处理厂的二 级出水， 该二 级出水硝氮与磷平均浓度分别为 29.99±17.58mg/L和 3.99±2.36 mg/L。 每两天采集一次样本， 测量结果如图 4和图 5所示， 出水硝氮、 磷浓度分别为 4.02±3.61mg/L和 0.37±0.25 mg/L， 对 硝氮、 磷的平均去除率分别为 88.39±6.08%和 86.99±11.4%。 反应器的外形结构为长方体， 长 与宽之比等于 3： 1。