本發(fā)明涉及一種污水脫氮除磷裝置及其應(yīng)用，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

為減少污水中氮磷元素對環(huán)境的負(fù)面影響，污水處理廠在脫氮除磷過程中扮演重要角色。目前國內(nèi)污水處理廠已普遍執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)，其中TN濃度不得超過15mg/L，TP濃度不得超過0.5mg/L。近年來，我國許多地區(qū)開始執(zhí)行更加嚴(yán)格的地方污水處理標(biāo)準(zhǔn)，如《北京地方水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/307-2013)中的A標(biāo)準(zhǔn)將出水總氮和總磷的限值分別降低至10mg/L和0.2mg/L，更高標(biāo)準(zhǔn)的氮磷出水要求已成為污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)行所要面臨的難題。傳統(tǒng)活性污泥法需要利用碳源進(jìn)行脫氮除磷，然而我國城鎮(zhèn)污水處理廠普遍存在進(jìn)水中碳源不足、碳氮比及碳磷比失衡的問題，這對于傳統(tǒng)活性污泥法異養(yǎng)脫氮除磷無疑是巨大挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)一級A標(biāo)準(zhǔn)總氮及總磷的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，大部分污水處理廠要進(jìn)行優(yōu)質(zhì)碳源及除磷藥劑的投加，因而大大增加了運(yùn)行成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一個目的是提供一種污水脫氮除磷裝置，包括有效容積比為1:8:16:8:3.2的生物吸附池、第一沉淀池、曝氣池、第二沉淀池、和硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池，依次通過泵和/或管道連接。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述污水處理裝置中生物吸附池、第一沉淀池、曝氣池、第二沉淀池、硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池的有效容積分別為1.5L、12L、24L、12L和4.8L；所述生物吸附池前端設(shè)置進(jìn)水泵，底部設(shè)置通氣管道與風(fēng)機(jī)相連；生物吸附池與第一沉淀池之間設(shè)置污泥回流泵；所述第一沉淀池呈倒錐形，下部與生物吸附池雙向連接，上部與曝氣池連接；曝氣池內(nèi)設(shè)置通氣管道，管道與風(fēng)機(jī)連接；曝氣池和第二沉淀池雙相連接，并在二者之間設(shè)置污泥回流泵；曝氣池與硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池之間通過硫鐵自養(yǎng)反硝化進(jìn)水泵連接。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池內(nèi)徑10cm，底部為10cm的承托層，由粒徑為5-10mm的石粒組成，承托層上方設(shè)置60cm的硫粒鐵屑混合層，填料為填充鐵屑的硫粒，填充率按體積比20％，粒徑2-4mm，孔隙率50％的硫粒。

本發(fā)明的第二個目的是提供應(yīng)用所述裝置進(jìn)行污水處理的方法，是控制生物吸附池水力停留時間為0.35-0.7h，污泥齡SRT 1.5-3d，溶解氧DO范圍0.5-1mg/L，混合液懸浮固體濃度MLSS 4000-5000mg/L；第一沉淀池的HRT 2h；曝氣池HRT 6-8h，SRT 18-22d，DO范圍2-4mg/L，MLSS維持3500-5000mg/L；第二沉淀池的HRT 3h；硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池HRT為2-3h。

本發(fā)明的第三個目的是提供所述污水處理裝置在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明的第四個目的是提供所述方法在化工領(lǐng)域?qū)I(yè)廢水、生活污水進(jìn)行脫氮除磷處理方面的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括尾水處理、污水凈化。

有益效果：采用生物吸附/曝氣/硫鐵自養(yǎng)反硝化組合工藝對污水處理廠原水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了污水處理的深度脫氮除磷。在該組合工藝中，生物吸附池在吸附進(jìn)水中的有機(jī)物、減少后續(xù)處理單元有機(jī)負(fù)荷及有毒有害物質(zhì)影響的同時，產(chǎn)生大量高有機(jī)質(zhì)含量的污泥，可用于厭氧發(fā)酵/消化，實(shí)現(xiàn)資源化利用；曝氣池實(shí)現(xiàn)氨氮的完全硝化及剩余COD的去除；硫鐵自養(yǎng)反硝化實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮及磷酸鹽的去除，完成脫氮除磷過程。結(jié)果表明，自養(yǎng)脫氮、鐵屑除磷效率較高，可獲得平均總氮濃度3.9mg/L、平均總磷濃度0.32mg/L的出水水質(zhì)，優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)對于出水總氮和總磷的要求。

