[0001]
本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种污水深度脱氮的方法及系统，耦合微生物代谢及纳米催化实现污水深度脱氮。
背景技术：
[0002]
随着我国经济快速发展，水污染问题日益严重。2018年，我国污水产生总量已超700亿吨，其中生活污水占比超过70％，成为污水的主要来源。而生活污水往往富含氮类污染物及磷污染物，若排放不达标会引起自然水体富营养化。2015年，我国城镇生活污水中的氨氮排放总量便已达到134.1万吨，占所有类别污水排放总量的60％。因此，脱氮问题仍是我国污水处理事业的一大挑战。因此，污水高效脱氮除磷仍是我国污水处理行业的一大挑战。
[0003]
目前国内污水处理厂主要采用的污水脱氮除磷工艺仍是a2o、sbr及氧化沟等传统生物处理工艺。此类传统生物处理工艺技术成熟，操作简便，但常常面临脱氮过程不稳定且深度脱氮能力有限的问题。尤其是，我国污水处理厂常面临污水cod不高的问题，由于脱氮过程需要消耗碳源，当污水自身碳源不足时需外加碳源，外加碳源不仅会增加处理成本，还会带来出水cod超标的风险问题。与城镇污水处理厂污染物排放标准(gb18918-2002)相比，行业内近年提出的“准iv”类排放标准中总氮从15mg/l降至10mg/l、氨氮从5mg/l降至1.5mg/l，由此可见排放标准日益严苛。污水处理厂实现高标准排放是未来发展的重要趋势。
技术实现要素：
[0004]
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种污水深度脱氮的方法及系统，实现短程硝化反硝化，使得污水经处理后总氮污染物去除率达95％，达到准四类水排放标准。
[0005]
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种污水深度脱氮的方法，包括如下步骤：
[0006]
1)将待处理水体进行膜基微生物处理；
[0007]
2)在负载于载体膜上的纳米金属和氢气的催化作用下，将膜基微生物处理所得水体中亚硝氮还原为氮气。
[0008]
优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
[0009]
11)步骤1)中，进行膜基微生物处理时通入空气和/或氧气；
[0010]
12)步骤1)中，通过冲洗气流对载体膜进行动态冲洗；
[0011]
13)步骤1)中，水力停留时间为8～10h；
[0012]
14)步骤1)中，膜基微生物处理中载体膜为pe、pp或无孔中空纤维膜；
[0013]
21)步骤2)中，所述纳米金属为纳米钯；
[0014]
22)步骤2)中，氢气供气压力为1～10psi，如1～5psi或5～10psi；
[0015]
23)步骤2)中，检测氢气浓度，调控氢气供气压力；若氢气检测器能够检测到氢气浓度，则降低氢气供气压力，降低梯度为1psi。
[0016]
24)步骤2)中，检测亚硝氮浓度，调控氢气供气压力；在检测氢气浓度为零的条件下，若亚硝氮浓度高于10mg/l，则适当增加氢气供气压力，增加梯度为0.5psi。
[0017]
25)步骤2)中，水力停留时间为2～5h；
[0018]
26)步骤2)中，所述载体膜为pe、pp或无孔中空纤维膜；
[0019]
27)还包括：将步骤2)获得水体的部分上层清液回流至步骤1)进行膜基微生物处理。
[0020]
更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
[0021]
111)特征11)中，空气和/或氧气供气压力为1～20psi，如1～10psi或10～20psi；
[0022]
112)特征11)中，溶解氧浓度≤2mg/l，如≤0.8mg/l，0.8～1.5mg/l、1.5～2mg/l；
[0023]
113)特征11)中，检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力；若水体内溶解氧浓度>2mg/l，则降低空气和/或氧气供气压力，降低梯度为1psi，若水体中溶解氧浓度≤0.5mg/l，则增加空气和/或氧气供气压力，增加梯度为1psi。
[0024]
121)特征12)中，冲洗曝气冲刷强度为10～15l/(s
·
m2)，如10～12l/(s
·
m2)或12～15l/(s
·
m2)；冲洗频率可以为每月1次；
[0025]
122)特征12)中，冲洗时间为2～6min，如2～4min或4～6min；
[0026]
271)特征27)中，回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值为1：1～10：1，如1：1～5：1或5：1～10：1；
[0027]
272)特征27)中，检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值。若总氮浓度大于10mg/l，或者氨氮浓度大于1.5mg/l，则增加回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度增加。若总氮浓度小于5mg/l，并且氨氮浓度小于0.5mg/l，则适当减小回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度减少。
[0028]
本发明第二方面提供一种污水深度脱氮的系统，包括：
[0029]
用于将待处理水体进行膜基微生物处理的第一膜反应区，所述第一膜反应区内设有第一膜组件；所述第一膜组件中载体膜附着微生物；
[0030]
