申请日2016.11.23
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F9/14; C02F1/28; C02F1/42; C02F1/52; C02F3/02; C02F3/28; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种基于硝氮化学分离‑物理转移的污水深度脱氮工艺，该污水脱氮工艺，包括以下步骤：(1)将能从水中去除硝酸盐氮的药剂装载于装载单元中形成药剂单元，并将药剂单元投加到需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水中进行药剂处理;(2)药剂处理1‑5h后完成对污水的处理，污水中的硝酸盐氮转移到药剂上，污水的总氮含量下降并达到出水标准;(3)将药剂单元从污水中分离出来，并将其物理转移并浸没于厌氧生物反应单元中，反应过程中，药剂上的硝酸盐氮解析到厌氧生物反应单元中，通过微生物反硝化作用转化为气态氮，实现氮的脱除。其可在不增加或尽量少增加污水处理设施占地面积的前提下，提高反硝化效率，强化脱氮效果。
权利要求书
1.一种污水脱氮系统，其特征在于：包括需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元和生物脱氮系统中的厌氧生物处理单元，还包括药剂单元和能将所述药剂单元在需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水和厌氧生物处理单元的污水之间来回分离并运送的传输系统，所述药剂单元包括装载单元和装载在装载单元内部的能从水中去除硝酸盐氮的药剂;可选的，所述需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元为沉淀池或生物脱氮系统中的好氧生物处理单元。
2.根据权利要求1所述的污水脱氮系统，其特征在于：所述能从水中去除硝酸盐氮的药剂包括脱氮絮凝剂，强碱性阴离子交换树脂，改性活性炭，改性沸石，类水滑石以及交联壳聚糖等中的至少一种且所述能从水中去除硝酸盐氮的药剂对硝酸盐氮的吸附容量范围30-300mg/g。
3.根据权利要求1所述的污水脱氮系统，其特征在于：所述传输系统包括从需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元和/或厌氧生物处理单元的污水中分离药剂单元的分离设备、以及在需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水和厌氧生物处理单元的污水之间来回运输药剂单元的运输设备。
4.根据权利要求1所述的污水脱氮系统，其特征在于：所述装载单元包括工程塑料框架及安装在工程塑料框架内的聚乙烯网布。
5.根据权利要求1所述的污水脱氮系统，其特征在于：所述厌氧生物处理单元为池体，池内设有推流搅拌设施，可选的厌氧生物处理单元可直接使用污水厂原有的厌氧生物反应池;所述好氧生物处理单元为池体，池内设有推流搅拌设施及曝气装置，可选的好氧生物处理单元可直接使用污水厂原有的好氧生物反应池。
6.一种污水脱氮方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将能从水中去除硝酸盐氮的药剂装载于装载单元中形成药剂单元，并将药剂单元投加到需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水中进行药剂处理;可选的所述需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元为沉淀池或生物脱氮系统中的好氧生物处理单元;
(2)药剂处理1-5h后完成对污水的处理，污水中的硝酸盐氮转移到药剂上，污水的总氮含量下降并达到出水标准;
(3)将步骤2中的药剂单元从污水中分离出来，并将其物理转移并浸没于厌氧生物反应单元中进行反应，反应时间约为3-10h。
7.根据权利要求6所述的污水脱氮方法，其特征在于：所述能从水中去除硝酸盐氮的药剂包括脱氮絮凝剂，强碱性阴离子交换树脂，改性活性炭，改性沸石，类水滑石以及交联壳聚糖等中的至少一种且所述能从水中去除硝酸盐氮的药剂对硝酸盐氮的吸附容量范围30-300mg/g。
8.根据权利要求6所述的污水脱氮方法，其特征在于：步骤1中将药剂单元投加到需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水中时，每小时药剂的初始投加量为每小时处理水量的0.05-1%。
