申请日 20201021
公开（公告）日 20210205
IPC分类号 C02F3/30
摘要
本发明属于污水处理技术领域，公开了一种稀土矿山尾水的高效处理方法。将稀土矿山尾水经过格栅清理及平流式沉淀池预处理后送至抗冲击硝化‑反硝化耦合生物膜系统的好氧硝化层进行吸附、落干，通过风管通风对好氧硝化层中滤料进行供氧，进行硝化反应将氨氮转化为硝态氮；经过好氧硝化层落干后的污水进入兼氧反硝化层进行反硝化反应将硝态氮转化为氮气，从而实现稀土矿山尾水的脱氮处理。本发明应用过程采用抗冲击性能好的硝化‑反硝化耦合生物膜系统，非常适合于高浓度负荷、量大的稀土矿山尾水的处理，无需配备额外的有机碳源池和应急反应单元，简化处理流程，节省处理场地占地面积。
权利要求书
1.一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：具体处理步骤如下：
(1)将稀土矿山尾水经过格栅清理，去除水体中的大漂浮物；
(2)经步骤(1)清理后的污水流入平流式沉淀池，添加碱液进行沉淀，沉淀物定期通过压滤机压缩后送至稀土矿提炼厂回收；
(3)经步骤(2)沉淀后的污水泵送至抗冲击硝化-反硝化耦合生物膜系统的好氧硝化层进行均化布水，氨氮首先被拦截、吸附在滤料中，待污水在好氧硝化层中滤料落干后，通过风管通风对好氧硝化层中滤料进行供氧，进行硝化反应将氨氮转化为硝态氮；经过好氧硝化层落干后的污水进入兼氧反硝化层，并在兼氧反硝化层至少停留6h，进行反硝化反应将硝态氮转化为氮气，从而实现稀土矿山尾水的脱氮处理；
所述抗冲击硝化-反硝化耦合生物膜系统从上而下由好氧硝化层和兼氧反硝化层耦合串联而成，其中好氧硝化层为过滤层，兼氧反硝化层为储水层；
所述好氧硝化层采用包括如下方法制备得到的好氧硝化生物膜滤料：
将生物质原料经破碎后与养殖场动物粪便、沸石以及贝壳粉和/或蛋壳粉混合，控制含水率为10％～40％，然后压制成板块状材料，80～120℃温度下真空干燥处理得到多孔结构，然后在惰性气氛及400～800℃温度下高温炭化处理成型，得到好氧硝化生物膜滤料；
所述兼氧反硝化层采用包括如下方法制备得到的兼氧反硝化生物膜填料：
将生物质原料经破碎后与养殖场动物粪便混合，控制含水率为10％～40％，然后压制成板块状材料，80～120℃温度下真空干燥处理得到多孔结构，然后在惰性气氛及250～360℃温度下低温炭化处理成型，得到兼氧反硝化生物膜填料。
2.根据权利要求1所述的一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：所述抗冲击硝化-反硝化耦合生物膜系统由多级串联构成，各级之间用土工膜分隔，前一级兼氧反硝化层出水为后一级好氧硝化层进水。
3.根据权利要求1所述的一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：所述好氧硝化生物膜滤料重量配比如下：生物质原料30％～40％、养殖场动物粪便30％～40％、沸石10％～20％、贝壳粉和/或蛋壳粉5％～10％。
4.根据权利要求1所述的一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：所述好氧硝化生物膜滤料及兼氧反硝化生物膜填料中的生物质原料包括农田秸秆、谷壳、木屑中的至少一种；所述生物质原料经破碎后的粒径为0.5～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：所述好氧硝化生物膜滤料及兼氧反硝化生物膜填料中的养殖场动物粪便为牛、羊、猪、鸡、鸭粪便中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：所述兼氧反硝化生物膜填料中生物质原料与养殖场动物粪便混合的质量比为1:1～3。
7.根据权利要求1所述的一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：所述好氧硝化生物膜滤料及兼氧反硝化生物膜填料中控制含水率的方法通过加水、自然晾晒或机械脱水实现。
8.根据权利要求1所述的一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：所述压制成板块状材料的厚度为1～10cm。