用于将膜基微生物处理所得水体中亚硝氮还原为氮气的第二膜反应区，所述第二膜反应区内设有第二膜组件；所述第二膜组件中载体膜附着纳米金属；
[0031]
所述第二膜反应区与所述第一膜反应区流体连通。
[0032]
上述技术方案具有如下有益效果：
[0033]
1)本发明可实现污水总氮去除率达到95％，稳定达到准四类排放标。
[0034]
2)本发明适用水质范围广，占地紧凑，设备投资成本低。
[0035]
3)本发明具有操作简便、自动化程度高及运行维护便利等优点。
[0036]
4)本发明通过第二膜反应区的纳米催化作用影响微生物种群组成，污水中亚硝氮迅速被还原为氮气，亚硝氮的快速消耗会抑制亚硝酸盐氧化菌(nob)生长，促进第一膜反应区的氨氧化菌(aob)的生长，快速获得稳定短程硝化反硝化作用。微生物/纳米催化耦合能够快速获得稳定高效的短程硝化-纳米催化反硝化作用，实现强化深度生物脱氮。
[0037]
5)本发明系统可根据检测器的检测结果动态调控气体压力和内循环比，快速实现短程硝化反硝化。
附图说明
[0038]
图1显示为本发明一种污水深度脱氮的系统示意图。
[0039]
附图标记
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第一膜反应区
[0041]
101
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第一膜组件
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第二膜反应区
[0043]
201
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第二膜组件
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导流隔墙
[0045]
31
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过水孔
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回流管道
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第一供气管道单元
[0048]
51
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第一供气第一管道
[0049]
52
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第一供气第二管道
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溶解氧浓度检测器
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曝气单元
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第二供气管道单元
[0053]
81
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第二供气第一管道
[0054]
82
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第二供气第二管道
[0055]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
氢气浓度检测器
[0056]
10
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总氮、氨氮、硝态氮和亚硝氮中至少一种浓度的检测器
[0057]
11
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回流泵
[0058]
12
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回流阀门
[0059]
13
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风机
[0060]
141
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第一供气第一阀门
[0061]
142
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第一供气第二阀门
[0062]
15
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气体发生器
[0063]
161
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第二供气第一阀门
[0064]
162
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第二供气第二阀门
[0065]
17
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气体发生阀门
[0066]
18
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控制单元
[0067]
19
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进水口
[0068]
20
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出水口