9.根据权利要求6所述的污水脱氮方法，其特征在于：还包括将步骤3中经过厌氧生物反应单元反应过后的药剂分离并重新转运到需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元循环使用。
10.根据权利要求6所述的污水脱氮方法，其特征在于：步骤1中将药剂单元投加到需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水中，投加位置为污水中硝酸盐氮含量最高处，具体为好氧生物处理单元末端，药剂单元在污水中的浸没深度为水下2-5m;所述厌氧生物处理单元为厌氧池体，池内设有推流搅拌设施，厌氧池内溶解氧浓度控制在0-0.5mg/L，厌氧污泥浓度为4000-6000mg/L，可选的厌氧处理单元为使用污水厂原有的厌氧生物反应池;所述好氧生物处理单元为好氧池体，池内设有推流搅拌设施及曝气装置，好氧池内溶解氧浓度控制在0.5-2mg/L，好氧污泥浓度为2500-4000mg/L，可选的好氧处理单元可直接使用污水厂原有的好氧生物反应池。
说明书
一种基于硝氮化学分离-物理转移的污水深度脱氮工艺
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别涉及一种基于硝氮物理转移的污水深度脱氮工艺及其设备。
背景技术
硝酸盐广泛存在于地表水和地下水中，我国硝酸盐污染有逐年增长的趋势。过量的硝酸盐会引起水体富营养化，长期饮用含有过量硝酸盐的饮用水还会危害人类健康。硝酸盐的去除一直在水处理领域备受关注。
当前生活污水处理厂出水大部分会直接或者经进一步再生处理后作为生态补水直接排入到天然水体中。特别在北方缺水地区，以北京为例，生活污水处理厂再生水中约1/3用于生态环境补水，年补水量1亿立方米。因此生活污水处理厂出水是天然水体中硝氮的一大重要来源。为切实加大水污染防治力度，国务院制定了《水污染防治行动计划》(“水十条”)。其中明确规定“城镇生活污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭式、半封闭水域时，应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB1891-2002)中一级标准的A标准”。而在该出水标准中，较难达到的主要是总氮，其限值为15mg/L。另外，部分地区还制定了更严格的污水排放标准，如北京市地方标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11890-2012)规定了排入北京市II、III类水体的新(改、扩)建城镇污水处理厂出水总氮限值提升至10mg/L。而我国城镇污水处理厂二级出水总氮一般在15-40mg/L，其中硝氮约占总氮含量50-75%。因此，深度脱氮，进一步降低出水硝氮浓度，已经成为污水处理厂提标改造需要重点解决的问题。
目前采用的硝酸盐氮去除技术主要包括生物脱氮法、化学还原法、离子交换法、反渗透法和吸附法。其中生物脱氮法是最为传统和工程应用最为广泛的污水生物脱氮工艺。利用生物去除污水中的硝酸盐主要依靠反硝化作用，即反硝化菌在缺氧条件下，利用有机物等碳源作为电子供体，将硝酸盐还原为气态氮的过程。反硝化工艺主要可分为后置反硝化工艺和前置反硝化工艺。后置反硝化工艺遵循硝化、反硝化的先后顺序，将反硝化池置于好氧生物工艺的后端。该系统中因不需要硝化液回流一定程度上可简便操作管理。但是因前端好氧生物工艺消耗掉了大部分污水中的有机碳源，导致反硝化过程碳源不足，严重影响其脱氮效果，因此还需要外加有机碳源。碳源投加量不足会造成亚硝酸盐氮积累，投加过量又会引起二次污染。操作难度上升的同时，运行成本也相应增加。前置反硝化则是将厌氧生物工艺置于好氧生物工艺前端，将好氧池的出水回流至厌氧池中与原水进行混合，利用污水原水中的有机物作为碳源进行反硝化脱氮。相对于后置反硝化，前置反硝化工艺应用较广，如较为成熟的A/O、A2/O等工艺。
