[发明专利]铁碳亚硝化硝化方法及应用此方法的反应器和污水脱氮方法

说明书

技术领域

本发明属于污水脱氮处理领域，涉及铁碳在污水处理中用于亚硝化硝化方法、应用此方法的亚硝化硝化反应器以及应用此方法和所述反应器的污水脱氮方法。

背景技术

同济大学硕士论文(2006.7)中，作者为支霞辉的《铁内电解法与生物法耦合脱氮工艺的研究》一文中，披露了铁内电解法与生物法耦合脱氮工艺。该工艺在SBR反应器内部设置铁内电解反应装置，通过化学与生物降解的耦合反应，实现短程硝化反硝化脱氮。但其脱氮机理是：耦合短程脱氮仅是在生物铁活性污泥生化反应作用下的结果，铁的作用通过对硝化过程中硝化菌活性的影响而实现。即真正在短程硝化反硝化过程中起作用的是硝化菌，铁只是起到了催化剂的作用。

目前较常用的氨氮废水的脱氮方法主要分为物理法、化学法、生物法。目前较常应用的脱氮方法中，仅有电解法涉及铁的应用，其他均与铁碳无关。但电解法需外加电源。现有物理化学脱氮方法普遍存在能耗高、加药量大、对设备要求高、产物易造成二次污染等问题，使用受限，一般仅用于小水量含氨废水、或特殊水质的含氨废水处理。

目前国内现有的亚硝化过程和技术(NH₄⁺-N转化为NO₂^--N的过程)，均局限于生物法脱氮过程中，均基于亚硝化微生物的作用来完成的，其原理是通过对微生物生长条件的控制，如：DO、pH、温度等影响因素，对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌进行选择性抑制，使反应器内氨氧化菌占优，从而使硝化阶段产物主要为亚硝酸盐。硝化过程的原理是亚硝酸菌和硝酸菌的生物氧化作用，将氨氮氧化成硝酸盐。生物法是目前应用最为广泛的脱氮方法。但其根本是依赖微生物自身的生命活动实现废水中氮的去除，由于微生物的多样性、生长条件的复杂性，导致反应过程复杂、影响因素多、难于控制。

发明内容

为解决上述问题，本发明首次提出一种铁碳复合材料用于含氨污水的亚硝化硝化方法，将铁屑与活性碳分层或混合装入反应器中，将含有氨氮的水用泵送入反应器，并对反应器鼓入富氧空气，控制反应器的不同的pH值及溶解氧，在没有微生物参与的条件下，仅有无机的铁碳在曝气的条件下，实现氨氮稳定转化成亚硝酸盐和硝酸盐，其中亚硝化要求反应中pH值为7～9.5，硝化反应pH值为5～7.5，SS<100mg/1，氨态氮的氧化负荷为0～10kgNH₄⁺-N/(m³.d)，空塔上升或下降流速为0.1～0.5m/h，水力停留时间为0.4～2h，反应器中溶解氧浓度大于0.5mg/l。

本发明首次提出了非生物氧化氨氮为硝态氮的技术方法，完全通过化学过程在一般环境条件下完成氨氮转换为亚硝酸盐(亚硝化)或硝酸盐(硝化)的过程，它是氨氮向硝态氮转化的全新技术。该方法将复杂、难于控制的生物化学过程变为简单的化学反应过程。该过程稳定、反应程度易于控制，并且基本不受温度和水质条件变化影响。

铁碳氧三系亚硝化硝化原理

铁碳亚硝化硝化反应器内一方面由于电化学和一般化学过程的作用，会产生很多新生态的氧化物质如：[H·]、[OH·]、[Feⁿ⁺·]等，这些氧化态物质能氧化氨氮为亚硝酸盐或硝酸盐；另一方面，氧在铁/碳反应产物的催化作用下，可以完成氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐的过程。上述两个方面的共同作用，是铁碳亚硝化硝化反应器实现氨氮亚硝化或硝化的基本原因。

本发明又提供了一种利用上述反应原理的亚硝化硝化反应器，该反应器可采用上向流和下向流两种方式。上向流反应器的结构由下到上依次为承托层7、反冲洗装置2、进水布水装置4、空气扩散装置3、铁碳复合材料6、收水装置5布置在床体(1)中。

下向流反应器的结构由下到上依次为承托层(7)、收水装置(5)、反冲洗装置(2)、空气扩散装置(3)、铁碳复合材料(6)、进水布水装置(4)布置在反应器床体(1)中。

在上向流反应器或下向流反应器中所述的铁碳复合材料由80％～90％(体积)的铁屑/碳混合物和20％～10％(体积)的填充剂构成，其中铁屑为直径是Φ5mm～Φ70mm无油碳素钢、不规则形态、；碳为直径为Φ0.5mm～Φ3.0mm的水处理用煤质颗粒活性碳或5～40目的不规则果壳碳或直径为Φ40mm焦碳；填充剂为页岩陶粒或其他无机烧结材料；

所述的铁碳复合材料的铁屑与碳均匀混合，铁屑与碳的体积比为0.25～4∶1或重量比为0.5～8：1。陶粒粒径为Φ2mm～Φ5mm。陶粒与铁碳复合材料分层放置，各层陶粒厚度不小于15cm。