[0069]
21
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溢流堰
具体实施方式
[0070]
以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或
多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0071]
一种污水深度脱氮的系统，如图1所示，包括：
[0072]
用于将待处理水体进行膜基微生物处理的第一膜反应区1，所述第一膜反应区1内设有第一膜组件101；所述第一膜组件101中载体膜附着微生物；
[0073]
用于将膜基微生物处理所得水体中亚硝氮还原为氮气的第二膜反应区2，所述第二膜反应区2内设有第二膜组件201；所述第二膜组件201中载体膜附着纳米金属；
[0074]
所述第二膜反应区2与所述第一膜反应区1流体连通。
[0075]
在一优选的实施方式中，所述第一膜反应区1和所述第二膜反应区2通过连通管道实现流体连通。
[0076]
在一优选的实施方式中，所述第一膜反应区1和所述第二膜反应区2通过一个以上导流隔墙3实现流体连通，每个导流隔墙3的一端设有过水孔31。
[0077]
在一优选的实施方式中，当两个以上导流隔墙3实现流体连通时，相邻导流隔墙的过水孔在异端。
[0078]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括回流管道4，所述第二膜反应区2经所述回流管道4与所述第一膜反应区1流体连通。
[0079]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括回流泵11，所述回流泵11设于所述回流管道4上。
[0080]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括回流阀门12，所述回流阀门12设于所述回流管道4上。
[0081]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括用于提供空气和/或氧气的第一供气管道单元5，所述第一供气管道单元5与所述第一膜组件101连通。
[0082]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括风机13，所述风机13与所述第一供气管道单元5连通。
[0083]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括第一供气阀门单元，所述第一供气阀门单元设于所述第一供气管道单元5上。
[0084]
在一优选的实施方式中，所述第一供气管道单元5包括第一供气第一管道51和第一供气第二管道52，所述第一供气第一管道51和所述第一供气第二管道52分别与所述第一膜组件101的两端连通；
[0085]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括第一供气阀门单元，所述第一供气阀门单元包括第一供气第一阀门141和第一供气第二阀门142，所述第一供气第一阀门141设于所述第一供气第一管道51上，所述第一供气第二阀门142设于所述第一供气第二管道52上。
[0086]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括设于所述第一膜反应区1内的溶解氧浓度检测器6。
[0087]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括设于所述第一膜反应区1内的曝气单元7。
[0088]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括用于提供氢气的第二供气管道单元8，所述第二供气管道单元8与所述第二膜组件201连通。
[0089]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括气体发生器15，所述气体发生器15与所述第二供气管道单元8连通。
[0090]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括气体发生阀门17，所述气体发生器15经所述气体发生阀门17与所述第二供气管道单元8连通。
[0091]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括第二供气阀门单元，所述第二供气阀门单元设于所述第二供气管道单元8上。
[0092]
在一优选的实施方式中，所述第二供气管道单元8包括第二供气第一管道81和第二供气第二管道82，所述第二供气第一管道81和所述第二供气第二管道82分别与所述第二膜组件201的两端连通。
[0093]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括第二供气阀门单元，所述第二供气阀门单元包括第二供气第一阀门161和第二供气第二阀门162，所述第二供气第一阀门161设于所述第二供气第一管道81上，所述第二供气第二阀门162设于所述第二供气第二管道82上。
[0094]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括设于所述第二膜反应区2内的氢气浓度检测器9。
[0095]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括设于所述第二膜反应区2内的总氮、氨氮和亚硝氮浓度的检测器10。该检测器可以同时检测总氮、氨氮和亚硝氮浓度，也可以包括三个检测单元，分别检测总氮浓度、氨氮浓度和亚硝氮浓度。
