[0001]
本高新技术属于污水处理技术领域，涉及污水的脱氮除磷方法，一种利用青石、硫铁矿同步去除水中总氮和磷酸盐的污水处理方法。
背景技术：
[0002]
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本高新技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]
水体富营养化是几十年来的一个全球现象，虽然城镇污水处理厂生化处理能够消减大部分污染物，但总氮、总磷的出水浓度依然很高，为了改善受纳水体的水环境质量，二级出水中的氮和磷亟待深度处理。发明人发现：异养反硝化的脱氮技术在应用到进水有机复合较低的处理工艺时，会出现碳源不足，额外投加有机物来提供碳源会造成运行成本的增加，碳源投加量也不好控制。
技术实现要素：
[0004]
针对现有技术中反硝化过程中同时深度脱氮除磷效果较为困难，本高新技术提供了一种以青石和硫铁矿组合作为强化去除污水中总氮及磷酸盐的方法。
[0005]
为实现上述技术目的，本高新技术采用如下技术方案：
[0006]
本高新技术的第一个方面，提供了一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0007]
本高新技术中自养反硝化在低负荷条件下能稳定去除水中氮磷，自养与异养的协同作用能够加强废水的脱氮除磷效果。
[0008]
本高新技术以硫单质或含硫化合物做电子供体，硝酸盐为电子受体，还原氮氧化物的工艺。与常见的反硝化系统相比，其所利用的微生物和电子供体等均存在不同，硝态氮去除率高，无需外加碳源，应用于废水的深度脱氮，实现了废水的深度处理。
[0009]
本高新技术的第二个方面，提供了一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应工艺，包括：
[0010]
采用硫铁矿作为硫源和铁源，青石作为碳源，对废水反硝化过程进行强化，即得。
[0011]
本高新技术以硫铁矿作为硫源和铁源，使自养反硝化菌种对硫铁矿的利用率提高，强化了反硝化的脱氮能力，达到最佳脱氮效果。同时，硫铁矿在水中释放的亚铁或铁离子与磷酸根离子形成沉淀，在反硝化系统中起到除磷的作用。采用青石作为替代碱度补充，青石可调节系统ph，起到稳定系统的作用。
[0012]
本高新技术的第三个方面，提供了任一上述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置在污水处理中的应用。
[0013]
实际运行结果表明：废水的总氮浓度在200mg/l以内，磷酸盐浓度在40mg/l以内，该装置可接在peic后用于废水的脱氮除磷；而市政废水的总氮浓度在30mg/l以内时，总磷在1-2mg/l，该装置可接在二沉池出水，用于废水的深度脱氮除磷。
[0014]
本高新技术的有益效果在于：
[0015]
(1)本高新技术的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，以硫铁矿作为硫源和铁源，使自养反硝化菌种对硫铁矿的利用率提高，强化了反硝化的脱氮能力，达到最佳脱氮除磷效果。
[0016]
(2)本高新技术的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，硫铁矿在水中释放的亚铁或铁离子与磷酸根离子形成沉淀，在反硝化系统中起到强化除磷的作用。
[0017]
(3)本高新技术的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，采用青石作为替代无机碳源，青石可调节系统ph，起到稳定系统的作用。
[0018]
(4)本高新技术的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，将来源和分布广泛的硫铁矿、青石用于污水处理，拓展了矿产资源的应用领域，提高了低值矿产资源的利用价值。
[0019]
(5)本高新技术的装置结构简单、操作方便，成本低、实用性强。
附图说明
[0020]
构成本高新技术的一部分的说明书附图用来提供对本高新技术的进一步理解，本高新技术的示意性实施例及其说明用于解释本高新技术，并不构成对本高新技术的不当限定。
[0021]
图1为本高新技术实施例1的反应装置平面图，其中，1进水管、2进水阀、3布水器、4承托层、5封盖、6排气孔、7出水管、8消化液回流出水管、9污泥反应区、10取样口、11硫铁矿层、12青石层、13检修孔、14消化液回流进水管。
[0022]
图2为本高新技术实施例1反应器俯视图。
具体实施方式
[0023]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本高新技术提供进一步的说明。除非另有指明，本高新技术使用的所有技术和科学术语具有与本高新技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0024]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本高新技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0025]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，所述方法采用硫铁矿进行自养反硝化过程，深度脱氮。