9.根据权利要求8所述的一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：所述好氧硝化层由多层好氧硝化生物膜滤料叠加构成，每层好氧硝化生物膜滤料之间通过一层5～10mm碎石间隔。
10.根据权利要求1所述的一种稀土矿山尾水的高效处理方法，其特征在于：所述惰性气氛是指N2气氛；所述高温炭化处理的时间为2～6h；所述低温炭化处理的时间为4～12h。
说明书
一种稀土矿山尾水的高效处理方法
技术领域
本发明污水处理技术领域，具体为一种稀土矿山尾水的高效处理方法。
背景技术
稀土矿山尾水是离子吸附型稀土原地浸矿开采过程中由于浸矿液渗漏进入地下水，然后汇集进入矿区小流域地表水而产生的一类废水，其显著特征是：(1)氨氮和硝态氮含量高，丰水期氨氮浓度为120mg/L—200mg/L、硝态氮浓度为30mg/L—40mg/L，枯水期氮浓度为170mg/L—290mg/L、硝态氮浓度为40mg/L—60mg/L，是生活污水中氨氮和硝态氮含量的5-10倍；(2)有机碳含量很低，基本上不含磷；(3)水量很大，单个小流域的水量为每天数千吨至过万吨。由此可见，稀土矿区尾水的主要污染物为氨氮和硝态氮氮，且污染量很大，其他污染物较少。
在各种污水处理工艺中，生物处理工艺对氨氮和总氮的去除最为经济有效，这类工艺是通过硝化菌的代谢作用将氨氮氧化成硝态氮或亚硝态氮，然后通过反硝化菌将硝态氮和亚硝态氮还原成N2。生物处理法常用的硝化-反硝化脱氮工艺包括A2/O、序批式活性污泥法(SBR)、膜生物反应器(MBR)以及曝气生物滤池(BAF)等。由于流域稀土尾水基本不含有机物和磷，可生化性很差，需要添加大量营养物质以稳定维持污泥的活性。此外常规生物处理工艺需要淹水曝气，能耗高，设备众多故障率高，而且管理复杂。更重要的是，添加的营养物质形成了大量的污泥，需要妥善处置，因此，适用性较差。
在前期的专利中，我们公开了一种流域性稀土矿山尾水处理系统(CN 110171906A)，该处理系统包括：预处理单元、核心处理单元、辅助单元、应急反应单元；所述的预处理单元主要包括：进水格栅、碱液池、平流沉淀池和应急混凝沉淀池；所述的核心处理单元主要包括：调节池A、硝化-反硝化耦合生物膜滤系统A、碳源池、调节池B和硝化-反硝化耦合生物膜滤系统B；所述的辅助单元包括有机碳源池；所述的应急反应单元包括应急反应池构成。为了解决矿区尾水中几乎不含有机物、无法满足反硝化菌代谢繁殖的问题，该专利通过配备有机碳源池加入其存储的化粪池水、养殖场水等构成的废水，对污水补充磷、硫等微生物所需的微量元素，以达到以废治废的目的。同时还需设置在高负荷情况下的应急反应单元，但配备有机碳源池和应急反应单元一是增加了处理场地面积，二是有机碳源池中存储的化粪池水、养殖场水气味较大，对存储条件要求较高。
发明内容
为进一步改善以上现有技术，本发明的目的在于提供一种稀土矿山尾水的高效处理方法。该处理方法采用的耦合生物膜系统采用特定方法制备得到的好氧硝化生物膜滤料具有良好的吸附氨态氮的能力，并可直接与硝化过程产生的酸进行反应，生成的二氧化碳为硝化菌提供无机碳源，有效的促进硝化反应的进行，能够快速处理高浓度氨氮废水，具备良好的抗冲击性能，能够应对高浓度、高负荷稀土矿山尾水的处理，无需额外设置应急反应单元。且该耦合生物膜系统采用特定方法制备得到的兼氧反硝化生物膜填料，在为反硝化菌提供代谢繁殖载体的同时，还能长效缓释提供有机碳源及磷、硫等微量元素，可以减少或完全代替从外部补充有机碳源等营养物质，无需再额外配备有机碳源池。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种稀土矿山尾水的高效处理方法，具体处理步骤如下：
(1)将稀土矿山尾水经过格栅清理，去除水体中的大漂浮物；
(2)经步骤(1)清理后的污水流入平流式沉淀池，添加碱液进行沉淀，沉淀物定期通过压滤机压缩后送至稀土矿提炼厂回收；
(3)经步骤(2)沉淀后的污水泵送至抗冲击硝化-反硝化耦合生物膜系统的好氧硝化层进行均化布水，氨氮首先被拦截、吸附在滤料中，待污水在好氧硝化层中滤料落干后，通过风管通风对好氧硝化层中滤料进行供氧，进行硝化反应将氨氮转化为硝态氮；经过好氧硝化层落干后的污水进入兼氧反硝化层，并在兼氧反硝化层至少停留6h，进行反硝化反应将硝态氮转化为氮气，从而实现稀土矿山尾水的脱氮处理；