[0096]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括控制单元18，所述控制单元与选自所述溶解氧浓度检测器6、所述氢气浓度检测器9、所述总氮、氨氮、硝态氮和亚硝氮中至少一种浓度的检测器10、所述回流泵11、所述回流阀门12、所述第一供气阀门单元、所述第一供气第一阀门141、所述第一供气第二阀门142、所述第二供气阀门单元、所述第二供气第一阀门161和所述第二供气第二阀门162中的至少一项信号连接。
[0097]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括进水口19和出水口20，所述进水口19设于第一膜反应区1的上部，所述出水口20设于第二膜反应区2的上部。
[0098]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括溢流堰21，所述溢流堰21与所述出水口20连通。
[0099]
使用时，待处理水体首先流经第一膜反应区，第一膜组件中载体膜附着微生物，供气气体为空气和/或氧气，微生物与污水中的含氮污染物充分接触，含氮污染物在微生物的作用下先是转化为氨氮，而后转化为亚硝态氮，由于本系统中第二膜反应区亚硝态氮(亚硝酸盐)还原速率显著高于第一膜反应区亚硝态氮(亚硝酸盐)氧化速率，因此本系统内几乎不产生硝态氮的积累。第一膜反应区内可设溶解氧浓度在线检测器，根据检测结果，系统自动调控空气和/或氧气供气压力，第一膜反应区内可设置曝气单元，用于定期冲刷第一膜组件中的载体膜。
[0100]
然后，处理后的水体再流经第二膜反应区，第二膜组件中载体膜附着纳米金属如钯，供气气体为氢气，在纳米钯/氢气催化作用下亚硝氮被快速还原为氮气，反应结束后排出，第二膜反应区内可设氢气浓度检测器，根据实时检测结果动态调控氢气供气压力，还可设置总氮、氨氮和亚硝氮浓度在线检测器，实时监控系统脱氮效果，同时系统根据检测结果
动态调控第二膜反应区回流至第一膜反应区的流量(所述第二膜反应区经所述回流管道与所述第一膜反应区流体连通。)与待处理水体的进水流量的比值和氢气供气压力，快速有效实现污水深度脱氮。
[0101]
与常规污水生物处理工艺相比，本系统可实现污水经处理后总氮污染物去除率达95％。本发明具有污染物去除效果好、操作简便、能耗低等优点，可用于解决污水处理无法稳定达标排放的难题。
[0102]
实施例1：
[0103]
实施例中所使用的污水深度脱氮的系统如图1所示，具体按下列步骤进行：
[0104]
(1)污水经预处理后，自第一膜反应区1上端进水口19排入污水深度脱氮的系统，进水总氮浓度为40mg/l；
[0105]
(2)污水进入污水深度脱氮的系统(微生物/纳米钯耦合)进行深度脱氮，首先流经第一膜反应区1，载体膜上微生物与污水中的含氮污染物充分接触并进行膜基微生物处理，以空气为供气气体，溶解氧浓度为0.8mg/l，气体供气压力为1psi，水力停留时间为8h，控制冲洗曝气冲刷强度为12l/(s
·
m2)，冲洗时间4min，频率为每月一次；检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力：若水体内溶解氧浓度>2mg/l，则降低空气和/或氧气供气压力，降低梯度为1psi，若水体中溶解氧浓度≤0.5mg/l，则增加空气和/或氧气供气压力，增加梯度为1psi；
[0106]
(3)污水自第一膜反应区1的三个导流隔墙3和三个过水孔31流入第二膜反应区2，在纳米钯/氢气催化作用下膜基微生物处理所得水体中亚硝氮被快速还原为氮气，第二膜反应区氢气供气压力设置为5psi，水力停留时间为4h；检测氢气浓度，调控氢气供气压力：若氢气检测器能够检测到氢气浓度，则降低氢气供气压力，降低梯度为1psi；
[0107]
(4)将步骤3)获得水体的部分上层清液回流至步骤2)进行膜基微生物处理，回流至步骤2)进行膜基微生物处理的流量与污水进入污水深度脱氮的系统的流量的比值为5：1，在第二膜反应区2上端设置总氮、氨氮、亚硝氮在线检测器，实时监控系统脱氮效果；检测亚硝氮浓度，调控氢气供气压力：在检测氢气浓度为零的条件下，若亚硝氮浓度高于10mg/l，则适当增加氢气供气压力，增加梯度为0.5psi；检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值：若总氮浓度大于10mg/l，或者氨氮浓度大于1.5mg/l，则增加回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度增加。若总氮浓度小于5mg/l，并且氨氮浓度小于0.5mg/l，则适当减小回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度减少；
[0108]
(5)出水从溢流堰排水，测得出水氨氮浓度为1.6mg/l，总氮浓度为4.8mg/l，总氮去除率为88％。
[0109]
实施例2：
[0110]
实施例中所使用的污水深度脱氮的系统如图1所示，具体按下列步骤进行：
[0111]
(1)污水经预处理后，自第一膜反应区1上端进水口19排入污水深度脱氮的系统，进水总氮浓度为40mg/l；
[0112]
(2)污水进入污水深度脱氮的系统(微生物/纳米钯耦合)进行深度脱氮，首先流经第一膜反应区1，载体膜上微生物与污水中的含氮污染物充分接触并进行膜基微生物处理，
以空气为供气气体，溶解氧浓度为1.5mg/l，气体供气压力为10psi，水力停留时间为8h，控制冲洗曝气冲刷强度为12l/(s
·