附圖說明

圖1為污水脫氮除磷裝置的工藝圖；1，進(jìn)水泵；2，風(fēng)機(jī)；3，生物吸附池；4，污泥回流泵；5，第一沉淀池；6，風(fēng)機(jī)；7，曝氣池；8，污泥回流泵；9，第二沉淀池；10，硫鐵自養(yǎng)反硝化進(jìn)水泵；11，硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池；12，硫粒鐵屑混合層；13，石粒；

圖2為生物吸附段對總氮的去除結(jié)果；

圖3為生物吸附段對氨氮的去除結(jié)果；

圖4為生物吸附段對總磷的去除結(jié)果；

圖5為生物吸附段對COD的去除結(jié)果；

圖6為生物吸附段MLSS及MLVSS/MLSS變化；

圖7為污水脫氮除磷裝置出水總氮、氨氮、總磷及COD濃度。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1污水處理裝置的設(shè)計

污水處理裝置的工藝流程如圖1所示，所述裝置采用亞克力板制成，包括生物吸附池3、第一沉淀池5、曝氣池7、第二沉淀池9、硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池11，有效容積分別為：1.5L、12L、24L、12L和4.8L。所述生物吸附池3前端設(shè)置進(jìn)水泵1，底部設(shè)置通氣管道與風(fēng)機(jī)2相連；生物吸附池3與第一沉淀池5之間設(shè)置污泥回流泵4；所述第一沉淀池5呈倒錐形，下部與生物吸附池3雙向連接，上部與曝氣池7連接；曝氣池7內(nèi)設(shè)置通氣管道，管道與風(fēng)機(jī)6連接；曝氣池7和第二沉淀池9雙相連接，并在二者之間設(shè)置污泥回流泵8；曝氣池7與第二沉淀池9之間通過硫鐵自養(yǎng)反硝化進(jìn)水泵10連接；硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池11內(nèi)徑10cm，底部為10cm的承托層，由粒徑為5-10mm的石粒13組成，承托層上方設(shè)置60cm的硫粒鐵屑混合層12，填料為填充鐵屑的硫粒，填充率按體積比為20％，粒徑2-4mm，孔隙率50％。

該裝置將硫鐵自養(yǎng)反硝化和鐵屑作為脫氮除磷的主體，在減少整套組合工藝水力停留時間的同時，無需投加碳源，降低了運(yùn)行成本。另外，大部分原水中的碳源被富集在污泥中，采用厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸或產(chǎn)甲烷的資源化處理方式可產(chǎn)生附加值較高的產(chǎn)品，真正做到污水處理的資源化利用。該組合工藝運(yùn)行費(fèi)用較低，同時可產(chǎn)生資源化附加產(chǎn)物，對于探索符合我國國情的污水處理新思路具有重要意義。

實(shí)施例2生物吸附段的運(yùn)行

控制生物吸附池水力停留時間HRT為0.3-0.6h，污泥齡SRT為1-2d，溶解氧DO范圍為0.35-0.75mg/L，混合液懸浮固體濃度MLSS為4000-5000mg/L。第一沉淀池的HRT為1.5h。曝氣池HRT為6-8h，SRT為15-20d，DO范圍為2-5mg/L，MLSS維持在3000-5000mg/L。第二沉淀池的HRT為2.5h。硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池的HRT為2-3h。

如圖2-5所示，進(jìn)水總氮的濃度范圍為31.9-49.2mg/L，平均值為36.1mg/L；進(jìn)水總氮成分中大部分為氨氮，平均占比為82％。由于生物吸附段曝氣量較小，氨氮硝化效果較差，平均去除率僅為24.2％。進(jìn)水總磷濃度范圍為1.69-4.9mg/L，平均值為3.04mg/L；生物吸附段可去除一部分顆粒狀總磷，平均去除率為23.3％。進(jìn)水COD為189-469mg/L，平均值為289mg/L。生物吸附段是通過控制較短HRT和SRT，培養(yǎng)適應(yīng)原水環(huán)境、可以實(shí)現(xiàn)快速增殖的原核微生物，用以吸附進(jìn)水中的顆粒態(tài)物質(zhì)，因此生物吸附段對于進(jìn)水中COD具有良好的去除能力，生物吸附段出水COD范圍為66-111mg/L，平均值為88.1mg/L，平均去除率為68.2％。

