[发明专利]催化铁与生物耦合短程脱氮工艺

说明书

技术领域

本发明涉及水污染控制工程领域，具体涉及一种催化铁与生物耦合短程脱氮工艺，特征为氨氧化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，由催化铁在低氧条件下形成的结构态亚铁还原亚硝酸根，从而形成物化与生化耦合的短程脱氮工艺。

背景技术

随着社会发展和人们生活水平提高，水体的富营养化问题越来越受到关注，污水处理厂排放标准中总氮指标愈加严格，脱氮已成为目前城市污水处理厂升级改造的主要任务。

城市污水处理厂均采用生物脱氮方法，分为硝化与反硝化两类生化反应过程，全过程可用如下方程式表示：

亚硝化反应：

　　　　　　　　       （1）

 硝化反应：

　　　　　　　　　　　   （2）

 上述二步反应统称为生物硝化，由自养硝化细菌完成；

反硝化由多步反应过程：

　　　　　　             （3）

　　反硝化过程可以表示为：

　　　　　　（4）

反硝化细菌一般为异养细菌，需要有机碳源作为电子供体。

传统的生物脱氮也可称之为全程硝化反硝化。优势是：脱氮效果好，勿需投加化学药剂，适宜于一般城市污水的温度、pH值、氨氮浓度等水质范围。

但全程硝化反硝化也存在着弊端：（1）硝化过程需大量曝气，造成城市污水处理厂脱氮能耗巨大；（2）反硝化需要大量的有机碳源，制约了低碳氮比南方城市污水和缺乏优质碳源的工业废水脱氮效果。由此，人们注意到所谓的短程反硝化工艺：硝化过程仅进行到亚硝化反应，如式1；而反硝化过程从NO^-₂开始：

　　　　　　（5）

这样，不仅需氧量节省了一半，而且有机碳源可节省40%。

但目前开发的生物短程反硝化工艺，要求进水条件苛刻，如：进水pH值要大于8.5以上、自由氨浓度大于70 mg/L，且水温在30～35 ℃之间。往往城市污水并不具备如此条件，而通过调节水质满足上述条件，显然得不偿失。

为了达到日益严格的城市污水排放标准对总氮的要求，污水中可供反硝化的碳源往往已成为限制因素，特别是对南方城市低碳源的污水，通常措施是投加有机碳源以提高反硝化率，因此运行成本大大提高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种催化铁与生物耦合短程脱氮工艺。

常规短程生物脱氮的难点在于对进水水质要求苛刻，一般城市污水并不具备条件。本发明的思路：在生物硝化过程中，通过增加化学反应，及时去除由氨氧化菌（亚硝化菌）生化产物NO₂^＿，从而剥夺硝化菌生存所需NO₂^＿，将硝化菌淘汰出系统。

本发明的依据：结构态亚铁（本文简写Fe()）与NO₂^＿有很强的化学反应活性，可将NO₂^＿还原为N₂O，由下列通式表示：

　　　　　　　　　（6）

而N₂O在水中溶解度高（15 °C时溶解度为1500 mg/L），易于生物还原，最终产物为N₂，从而从水中脱除。

因此，本发明所述短程反硝化可描述为：

最后一步生物还原，也是常规反硝化的最后一步反应：

　　　　　　　　　　（7）

与传统短程反硝化相比：

可节省有机物电子供体2/3。

由于NO₂^＿与结构亚铁Fe() 的氧化还原反应进行得很快，可在低氧的硝化段进行，并且不影响生物亚硝化反应。

本发明提出的催化铁与生物耦合短程脱氮工艺，所述工艺由催化铁生物反硝化段和生物亚硝化段组成，催化铁生物反硝化段设置催化铁，或视进水总氮量，同时在生物亚硝化段前端设置催化铁，具体步骤如下：