基于铁还原和氧化循环的脱氮除磷污水处理系统及方法技术方案

基于铁还原和氧化循环的脱氮除磷污水处理系统及方法，属于污水生物脱氮除磷处理技术领域。处理系统包括依次连接的污水进水口、脱氮除磷反应池、亚铁氧化反应池和处理后污水出水口，脱氮除磷反应池设有三价铁投加口和污泥排出口，亚铁氧化反应池设有空气供给装置，脱氮除磷反应池和亚铁氧化反应池的前后顺序能够互换，在后的反应池污泥回流到在前的反应池中。本发明专利技术在脱氮除磷反应池接种铁氨氧化污泥，投加适量三价铁，在微生物作用下经铁氨氧化去除氨氮，同时产生二价铁与磷酸盐结合生成蓝铁石实现磷的回收；在亚铁氧化反应池将多余二价铁氧化为三价铁，通过污泥回流，实现了三价铁与二价铁之间的循环利用，可以降低三价铁的投入成本。的投入成本。的投入成本。

【技术实现步骤摘要】
基于铁还原和氧化循环的脱氮除磷污水处理系统及方法


[0001]本专利技术属于污水生物脱氮除磷处理
，涉及一种基于铁还原和氧化循环的脱氮除磷污水处理系统及方法。

技术介绍

[0002]随着全球碳中和目标的确立，面向未来的更可持续的城市污水处理新模式进一步引发关注，低能耗、低物耗以及资源能源回收的碳中和污水处理新技术成为城市污水处理与资源化领域的前沿研究热点。“碳源回收”是城市污水处理的一个新理念，将污水中有机污染物经过厌氧处理直接转化为生物能源（即甲烷），可以使污水处理厂从能源消耗大户转变为净能源生产工厂。回收的碳源也可以转化为具有高附加值的纤维素、聚羟基脂肪酸酯等有机材料，从而大幅减少CO2的排放，符合碳中和的发展方向。碳源回收后，污水具有低碳氮比的特点，低耗氧的主流短程硝化/厌氧氨氧化技术成为生物脱氮的一个重要选择，但是，这在技术层面仍然存在效率低、稳定性差等一些关键挑战，同时也尚未解决磷的去除问题。因此，研发更低碳排放的脱氮除磷新技术对于构建城市污水处理新模式具有重要意义。
[0003]近年来，铁氨氧化成为一种新型的微生物脱氮方法，即通过投加三价铁，通过铁还原耦合氨氧化，以三价铁作为最终的电子受体，依靠铁氨氧化功能菌将氨氧化的技术，不需要基于曝气的好氧亚硝化和硝化过程，更加节能。氨氮转化的去向生成是大部分N2和少量NO
2－
、NO
3－
，基本不需要常规的反硝化脱氮，因此无需额外碳源，在污水处理方面具有很多潜在的优势，应用前景十分广阔。但是，根据铁氨氧化的理论反应式，消耗的三价铁物质的量将会是氨氮氧化物质的量的3~8倍，这将会极大增加脱氮的污水处理成本。
[0004]3Fe(OH)
3 + 5H
+ + NH
4+
ꢀ→ꢀ
3Fe
2+ + 9H2O + 0.5N2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）6Fe(OH)
3 + 10H
+ + NH
4+
ꢀ→ꢀ
6Fe
2+ + 16H2O + NO2−ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）8Fe(OH)
3 + 14H
+ + NH
4+
ꢀ→ꢀ
8Fe
2+ + 21H2O + NO3−ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）铁氨氧化中生成的二价铁为磷的同步去除提供了可能。适宜条件下，磷酸盐与生成的二价铁离子生成蓝铁石晶体，实现磷的去除，同时，蓝铁石不仅是一种高品质的磷矿石或缓释磷肥，而且可以作为生产颜料和锂电池的原料，具有较高的潜在经济价值。通过蓝铁石的收集可以实现磷的回收并获得高附加值的磷产品。
[0005]2PO
43
‑ + 3Fe
2+ + 8H2O
ꢀ→ꢀ
Fe3(PO4)2·
8H2O
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）但是城市污水中氮磷摩尔比约为(12~40):1，而铁氨氧化中生成的二价铁是氨氮氧化物质的量的3~8倍，蓝铁石结晶中二价铁需求量仅是磷酸盐物质的量的1.5倍，这意味着蓝铁石结晶中二价铁是严重过量的，这将导致无法获得有效的蓝铁石结晶，因此，铁氨氧化过程铁需求量过大成为铁氨氧化耦合蓝铁石结晶新技术的一个关键技术挑战。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于铁还原和氧化循环的脱氮除磷污水处理系统及方法，通过铁还原和氧化循环，实现铁氨氧化耦合蓝铁石结晶处理污水，既脱氮又除磷，解决

