專利名稱：：鐵內(nèi)電解與生物耦合的一體化脫氮除磷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于水處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種鐵內(nèi)電解與生物耦合的一體脫氮除磷方法。
背景技術(shù)：
：污水生物處理的目標傳統(tǒng)上只有一個，即從污水中去除耗氧性的有機物質(zhì)(通常以COD表示)，但是無數(shù)水污染事例均表明，污水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)排入水體(尤其是封閉性水域)將產(chǎn)生一系列相當嚴重的富營養(yǎng)化問題。因此，現(xiàn)代污水生物處理不僅需要從污水中去除COD，而且還要脫氮除磷。這就要求在同一個污水處理工藝系統(tǒng)中同時具備多種處理功能。一般來說，只要污水中沒有大量難降解有機物，COD的去除是比較容易實現(xiàn)的。而氮磷脫除則比較復雜，一般需涉及硝化、反硝化、微生物釋磷和吸磷等過程。上述每一個過程的目的不一樣，對微生物組成、基質(zhì)類型及環(huán)境條件的要求也不一樣。例如，硝化需要長泥齡的硝化菌和好氧條件，反硝化則需要短泥齡的脫氮菌和缺氧條件；釋磷需要短泥齡的聚磷菌和厭氧條件，而吸磷則需要好氧條件。由于各過程的要求不同，在同一污水處理工藝系統(tǒng)中就不可避免地產(chǎn)生了各過程間的矛盾關(guān)系，即泥齡問題、碳源問題和硝酸鹽問題。如何處理好這些矛盾關(guān)系，使各自所需的反應條件有機地結(jié)合起來從而達到處理目的，是一個重要而艱巨的課題。生物鐵法可在同一反應器的同一時段通過化學除磷和強化生物脫氮來滿足同一工藝系統(tǒng)的脫氮與除磷要求，其原理在于鐵是一種很好的混凝劑，水解后形成的氫氧化鐵對懸浮物和膠體物質(zhì)有很強的吸附凝聚作用，實現(xiàn)了化學除磷，從源頭上解決了脫氮除磷的各種矛盾關(guān)系；鐵是微生物生長的必要元素，是生物氧化酶系中細胞色素的重要組成部分，在生物氧化中起著電子傳遞作用，對細菌繁殖和酶的分泌有著一定的促進作用，有助于提高污泥濃度，并且鐵離子能夠加大細胞膜的滲透性，從而加快營養(yǎng)物質(zhì)的吸收速度，促進硝化和反硝化作用。但目前生物鐵的培養(yǎng)馴化主要是通過投加鐵鹽來實現(xiàn)的，存在著幾個嚴重的不足一是需要增設加藥裝置，初期投資和動力費較高；二是必須維持活性污泥中鐵的平衡，因為出水及污泥中都會帶走一部分鐵，如若不能保障鐵的供給平衡，會嚴重影響處理的效果。鐵內(nèi)電解法通過電化學腐蝕過程的綜合作用，實現(xiàn)大分子有機污染物的斷鏈、發(fā)色與助色基團的脫色，提高污水的可生化性，增加了污水中易降解有機碳源的數(shù)量，并且可以連續(xù)溶出有利于除磷固磷、微生物生長和提高生物脫氮效率的鐵離子。因此，在生化池中適當位置安裝鐵內(nèi)電解床形成的生物鐵填料法，不同于投加鐵鹽的方法，它無需另設加藥裝置，僅僅通過鐵內(nèi)電解作用就可以提高污水的可生化性并向生化池中源源不斷的供給鐵離子，既節(jié)省基建費用，又降低了運行的成本。但是，生物鐵填料法目前僅在含抗生素、中藥等難降解有機污水的處理中有所應用，目的是強化有機物的去除，對于強化污水同時脫氮除磷的研究未見報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種鐵內(nèi)電解與生物耦合的一體化脫氮除磷方法。本發(fā)明提出的鐵內(nèi)電解與生物耦合的一體化脫氮除磷方法，采用鐵內(nèi)電解一SBR脫氮除磷裝置對廢水進行脫氮除磷處理，由SBR反應器、鐵內(nèi)電解床、壓縮空氣輸入設備、曝氣設備、攪拌設備組成，鐵內(nèi)電解床通過多孔隔板置于SBR反應器上部；SBR反應器上側(cè)部設有進水口，中、下側(cè)部設有取樣口，SBR反應器底部設有排泥放空管和曝氣管；曝氣設備位于SBR反應器下方，壓縮空氣輸入設備通過管道連接曝氣設備；攪拌設備從上部進入SBR反應器；具體步驟如下(1)鐵內(nèi)電解床的制備將鐵內(nèi)電解材料采用油壓機壓