本发明涉及一种
污水处理厂尾水深度脱氮方法，属于污水处理技术领域。
背景技术：
氮是引起水体富营养化的重要因素，也是目前污水处理厂出水主要监测指标之一。随着污水排放标准日益严格，出水总氮要求也相应提高，例如京津地区对出水TN的要求为低于10mg/L；欧盟污水排放标准规定，人口大于10万的城市TN限值为10mg/L，澳大利亚一级排放标准出水TN低于5mg/L的概率至少保证90％，同时TN低于3mg/L的概率至少保证50％。因此，对传统污水处理后进一步深度脱氮具有重要意义。目前，深度脱氮主要利用生物脱氮的方式，一般通过在二沉池后设置反硝化滤池以进一步脱氮，但传统的异养反硝化脱氮需要碳源，而污水处理厂二级出水中可生物利用碳源较少，不能满足异养反硝化的需要；同时由于投加碳源物质会大大增加运行成本，且异养微生物的大量生长容易导致反硝化滤池堵塞并产生大量剩余污泥，显著增加运行和处理难度。
技术实现要素：
为进一步降低污水处理厂尾水(二级出水)中的氮，同时避免深度脱氮过程中二次污染对生态系统产生破坏，拟开发一种新型深度脱氮工艺。本发明将硫自养反硝化工艺作为深度脱氮工艺主体，在工艺末端增加生态安全单元，采用改性水滑石对深度脱氮过程产生的硫酸盐进行吸附，从而达到深度脱氮，生态无害的最终目的。
本发明的第一个目的是提供一种硫酸盐吸附池，含有体积为流量数值1.8～2.5倍的水滑石；所述水滑石为改性水滑石，其制备步骤为：(1)以1～4：1的摩尔比将镁盐和铝盐混合溶于1L蒸馏水中，得到混合盐溶液；(2)称取NaOH和Na2CO3，制备混合碱溶液；(3)将盐溶液与碱溶液迅速混合，控制n(CO32-)/n(Al3+)与n(NaOH)/n(Mg2++Al3+)均为2.0，搅拌，调节溶液pH值为9.0～9.5，(4)在75～85℃水浴8～12h，洗涤，300～400℃烘干，研磨。
在本发明的一种实施方式中，所述水滑石为改性水滑石，所述改性水滑石按照如下方法制备：(1)以3:1的摩尔比将镁盐和铝盐混合溶于蒸馏水中，得到混合盐溶液；(2)称取NaOH和Na2CO3，制备混合碱溶液；(3)控制n(CO32-)/n(Al3+)与n(NaOH)/n(Mg2++Al3+)均为2.0，将盐溶液与碱溶液迅速混合，搅拌，调节溶液pH值为9.0～9.5，再经过水浴反应，洗涤，烘干，研磨。
本发明的第二个目的是提供一种去除污水中硫酸盐的方法，所述方法是控制进水流量2～3m3/h，经过所述硫酸盐吸附池的时间为1～3h，以吸附污水中的硫酸盐。
本发明的第三个目的是提供一种深度脱氮装置，包括进水箱，深度脱氮池和所述硫酸盐吸附池；所述深度脱氮池自下向上包括进水缓冲区，布水器，填料层；所述进水缓冲区位于深度脱氮池底部，进水缓冲区顶部设布水器，布水器上部为填料层，进水进入深度脱氮池后自下向上先经过进水缓冲区，再由布水器均匀布水进入填料层进行深度脱氮。
在本发明的一种实施方式中，所述深度脱氮池体积为1～1.5m3，采用单质硫作为填料，填料填装体积为脱氮池体积的50-60％。
在本发明的一种实施方式中，硫酸盐吸附池中填料体积为脱氮装置进水流量数值的2倍，吸附池预留30～40％体积用于搅拌。
在本发明的一种实施方式中，所述深度脱氮池有效高度3.1m，有效体积0.88m3，脱氮池内部距脱氮池底部0.5～0m的区域为进水缓冲区，缓冲区上部设有布水器，布水器上部铺设粗砂；所述粗砂粒径为4-8mm，铺设高度为0.1m，填料硫粒径为2-4mm，填充高度为1.8m，总质量为1.75t，孔隙率约为50％。
在本发明的一种实施方式中，硫酸盐吸附池长2m，宽1.5m，高3m，以改性水滑石为填料，填料高度为2m，吸附池总体积为9m3。
本发明的第四个目的是提供一种污水深度脱氮的方法，应用所述的脱氮装置，进行脱氮、去除硫酸盐，对进水COD浓度为10-45mg/L的污水进行深度脱氮。
在本发明的一种实施方式中，所述硫自养反硝化方法是在以单质硫为填料的脱氮池中进行，所述脱氮池自下而上分别设有脱氧层、脱氮层，采用底部进水顶部出水的方式在硫自养反硝化细菌的作用下进行自养反硝化。
在本发明的一种实施方式中，硫自养反硝化过程水力停留时间为0.22～0.5h，上升流速为8～14m/h。
在本发明的一种实施方式中，所述方法包括对脱氮池进行反冲，反冲流量为35-70m3/h，反冲时间4-6min。
在本发明的一种实施方式中，所述污水为工业废水、生活污水。