面对日益严格的城镇生活污水处理厂排放标准，如果利用传统的生物脱氮法进行升级改造，为了提高反硝化效率，则需要扩建原有的净水构筑物或者新增硝化和反硝化池以提高停留时间和污泥龄。这将进一步增加工艺流程及占地面积，且基建费用高，运行过程的能耗及维护费也很高。特别是当前许多城镇生活污水厂周边城市化发展迅速，已不具备条件为污水厂升级改造提供足够的空间位置。因此迫切需要寻找一种新的工艺方案在不增加或者尽量少增加构筑物的前提下，提高硝酸盐的去除效率，以保证处理出水的总氮达标，实现污水处理厂的升级改造。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明为了解决污水处理中出水硝酸盐氮含量高，总氮难以稳定达到标准，但利用传统的升级改造方案占地面积大，基建成本高等问题，提供了一种新型的污水深度脱氮方法及其设备，该方法和设备可在不增加或尽量少增加污水处理设施占地面积的前提下，提高反硝化效率，强化脱氮效果。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种污水脱氮系统，包括需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元和生物脱氮系统中的厌氧生物处理单元，还包括药剂单元和能将所述药剂单元在需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水和厌氧生物处理单元的污水之间来回分离并运送的传输系统，所述药剂单元包括装载单元和装载在装载单元内部的能从水中去除硝酸盐氮的药剂。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元为沉淀池或生物脱氮系统中的好氧生物处理单元。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述能从水中去除硝酸盐氮的药剂包括脱氮絮凝剂，强碱性阴离子交换树脂，改性活性炭，改性沸石，类水滑石以及交联壳聚糖等中的至少一种且所述能从水中去除硝酸盐氮的药剂对硝酸盐氮的吸附容量范围30-300mg/g。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述传输系统包括从需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元和/或厌氧生物处理单元的污水中分离药剂单元的分离设备、以及在需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元和厌氧生物处理单元之间来回运输药剂单元的运输设备。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述传输系统还包括控制所述分离设备和运输设备的自动化控制设备。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述装载单元包括工程塑料框架及安装在工程塑料框架内的网布。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述网布的材质为聚乙烯。聚乙烯材质的网布既能保证药剂与污水的充分接触，又能够使结合有硝酸盐氮的药剂快速的在水中解结合。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述厌氧生物处理单元为池体，池内设有推流搅拌设施。例如厌氧生物处理单元可直接使用污水厂原有的厌氧生物反应池。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述好氧生物处理单元为池体，池内设有推流搅拌设施及曝气装置。例如好氧生物处理单元可直接使用污水厂原有的好氧生物反应池。
一种污水脱氮方法，包括以下步骤：
(1)将能从水中去除硝酸盐氮的药剂装载于装载单元中形成药剂单元，并投加到需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水中进行药剂处理;
(2)药剂处理1-5h后完成对污水的处理，污水中的硝酸盐氮转移到药剂上，污水的总氮含量下降并达到出水标准;
(3)将步骤2中的药剂单元从污水中分离出来，并将其物理转移并浸没于厌氧生物反应单元中反应时间约为3-10h。反应过程中，药剂上的硝酸盐氮解析到厌氧生物反应单元中，通过微生物反硝化作用转化为气态氮，实现氮的脱除。
上述污水脱氮方法在另一种实施方式中，所述需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元为沉淀池或生物脱氮系统中的好氧生物处理单元。用生物脱氮法中的好氧生物反应单元对污水进行处理;该步骤能将污水中的氮主要转化为硝酸盐氮。
上述污水脱氮方法在另一种实施方式中，所述能从水中去除硝酸盐氮的药剂包括脱氮絮凝剂，强碱性阴离子交换树脂，改性活性炭，改性沸石，类水滑石以及交联壳聚糖等中的至少一种且所述能从水中去除硝酸盐氮的药剂对硝酸盐氮的吸附容量范围30-300mg/g。本发明中药剂的作用是在硝酸盐氮浓度高的利用絮凝、吸附以及离子交换等方法将污水中溶解态的硝酸盐氮转移到药剂上，再在硝酸盐氮浓度低的厌氧生物处理单元将硝酸盐氮释放出来，进行反硝化作用。
