[发明专利]一体化废水生物同步脱氮除钙装置及其方法

说明书

本发明公开了一种一体化废水生物同步脱氮除钙装置及其方法。它包括布水区、化学除钙区、生物脱氮区和分离区；布水区底部覆有微孔曝气系统，侧壁设有进水管跟回流管；化学除钙区内部填满石英砂颗粒，石英砂颗粒层上面覆盖反硝化颗粒污泥；化学除钙区顶部设置进砂管，底部设有排砂管；生物脱氮区顶部设有进泥管，底部设有排泥管；分离区侧壁从下到上依次设有溢流槽和出水管，出水管一路通过回流管回流进装置，另一路出水排出。分离区中央设有三相分离器，上部设有集气连接管和排气管。本发明中将废水生物脱氮和化学沉淀法除钙工艺耦合，以异养反硝化反应为基础，结合化学沉淀法工艺，可构建一体化废水生物脱氮除钙装置，在同一反应器内实现同步脱氮除钙。

技术领域

本发明涉及一种一体化废水生物同步脱氮除钙装置，适用于含氮含钙工业废水的厌氧生物处理工程。

背景技术

全国实施“控源减排”后，废水有机污染得到有效治理，氮磷污染凸显为主要环境问题。污水生物脱氮处理工艺始于20世纪60年代的硝化反硝化，以其独特的高效、经济优势而被广泛应用于工业废水处理，但在处理光伏、不锈钢酸洗等工业废水时，遇到了高钙的挑战。光伏行业太阳能电池板在生产过程中使用了大量的氢氟酸、硝酸，产生大量高浓度含氟含氮废水，以无机态F^-和NO₃^-为主。目前，对于高浓度含氟工业废水，一般采用钙盐沉淀法，即向废水中投加石灰和氯化钙，利用溶解后产生的Ca²⁺与水中的F^-反应生成难溶的CaF₂沉淀而将水中的F^-除去。同时为了保证除氟效果，钙盐往往过量添加，导致除氟出水中Ca²⁺浓度高达800～1000mg/L。

在反硝化工艺运行过程中，如果废水中钙离子的浓度较高，钙离子会与微生物代谢产生的CO₂结合形成CaCO₃沉积，在活性颗粒污泥表面形成灰白色的“钙层”，长期运行会使颗粒污泥成空心状，导致反硝化颗粒污泥钙化。钙化颗粒污泥堆积在反应器内，会影响活性颗粒污泥跟污染物的有效接触，产生局部水力短流，降低装置的有效容积和除氮效率。污泥更换又增加了反硝化工程的运行成本，进一步限制了反硝化技术的应用。此外，高浓度含钙废水在管道中运输，容易造成管道、设备结垢问题，存在巨大的安全隐患，也增加了污水处理设备的运行维护成本。

废水除钙的方法有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法(RO、NF)和电化学法等。离子交换法所产浓盐水难处理，膜造价高且易堵塞或污染，电化学软化法对装置依赖性较强，且操作繁琐。目前我国污水处理工程上普遍应用的除钙技术仍以化学沉淀法为主(纯碱法)，即在废水中投加一定量的Na₂CO₃药剂，利用溶解后产生的CO₃^2-与Ca²⁺反应生成CaCO₃沉淀以去除废水中的钙离子(式1)。相比于离子交换法、膜分离法跟电化学法，化学沉淀法工艺简单，成熟可靠，能达到较高的净化程度。但是，此法处理成本较高，药剂消耗量及产泥量较大，且因CaCO₃在水中仍有较小溶解度，容易形成絮状沉淀，故化学沉淀法出水中存在一定量残余钙离子。

Ca²⁺+Na₂CO₃→CaCO₃↓+2Na⁺ (式1)

6NO₃^-+5CH₃OH→3N₂+5HCO₃^-+7H₂O+OH^- (式2)