m2)，冲洗时间4min，频率为每月一次；检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力：若水体内溶解氧浓度>2mg/l，则降低空气和/或氧气供气压力，降低梯度为1psi，若水体中溶解氧浓度≤0.5mg/l，则增加空气和/或氧气供气压力，增加梯度为1psi；
[0113]
(3)污水自第一膜反应区1的三个导流隔墙3和三个过水孔31流入第二膜反应区2，在纳米钯/氢气催化作用下膜基微生物处理所得水体中亚硝氮被快速还原为氮气，第二膜反应区氢气供气压力设置为5psi，水力停留时间为4h；检测氢气浓度，调控氢气供气压力：若氢气检测器能够检测到氢气浓度，则降低氢气供气压力，降低梯度为1psi；
[0114]
(4)将步骤3)获得水体的部分上层清液回流至步骤2)进行膜基微生物处理，回流至步骤2)进行膜基微生物处理的流量与污水进入污水深度脱氮的系统的流量的比值为5：1，在第二膜反应区2上端设置氨氮、总氮亚硝氮在线检测器，实时监控系统脱氮效果；检测亚硝氮浓度，调控氢气供气压力：在检测氢气浓度为零的条件下，若亚硝氮浓度高于10mg/l，则适当增加氢气供气压力，增加梯度为0.5psi；检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值：若总氮浓度大于10mg/l，或者氨氮浓度大于1.5mg/l，则增加回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度增加。若总氮浓度小于5mg/l，并且氨氮浓度小于0.5mg/l，则适当减小回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度减少；
[0115]
(5)出水从溢流堰排水，测得出水氨氮浓度为0.5mg/l，总氮浓度为2mg/l，总氮去除率为95％。
[0116]
实施例3：
[0117]
实施例中所使用的污水深度脱氮的系统如图1所示，具体按下列步骤进行：
[0118]
(1)污水经预处理后，自第一膜反应区1上端进水口19排入污水深度脱氮的系统，进水总氮浓度为40mg/l；
[0119]
(2)污水进入污水深度脱氮的系统(微生物/纳米钯耦合)进行深度脱氮，首先流经第一膜反应区1，载体膜上微生物与污水中的含氮污染物充分接触并进行膜基微生物处理，以空气为供气气体，溶解氧浓度为2mg/l，气体供气压力为20psi，水力停留时间为8h，控制冲洗曝气冲刷强度为12l/(s
·
m2)，冲洗时间4min，频率为每月一次；检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力：若水体内溶解氧浓度>2mg/l，则降低空气和/或氧气供气压力，降低梯度为1psi，若水体中溶解氧浓度≤0.5mg/l，则增加空气和/或氧气供气压力，增加梯度为1psi；
[0120]
(3)污水自第一膜反应区1的三个导流隔墙3和三个过水孔31流入第二膜反应区2，在纳米钯/氢气催化作用下膜基微生物处理所得水体中亚硝氮被快速还原为氮气，第二膜反应区氢气供气压力设置为5psi，水力停留时间为4h；检测氢气浓度，调控氢气供气压力：若氢气检测器能够检测到氢气浓度，则降低氢气供气压力，降低梯度为1psi；
[0121]
(4)将步骤3)获得水体的部分上层清液回流至步骤2)进行膜基微生物处理，回流至步骤2)进行膜基微生物处理的流量与污水进入污水深度脱氮的系统的流量的比值为5：1，在第二膜反应区2上端设置氨氮、总氮、亚硝氮在线检测器，实时监控系统脱氮效果；检测
亚硝氮浓度，调控氢气供气压力：在检测氢气浓度为零的条件下，若亚硝氮浓度高于10mg/l，则适当增加氢气供气压力，增加梯度为0.5psi；检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值：若总氮浓度大于10mg/l，或者氨氮浓度大于1.5mg/l，则增加回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度增加。若总氮浓度小于5mg/l，并且氨氮浓度小于0.5mg/l，则适当减小回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度减少；
[0122]
(5)出水从溢流堰排水，测得出水氨氮浓度为1mg/l，总氮浓度为2.8mg/l，总氮去除率为93％。
[0123]
实施例4：
[0124]
实施例中所使用的污水深度脱氮的系统如图1所示，具体按下列步骤进行：
[0125]
(1)污水经预处理后，自第一膜反应区1上端进水口19排入污水深度脱氮的系统，进水总氮浓度为40mg/l；
[0126]
(2)污水进入污水深度脱氮的系统(微生物/纳米钯耦合)进行深度脱氮，首先流经第一膜反应区1，载体膜上微生物与污水中的含氮污染物充分接触并进行膜基微生物处理，以空气为供气气体，溶解氧浓度为1.5mg/l，气体供气压力为10psi，水力停留时间为10h，控制冲洗曝气冲刷强度为12l/(s
·
m2)，冲洗时间4min，频率为每月一次；检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力：若水体内溶解氧浓度>2mg/l，则降低空气和/或氧气供气压力，降低梯度为1psi，若水体中溶解氧浓度≤0.5mg/l，则增加空气和/或氧气供气压力，增加梯度为1psi；
[0127]
(3)污水自第一膜反应区1的三个导流隔墙3和三个过水孔31流入第二膜反应区2，在纳米钯/氢气催化作用下膜基微生物处理所得水体中亚硝氮被快速还原为氮气，第二膜反应区氢气供气压力设置为1psi，水力停留时间为5h；检测氢气浓度，调控氢气供气压力：若氢气检测器能够检测到氢气浓度，则降低氢气供气压力，降低梯度为1psi；
