[发明专利]废水中氮和磷的同时去除法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及废水中氮和磷的同时去除法，其中包括：

1)完全利用在化能无机自养基脱氮微生物中的在有机物中充分生长的兼性化能无机自养生物通过供应少量(异养脱氮需要量的1/3-1/2)外部碳源同时进行兼性化能无机自养、异养和专性化能无机自养脱氮；

2)贝壳或钢渣与硫颗粒一起使用，其中(1)硫颗粒用作电子供体和硫脱氮剂可在其上生长的固体介质，(2)作为固体介质，所述贝壳在因硫脱氮产生的氢离子使pH进一步降低时起到通过补充碱性使pH维持在7-8的作用，同时保持脱氮微生物的活性并为化能无机自养生物提供无机碳源(CO₂)；和

3)在贝壳或钢渣产生的水中钙离子(Ca²⁺)存在下通过沉淀作用同时脱除磷。

生物脱氮已成功地用于从废水中脱氮。通常，使用自养或异养脱氮体系。通过提供足量的有机碳，异养脱氮可非常有效地脱除硝酸盐，异养脱氮可根据无氧槽的位置分成两种方法：先脱氮和后脱氮。先脱氮是一种节省费用的方法，当废水中的有机碳相对于氮而言足够时利用废水中的有机物而不加外部碳源，其结构由按序排列的厌氧槽、氧化槽(好氧槽)之后的无氧槽和沉淀槽构成。脱氮反应和有机分解主要由所述无氧槽承担，同时在氧化槽中也有机分解和硝化。氧化槽中的硝化废水再返回所述无氧槽用于脱氮。

按所述异养后脱氮法，难以精确地控制价格很高的外部碳源的加入足以完全除去硝酸盐(电子受体)和外部碳源(电子供体)；此外，还需建立监测氮的装置，以及精确地添加外部碳源足以除去硝酸盐和外部有机碳的另一自动系统。如果所加外部碳源超过所述异养法的需要量，则需再处理流出液中存在的外部碳源。

异养脱氮是通过异养微生物进行的反应，用有机物作为电子供体在无氧条件下使硝酸盐或亚硝酸盐形式的氮还原成氮气。然而，由于氮/磷肥生产、复层木材生产、杀虫剂生产和皮革生产产生的各种工业废水以及填地中渗出水的有机碳浓度与氮相比较低，所以异养后脱氮需使用一些价格很高的有机物如甲醇或乙酸以还原硝酸盐。在处理大量废水的情况下，所需有机物处理成本很高。

为此，许多研究致力于利用硫的化能无机自养生物脱氮法。尽管在经济方面和稳定处理过程方面有显著的脱氮效率，但已认识到此方法的缺点在于脱氮过程中产生的氢离子破坏碱性导致pH降低。在化能无机自养生物脱氮过程中还原1mg氮消耗5mg碳酸钙(CaCO₃)。据报道大多数脱氮菌的最佳pH在7-8之间。在这方面，要使pH维持在中性范围(7-8)提供碱度相当重要。传统方法已公开可用石灰石在槽中与硫一起提供碱度。然而，在氮浓度很高的废水如渗出水、工厂废水和家畜废水的情况下，因CaCO₃溶解速度有限，仅有石灰石不能提供足够的碱度。

利用硫自养处理高浓度硝酸盐导致产生高浓度的硫酸盐副产物。迄今韩国关于排放水的官方规定还没有控制硫酸根离子，但在饮用水测试方法中将其定为审查物质。韩国饮用水质测试方法规定硫酸根离子含量不超过200ppm，而WHO已将其限定为400ppm。据报道饮用水中硫酸根离子浓度高可产生甜味，但其浓度极高可能腐蚀管道。

由于天然水如海水中存在足量的硫酸根离子(平均2700mg/L)，可不考虑所述系统产生的流出废物中硫酸根离子的量，除非处理硝酸盐浓度极高的废水。如果在处理高浓度硝酸盐型氮的过程中高浓度的硫酸根离子排放至污染河水中，则可能因硫化氢(H₂S)而产生臭味。因此，优选防止形成硫酸根离子。此外，由于化能无机自养脱氮微生物的生长率(Y)值小，其开始适应环境很难，所需时间较长。此外，由于硫颗粒表面由无孔的硬球形组成，微生物的结合位较小可能导致初始脱氮效率降低，除非向反应器中加入大量的自养微生物。

目前，废水排放质量标准已严格规定了氮和磷的含量。由于韩国政府计划从2002年开始将废水处理设施中T-N和T-P的含量分别定为20mg/L和2mg/L，所以说适当处理氮和磷是不可避免的。 

一般地，同时脱除氮和磷的可用生物方法包括A²/O、改性Bardenpho法、UCT(University of Cape Town)法和VIP(Virginia InitiativePlant)法。然而，由于上述方法完全依靠异养脱氮微生物，其实际应用尚未广泛用于C/N比低的废水。仅用于脱磷的传统废水处理方法中，主要利用化学沉淀，但其化学成本很高，产生很多污物。

发明概述