城市污水管網(wǎng)的不完善致使大量的無機(jī)雜質(zhì)進(jìn)入到污水中，且預(yù)處理段對細(xì)小無機(jī)雜質(zhì)的截留無法達(dá)到預(yù)期效果，導(dǎo)致剩余污泥中的無機(jī)質(zhì)含量較高，嚴(yán)重影響資源化利用。生物吸附段污泥多為進(jìn)水中顆粒狀有機(jī)物的集合體，如圖6所示，該段污泥有機(jī)質(zhì)含量相比接種污泥明顯升高，利于厭氧發(fā)酵/消化，生產(chǎn)附加值較高的產(chǎn)品。

實(shí)施例3污水處理裝置的運(yùn)行

應(yīng)用實(shí)施例1的污水處理裝置，控制生物吸附段水力停留時間HRT為0.3-0.6h，污泥齡SRT為1-2d，溶解氧DO范圍為0.35-0.75mg/L，混合液懸浮固體濃度MLSS為4000-5000mg/L。第一沉淀池的HRT為1.5h。曝氣池HRT為6-8h，SRT為15-20d，DO范圍為2-5mg/L，MLSS維持在3000-5000mg/L。第二沉淀池的HRT為2.5h。硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池的HRT為2-3h。

在該組合工藝中，曝氣池實(shí)現(xiàn)氨氮的完全硝化，高濃度硝態(tài)氮通過硫鐵自養(yǎng)反硝化實(shí)現(xiàn)氮的去除。脫氮硫桿菌富集在硫粒表面，形成生物膜，該自養(yǎng)菌以單質(zhì)硫作為電子供體，硝態(tài)氮作為受體，完成脫氮過程。如圖7所示，試驗(yàn)裝置出水氨氮范圍為0.4-2.8mg/L，平均值為1.3mg/L，實(shí)現(xiàn)了良好的硝化作用；出水總氮平均值為3.9mg/L，表明硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池有較高的硝態(tài)氮還原效率，在縮短了整個水處理工藝HRT條件下，節(jié)省了碳源的投加。鐵屑的加入一方面可中和自養(yǎng)反硝化所產(chǎn)生的H⁺，維持系統(tǒng)pH穩(wěn)定，保證反硝化的正常進(jìn)行；另一方面，鐵屑為純鐵和碳化鐵的合金，碳化鐵和雜質(zhì)以極小的顆粒形式分散在鐵屑中，當(dāng)鐵屑浸沒在溶液中時，能構(gòu)成完整的微電池回路，形成無數(shù)個腐蝕微電池，從而產(chǎn)生Fe³⁺/Fe²⁺，F(xiàn)e³⁺/Fe²⁺與PO₄^3-結(jié)合生成沉淀，從而實(shí)現(xiàn)污水中磷的去除。如圖7所示，出水總磷濃度范圍為0.2-0.43mg/L，平均值為0.32mg/L，獲得了優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)的出水水質(zhì)。不同鐵屑填充比例條件下，總磷的去除效果不同，如表1所示，鐵填充比例越高，出水總磷濃度越低；但當(dāng)鐵的填充比例為25％時，出水呈棕紅色，原因?yàn)槌鏊袛y帶的鐵銹過多，因此將鐵的填充比例設(shè)定為20％。COD的去除效果較好，出水COD的范圍為18-45mg/L，平均值為34.2mg/L。

實(shí)施例4污水處理裝置的運(yùn)行

實(shí)施方式同實(shí)施例3，其區(qū)別在于，調(diào)整硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池中硫粒鐵屑混合層的鐵屑填充率，測定出水總磷的含量，結(jié)果如表1所示，鐵填充比例的越高，出水總磷濃度越低；但當(dāng)鐵的填充比例為25％時，出水呈棕紅色。

表1不同鐵填充比例下的總磷去除效果

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。