制成單元化填料，并根據(jù)廢水的不同情況，單元化填料以充填率為0.1-0.5置于SBR反應器內(nèi)；或者將單元化填料先放入由銅材、不銹鋼、碳鋼制成的箱式或籠式反應器內(nèi)，再將該箱式或籠式反應器放入SBR反應器內(nèi)；(2)鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)活性污泥的馴化:A、向待處理廢水中加入200800mg/L葡萄糖和40~200mg/LNH4Cl，混合均勻得到混合液，使混合液中的COD質(zhì)量濃度為500600mg/L，NH4+—N質(zhì)量濃度為4080mg/L;B、將步驟(A)所得混合溶液加入SBR池反應器內(nèi)，同時向SBR反應器中加入經(jīng)過靜止沉淀并棄出上清液的種污泥，其中廢水的加入量為SBR反應器體積的40%-55%,種污泥的加入量為SBR反應器體積的20-35%;C、將步驟(B)所得產(chǎn)物在SBR反應器內(nèi)曝氣12-16小時，再沉淀1.5-2.5小時，所得上清液排放，上清液排出量與步驟(B)中混合溶液的加入量相同；保持SBR反應器內(nèi)混合物中溶解氧為4.5-5.5g/L;D、重復步驟(C)，直至污泥鏡檢發(fā)現(xiàn)其外觀呈淺褐色，菌膠團緊密，有許多游泳型纖毛蟲、鐘蟲等絲狀菌；出水COD去除率達90n/。以上；30min沉降比(SV30)為30%35%,表明污泥馴化培養(yǎng)完全；(3)鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)的正式運行向步驟(2)所得馴化好后的污泥中加入待處理廢水，廢水的加入量為SBR反應器體積的30-50%，進水時間為0.3-0.6h，并根據(jù)廢水性質(zhì)，控制污泥質(zhì)量濃度(MLSS)為35g/L;進水完畢后進行曝氣反應，根據(jù)廢水性質(zhì)控制曝氣時間為24h，溶解氧濃度為3~4mg/L;曝氣結(jié)束后，啟動攪拌設備，進行反硝化反應，根據(jù)進水氨氮濃度控制攪拌時間為12h;關(guān)閉攪拌設備，進入沉淀階段，沉淀時間為50-70分鐘；從出水口排出上清液，排水量與進水量相同；所得出水達到一級排放標準。本發(fā)明中，步驟(1)中，所述單元化填料的表觀密度為0.20.4kg/m3。本發(fā)明中，步驟(1)中，所述鐵內(nèi)電解材料可以是鐵屑、鐵刨花、鐵與銅屑混合物或鐵與銅刨花混合物中任一種，銅與鐵的重量比為(0.10.3):1。本發(fā)明的有益效果在于()鐵內(nèi)電解床可以直接安裝在SBR反應器內(nèi)，大大節(jié)省了空間，節(jié)省了基建費用。(2)通過鐵內(nèi)電解作用提高了污水中難降解有機物的降解效果，提高了污水的可生物降解性。(3)鐵內(nèi)電解過程對廢水pH值具有緩沖作用，緩解了廢水pH值低于6.0或高于8.0時硝化和反硝化反應受到的強烈抑制。(4)連續(xù)產(chǎn)生鐵離子及其水解產(chǎn)物實現(xiàn)化學除磷固磷，從源頭上解決脫氮除磷的各種矛盾關(guān)系。(5)增加了易生物降解有機碳源的數(shù)量，并且連續(xù)溶出有利于提高硝化細菌的活性和生物硝化效率的鐵離子，使鐵內(nèi)電解-SBR工藝具有較好的脫氮效果和較好的抗沖擊負荷能力，而且不需要投加堿度，節(jié)省了運行費用。圖l為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)圖示。圖2為活性污泥中磷的形態(tài)提取結(jié)果。圖中標號1為SBR反應器；2為鐵內(nèi)電解床；3為多孔隔板；4為進樣口；5為取樣口；6為排泥放空管；7為曝氣設備；8為壓縮空氣輸入設備；9為攪拌設備。具體實施例方式實施例l:城市生活污水的脫氮除磷試驗所用污水取自上海某城市污水處理廠，進水氨氮濃度為10~25mg/L，總氮15~35mg/L，COD濃度為120~250mg/L，總磷1.2~4mg/L，正磷酸鹽0.93mg/L，pH6.5~7.6。