[0026]
本高新技术采用硫铁矿和青石组合填装，硫铁矿既可在水中产生硫源，又可释放亚铁或铁离子与磷酸根离子形成沉淀，在反硝化系统中起到强化除磷的作用，此外，青石可作为替代碱度调节系统ph，与单纯硫铁矿或硫磺填装相比，硫铁矿和青石组合填装方式满足了硫源和无机碳源的需求，起到稳定系统的作用。
[0027]
在一些实施例中，所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，所述硫铁矿及青石的体积比为2:1，青石在反应器最底层，硫铁矿在青石层上面，为填料层，以通过二者的配合协同脱氮除磷，提高处理效率，同时减少硫铁矿及青石用量。
[0028]
研究发现：粒径过小，和易性变差，强度降低；粒径过大，比表面积降低、处理效率下降。因此，所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置中，所述硫铁矿及青石皆为颗粒物，青石粒径为8-10mm，硫铁矿经机械破碎后粒径为1-5mm，以兼顾处理效率与整体强度。
[0029]
在一些实施例中，所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其步骤为：
[0030]
步骤(1)反应器填料制备：分别取青石、研磨后的硫铁矿投加在反应器底部；
[0031]
步骤(2)加入菌种：污泥来自市政污水处理厂，污泥浓度约为3000mg/l；
[0032]
步骤(3)加入废水：向反应器内加入待处理废水，进水方式采用上进水的方式，进行反硝化反应；设有消化液回流装置，回流比为1～3:1；设有气体收集。
[0033]
硫铁矿在反硝化脱氮中负一价的硫可作为电子供体，其分解的铁和亚铁离子可与磷酸盐沉淀除磷；青石主要起到调节体系ph和提供无机碳源的作用。
[0034]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，采用硫铁矿、青石强化废水反硝化过程，包括进水管1、进水阀2、布水器3、承托层4、封盖5、排气孔6、出水管7、消化液回流出水管8、污泥反应区9、取样口10、硫铁矿层11、青石层12、检修孔13、消化液回流进水管14。
[0035]
所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，所述硫铁矿及青石的体积比为2:1。
[0036]
所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，所述硫铁矿及青石皆为颗粒物，青石粒径为8-10mm，硫铁矿经机械破碎后粒径为1-5mm。
[0037]
所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其步骤为：
[0038]
步骤(1)反应器填料制备：分别取青石、机械破碎后的硫铁矿分层投加在反应器底部；
[0039]
步骤(2)加入菌种：污泥来自市政污水处理厂，污泥浓度约为3000mg/l；
[0040]
步骤(3)加入废水：向反应器内加入待处理废水，进水方式采用上进水的方式，进行自养反硝化与异养反硝化协同反应。废水经过进水管1进入反应器中，进水阀2控制进水，经布水器3后废水依次流入承托层4、青石层12、硫铁矿层11和污泥反应区9，出水达标后经出水管7排出；设有消化液回流装置，经消化液回流出水管8流入消化液进水管14，回流比为1～3:1；设有气体收集装置，封盖5和排气孔6；设有检修孔13用于检修反应器。
[0041]
所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，所述废水的总氮浓度在200mg/l以内，磷酸盐浓度在40mg/l以内，该装置可接在peic后用于废水的脱氮除磷；而市政废水的总氮浓度在30mg/l以内时，总磷在1-2mg/l，该装置可接在二沉池出水，用于废水的深度脱氮除磷。
[0042]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，主要包括以下几点：
[0043]
(1)硫铁矿作为硫源与铁源，在系统中产生自养反硝化作用，强化了反硝化的脱氮效果；
[0044]
(2)青石对体系ph的调节及提供无机碳源，维持了系统的正常运行，对脱氮效果有稳定作用；
[0045]
(3)硫铁矿可产生铁和亚铁离子以及自养反硝化生成氢氧化铁助凝剂，强化磷酸盐沉淀除磷效果及微生物聚磷作用。
[0046]
下面结合具体的实施例，对本高新技术做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本高新技术的解释而不是限定。
[0047]
下述实例中一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置实施步骤:
[0048]
步骤(1)装填填料：分别取青石、研磨后的硫铁矿投加在反应器底部；
[0049]
步骤(2)加入菌种：污泥来自市政污水处理厂，污泥浓度约为5000mg/l；
[0050]
步骤(3)运行与调试：向反应器内加入待处理废水，进水方式采用上进水的方式，进行反硝化反应，根据进水氮磷浓度和出水指标要求，调节水力停留时间，实现氮磷的有效去除。
[0051]
实施例1
[0052]
某工业废水，装填平均粒径为8mm的青石层12与承托层4上，平均粒径为2mm的硫铁矿在青石层12上，青石与硫铁矿体积比为1:2(填料层占总体积的1/4)，进水先经过青石层12，后经过硫铁矿层11，总停留时间为20h。进水总氮浓度为200mg/l，进水总磷浓度为40mg/l，采用该工艺在停留时间16h的条件下得到的出水总氮为85mg/l，出水总磷为15mg/l。根据其进水水质，该工艺可用于peic出水的脱氮除磷处理。
[0053]
某市政废水，装填平均粒径为8mm的青石层12与承托层4上，平均粒径为2mm的硫铁矿在青石层12上，体积比为1:1(填料层占总体积的1/4)。进水先经过青石层12，后经过硫铁矿层11，总停留时间为0.5d。进水总氮浓度为30mg/l，进水总磷浓度为1-2mg/l，采用该工艺得到的出水总氮小于10mg/l，出水总磷为小于0.5mg/l。根据其进水水质，该工艺可用于二沉池出水的深度脱氮除磷处理。
[0054]
实施例2
[0055]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0056]
所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，运行方式如下：
[0057]
步骤(1)反应器填料制备：分别取青石、机械破碎后的硫铁矿分层投加在反应器底部；
[0058]
步骤(2)加入菌种：污泥来自市政污水处理厂，污泥浓度约为3000mg/l；
[0059]
步骤(3)加入废水：向反应器内加入待处理废水，进水方式采用上进水的方式，进行自养反硝化与异养反硝化协同反应。废水经过进水管1进入反应器中，进水阀2控制进水，经布水器3后废水依次流入承托层4、青石层12、硫铁矿层11和污泥反应区9，出水达标后经出水管7排出；设有消化液回流装置，经消化液回流出水管8流入消化液进水管14，回流比为1～3:1；设有气体收集装置，封盖5和排气孔6；设有检修孔13用于检修反应器。
[0060]
实施例3
[0061]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0062]
所述反应腔体的底部设置有布水器3，经布水器3使废水分布更加均匀，提高后续
处理效率。
[0063]
运行方式同实施例3。
[0064]
实施例4
[0065]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0066]
所述布水器3与进水管1相连，废水经过进水管1进入反应器中，经布水器3后废水依次流入承托层4、青石层12、硫铁矿层11和污泥反应区9，出水达标后经出水管7排出，实现脱氮除磷。
[0067]
运行方式同实施例3。
[0068]
实施例5
[0069]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0070]
所述进水管1上设置有进水阀2，以通过进水阀的开闭控制进水量，使反应器运行更加平稳、高效。
[0071]
运行方式同实施例3。
[0072]
实施例6
[0073]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0074]
所述反应腔体的侧壁上还设置有消化液回流进水管14。设有消化液回流装置，经消化液回流出水管7流入消化液进水管13，回流比为1～3:1，以提高反应器消化能力，增强脱氮除磷效率。
[0075]
运行方式同实施例3。
[0076]
实施例7
[0077]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0078]
所述反应腔体的侧壁上还设置有检修孔13，以便于检修和维护。
[0079]
运行方式同实施例3。
[0080]
实施例8
[0081]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0082]
位于污泥反应区的反应腔体的侧壁上设置有取样口10，便于对污水的处理情况进行监测。
[0083]
运行方式同实施例3。
[0084]
实施例9
[0085]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0086]
所述反应腔体上部的侧壁设置有出水管7、消化液回流出水管8，将处理后的水导出进行再利用。
[0087]
运行方式同实施例3。
[0088]
实施例10
[0089]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0090]