有益效果：本发明采用硫自养硝化工艺和脱硫酸盐工艺结合，替代了传统的异养反硝化工艺，能够有效避免投加液态碳源所带来的污染。以单质硫为电子供体的硫自养反硝化能够有效去除污水处理厂尾水中的硝酸盐，反硝化较为彻底，硝酸盐最高去除率可达100％，且出水中无亚硝酸盐积累；脱氮速度快、效率高，HRT仅0.35h，且无剩余污泥排放。后续的改性水滑石吸附硫酸盐处理单元有效的降低了出水中硫酸盐的浓度，硫酸盐去除率高于50％。硫自养反硝化脱氮与改性水滑石吸附硫酸盐工艺相结合，有效降低了出水中TN和硫酸盐的含量，实现了生态安全的最终目的。
附图说明
图1为本发明一种深度脱氮装置运行流程图；1，进水水箱；2，进水泵；3，反冲泵；4，粗砂层；5，反冲口；6，脱氧层；7，脱氮层；8，取样口；9，溢流堰；10，出水口；11，水滑石层。
图2为深度脱氮装置进出水硝态氮变化；
图3为深度脱氮装置进出水TN变化；
图4为深度脱氮池进出水硫酸盐变化；
图5为不同流量下进出水硝态氮变化。
具体实施方式
实施例1水滑石的制备
按照镁铝摩尔比为3：1的比例称取Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O，混合溶于1L二次蒸馏水中，得到混合盐溶液；另称取一定量的NaOH和Na2CO3溶于二次蒸馏水中，得到混合碱溶液，其中n(CO32-)/n(Al3+)与n(NaOH)/n(Mg2++Al3+)均为2.0。将盐溶液与碱溶液迅速混合，搅拌，调节溶液pH值为9.5，得到白色浆状悬浮液，再将其置于75℃恒温水浴中，反应12h后；样品冷却后进行抽滤并将所得到固体洗涤至中性，于80℃下烘干，磨细，得到水滑石。将上述水滑石在400℃条件下焙烧3h，即得到改性水滑石。
在1L蒸馏水中投加0.5g硫酸钾，配制硫酸盐溶液，加入制备的水滑石，混匀搅拌2h，检测溶液中硫酸盐浓度，结果如表1所示。在纯硫酸盐溶液中，本发明制备的水滑石吸附量为61mg/g。
表1水滑石吸附硫酸盐配水实验
实施例2深度脱氮装置设计
深度脱氮装置包括：进水水箱，深度脱氮池和硫酸盐吸附池，处理量为100t/d。深度脱氮池为圆柱形，有效高度3.1m，内径0.6m，有效体积0.88m3，自下向上包括进水缓冲区，布水器，填料层；深度脱氮池底部0.5～0m的区域为进水缓冲区，缓冲区上部设有布水器，布水器上部为填料层，污水进入深度脱氮池后自下向上先经过进水缓冲区，再由布水器均匀布水进入填料层进行深度脱氮；填料层自下向上包括粗砂层、脱氧层、脱氮层；粗砂层铺设粗砂，粗砂粒径为4～8mm，铺设高度为0.1m，脱氧层和脱氮层填料为单质硫，粒径为2～4mm，填充高度为1.8m，填料总质量约为1.75t，孔隙率约为50％。硫酸盐吸附池长2m，宽1.5m，高3m，以实施例1制备的改性水滑石为填料，填料高度为2m，吸附池总体积为9m3。装置还包括进水泵，反冲泵，溢流堰；脱氮池壁设置若干出水口。
实施例3脱氮装置的运行
1、脱氮装置启动：在进水水箱中投加城市污水处理厂污泥浓缩池污泥，同时投加硝酸钠，使进水中的NO3--N浓度维持在60-100mg/L，再以低流量循环进出水以接种自养反硝化微生物，循环10天后，开始连续进出水，并每天监测NO3--N和TN浓度。运行至填料表面出现棕黄色生物膜，脱氮效果显著上升，进水NO3--N浓度为12mg/L，出水浓度基本为零，脱氮负荷达到100mg/(L·d)，完成深度脱氮系统启动。
2、长期稳定运行：经过不同流量运行调试后，确定深度脱氮系统最终稳定运行流量设定为3m3/h。中试装置用水取自某污水处理厂二沉池出水，其中工业废水比例为40％-50％，其余为生活污水，进水COD浓度为10-45mg/L，NO3--N浓度为8-14mg/L，氨氮浓度为0-3mg/L，总磷浓度为0-0.5mg/L，pH为6.9-7.3。
稳定运行期间，保证进水在出脱氧层时溶解氧浓度低于0.5mg/L，控制HRT为0.35h，上升流速为8.8m/h，同时根据深度脱氮系统底部压力装置对系统进行反冲，反冲流量40m3/h，反冲时间4-6min。稳定运行期间深度脱氮系统进出水硝酸盐变化如图2所示，进水NO3--N浓度在5-15mg/L之间，出水NO3--N浓度均低于4mg/L，最低可降低至零，NO3--N去除率基本维持在90％左右，最高为100％。稳定运行期间深度脱氮系统进出水TN变化如图3所示，出水TN浓度低于6mg/L，TN去除率基本维持在90％，因此证明深度脱氮系统对TN具有较好且稳定的去除效果。
3、脱硫酸盐效果：基于硫自养反硝化工艺原理可知硝酸盐被还原为氮气的同时，单质硫被氧化成硫酸盐，因此，出水硫酸盐浓度存在升高现象。通过对出水硫酸盐检测发现，出水硫酸盐浓度在300-500mg/L之间，高于地表水环境质量标准(GB3838-2002)硫酸盐浓度低于250mg/L的要求，具体变化如图4所示。
