一种污染水体中硝氮、氨氮及COD的协同去除方法

摘要

本发明涉及环境工程中水处理领域，是一种污染水体中硝氮、氨氮及COD的协同去除方法。采用上升流式固定床反应器，利用电化学产氢自养反硝化与好氧硝化结合的方式处理污染水体，使硝氮、氨氮及COD得以同时去除。本发明可高效低耗能的对高污染污/废水得以处理方法，使污染水体中硝氮、氨氮及COD的在同一反应器中协同去除，既节省多流程产生建造费用及占地面积，又使得反应器中各基质得到充分利用。

说明书

技术领域

本发明涉及环境工程中水处理领域，是一种污染水体中硝氮、氨氮及COD的协同去除方法。

背景技术

随着经济的高速发展，化肥的过度施用及工业废水不合理排放，导致饮用水源地(河流、湖泊及水库等)很容易被生活污水、雨水、农业径流、以及工业废水所污染，导致地表水及地下水质严重恶化。这些水体通常含有较高浓度的氮类物质，如硝酸盐、氨氮等，同时也含有较高浓度的COD。通常，受污染的水体中含有大量的有机物，即伴随较高浓度的COD及氨氮等污染指标，但传统的处理方法成本较高，目前去除水体硝酸盐的常规方法有离子交换法、反渗透法和电渗析等。然而，这些技术操作费用高昂，处理后浓缩含卤废液存在后处理较难的问题。传统的电化学产氢自养反硝化对于有机营养贫乏水体有较好的处理效果。然而对于有机物污染较重的水体，氢自养反硝化则不适用，而利用传统的反硝化处理，不仅处理效率低，出水会往往含有大量微生物，导致二次污染。因此在氢自养反硝化的基础上开发一种同时脱氮并去除COD的新方法势在必行。

发明内容

本发明目的在于提供一种污染水体中硝氮、氨氮及COD的协同去除方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种污染水体中硝氮、氨氮及COD的协同去除方法，采用上升流式固定床反应器，利用电化学产氢自养反硝化与好氧硝化结合的方式处理污染水体，使硝氮、氨氮及COD得以同时去除。

进一步是，待处理废水通入上升流式固定床反应器下部添加驯化好氧微生物的好氧层，将进水中的有机物好氧消解，同时将氨氮转化成硝态氮，而后进入设有三维电极的反应器上部，利用三维电极产氢自养厌氧反硝化脱氮过程，进而使待处理废水中硝氮、氨氮及COD得以同时去除。

更进一步是，

1)调解进水水质及进水量进行挂膜，取待处理污水处理厂好氧污泥及厌氧污泥接分别种于反应器异养好氧区(底部)及自养厌氧区，实现驯化，挂膜；

2)调节HRT水力参数增大反应负荷，待出水稳定并挂膜后，调节HRT，使反应负荷提高；

3)调节电极电流，通过水力参数调节直流电源，使得电解产生的氢气得到充分的利用；

4)反应分层的产生，调节电机电流后反应器下层进行好氧异养消耗水中的有机物同时进行硝化反应，反应器上层进行自养反硝化同时消耗下层所产生的酸。

所述上升流式固定床反应器由下至上进水口、异养好氧反应区、氢自养厌氧反应区和出水口；进水口通过管路与进水泵相通，直流电源通过导线与氢自养厌氧反应区相连。

所述氢自养厌氧反应区由三维电极及电极之间的填充料；直流电源通过导线与三维电极相连。

所述三维电极的阳极为碳棒，阴极为不锈钢网；不锈钢网设置于异养好氧反应区上部；填料为碳粒。

本发明高效低耗能的新型高污染污/废水的处理方法，其优点在于：

1)污染水体中硝氮、氨氮及COD的在同一反应器中协同去除，既节省多流程产生建造费用及占地面积，又使得反应器中各基质得到充分利用。

2)反应器分为两层，下层的好氧异样微生物分解微生物中有机物并将氨氮转化成硝态氮，其产生的CO₂，及产生的厌氧环境刚好被上层的自养厌氧氢自养反硝化菌利用并去除硝态氮。

