二级生化出水硫铁协同混养反硝化深度脱氮方法与流程

本发明涉及污水废水处理技术领域，尤其涉及一种二级生化出水硫铁协同混养反硝化深度脱氮方法。

背景技术：

缺氧、好氧组合（ao）工艺是污水废水生物脱氮常用方法，但好氧硝化出水中含有一定量的硝酸盐，使二级生化出水含有一定浓度no3–n。尽管《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级a标准中设定tn浓度限值为15mg/l，但《地表水环境质量标准》（v类）tn限值仅为2mg/l，污水处理厂二级生化出水排入地表水体依然存在引发水体富营养化的风险。为提升地表水环境质量，消除富营养化风险，需对二级生化出水进行深度脱氮以进一步削减进入水环境氮素。

经过污水处理厂生化处理，二级生化出水中可生物利用碳源浓度较低，属贫营养水质。依靠投加有机碳源异养反硝化脱氮的传统方法运行成本高，碳源投加过量还会增加最终出水中有机物含量，且异养反硝化污泥产量大。与异养反硝化相比，硫、铁自养菌介导的自养反硝化可以利用低价态硫（s0、s2-、s2o32-等）和低价态铁（fe0、fe2+）等无机物作为电子供体将no3–n还原为n2，用于低c/n污水反硝化脱氮时无需外加有机碳源，且具有运行成本低、反硝化效率较高及污泥产量低的优势，已成为低c/n污水高效脱氮的主流研究方向。

单一硫自养反硝化脱氮效率较高，基于s2o32-的自养反硝化不仅能够实现硫电子供体的液体投加，可避免固体s0（危险品）使用的不便及s2-易于产生h2s的缺点，但反应过程产酸易导致出水ph呈酸性。基于fe0/fe2+的铁自养反硝化也可实现较高的脱氮效率，但在处理过程中产碱，并易于形成三价铁化合物并附着包裹在污泥及fe0表面，从而降低反应效率。

有鉴于此，该领域技术人员在研发中综合硫、铁自养反硝化反应特性，使硫、铁组合自养反硝化可规避单一使用的不足，实现反应过程中的酸碱中和、相互促进作用。

技术实现要素：

本发明的任务是提供一种二级生化出水硫铁协同混养反硝化深度脱氮方法，基于硫铁协同自养及混养反硝化原理，提出一种组合基于s2o32-、fe0及黄铁矿（fes2）的污水处理厂二级生化出水混养深度脱氮方法，向二级生化出水中连续投加适量有机碳源及硫源，进行混养反硝化以维持水中酸碱平衡，提高反硝化菌群丰度，可有效降低反硝化过程中碳源用量及污泥产量，解决了单一硫自养反硝化脱氮基于s2o32-的自养反硝化在反应过程中产酸易导致出水ph呈酸性，基于fe0/fe2+的铁自养反硝化在处理过程中产碱易于形成三价铁化合物并附着包裹在污泥及fe0表面从而降低反应效率的问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种二级生化出水硫铁协同混养反硝化深度脱氮方法，包括以下步骤：

步骤1：向城市污水或工业废水处理厂二级生化出水中连续投加适量有机碳源及硫源，然后进入装有铁刨花-黄铁矿复合填料和活性污泥絮体的折流式脱氮反应池，在反硝化细菌作用下发生异养反硝化脱氮过程（ch3coo-+1.18no3-+2.18h+→0.12c5h7o2n+1.4co2+2.5h2o+0.53n2）、自养反硝化脱氮过程（s2o32-自养反硝化：s2o32-+1.24no3-+0.45hco3-+0.09nh4++0.11h2o→0.09c5h7o2n+0.4h++0.62n2+2so42-；fe0自养反硝化：fe0+0.4no3-+1.2h2o→fe2++0.2n2+2.4oh-；fe2+自养反硝化：fe2++0.2no3-+2.4h2o→fe(oh)3+0.1n2+1.8h+）；

