一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法技术

本发明专利技术提供了一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法，其特征在于：在硫磺/石灰石组合填充床反应器中，掺加铁屑，通过硫自养反硝化作用产生的氢离子(H+)氧化铁单质，溶出的铁离子和磷酸根形成不溶沉淀物被填充床截留来强化除磷。本工艺基于铁单质协同硫自养反硝化工艺进行化学除磷，除磷效果好且稳定，可消耗硫自养反硝化产生的H+，加强系统对pH的缓冲能力，原材料硫磺和铁单质价格便宜、易于获取。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于污水处理领域，具体涉及一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法。
技术介绍
水体富营养化是近几十年来的一个全球现象，受人类活动的影响，河流、湖泊等水体中营养元素的排放量的增加使之趋于富营养化。水体发生富营养化时，某些藻类暴发，造成水质缺氧恶化，到处充斥鱼腥臭味，破坏了水体生态系统的稳定性，并严重影响城市供水和饮用水安全。水体富营养化的根本成因是营养元素氮和磷的增加，为了解决水体富营养化的问题，截止到2013年，我国已建城镇污水处理厂5000余座。城镇污水处理厂生化处理可以削减大部分污染物(主要是有机物)，但总氮和总磷的出水浓度仍然较高，城镇污水厂的生化处理并不是解决问题的根本方案，它只能起到延缓的作用。国际上一般认为，水体中总氮浓度0.2mg/L、总磷浓度0.02mg/L是水体富营养化的临界值。为了改善受纳水体的水环境质量，亟待对污水中的氮和磷进行深度处理。基于异养反硝化的脱氮技术，由于脱氮率高，工艺路线简单成熟，所以被广泛用于废水生物脱氮领域。但异养反硝化脱氮技术在应用到进水有机负荷较低(比如南方的低碳氮比污水)，地下水和市政污水处理的二级处理工艺时，会出现碳源不足的现象。当进水有机负荷较低时，就需要额外投加有机物来提供碳源从而造成运行成本的增加。在投加有机物时，遇到水质波动较大的情况，往往不能精确的投加，投加过量时会造成浪费并且影响出水水质，投加量不足时脱氮达不到理想的效果。由于上述原因，自养反硝化受到越来越多的关注。自养反硝化主要是指依靠无机物(比如氢气、硫磺)作为电子供体，以无机碳化合物(比如CO2、HCO3-)作为微生物代谢的碳源来脱氮。氢气作为电子供体时，由于氢气在水中的溶解度比较低，从而导致其利用效率低，并且氢气为易爆易燃物，运输储存也不方便，生产成本较高，其实际应用受到很大限制。相比之下，硫自养反硝化工艺由于反硝化效率高、硫磺价格便宜、原材料宜于获取、工况运行稳定且污泥产量低，在
运输和使用等方面更加安全和便利而成为研究的热点。但是硫自养反硝化工艺在去除水中硝氮的同时，对总磷的去除效果并不理想，通常无法达到氮磷同步达标。因此可以采用同步除磷的方式，强化硫自养反硝化工艺的除磷效果。现有技术CN101973629A提供了一种黄铁矿作为生化填料脱氮除磷的方法，用于低碳氮比污水的同步脱氮除磷，其基本原理是脱氮硫杆菌利用黄铁矿中的负二价硫作为电子供体进行自养反硝化，而黄铁矿溶出的亚铁离子与磷酸根形成沉淀除磷，从而实现了脱氮除磷一体化。但是由于黄铁矿在水中的溶解度较低，会影响负二价硫的溶出速度，从而使反应速度缓慢。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种铁单质协同硫自养反硝化深度除磷脱氮工艺，包括：在硫磺/石灰石组合填充床反应器中，掺加铁屑，通过硫自养反硝化作用产生大量的氢离子(H+)，H+与铁单质反应会溶出铁离子(二价铁离子和三价铁离子，以三价铁离子占主导)，然后铁离子和磷酸根反应生成不溶沉淀物，被填充床截留去除。其中，硫磺/石灰石组合填充床由硫磺和石灰石颗粒组成，石灰石与硫磺的质量比0.5～1.5:1。石灰石为颗粒状，粒径为1～10mm；硫磺为颗粒状，粒径为1～10mm。在硫磺/石灰石组合填充床反应器中掺入铁屑，铁屑与硫磺的质量比为0.01～0.5:1。硫磺/石灰石组合填充床反应器中进水的pH为6.0～8.5。硫磺、石灰石、铁屑混合均匀，填充到填充床，含硝酸根和磷酸盐的废水经过填充床被处理后，从出水口排走。进一步优选进水采用上向流的方式，进水口位于填充床反应器的下侧，出水口位于填充床反应器的上侧。或者进水采用下向流的方式，进水口位于填充床反应器的上侧，出水口位于填充床反应器的下侧。当组合填充床反应器的水头损失超过设计最大水头损失时进行反冲洗，将填充床中的含磷沉淀物清除，恢复处理能力。所述水头损失是指水流在运动过程中单位质量液体的能量的损失。以及进一步在填充床反应器的下侧设置有反冲洗气管和反冲洗水管。通过该设计当组合填充床反应器的水头损失超过设计最大水头损失时进行反冲洗，可将填充床中的含磷沉淀清除，恢复处理能力。本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果包括：1、本专利技术所述的工艺中使用的硫磺和铁单质价格便宜、原材料宜于获取、工况运行稳定且污泥产量低。