試驗所采用的鐵內(nèi)電解-SBR工藝裝置見附圖1，由SBR反應器1、鐵內(nèi)電解床2、壓縮空氣輸入設備8、曝氣設備7、攪拌設備9組成，鐵內(nèi)電解床2通過多孔隔板3置于SBR反應器l上部；SBR反應器1上側(cè)部設有進水口4，中、下側(cè)部設有取樣口5，SBR反應器l底部設有排泥放空管6和曝氣管；曝氣設備7位于SBR反應器下方，壓縮空氣輸入設備8通過管道連接曝氣設備7;攪拌設備9從上部進入SBR反應器1;并與單純的SBR裝置進行對比。具體步驟如下(1)鐵內(nèi)電解床的制備將鐵刨花稱好，采用油壓機壓制成表觀密度為0.2kg/m3的單元化填料，以充填率為0.2直接放入SBR反應器。(2)鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)活性污泥的馴化A、向待處理廢水中加入600mg/L葡萄糖和120mg/LNH4Cl，混合均勻得到混合液，使混合液中的COD質(zhì)量濃度為500600mg/L，NH4+—N質(zhì)量濃度為3040mg/L;B、將步驟(A)所得混合溶液加入SBR池反應器內(nèi)，同時向SBR反應器中加入種污泥，其中廢水的加入量為SBR反應器體積的50%，種污泥的加入量為SBR反應器體積的30%;C、將步驟(B)所得產(chǎn)物在SBR反應器內(nèi)曝氣12小時，再沉淀2小時，所得上清液排放，上清液排出量與步驟(B)中混合溶液的加入量相同；保持SBR反應器內(nèi)混合物中溶解氧為5g/L;D、重復步驟(C)，直至污泥鏡檢發(fā)現(xiàn)其外觀呈淺褐色，菌膠團緊密，有許多游泳型纖毛蟲、鐘蟲等絲狀菌；出水COD去除率達90。/。以上；30min沉降比(SV30)為30%35%，表明污泥馴化培養(yǎng)完全；(3)鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)的正式運行向步驟(2)所得馴化好后的污泥中加入待處理廢水，廢水的加入量為SBR反應器體積的50%，進水時間為0.5h，控制污泥質(zhì)量濃度(MLSS)為3g/L;進水完畢后進行曝氣反應，根據(jù)廢水性質(zhì)控制曝氣時間為2h,溶解氧濃度為3mg/L;曝氣結(jié)束后，啟動攪拌設備，進行反硝化反應，根據(jù)進水氨氮濃度控制攪拌時間為lh;關(guān)閉攪拌設備，進入沉淀階段，沉淀時間為60分鐘；從出水口排出上清液，排水量與進水量相同。測定進、出水水質(zhì)指標，結(jié)果如表l所示，經(jīng)鐵內(nèi)電解-SBR工藝處理后出水遠優(yōu)于城鎮(zhèn)污水處理廠一級B排放標準，基本接近城鎮(zhèn)污水處理廠一級A排放標準，氮、磷污染物排放濃度低于城鎮(zhèn)污水處理廠一級A排放標準，且裝置運行穩(wěn)定。表1城市生活污水脫氮除磷效果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>通過活性污泥中磷的分類提取，進而研究鐵內(nèi)電解-SBR反應系統(tǒng)的除磷機理。研究表明，對于鐵內(nèi)電解-SBR反應器而言，含量最高的為Fe-P，占到總磷的46.94%，其次為閉蓄態(tài)磷，然后為Al-P。對于對比反應器而言，含量最高的為有機磷，占到了37%，Al-P的含量占到了29.73%，其次為溶解性磷酸鹽，主要是由于對比反應器的除磷效果差所致，然后為閉蓄態(tài)磷，占到總磷的10.85%。對于鐵內(nèi)電解-SBR反應器而言，雖然有機磷的含量很高，但是各種無機磷的含量總和還是遠大于有機磷含量的，因此，其除磷機理主要為化學法除磷，同時伴有生物除磷現(xiàn)象。試驗結(jié)果如附圖2所示。實施例2:混合化工廢水的脫氮除磷試驗所用廢水取自上海某工業(yè)區(qū)污水處理廠，該廠污水為混合化工廢水，約80%是染料、涂料、醫(yī)藥、香料、油墨等精細化工企業(yè)所排放的工業(yè)廢水，20%為居民生活污水，廢水成分復雜，有機物含量較高，其中生物難降解物質(zhì)所占的比例高，進水氨氮濃度為25~45mg/L，總氮35~55mg/L，COD濃度為300~500mg/L，總磷2.57mg/L，正磷酸鹽1.5~5mg/L，pH6~9。