深度脱氮系统出水进入硫酸盐吸附池，进水方式为顶进底出，HRT为2h。硫酸盐去除效果如表2所示。吸附池对硫酸盐的吸附率高于50％，吸附量约为30mg/g。因此，该工艺能够有效去除硫自养反硝化中所产生的硫酸盐，降低深度脱氮系统出水对环境的危害。
表2吸附池吸附硫酸盐的效果
实施例4不同流量下进行深度脱氮
控制脱氮装置不同进水流量，其它条件同实施例3。根据脱氮结果可以看出(图5)，在进水流量低于2.5m3/h时，出水硝酸盐浓度基本接近于零，去除率基本维持在90％以上。随着流量逐步提高，出水硝酸盐浓度呈上升趋势，当进水流量为3.5m3/h时，硝酸盐去除率降低至50％左右，综合日处理量及处理效果，最终反应器进水流量选为3m3/h。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
技术特征：
1.一种硫酸盐吸附池，其特征在于，含有体积为流量数值1.8～2.5倍m3的水滑石；所述水滑石为改性水滑石，其制备步骤为：(1)以1～4：1的摩尔比将镁盐和铝盐混合溶于1L蒸馏水中，得到混合盐溶液；(2)称取NaOH和Na2CO3，制备混合碱溶液；(3)将盐溶液与碱溶液迅速混合，控制n(CO32-)/n(Al3+)与n(NaOH)/n(Mg2++Al3+)均为2.0，搅拌，调节溶液pH值为9.0～9.5，(4)在75～85℃水浴8～12h，洗涤，300～400℃烘干，研磨。
2.一种去除污水中硫酸盐的方法，其特征在于，所述方法是控制进水流量2～3m3/h，经过权利要求1所述硫酸盐吸附池的时间为1-3h，以吸附污水中的硫酸盐。
3.一种深度脱氮装置，其特征在于，包括进水箱，深度脱氮池和权利要求1所述硫酸盐吸附池；所述深度脱氮池自下向上包括进水缓冲区，布水器，填料层；所述进水缓冲区位于深度脱氮池底部，进水缓冲区顶部设布水器，布水器上为填料层，污水进入深度脱氮池后自下向上先经过进水缓冲区，再由布水器均匀布水进入填料层进行深度脱氮。
4.根据权利要求3所述的脱氮装置，其特征在于，所述深度脱氮池体积为1～1.5m3，填料层采用单质硫作为填料，填料填装体积为脱氮池体积的50-60％。
5.根据权利要求3或4所述的脱氮装置，其特征在于，硫酸盐吸附池中填料体积为脱氮装置进水流量数值的2倍，吸附池预留30～40％体积用于搅拌。
6.一种污水深度脱氮的方法，其特征在于，先进行硫自养反硝化，再应用权利要求3～4任一所述的脱氮装置，进行脱氮、去除硫酸盐，对进水COD浓度为10-45mg/L的污水进行深度脱氮。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述硫自养反硝化方法是在以单质硫为填料的脱氮池中进行，所述脱氮池自下而上分别设有脱氧层、脱氮层，采用底部进水顶部出水的方式在硫自养反硝化细菌的作用下进行自养反硝化。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，硫自养反硝化过程水力停留时间为0.22～0.5h，上升流速为8～14m/h。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括对脱氮池进行反冲，反冲流量为35-70m3/h，反冲时间4-6min。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述污水为工业废水、生活污水。
技术总结
本发明公开了一种污水处理厂尾水深度脱氮方法，属于污水处理技术领域。本发明采用硫自养硝化工艺和脱硫酸盐工艺结合，替代了传统的异养反硝化工艺，有效避免投加液态碳源所带来的污染。以单质硫为电子供体的硫自养反硝化能够有效去除污水处理厂尾水中的硝酸盐，反硝化较为彻底，硝酸盐最高去除率可达100％，且出水中无亚硝酸盐积累；脱氮速度快、效率高，HRT仅0.35h，且无剩余污泥排放。后续的改性水滑石吸附硫酸盐处理单元有效的降低了出水中硫酸盐的浓度，硫酸盐去除率高于50％。
技术研发人员：李激;任争鸣;王硕;王燕
受保护的技术使用者：江南大学
文档号码：201610878871
技术研发日：2016.09.30
技术公布日：2017.02.22
声明：
“污水处理厂尾水深度脱氮方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：江南大学;
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2024年08月01日 ~ 03日 