步骤2：经步骤1处理后出水进入竖流式沉淀池的中心管，经沉淀后排出，部分沉淀污泥作为剩余污泥排出。

所述步骤1中铁刨花-黄铁矿复合填料中m（fe0）：m（fes2）=4~5：1，装填密度为30~40kg/m3。

所述铁刨花、黄铁矿由聚乙烯网袋包裹，每袋重量5~8kg；其中铁刨花提供fe0铁源电子供体，黄铁矿提供部分铁源、硫源电子供体。

所述步骤1中以乙酸钠或甲醇为外加有机碳源，控制进水cod/tn为1.9~2.1，以硫代硫酸钠为外加硫源，控制进水s/n摩尔比为1.4~1.6。

所述步骤1中脱氮反应池的溶解氧控制在0.5mg/l以下，水力停留时间控制在8.0~12.0h。

按本发明的一种二级生化出水硫铁协同混养反硝化深度脱氮方法，向城市污水或工业废水处理厂二级生化出水中连续投加适量有机碳源及硫源，在硫铁协同混养反硝化强化二级生化出水深度脱氮反应器中，利用系统内存在的异养反硝化、fe0和fe2+自养反硝化与硫自养反硝化维持水中酸碱平衡，提高反硝化菌群丰度，促进硫、铁自养反硝化菌与异养反硝化菌协同脱氮作用，从而提高脱氮效率。

与传统反硝化深床脱氮滤池相比，按本发明的方法制造的硫铁协同混养反硝化强化二级生化出水深度脱氮反应器不存在滤床堵塞及反冲洗问题，易于操作管理，运行成本较低，在提高混养反硝化脱氮效率的同时可有效降低污泥产量。

本发明的一种二级生化出水硫铁协同混养反硝化深度脱氮方法的适用范围为城市污水处理厂或工业废水处理厂二级生化出水，其中氮素形态以no3–n为主。采用按本发明的方法制造的硫铁协同混养反硝化强化二级生化出水深度脱氮反应器，出水tn可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（一级a）（tn≤15.0mg/l）。

附图说明

图1是按本发明的方法制造的一种硫铁协同混养反硝化强化二级生化出水深度脱氮反应器的结构示意图。

图2是图1脱氮反应器中的铁刨花-黄铁矿复合填料框架的结构示意图。

附图标记：

1为进水管，2为配水渠道，3为不锈钢制填料框架，4为折流式脱氮反应池，5为活性污泥絮体，6为反应池集水渠，7为出水管，8为竖流式沉淀池，9为沉淀池集水渠，10为废水出水管，11为中心管，12为污泥排放管，13为水力搅拌器，14为碳源投加管，15为硫源投加管，16为填料框架的不锈钢制隔板，17为铁刨花-黄铁矿复合填料。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明提供一种二级生化出水硫铁协同混养反硝化深度脱氮方法，采取以下步骤：

向城市污水或工业废水处理厂二级生化出水中连续投加适量有机碳源及硫源，然后进入装有铁刨花-黄铁矿复合填料和活性污泥絮体的折流式脱氮反应池，在反硝化细菌作用下发生异养反硝化脱氮过程（ch3coo-+1.18no3-+2.18h+→0.12c5h7o2n+1.4co2+2.5h2o+0.53n2）、自养反硝化脱氮过程（s2o32-自养反硝化：s2o32-+1.24no3-+0.45hco3-+0.09nh4++0.11h2o→0.09c5h7o2n+0.4h++0.62n2+2so42-；fe0自养反硝化：fe0+0.4no3-+1.2h2o→fe2++0.2n2+2.4oh-；fe2+自养反硝化：fe2++0.2no3-+2.4h2o→fe(oh)3+0.1n2+1.8h+）。