上述污水脱氮方法在另一种实施方式中，步骤1中将药剂单元投加到需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水中时，每小时药剂的初始投加量为每小时处理水量的0.05-1%(质量百分比)。根据药剂对硝酸盐氮吸附容量、进水总氮含量以及出水标准确定。如：每小时设计流量为1000m3/h。处理过程当中，每小时絮凝剂初始投加量为每小时处理水量的0.1%(质量百分比)，即初始时每小时需要的絮凝剂量为1000kg，如果需要一次性处理3个小时，则需要一次性投入絮凝剂的剂量为3000kg。
上述污水脱氮方法在另一种实施方式中，还包括：将步骤3中经过厌氧生物反应单元反应过后的药剂分离并重新转运到需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的原投加位置处循环使用。在步骤3中厌氧生物反应单元中反应后药剂上的硝酸盐氮解析到了厌氧生物反应单元，从而使药剂实现了功能恢复。
上述污水脱氮方法在另一种实施方式中，将步骤3中经过厌氧生物反应单元反应过后的药剂分离并重新转运到好氧生物反应单元的原投加位置处循环使用时，处理单位体积污水时需要补充步骤1中初始投加量的1-10%(质量百分比)的药剂，为保证系统的持续运行效果。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，步骤1中将药剂单元投加到需要降低硝酸盐氮含量的污水处理单元的污水中，投加位置为污水中硝酸盐氮含量最高处，具体为好氧生物处理单元末端，药剂单元在污水中的浸没深度为水下2-5m。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述厌氧生物处理单元为厌氧池体，池内设有推流搅拌设施，厌氧池内溶解氧浓度控制在0-0.5mg/L，厌氧污泥浓度为4000-6000mg/L。厌氧处理单元可直接使用污水厂原有的厌氧生物反应池。
上述污水脱氮系统在另一种实施方式中，所述好氧生物处理单元为好氧池体，池内设有推流搅拌设施及曝气装置，好氧池内溶解氧浓度控制在0.5-2mg/L，好氧污泥浓度为2500-4000mg/L。好氧处理单元可直接使用污水厂原有的好氧生物反应池。
本发明利用絮凝、吸附以及离子交换等方法将污水中溶解态的硝酸盐氮转移到药剂上。当污水中溶解态的硝酸盐氮转移到药剂这一过程达到一定平衡后，将这些含有硝酸盐氮的药剂转运到厌氧生物处理单元中。药剂上的硝酸盐氮通过解析等作用重新释放到水中，并被厌氧池中的反硝化菌还原为气态氮，实现反硝化脱氮。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明污水并不限于好氧出水，只要污水中硝酸盐氮含量超过所需达到的标准时，均可利用具有硝酸盐氮去除功能的药剂作为媒介将硝酸盐氮传输到厌氧生物处理单元进行去除。可选的，本发明基于具有厌氧生物处理单元和好氧生物处理单元的污水处理设施进行了改造，即被改造的污水处理设施采用的工艺包括但不限于后置反硝化工艺或前置反硝化工艺，如：A/O，A2/O，氧化沟等污水处理工艺系统。后置反硝化工艺经本申请改造后，好氧池出水中硝酸盐氮即可被去除，好氧池出水不需要再流入厌氧池进行反硝化，厌氧池则主要改造作为药剂的再生场所。前置反硝化工艺经本申请改造后，好氧池出水不需要回流到厌氧池中，只需要将负载有硝酸盐氮的药剂返回厌氧池即可。
2、本发明取代现有工艺中硝化液直接流入厌氧生物处理单元的方式，消除硝化液中的溶解氧对厌氧生物处理单元缺氧环境的负面影响，保证了厌氧池中反硝化菌活性;又因为常规技术中硝酸盐氮回流入厌氧池时需要同时回流大量水，而本技术不需回流水只转移硝酸盐氮，因此增加了厌氧生物处理工艺中硝酸盐氮的浓度，从而提高反硝化效率，强化脱氮效果，实现污水的深度脱氮，处理出水可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB1891-2002)中一级标准的A标准对总氮的要求，还可以根据需求调整吸附剂或者药剂的使用量进而达到更严格的排放标准。
3、有效降低好氧处理单元出水中硝酸盐氮的浓度，抑制后续沉淀池中反硝化作用的发生，提高泥水分离效率。
4、利用本发明中的工艺技术对污水生物脱氮处理工艺进行提标改造，无需新增或者扩建净水构筑物，大大减少了基建费用及净水构筑物的占地面积。