CN2017113769472一种污水自养反硝化脱氮除磷系统及方法公开号108191069A

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201711376947.2(22)申请日2017.12.19(71)申请人北京交通大学地址100044北京市海淀区西直门外上园村3号(72)发明人李德生　邓时海　杨雪　(74)专利代理机构北京市商泰律师事务所11255代理人毛燕生(51)Int.Cl.C02F3/34(2006.01)C02F3/02(2006.01)C02F9/14(2006.01)C02F1/461(2006.01)C02F101/16(2006.01)(54)发明名称一种污水自养反硝化脱氮除磷系统及方法(57)摘要一种污水自养反硝化脱氮除磷系统及方法，属于污水处理技术领域。通过水质水量调节池均衡污水水质与水量，通过反应器罐内部装填化学催化生物载体，在化学催化生物载体上富集自养反硝化菌，利用化学催化生物载体的化学反应产物为微生物自养反硝化的提供电子，将硝酸盐氮还原为氮气，化学催化生物载体内部催化内电解反应生成的Fe2+被氧化为Fe3+，并与水中PO43-发生沉淀反应，生成FePO4·2H2O，将污水中氮和磷的快速深度脱除。本发明处理低碳氮比污水时，无需额外投加有机碳源。具有效率高、能耗低、操作方便、安全、无二次污染等优势，可实现低碳氮比污水中氮和磷的同步快速深度脱氮。权利要求书1页说明书5页附图1页CN108191069A2018.06.22CN108191069A1.一种污水自养反硝化脱氮除磷系统，其特征在于进水泵的进口端连接水质水量调节池，进水泵的出口端连接进水阀门及进水流量计，进水流量计的另一端连接反应器罐内的布水管，反应器罐的内腔连接化学催化生物载体，化学催化生物载体的下方为曝气沙盘，空气压缩机依次连接进气阀门、进气流量计及出气阀门，出气阀门的另一端连接反应器罐的底部，反应器罐的底部还依次连接出水阀门和出水三通。2.根据权利要求1所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷系统，其特征在于污水首先通过水质水量调节池进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵提升、进水流量计计量，进入反应器罐内的布水管；由布水管将污水布入化学催化生物载体；化学催化生物载体所需氧气由曝气沙盘提供；曝气沙盘的气源是通过空气压缩机、进气阀门、进气流量计、出气阀门进入，最后出水由反应器罐的出水阀门和出水三通排出。3.根据权利要求1或者权利要求2所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷系统，其特征在于反应器罐的径高比为1:6；化学催化生物载体在反应器罐内的填充径高比为1:4。4.一种污水自养反硝化脱氮除磷系统，其特征在于进水泵的进口端连接水质水量调节池，进水泵的出口端连接进水流量计，进水流量计的另一端连接反应器罐的底部，空气压缩机依次连接进气流量计前进气阀门、进气流量计及进气流量计后出气阀门，进气流量计后出气阀门的另一端连接反应器罐的底部，反应器罐的内腔连接化学催化生物载体，化学催化生物载体下方为曝气沙盘，反应器罐的内腔底部连接布水管，反应器罐的上部连接出水管。5.根据权利要求4所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷系统，其特征在于污水首先通过水质水量调节池进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵提升、进水流量计计量，进入反应器罐内的布水管；由布水管将污水布入化学催化生物载体；化学催化生物载体所需氧气由曝气沙盘提供；曝气沙盘的气源是通过空气压缩机、进气流量计后出气阀门、进气流量计、进气流量计前进气阀门进入，最后出水由反应器罐的出水管排出。6.根据权利要求4或者权利要求5所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷系统，其特征在于反应器罐的径高比为1:8；化学催化生物载体在反应器罐内的填充径高比为1:6。7.