经处理后的出水进入竖流式沉淀池的中心管，经沉淀后排出，部分沉淀污泥作为剩余污泥排出。

在折流式脱氮反应池内装设的铁刨花-黄铁矿复合填料中m（fe0）：m（fes2）=4~5：1，装填密度为30~40kg/m3。铁刨花、黄铁矿由聚乙烯网袋包裹，每袋重量5~8kg；其中铁刨花提供fe0铁源电子供体，黄铁矿提供部分铁源、硫源电子供体。

将乙酸钠或甲醇作为外加有机碳源，控制进水cod/tn为1.9~2.1。将硫代硫酸钠作为外加硫源，控制进水s/n摩尔比为1.4~1.6。

折流式脱氮反应池的溶解氧控制在0.5mg/l以下，水力停留时间控制在8.0~12.0h。

在本发明的一种二级生化出水硫铁协同混养反硝化深度脱氮方法的优选实施例中，废水原水取自模拟a/o工艺的二级生化出水，其总氮（tn）、硝酸盐氮（no3–n）、亚硝酸盐氮（no2–n）、氨氮（nh4+-n）的浓度分别为21.3~34.3mg/l、17.5~31.9mg/l、0.00~2.67mg/l、0~10.2mg/l，废水中氮素形态以no3–n为主。

二级生化出水进入装有铁刨花-黄铁矿复合填料和活性污泥絮体的折流式脱氮反应池中，以乙酸钠或甲醇为外加有机碳源控制进水cod/tn为1.9~2.1，以硫代硫酸钠为外加硫源控制进水s/n摩尔比为1.4~1.6，在反硝化细菌作用下同时发生异养反硝化、fe0和fe2+自养反硝化与硫自养反硝化脱氮过程，实现no3–n转化为n2的高效脱氮；反应完成后泥水混合液进入竖流式沉淀池中心管，经沉淀后废水排出，部分沉淀污泥作为剩余污泥排出。经处理后，废水cod低于50.0mg/l，tn低于5.0mg/l。

参看图1和图2，一种按本发明的方法制造的硫铁协同混养反硝化强化二级生化出水深度脱氮反应器的具体结构如下：

该脱氮反应器设置折流式脱氮反应池4，在折流式脱氮反应池4内安装若干组不锈钢制填料框架3，每组填料框架3安装有水平设置的若干个不锈钢制隔板16，每个不锈钢制隔板16上均堆置由聚乙烯网袋包裹的铁刨花-黄铁矿复合填料17和活性污泥絮体5。

折流式脱氮反应池4外部连接进水管1和出水管7，进水管1和出水管7分别设置在反应池两侧。在进水管1上分别连接碳源投加管14和硫源投加管15。出水管7连接竖流式沉淀池8。折流式脱氮反应池4的进水管1一侧设置配水渠道2。折流式脱氮反应池4的出水管7一侧设置反应池集水渠6。折流式脱氮反应池4内的底部安装水力搅拌器13。

竖流式沉淀池8内的中间装有垂直设置的中心管11，该中心管11与反应池出水管7相连接。竖流式沉淀池8底部呈锥形状，并安装污泥排放管12，有利于污泥由污泥排放管12排出。竖流式沉淀池8外侧设置废水出水管10，在废水出水管10一侧设置沉淀池集水渠9。

综上所述，采用本发明的二级生化出水硫铁协同混养反硝化深度脱氮方法及脱氮反应器，向城市污水或工业废水处理厂二级生化出水中连续投加适量有机碳源及硫源，然后进入装有铁刨花-黄铁矿复合填料和活性污泥絮体的折流式脱氮反应池，在反硝化细菌作用下发生异养反硝化、s2o32-自养反硝化、fe0-fe2+自养反硝化脱氮过程，各过程同步进行，连续进水、连续出水；处理后出水进入竖流式沉淀池的中心管，经沉淀后排出，部分沉淀污泥作为剩余污泥排出。

本发明与传统反硝化深床脱氮滤池相比，碳源用量低，不存在滤床堵塞及反冲洗问题，操作管理方便，运行成本较低，并可实现酸碱互补，在提高混养反硝化脱氮效率的同时有效降低污泥产量。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。