試驗所采用的鐵內(nèi)電解-SBR工藝裝置見附圖1，采用鐵內(nèi)電解一SBR脫氮除磷裝置對廢水進行脫氮除磷處理，由SBR反應器1、鐵內(nèi)電解床2、壓縮空氣輸入設備8、曝氣設備7、攪拌設備9組成，鐵內(nèi)電解床2通過多孔隔板3置于SBR反應器1上部；SBR反應器1上側(cè)部設有進水口4，中、下側(cè)部設有取樣口5，SBR反應器1底部設有排泥放空管6和曝氣管；曝氣設備7位于SBR反應器下方，壓縮空氣輸入設備8通過管道連接曝氣設備7;攪拌設備9從上部進入SBR反應器1;并與單純的SBR裝置進行對比。具體步驟如下(1)鐵內(nèi)電解床的制備將鐵刨花稱好，采用油壓機壓制成表觀密度為0.3kg/m3的單元化填料，以充填率為0.2直接放入SBR反應器。(2)鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)活性污泥的馴化A、向待處理廢水中加入300mg/L葡萄糖120mg/L和NH4Cl，混合均勻得到混合液，使混合液中的COD質(zhì)量濃度為500600mg/L，NH4+_N質(zhì)量濃度為5060mg/L;B、將步驟(A)所得混合溶液加入SBR池反應器內(nèi)，同時向SBR反應器中加入種污泥，其中廢水的加入量為SBR反應器體積的50%，種污泥的加入量為SBR反應器體積的30%;C、將步驟(B)所得產(chǎn)物在SBR反應器內(nèi)曝氣12小時，再沉淀2小時，所得上清液排放，上清液排出量與步驟(B)中混合溶液的加入量相同；保持SBR反應器內(nèi)混合物中溶解氧為5g/L;D、重復步驟(C)，直至污泥鏡檢發(fā)現(xiàn)其外觀呈淺褐色，菌膠團緊密，有許多游泳型纖毛蟲、鐘蟲等絲狀菌；出水COD去除率達90%以上；30min沉降比(SV30)為30%35%，表明污泥馴化培養(yǎng)完全；(3)鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)的正式運行向步驟(2)所得馴化好后的污泥中加入待處理廢水，廢水的加入量為SBR反應器體積的50%，進水時間為0.5h，控制污泥質(zhì)量濃度(MLSS)為4g/L;進水完畢后進行曝氣反應，根據(jù)廢水性質(zhì)控制曝氣時間為2h，溶解氧濃度為4mg/L;曝氣結(jié)束后，啟動攪拌設備，進行反硝化反應，根據(jù)進水氨氮濃度控制攪拌時間為2h;關(guān)閉攪拌設備，進入沉淀階段，沉淀時間為60分鐘；從出水口排出上清液，排水量與進水量相同。測定進、出水水質(zhì)指標，結(jié)果如表2所示，經(jīng)鐵內(nèi)電解-SBR工藝處理后出水優(yōu)于城鎮(zhèn)污水處理廠二級排放標準，基本接近城鎮(zhèn)污水處理廠一級B排放標準，氮、磷污染物排放濃度低于城鎮(zhèn)污水處理廠一級B排放標準，且裝置運行穩(wěn)定。表2混合化工廢水的脫氮除磷效果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例3:混合化工廢水的脫氮除磷實施例3所采用的廢水與實施例2完全相同，工藝步驟(2)和(3)與實施例2也完全相同，不同之處在于工藝步驟(1)中所使用的鐵內(nèi)電解材料為鐵與銅刨花混合物，銅與鐵的重量比為0.1:1。測定進、出水水質(zhì)指標，結(jié)果如表2所示，經(jīng)鐵內(nèi)電解-SBR工藝處理后出水達到城鎮(zhèn)污水處理廠一級B排放標準，且裝置運行穩(wěn)定。權(quán)利要求1、一種鐵內(nèi)電解與生物耦合的一體化脫氮除磷方法，其特征在于用鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷裝置對廢水進行脫氮除磷處理，由SBR反應器、鐵內(nèi)電解床、壓縮空氣輸入設備、曝氣設備、攪拌設備組成，鐵內(nèi)電解床通過多孔隔板置于SBR反應器上部；SBR反應器上側(cè)部設有進水口，中、下側(cè)部設有取樣口，SBR反應器底部設有排泥放空管和曝氣管；曝氣設備位于SBR反應器下方，壓縮空氣輸入設備通過管道連接曝氣設備；攪拌設備從上部進入SBR反應器；具體步驟如下(1)鐵內(nèi)電解床的制備將鐵內(nèi)電解材料采用油壓機壓制成單元化填料，并根據(jù)廢水的不同情況，單元化填料以充填率為0.1～0.5置于