2、本专利技术所述的工艺利用铁单质协同硫自养反硝化进行化学除磷，可以消耗硫自养反硝化过程中产生的H+，加强系统对pH的缓冲能力。3、本专利技术所述的工艺利用铁单质协同硫自养反硝化进行化学除磷，可以达到强化化学除磷的效果。4、铁单质和H+反应溶出的铁离子和磷酸根反应产生的磷酸铁可以被硫磺/石灰石组合填充床反应器截留去除，通过反冲洗恢复填料床的截留能力。附图说明图1本专利技术一种硫磺/石灰石组合填充床反应器装置示意图(进水采用上向流的方式)图2进水为污水厂二级出水时不同水力停留时间(HRT)条件下的除磷效果图3本专利技术一种硫磺/石灰石组合填充床反应器装置示意图(进水采用下向流的方式)图4本专利技术掺加铁单质前后除磷效果比较示意图具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但专利技术的实施方式不限于此。实施例一：一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法，在硫磺/石灰石组合填充床反应器中，掺加铁屑，通过硫自养反硝化作用产生大量的H+，H+与铁单质反应会溶出铁离子，然后铁离子和磷酸根反应形成不溶沉淀物，被填充床截留去除。一种硫磺/石灰石组合填充床反应器，装置图如图1所示。硫磺/石灰石组合填充床的填料层为硫磺和石灰石，石灰石与硫磺的质量比1.37:1。石灰石颗粒粒径为2～3mm，硫磺颗粒粒径为3～5mm。在硫磺/石灰石组合填充床反应器中掺入铁屑，铁屑与硫磺的质量比为0.026:1。硫磺/石灰石组合填充床反应器中进水的pH为6.5。填充床反应器装置采用上向流进水的方式，这样不仅有利于反硝化过程中产生的气体的溢出，且有利于创造厌氧环境，利于反硝化的发生。当组合填充床反应器的水头损失超过设计最大水头损失时进行反冲洗，反冲洗采用气水联合反冲的方式，反应器通过反冲洗后恢复到最初的处理效果。进水为深圳市某污水处理厂二级出水，总磷为1.00mg/L左右。分别在HRT＝1h和HRT＝0.5h的除磷效果如图2所示。从图中可以看出，某污水厂的二级出水(总磷浓度为1.00mg/L左右)，经本专利技术的组合填充床反应器处理后，出水总磷浓度为0.05～0.15mg/L，总磷的去除率为85～95％，可使二级出水从一级B标准提标至地表水IV标准。在上述组合填充床反应器中，对进出水的pH值进行监测发现：进水pH值在6.89～7.27，出水的pH值在6.88～7.29，进出水pH值相差不大。说明掺加铁屑之后，铁屑和石灰石能够完全中和硫自养反硝化过程当中产生的氢离子，和硫磺/石灰石组合填充床反应器相比之下，该系统对酸的缓冲能力增强。实施例二：一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法，在硫磺/石灰石组合填充床反应器中，掺加铁屑，通过硫自养反硝化作用产生大量的H+，H+与铁单质反应会溶出铁盐，然后铁离子和磷酸根反应形成不溶沉淀物，被填充床截留去除。一种硫磺/石灰石组合填充床反应器，装置图如图3所示。硫磺/石灰石组合填充床的填料层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法，其特征在于，包括：在硫磺/石灰石组合填充床反应器中，掺加铁屑，通过硫自养反硝化作用产生H+，H+与铁单质反应会溶出铁离子，然后铁离子和磷酸根反应生成不溶沉淀物，被填充床截留去除。

【技术特征摘要】
1.一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法，其特征在于，包括：在硫磺/石灰石组合填充床反应器中，掺加铁屑，通过硫自养反硝化作用产生H+，H+与铁单质反应会溶出铁离子，然后铁离子和磷酸根反应生成不溶沉淀物，被填充床截留去除。2.根据权利要求1所述的一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法，其特征在于：填料层由硫磺和石灰石颗粒组成，石灰石与硫磺的质量比0.5～1.5:1。3.根据权利要求1所述的一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法，其特征在于：石灰石为颗粒状，粒径为1～10mm；硫磺为颗粒状，粒径为1～10mm。4.根据权利要求1所述的一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法，其特征在于：在硫磺/石灰石组合填充床反应器中掺入铁屑，铁屑与硫磺的质量比为0.01～0.5:1。5.根据权利要求1所述的一种铁单质协同硫自养反硝化除磷脱氮的方法，其特征在于：硫磺/石灰石组合填充床反应器中进水的pH为6.0～8...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继，吕小梅，吴芳磊，
申请(专利权)人：深圳市瑞清环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44