一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，其特征在于含有以下步骤；通过水质水量调节池均衡污水水质与水量，通过反应器罐内部装填化学催化生物载体，在化学催化生物载体上富集自养反硝化菌，利用化学催化生物载体的化学反应产物为微生物自养反硝化的提供电子，将硝酸盐氮还原为氮气，化学催化生物载体内部催化内电解反应生成的Fe2+被氧化为Fe3+，并与水中PO43-发生沉淀反应，生成FePO4·2H2O，将污水中氮和磷的快速深度脱除。8.根据权利要求7所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，其特征在于反应器罐的运行过程是在微曝气下运行，气水比为0.5:1-3:1。9.根据权利要求7所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，其特征在于污水在反应器罐内的水力停留时间为4.5-10.5h。10.根据权利要求7、8或者9所述的一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，其特征在于污水进入反应器罐的流向有上向流和下向流2种形式。权　利　要　求　书1/1页2CN108191069A2一种污水自养反硝化脱氮除磷系统及方法技术领域[0001]本发明涉及一种污水自养反硝化脱氮除磷系统及方法，属于水处理技术领域。背景技术[0002]对于受污染的地表水和地下水、城市污水厂尾水及石油化工、化肥、味精、养殖等行业的生产废水，由于其有机物含量不足，导致利用传统生物脱氮技术处理时脱氮效率低。同时，我国城镇污水排放标准逐年提高，且对一些经济发达、环境容量小的地区提出了更为严格的要求，其中北京地方标准《北京水污染物综合排放标准》(DB11/307-2013)中的A控标准最为严格。而我国城市污水的碳氮比(C/N)普遍较低，反硝化碳源不足，难以实现总氮(TN)的深度脱除，因此对有机物含量较低的污水进行深度脱氮已成为目前水处理领域亟待解决的难题。[0003]目前，可实现污水深度脱氮技术主要有外加有机碳源技术和自养反硝化技术。外加有机碳源以甲醇、乙醇、乙酸等为主，但由于外加碳源成本较高，且易残留，造成二次污染，因此在实际生产中未得到广泛应用。自养反硝化脱氮技术主要以氢气、硫及其化合物和单质铁为电子供体。以氢气为电子供体的自养反硝化技术存在氢气利用率低、氢气易泄漏及氢气储存、运输成本高等问题，难以在实际应用中推广。以硫及其化合物为电子供体的自养反硝化技术虽然成本较低，但脱氮过程中生成大量的硫酸和硫酸盐，对水体造成严重的二次污染，因此未在工程应用中得到推广。以铁为基质的自养反硝化脱氮技术克服了以氢气、硫及其化合物为电子供体的自养反硝化脱氮技术存在的弊端，其脱氮主要依靠零价铁(Fe0)腐蚀过程提供电子，但在通常污水水质条件下铁的腐蚀非常缓慢，导致该技术的自养反硝化脱氮效率低下。因此，研发高效、低耗、操作方便、安全、无二次污染的脱氮新技术具有重要意义。发明内容[0004]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种污水自养反硝化脱氮除磷系统及方法。[0005]一种污水自养反硝化脱氮除磷方法，含有以下步骤；通过水质水量调节池均衡污水水质与水量，通过反应器罐内部装填化学催化生物载体，在化学催化生物载体上富集自养反硝化菌，利用化学催化生物载体的化学反应产物为微生物自养反硝化的提供电子，将硝酸盐氮还原为氮气，化学催化生物载体内部催化内电解反应生成的Fe2+被氧化为Fe3+，并与水中PO43-发生沉淀反应，生成FePO4·2H2O，将污水中氮和磷的快速深度脱除。[0006]反应器罐的运行过程是在微曝气下运行，气水比为0.5:1-3:1。污水在反应器罐内的水力停留时间为4.5-10.5h。污水进入反应器罐的流向有上向流和下向流2种形式。[0007]一种污水自养反硝化脱氮除磷系统，进水泵的进口端连接水质水量调节池，进水泵的出口端连接进水阀门及进水流量计，进水流量计的另一端连接反应器罐内的布水管，反应器罐的内腔连接化学催化生物载体，化学催化生物载体的下方为曝气沙盘，空气压缩说　明　书1/5页3CN108191069A3机依次连接进气阀门、进气流量计及出气阀门，出气阀门的另一端连接反应器罐的底部，反应器罐的底部还依次连接出水阀门和出水三通。