3)三维电极产生的氢气能均匀的分布上层反应器的各个部分，使氢气得到充分利用。

附图说明

图1为本发明实施例提供上流式生物床反应器。其中，1、直流电源；2、进水泵；3、出水口；4、上部氢自养厌氧反应阶段；5、下部异养好氧反应阶段；6、进水口。

具体实施方式

实施例1

上升流式固定床反应器由下至上进水口、异养好氧反应区、氢自养厌氧反应区和出水口；进水口通过管路与进水泵相通，直流电源通过导线与氢自养厌氧反应区相连。

所述氢自养厌氧反应区由三维电极及电极之间的填充料；直流电源通过导线与三维电极相连。所述三维电极的阳极为碳棒，阴极为不锈钢网；不锈钢网设置于异养好氧反应区上部；填料为普通碳粒，其大小根据反应器尺寸而定。

去除方法：

待处理废水为山东烟台某河道，由于近几年污染的不断加剧，水体面临复合污染形势严峻，其中水体的COD值高于100mg/L，NO₃^--N值超过30mg/L；

在待处理废水的河道沿岸空地构筑直径为1米，高2m的上述混凝土上升式固定床反应器；反应器内三维电极的阳极为碳棒,碳棒直径20cm，长30cm；阴极为不锈钢网，不锈钢网切成直径1m，固定于异养好氧反应区上部；填料为普通碳粒，粒径2～5cm。

具体处理过程：

1)直接取烟台辛安河污水处理厂好氧污泥(曝气池回流污泥)及厌氧污泥(污泥浓缩池脱水前污泥)分别接种于反应器异养好氧区(底部)及自养厌氧区，然后不断向异养好氧反应区、氢自养厌氧反应区通入废水进行驯化，挂膜，29天后挂膜成功；

2)待上述驯化后出水各项水质指标趋于稳定后，将待处理废水通过水泵经反应器进水口注入异养好氧反应区，调节HRT，提高反应负荷，增大处理效果，其下层异养好氧反应条件为：pH为7.5-8.0，OD～6mg/l,根据出水水质逐步增大HRT；

3)根据水力参数的调节逐步调节直流电源电流及电压，使氢自养厌氧反应区电解产生的氢气、基质得到充分的利用，其上层自养厌氧反应条件为：pH为6.5-7.5，OD～2mg/l,根据出水水质逐步增大HRT；

4)通过调试运行保障系统运行稳定，使得反应器下层进行好氧异养消耗水中的有机物同时进行硝化反应，反应器上层进行自养反硝化同时消耗下层所产生的酸；

5)分别收集进水和出水水样并进行相关水质指标的监测，出水的COD值降为15mg/L，NO₃^--N值将为3mg/L，可见反应器对COD、硝氮、氨氮去除率均达90％以上。

实施例2

待处理废水由山东潍坊某河流，由于近几年农村地区污水的直接排放，工业废水监管不利，化肥过度施放，污染较重，其水中的COD值300mg/L，NO₃^--N值60mg/L；

在待处理废水的河流下游附近构筑直径为1.5米，高2.5m的上述水泥上升式固定床反应器，反应器内三维电极的阳极为碳棒,碳棒直径25cm，长30cm；阴极为不锈钢网，不锈钢网切成直径1.2m，固定于异养好氧反应区上部；填料为普通碳粒，粒径2～5cm。

具体处理过程：

1)直接取烟台辛安河污水处理厂好氧污泥(曝气池回流污泥)及厌氧污泥(污泥浓缩池脱水前污泥)分别接种于反应器异养好氧区(底部)及自养厌氧区，然后不断向异养好氧反应区、氢自养厌氧反应区通入废水进行驯化，挂膜，29天后挂膜成功；

2)待上述驯化后出水各项水质指标趋于稳定后，将待处理废水通过水泵经反应器进水口注入异养好氧反应区，调节HRT，提高反应负荷，增大处理效果，其下层异养好氧反应条件为：pH为7.5-8.0，OD～6mg/l,根据出水水质逐步增大HRT；

3)根据水力参数的调节逐步调节直流电源电流及电压，使氢自养厌氧反应区电解产生的氢气、基质得到充分的利用，其上层自养厌氧反应条件为：pH为6.5-7.5，OD～2mg/l,根据出水水质逐步增大HRT；

4)通过调试运行保障系统运行稳定，使得反应器下层进行好氧异养消耗水中的有机物同时进行硝化反应，反应器上层进行自养反硝化同时消耗下层所产生的酸；

5)分别收集进水和出水水样并进行相关水质指标的监测，出水的COD值降为40mg/L，NO₃^--N值将为5mg/L，可见反应器对COD、硝氮、氨氮去除率均达90％以上。处理后河道水体可以直接作为景观及绿化用水，产生了一定的经济效益。