[0128]
(4)将步骤3)获得水体的部分上层清液回流至步骤2)进行膜基微生物处理，回流至步骤2)进行膜基微生物处理的流量与污水进入污水深度脱氮的系统的流量的比值为5：1，在第二膜反应区2上端设置氨氮、总氮、亚硝氮在线检测器，实时监控系统脱氮效果；检测亚硝氮浓度，调控氢气供气压力：在检测氢气浓度为零的条件下，若亚硝氮浓度高于10mg/l，则适当增加氢气供气压力，增加梯度为0.5psi；检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值：若总氮浓度大于10mg/l，或者氨氮浓度大于1.5mg/l，则增加回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度增加。若总氮浓度小于5mg/l，并且氨氮浓度小于0.5mg/l，则适当减小回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度减少；
[0129]
(5)出水从溢流堰排水，测得出水氨氮浓度为1.3mg/l，总氮浓度为4.4mg/l，总氮去除率为89％。
[0130]
实施例5：
[0131]
实施例中所使用的污水深度脱氮的系统如图1所示，具体按下列步骤进行：
[0132]
(1)污水经预处理后，自第一膜反应区1上端进水口19排入污水深度脱氮的系统，
进水总氮浓度为40mg/l；
[0133]
(2)污水进入污水深度脱氮的系统(微生物/纳米钯耦合)进行深度脱氮，首先流经第一膜反应区1，载体膜上微生物与污水中的含氮污染物充分接触并进行膜基微生物处理，以空气为供气气体，溶解氧浓度为1.5mg/l，气体供气压力为10psi，水力停留时间为10h，控制冲洗曝气冲刷强度为12l/(s
·
m2)，冲洗时间4min，频率为每月一次；检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力：若水体内溶解氧浓度>2mg/l，则降低空气和/或氧气供气压力，降低梯度为1psi，若水体中溶解氧浓度≤0.5mg/l，则增加空气和/或氧气供气压力，增加梯度为1psi；
[0134]
(3)污水自第一膜反应区1的三个导流隔墙3和三个过水孔31流入第二膜反应区2，在纳米钯/氢气催化作用下膜基微生物处理所得水体中亚硝氮被快速还原为氮气，第二膜反应区氢气供气压力设置为10psi，水力停留时间为5h；检测氢气浓度，调控氢气供气压力：若氢气检测器能够检测到氢气浓度，则降低氢气供气压力，降低梯度为1psi；
[0135]
(4)将步骤3)获得水体的部分上层清液回流至步骤2)进行膜基微生物处理，回流至步骤2)进行膜基微生物处理的流量与污水进入污水深度脱氮的系统的流量的比值为5：1，在第二膜反应区2上端设置氨氮、总氮、亚硝氮在线检测器，实时监控系统脱氮效果；检测亚硝氮浓度，调控氢气供气压力：在检测氢气浓度为零的条件下，若亚硝氮浓度高于10mg/l，则适当增加氢气供气压力，增加梯度为0.5psi；检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值：若总氮浓度大于10mg/l，或者氨氮浓度大于1.5mg/l，则增加回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度增加。若总氮浓度小于5mg/l，并且氨氮浓度小于0.5mg/l，则适当减小回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度减少；
[0136]
(5)出水从溢流堰排水，测得出水氨氮浓度为0.6mg/l，总氮浓度为2.4mg/l，总氮去除率为94％。
[0137]
实施例6：
[0138]
实施例中所使用的污水深度脱氮的系统如图1所示，具体按下列步骤进行：
[0139]
(1)污水经预处理后，自第一膜反应区1上端进水口19排入污水深度脱氮的系统，进水总氮浓度为40mg/l；
[0140]
(2)污水进入污水深度脱氮的系统(微生物/纳米钯耦合)进行深度脱氮，首先流经第一膜反应区1，载体膜上微生物与污水中的含氮污染物充分接触并进行膜基微生物处理，以空气为供气气体，溶解氧浓度为1.5mg/l，气体供气压力为10psi，水力停留时间为10h，控制冲洗曝气冲刷强度为12l/(s
·
m2)，冲洗时间4min，频率为每月一次；检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力：若水体内溶解氧浓度>2mg/l，则降低空气和/或氧气供气压力，降低梯度为1psi，若水体中溶解氧浓度≤0.5mg/l，则增加空气和/或氧气供气压力，增加梯度为1psi；
[0141]
(3)污水自第一膜反应区1的三个导流隔墙3和三个过水孔31流入第二膜反应区2，在纳米钯/氢气催化作用下膜基微生物处理所得水体中亚硝氮被快速还原为氮气，第二膜反应区氢气供气压力设置为5psi，水力停留时间为5h；检测氢气浓度，调控氢气供气压力：若氢气检测器能够检测到氢气浓度，则降低氢气供气压力，降低梯度为1psi；
[0142]