[0008]污水首先通过水质水量调节池进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵提升、进水流量计计量，进入反应器罐内的布水管；由布水管将污水布入化学催化生物载体；化学催化生物载体所需氧气由曝气沙盘提供；曝气沙盘的气源是通过空气压缩机、进气阀门、进气流量计、出气阀门进入，最后出水由反应器罐的出水阀门和出水三通排出。[0009]一种污水自养反硝化脱氮除磷系统，进水泵的进口端连接水质水量调节池，进水泵的出口端连接进水流量计，进水流量计的另一端连接反应器罐的底部，空气压缩机依次连接进气流量计前进气阀门、进气流量计及进气流量计后出气阀门，进气流量计后出气阀门的另一端连接反应器罐的底部，反应器罐的内腔连接化学催化生物载体，化学催化生物载体下方为曝气沙盘，反应器罐的内腔底部连接布水管，反应器罐的上部连接出水管。[0010]污水首先通过水质水量调节池进行均衡污水的水质与水量；然后通过进水泵提升、进水流量计计量，进入反应器罐内的布水管；由布水管将污水布入化学催化生物载体；化学催化生物载体所需氧气由曝气沙盘提供；曝气沙盘的气源是通过空气压缩机、进气流量计后出气阀门、进气流量计、进气流量计前进气阀门进入，最后出水由反应器罐的出水管排出。[0011]反应器罐的径高比为1:6；化学催化生物载体在反应器罐内的填充径高比为1:4。[0012]本发明的有益效果是：[0013](1)一种污水自养反硝化脱氮除磷系统及方法，在污水碳氮比较低(即有机物不足)时，无需额外投加有机碳源，即可实现污水的深度脱氮除磷，可以从根本上避免有机物残留所造成的二次污染，同时可节约外加有机碳源所产生的运行成本。[0014](2)一种污水自养反硝化脱氮除磷系统及方法，创新地在无外加电场、无外加有机碳源条件下实现了同步硝化自养反硝化高效深度脱氮除磷，出水总氮去除率可达90％以上，总磷去除率可达85％以上，为污水的深度脱氮提供了一种新的理念及方法。[0015](3)与异养微生物相比，自养微生物的增殖速率较低，并且本发明采用在生物载体表面附着生物膜的微生物生长形式，系统只产生微量的剩余污泥，大大降低了污泥处理陈本。[0016](4)运行过程中只需要微曝气，大大降低了运行能耗，节约了运行成本，反应器罐运行操作简单，便于管理。[0017](5)柱状反应器罐可有效节约水处理设备占地面积，降低投资成本。[0018]本发明与外加碳源脱氮技术以及以氢气、硫及其化合物和单质铁为电子供体的自养脱氮技术相比，具有效率高、能耗低、操作方便、安全、无二次污染等优势，可实现低碳氮比污水中氮和磷的同步快速深度脱氮。附图说明[0019]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知伴随其中的许多优点，此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：说　明　书2/5页4CN108191069A4[0020]图1是本发明一种污水自养反硝化脱氮除磷系统与方法的下向流污水深度处理系统示意图，图中标记：1-水质水量调节池；2-进水泵；3-进水流量计；4-布水管；5-化学催化生物载体；6-曝气沙盘；7-反应器罐；8-出水阀门；9-空气压缩机；10-进气阀门；11-进气流量计；12-出气阀门；13-出水三通。[0021]图2是本发明一种污水自养反硝化脱氮除磷系统与方法的上向流污水深度处理系统示意图，图中标记：14-水质水量调节池；15-进水泵；16-进水流量计；17-出水管；18-化学催化生物载体；19-反应器罐；20-布水管；21-曝气沙盘；22-进气流量计后出气阀门；23-进气流量计；24-进气流量计前进气阀门；25-空气压缩机。[0022]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。具体实施方式[0023]显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。[0024]本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。[0025]为便于对本发明实施例的理解，下面将做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。