技术介绍
部分描述的铁氨氧化需要投加大量三价铁、同时铁氨氧化生成的二价铁相对于污水中的磷大大过量的技术问题。本专利技术的目的通过以下具体技术方案实现。
[0007]基于铁还原和氧化循环的脱氮除磷污水处理系统，其特征在于，包括依次连接的污水进水口、脱氮除磷反应池、亚铁氧化反应池和处理后污水出水口，脱氮除磷反应池设有三价铁投加口和污泥排出口，亚铁氧化反应池设有空气供给装置，脱氮除磷反应池和亚铁氧化反应池的前后顺序能够互换，在后的反应池污泥回流到在前的反应池中。
[0008]进一步地，所述脱氮除磷反应池和亚铁氧化反应池设有搅拌装置，以增强传质。
[0009]进一步地，所述空气供给装置包括动力曝气装置、无动力空气复氧装置和跌水复氧装置中的一种或几种。
[0010]通过上述系统处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在脱氮除磷反应池中投入铁氨氧化污泥；（2）污水进入处理系统，在脱氮除磷反应池中投加三价铁化合物；污水在微生物作用下以三价铁为电子受体实现氨氮的氧化去除，三价铁被还原为二价铁，二价铁与污水中的磷酸盐反应生成蓝铁石（Fe3(PO4)2·
8H2O），实现污水中磷的去除；（3）向亚铁氧化反应池供给空气，使二价铁氧化为三价铁；（4）在后的反应池污泥回流到在前的反应池中，实现铁的循环；在后的反应池上清液排出；（5）反应一段时间后终止反应，从脱氮除磷反应池排出污泥，分离收集蓝铁石。
[0011]进一步地，步骤（2）中污水pH值为6.0~8.0。
[0012]进一步地，步骤（2）中三价铁化合物选自FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(OH)3、Fe2O3中的一种或几种，投加量以摩尔浓度计为污水中氮的0.001~3倍。
[0013]进一步地，污水在脱氮除磷反应池中的水力停留时间为6~48 h，并通过搅拌促进传质。
[0014]进一步地，污水在亚铁氧化反应池中的水力停留时间为5~15 min，并通过搅拌促进传质。
[0015]进一步地，亚铁氧化反应池供给空气后污水中溶解氧浓度低于1 mg/L。亚铁氧化反应池进行亚铁的氧化，少量的氧就可以达到目的，脱氮除磷反应池的反应是厌氧反应，为了使整个系统更好工作，需要控制亚铁氧化反应池污水中溶解氧浓度上限。
[0016]进一步地，步骤（4）污泥回流量与进水量的比值为50~500%。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：（1）在脱氮除磷反应池接种铁氨氧化污泥，投加适量三价铁，在微生物作用下经铁氨氧化去除氨氮，同时产生二价铁与磷酸盐结合生成蓝铁石实现磷的回收。
[0018]（2）在亚铁氧化反应池将产生的多余二价铁氧化为三价铁，通过污泥回流，实现了三价铁与二价铁之间的循环利用，可以降低三价铁的投入成本。
[0019]（3）本专利技术工艺简单，操作方便，在城市污水脱氮除磷处理方面具有良好的应用前景。
附图说明
[0020]图1是本专利技术提供的基于铁还原和氧化循环的脱氮除磷污水处理系统的结构示意
图。
[0021]图中：1
‑
脱氮除磷反应池，2
‑
亚铁氧化反应池。
[0022]图2是本专利技术脱氮除磷污水处理的原理示意图。
[0023]图3a是本专利技术去除废水中氮的结果图，图3b是本专利技术去除废水中磷的结果图。
具体实施方式
[0024]下面结合说明书附图，对本专利技术的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于铁还原和氧化循环的脱氮除磷污水处理系统，其特征在于，包括依次连接的污水进水口、脱氮除磷反应池、亚铁氧化反应池和处理后污水出水口，脱氮除磷反应池设有三价铁投加口和污泥排出口，亚铁氧化反应池设有空气供给装置，脱氮除磷反应池和亚铁氧化反应池的前后顺序能够互换，在后的反应池污泥回流到在前的反应池中。2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述脱氮除磷反应池和亚铁氧化反应池设有搅拌装置。3.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述空气供给装置包括动力曝气装置、无动力空气复氧装置和跌水复氧装置中的一种或几种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的污水处理系统处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在脱氮除磷反应池中投入铁氨氧化污泥；（2）污水进入处理系统，在脱氮除磷反应池中投加三价铁化合物；污水在微生物作用下以三价铁为电子受体实现氨氮的氧化去除，三价铁被还原为二价铁，二价铁与污水中的磷酸盐反应生成蓝铁石，实现污水中磷的去除；（3）向亚铁氧化反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐康宁，胡兰兰，程晓慧，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：