(4)将步骤3)获得水体的部分上层清液回流至步骤2)进行膜基微生物处理，回流至步骤2)进行膜基微生物处理的流量与污水进入污水深度脱氮的系统的流量的比值为1：1，在第二膜反应区2上端设置氨氮、总氮、亚硝氮在线检测器，实时监控系统脱氮效果；检测亚硝氮浓度，调控氢气供气压力：在检测氢气浓度为零的条件下，若亚硝氮浓度高于10mg/l，则适当增加氢气供气压力，增加梯度为0.5psi；检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值：若总氮浓度大于10mg/l，或者氨氮浓度大于1.5mg/l，则增加回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度增加。若总氮浓度小于5mg/l，并且氨氮浓度小于0.5mg/l，则适当减小回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度减少；
[0143]
(5)出水从溢流堰排水，测得出水氨氮浓度为1.1mg/l，总氮浓度为3.2mg/l，总氮去除率为92％。
[0144]
实施例7：
[0145]
实施例中所使用的污水深度脱氮的系统如图1所示，具体按下列步骤进行：
[0146]
(1)污水经预处理后，自第一膜反应区1上端进水口19排入污水深度脱氮的系统，进水总氮浓度为40mg/l；
[0147]
(2)污水进入污水深度脱氮的系统(微生物/纳米钯耦合)进行深度脱氮，首先流经第一膜反应区1，载体膜上微生物与污水中的含氮污染物充分接触并进行膜基微生物处理，以空气为供气气体，溶解氧浓度为1.5mg/l，气体供气压力为10psi，水力停留时间为10h，控制冲洗曝气冲刷强度为12l/(s
·
m2)，冲洗时间4min，频率为每月一次；检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力：若水体内溶解氧浓度>2mg/l，则降低空气和/或氧气供气压力，降低梯度为1psi，若水体中溶解氧浓度≤0.5mg/l，则增加空气和/或氧气供气压力，增加梯度为1psi；
[0148]
(3)污水自第一膜反应区1的三个导流隔墙3和三个过水孔31流入第二膜反应区2，在纳米钯/氢气催化作用下膜基微生物处理所得水体中亚硝氮被快速还原为氮气，第二膜反应区氢气供气压力设置为5psi，水力停留时间为5h；检测氢气浓度，调控氢气供气压力：若氢气检测器能够检测到氢气浓度，则降低氢气供气压力，降低梯度为1psi；
[0149]
(4)将步骤3)获得水体的部分上层清液回流至步骤2)进行膜基微生物处理，回流至步骤2)进行膜基微生物处理的流量与污水进入污水深度脱氮的系统的流量的比值为10：1，在第二膜反应区2上端设置氨氮、总氮、亚硝氮在线检测器，实时监控系统脱氮效果；检测亚硝氮浓度，调控氢气供气压力：在检测氢气浓度为零的条件下，若亚硝氮浓度高于10mg/l，则适当增加氢气供气压力，增加梯度为0.5psi；检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值：若总氮浓度大于10mg/l，或者氨氮浓度大于1.5mg/l，则增加回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度增加。若总氮浓度小于5mg/l，并且氨氮浓度小于0.5mg/l，则适当减小回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度减少；
[0150]
(5)出水从溢流堰排水，测得出水氨氮浓度为0.9mg/l，总氮浓度为2.8mg/l，总氮去除率为93％。
[0151]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
技术特征：
1.一种污水深度脱氮的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将待处理水体进行膜基微生物处理；2)在负载于载体膜上的纳米金属和氢气的催化作用下，将膜基微生物处理所得水体中亚硝氮还原为氮气。2.如权利要求1所述的污水深度脱氮的方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：11)步骤1)中，进行膜基微生物处理时通入空气和/或氧气；12)步骤1)中，通过冲洗气流对载体膜进行动态冲洗；13)步骤1)中，水力停留时间为8～10h；14)步骤1)中，膜基微生物处理中载体膜为pe、pp或无孔中空纤维膜；21)步骤2)中，所述纳米金属为纳米钯；22)步骤2)中，氢气供气压力为1～10psi；23)步骤2)中，检测氢气浓度，调控氢气供气压力；24)步骤2)中，检测亚硝氮浓度，调控氢气供气压力；25)步骤2)中，水力停留时间为2～5h；26)步骤2)中，所述载体膜为pe、pp或无孔中空纤维膜；27)还包括：将步骤2)获得水体的部分上层清液回流至步骤1)进行膜基微生物处理。3.如权利要求2所述的污水生物脱氮除磷的方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：111)特征11)中，空气和/或氧气供气压力为1～20psi；112)特征11)中，溶解氧浓度≤2mg/l；113)特征11)中，检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力；121)特征12)中，冲洗曝气冲刷强度为10～15l/(s
·