SBR反應器內(nèi)；或者將單元化填料先放入由銅材、不銹鋼、碳鋼制成的箱式或籠式反應器，再將該箱式或籠式反應器放入SBR反應器內(nèi)；(2)鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)活性污泥的馴化A、向待處理廢水中加入200～800mg/L葡萄糖和40～200mg/LNH4Cl，混合均勻得到混合液，使混合液中的COD質(zhì)量濃度為500～600mg/L，NH4+-N質(zhì)量濃度為40～80mg/L；B、將步驟(A)所得混合溶液加入SBR池反應器內(nèi)，同時向SBR反應器中加入經(jīng)過靜止沉淀并棄出上清液的種污泥，其中廢水的加入量為SBR反應器體積的40％-55％，種污泥的加入量為SBR反應器體積的20-35％；C、將步驟(B)所得產(chǎn)物在SBR反應器內(nèi)曝氣12-16小時，再沉淀1.5-2.5小時，所得上清液排放，上清液排出量與步驟(B)中混合溶液的加入量相同；保持SBR反應器內(nèi)混合物中溶解氧濃度為4.5-5.5g/L；D、重復步驟(C)，直至污泥鏡檢發(fā)現(xiàn)其外觀呈淺褐色，菌膠團緊密，有游泳型纖毛蟲、鐘蟲；出水COD去除率達90％以上；30min沉降比為30％～35％，表明污泥馴化培養(yǎng)完全；(3)鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)的正式運行向步驟(2)所得馴化好后的污泥中加入待處理廢水，廢水的加入量為SBR反應器體積的30-50％，進水時間為0.3-0.6h，并根據(jù)廢水性質(zhì)，控制污泥質(zhì)量濃度為3～5g/L；進水完畢后進行曝氣反應，根據(jù)廢水性質(zhì)控制曝氣時間為2～4h，溶解氧濃度為3～4mg/L；曝氣結(jié)束后，啟動攪拌設備，進行反硝化反應，根據(jù)進水氨氮濃度控制攪拌時間為1～2h；關(guān)閉攪拌設備，進入沉淀階段，沉淀時間為50-70分鐘；從出水口排出上清液，排水量與混合液進水量相同；所得出水達到一級排放標準。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵內(nèi)電解與生物耦合的一體化脫氮除磷方法，其特征在于步驟(1)中，所述單元化填料的表觀密度為0.20.4kg/m3。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵內(nèi)電解與生物耦合的一體化脫氮除磷方法，其特征在于步驟(1)中，所述鐵內(nèi)電解材料可以是鐵屑、鐵刨花、鐵與銅屑混合物或鐵與銅刨花混合物中任一種，銅與鐵的重量比為(0.10.3):1。全文摘要本發(fā)明屬于水處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種鐵內(nèi)電解與生物耦合的一體脫氮除磷方法。具體步驟為鐵內(nèi)電解床的制備，鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)活性污泥的馴化，鐵內(nèi)電解-SBR脫氮除磷系統(tǒng)的正式運行向馴化好后的污泥中加入待處理廢水，廢水的加入量為SBR反應器體積的30-50％，進水時間為0.3-0.6h，并根據(jù)廢水性質(zhì)，控制污泥質(zhì)量濃度(MLSS)為3～5g/l；進水完畢后進行曝氣反應，根據(jù)廢水性質(zhì)控制曝氣時間為2～4h，溶解氧濃度為3～4mg/l；曝氣結(jié)束后，啟動攪拌設備，進行反硝化反應，根據(jù)進水氨氮濃度控制攪拌時間為1～2h；關(guān)閉攪拌設備，進入沉淀階段，沉淀時間為50-70分鐘；從出水口排出上清液，排水量與混合液進水量相同；所得出水達到一級排放標準。本發(fā)明占地小，成本低廉，使用方便。文檔編號C02F9/14GK101306904SQ20081004016公開日2008年11月19日申請日期2008年7月3日優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日發(fā)明者吳德禮,樊金紅,王紅武,馬魯銘申請人:同濟大學