为了达到脱氮除磷效率的最大化，充分发挥硫铁矿层和青石层的协同作用，因此，所述硫铁矿层11和青石层12的体积比为1：1～2，以通过二者的配合协同脱氮除磷，提高处理效率，同时减少硫铁矿及青石用量。
[0091]
运行方式同实施例3。
[0092]
实施例11
[0093]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0094]
研究发现：粒径过小，和易性变差，强度降低；粒径过大，比表面积降低、脱除效率下降。因此，所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，所述硫铁矿及青石皆为颗粒物，青石粒径为8-10mm，硫铁矿经机械破碎后粒径为1-5mm，以兼顾处理效率与整体强度。
[0095]
运行方式同实施例3。
[0096]
实施例12
[0097]
一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区9、硫铁矿层11、青石层12、承托层4，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。
[0098]
随着填料层体积增大，脱氮除磷效果提升，但若填料层体积过大，废水流速减慢，处理效率反而下架。因此，在本实施例中，填料层占反应腔体总体积的1/5～1/3，以提高脱氮除磷效率。
[0099]
运行方式同实施例3。
[0100]
最后应该说明的是，以上所述仅为本高新技术的优选实施例而已，并不用于限制本高新技术，尽管参照前述实施例对本高新技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本高新技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本高新技术的保护范围之内。上述虽然对本高新技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本高新技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本高新技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本高新技术的保护范围以内。
技术特征：
1.一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区(9)、硫铁矿层(11)、青石层(12)、承托层(4)，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。2.如权利要求1所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，所述反应腔体的底部设置有布水器。3.如权利要求2所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，所述布水器(3)与进水管(1)相连。4.如权利要求3所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，所述进水管(1)上设置有进水阀(2)。5.如权利要求2所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，所述反应腔体的侧壁上还设置有消化液回流进水管(14)。6.如权利要求2所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，所述反应腔体的侧壁上还设置有检修孔(13)。7.如权利要求2所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，位于污泥反应区的反应腔体的侧壁上设置有取样口(10)。8.如权利要求2所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，所述反应腔体上部的侧壁设置有出水管(7)、消化液回流出水管(8)。9.如权利要求2所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，所述硫铁矿层(11)和青石层(12)的体积比为1：1～2。10.如权利要求2所述的自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，其特征在于，填料层占反应腔体总体积的1/5～1/3。
技术总结
本高新技术涉及一种自养与异养反硝化协同脱氮除磷的反应装置，属于污水处理技术领域。本高新技术反应装置包括：反应腔体，所述反应腔体内由上到下依次设置有污泥反应区(9)、硫铁矿层(11)、青石层(12)、承托层(4)，所述反应腔体的底部设置有进水口，所述反应腔体的上部设置有排水口，所述反应腔体顶部设置有密封装置。本高新技术中自养反硝化在低负荷条件下能稳定去除水中氮磷，自养与异养的协同作用能够加强废水的脱氮除磷效果。够加强废水的脱氮除磷效果。够加强废水的脱氮除磷效果。
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