m2)；122)特征12)中，冲洗时间为2～6min；271)特征27)中，回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值为1：1～10：1；272)特征27)中，检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值。4.一种污水深度脱氮的系统，其特征在于，包括：用于将待处理水体进行膜基微生物处理的第一膜反应区(1)，所述第一膜反应区(1)内设有第一膜组件(101)；所述第一膜组件(101)中载体膜附着微生物；用于将膜基微生物处理所得水体中亚硝氮还原为氮气的第二膜反应区(2)，所述第二膜反应区(2)内设有第二膜组件(201)；所述第二膜组件(201)中载体膜附着纳米金属；所述第二膜反应区(2)与所述第一膜反应区(1)流体连通。5.如权利要求4所述的污水深度脱氮的系统，其特征在于，还包括如下技术特征中的一项：1)所述第一膜反应区(1)和所述第二膜反应区(2)通过连通管道实现流体连通；2)所述第一膜反应区(1)和所述第二膜反应区(2)通过一个以上导流隔墙(3)实现流体连通，每个导流隔墙(3)的一端设有过水孔(31)；
3)所述系统还包括回流管道(4)，所述第二膜反应区(2)经所述回流管道(4)与所述第一膜反应区(1)流体连通；4)所述系统还包括用于提供空气和/或氧气的第一供气管道单元(5)，所述第一供气管道单元(5)与所述第一膜组件(101)连通；5)所述系统还包括设于所述第一膜反应区(1)内的溶解氧浓度检测器(6)；6)所述系统还包括设于所述第一膜反应区(1)内的曝气单元(7)；7)所述系统还包括用于提供氢气的第二供气管道单元(8)，所述第二供气管道单元(8)与所述第二膜组件(201)连通；8)所述系统还包括设于所述第二膜反应区(2)内的氢气浓度检测器(9)；9)所述系统还包括设于所述第二膜反应区(2)内的总氮、氨氮和亚硝氮浓度的检测器(10)。6.如权利要求5所述的污水深度脱氮的系统，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：21)特征2)中，当两个以上导流隔墙(3)实现流体连通时，相邻导流隔墙的过水孔在异端；31)特征3)中，所述系统还包括回流泵(11)，所述回流泵(11)设于所述回流管道(4)上；32)特征3)中，所述系统还包括回流阀门(12)，所述回流阀门(12)设于所述回流管道(4)上；41)特征4)中，所述系统还包括风机(13)，所述风机(13)与所述第一供气管道单元(5)连通；42)特征4)中，所述系统还包括第一供气阀门单元，所述第一供气阀门单元设于所述第一供气管道单元(5)上；43)特征4)中，所述第一供气管道单元(5)包括第一供气第一管道(51)和第一供气第二管道(52)，所述第一供气第一管道(51)和所述第一供气第二管道(52)分别与所述第一膜组件(101)的两端连通；71)特征7)中，所述系统还包括气体发生器(15)，所述气体发生器(15)与所述第二供气管道单元(8)连通；72)特征7)中，所述系统还包括第二供气阀门单元，所述第二供气阀门单元设于所述第二供气管道单元(8)上；73)特征7)中，所述第二供气管道单元(8)包括第二供气第一管道(81)和第二供气第二管道(82)，所述第二供气第一管道(81)和所述第二供气第二管道(82)分别与所述第二膜组件(201)的两端连通。7.如权利要求6所述的污水深度脱氮的系统，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：431)特征43)中，所述系统还包括第一供气阀门单元，所述第一供气阀门单元包括第一供气第一阀门(141)和第一供气第二阀门(142)，所述第一供气第一阀门(141)设于所述第一供气第一管道(51)上，所述第一供气第二阀门(142)设于所述第一供气第二管道(52)上；711)特征71)中，所述系统还包括气体发生阀门(17)，所述气体发生器(15)经所述气体发生阀门(17)与所述第二供气管道单元(8)连通；
731)特征73)中，所述系统还包括第二供气阀门单元，所述第二供气阀门单元包括第二供气第一阀门(161)和第二供气第二阀门(162)，所述第二供气第一阀门(161)设于所述第二供气第一管道(81)上，所述第二供气第二阀门(162)设于所述第二供气第二管道(82)上。8.如权利要求4至7任一项所述的污水生物脱氮除磷的系统，其特征在于，所述系统还包括控制单元(18)，所述控制单元与选自所述溶解氧浓度检测器(6)、所述氢气浓度检测器(9)、所述总氮、氨氮和亚硝氮浓度的检测器(10)、所述回流泵(11)、所述回流阀门(12)、所述第一供气阀门单元、所述第一供气第一阀门(141)、所述第一供气第二阀门(142)、所述第二供气阀门单元、所述第二供气第一阀门(161)和所述第二供气第二阀门(162)中的至少一项信号连接。9.如权利要求4所述的污水生物脱氮除磷的系统，其特征在于，所述系统还包括进水口(19)和出水口(20)，所述进水口(19)设于第一膜反应区(1)的上部，所述出水口(20)设于第二膜反应区(2)的上部。10.如权利要求9所述的污水生物脱氮除磷的系统，其特征在于，所述系统还包括溢流堰(21)，所述溢流堰(21)与所述出水口(20)连通。
技术总结
本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种污水深度脱氮的方法及系统。该方法包括如下步骤：1)将待处理水体进行膜基微生物处理；2)在负载于载体膜上的纳米金属和氢气的催化作用下，将膜基微生物处理所得水体中亚硝氮还原为氮气。该系统包括：用于将待处理水体进行膜基微生物处理的第一膜反应区，第一膜反应区内设有第一膜组件；第一膜组件中膜附着微生物；用于将膜基微生物处理所得水体中亚硝氮还原为氮气的第二膜反应区，第二膜反应区内设有第二膜组件；第二膜组件中膜附着纳米金属；第二膜反应区与第一膜反应区流体连通。本发明实现短程硝化反硝化，使得污水经处理后总氮污染物去除率达95％，达到准四类水排放标准。达到准四类水排放标准。达到准四类水排放标准。
技术开发人、权利持有人：郑雄 杨澜 陈银广 吴瑒 武婧