所述抗冲击硝化-反硝化耦合生物膜系统从上而下由好氧硝化层和兼氧反硝化层耦合串联而成，其中好氧硝化层为过滤层，兼氧反硝化层为储水层；
所述好氧硝化层采用包括如下方法制备得到的好氧硝化生物膜滤料：
将生物质原料经破碎后与养殖场动物粪便、沸石以及贝壳粉和/或蛋壳粉混合，控制含水率为10％～40％，然后压制成板块状材料，80～120℃温度下真空干燥处理得到多孔结构，然后在惰性气氛及400～800℃温度下高温炭化处理成型，得到好氧硝化生物膜滤料；
所述兼氧反硝化层采用包括如下方法制备得到的兼氧反硝化生物膜填料：
将生物质原料经破碎后与养殖场动物粪便混合，控制含水率为10％～40％，然后压制成板块状材料，80～120℃温度下真空干燥处理得到多孔结构，然后在惰性气氛及250～360℃温度下低温炭化处理成型，得到兼氧反硝化生物膜填料。
进一步地，所述抗冲击硝化-反硝化耦合生物膜系统由多级串联构成，各级之间用土工膜分隔，前一级兼氧反硝化层的出水管与后一级好氧硝化层的布水管连接，前一级兼氧反硝化层出水为后一级好氧硝化层进水。
进一步地，所述好氧硝化生物膜滤料重量配比如下：生物质原料30％～40％、养殖场动物粪便30％～40％、沸石10％～20％、贝壳粉和/或蛋壳粉5％～10％。
进一步地，所述好氧硝化生物膜滤料及兼氧反硝化生物膜填料中的生物质原料包括农田秸秆、谷壳、木屑中的至少一种。上述生物质原料来源广泛，成本低廉。
进一步地，所述好氧硝化生物膜滤料及兼氧反硝化生物膜填料中所述生物质原料经破碎后的粒径为0.5～10mm。
进一步地，所述好氧硝化生物膜滤料及兼氧反硝化生物膜填料中的养殖场动物粪便优选为牛、羊、猪、鸡、鸭粪便中的至少一种。上述动物粪便来源广泛，含有大量粗纤维及微量元素，经高温炭化能够生成与细菌亲和性好及对氨氮具有良好吸附的生物炭材料；经低温炭化后的产物能够长效缓释提供有机碳源及N、P、S等营养元素。
进一步地，所述兼氧反硝化生物膜填料中生物质原料与养殖场动物粪便混合的质量比为1:1～3。经验证动物粪便为缓释提供有机碳及微量元素的主要来源，生物质原料主要维持填料强度及增强与细菌的亲和性，更有利于生物膜的附着和生长。两者协同作用以符合兼氧反硝化生物膜填料的要求。
进一步地，所述好氧硝化生物膜滤料及兼氧反硝化生物膜填料中控制含水率的方法通过加水、自然晾晒或机械脱水实现。控制含水率为10％～40％的主要目的是方便后续压制成板块状材料，并保证能在后续真空干燥处理过程中得到多孔结构，以提供细菌的生长空间并容易挂膜。
进一步地，所述压制成板块状材料的厚度为1～10cm。适宜的厚度有利于在后续形成均匀稳定的多孔结构，利于细菌的生长挂膜。
进一步地，所述好氧硝化层由多层好氧硝化生物膜滤料叠加构成，每层好氧硝化生物膜滤料之间通过一层5～10mm碎石间隔。以调节滤料空间及空隙，更有利于生物膜的挂膜生长。
进一步地，所述惰性气氛是指N2气氛。N2来源广泛且成本较低。
进一步地，所述高温炭化处理的时间为2～6h；所述低温炭化处理的时间为4～12h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)为了解决矿区尾水中几乎不含有机物、无法满足反硝化菌代谢繁殖的问题，本发明采用特定兼氧反硝化生物膜填料的耦合生物膜系统，该填料稳定性好、与细菌的亲和性高，有利于生物膜的附着和生长；同时能够为反硝化细菌提供持续缓释的有机碳源及微量营养元素，使得兼氧反硝化层中细菌活性高、繁殖速度快、抗冲击性能强，处理污水效率高。无需配备额外的有机碳源池和应急反应单元，简化处理流程，节省处理场地占地面积。
(2)本发明所采用的好氧硝化生物膜滤料由生物质原料、养殖场动物粪便、沸石以及贝壳粉和/或蛋壳粉混合经高温炭化制备而成，高温炭化后形成的生物炭具备疏松多孔结构，对氨氮具有良好的吸附作用并与细菌具有良好的亲和性；同时加入贝壳粉和/或蛋壳粉，贝壳粉和蛋壳粉为环境中的自然产物，与细菌具有良好的亲和性；同时贝壳粉和蛋壳粉的主要成分为碳酸钙，能够及时的与硝化反应中生成的酸进行反应，维持硝化池中pH稳定；同时生成二氧化碳作为硝化菌的无机碳源，进一步促进硝化菌的生长；上述结果均能有效的促进硝化反应的进行，提升对氨氮的处理能力，提升系统的抗冲击性能。非常适用于高浓度负荷、处理量大的稀土矿山尾水的处理。
（发明人：任国庆;吉康宁;董乔红;张武建;王鹏;龙其芬;李生亮;邬顺心 ）