[發明專利]鐵碳亞硝化硝化方法及應用此方法的反應器和污水脫氮方法

有效

• 申請號: 200710097295.9
• 申請日: 2007-04-30
• 公開（公告）號: CN101054226A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 杜兵;孫艷玲;劉寅;曹建平;何然
• 申請（專利權）人: 北京市環境保護科學研究院
• 主分類號: C02F1/74
• 分類號: C02F1/74;C02F101/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于污水脫氮處理領域，涉及鐵碳在污水處理中用于亞硝化硝化方法、應用此方法的亞硝化硝化反應器以及應用此方法和所述反應器的污水脫氮方法。

背景技術

同濟大學碩士論文(2006.7)中，作者為支霞輝的《鐵內電解法與生物法耦合脫氮工藝的研究》一文中，披露了鐵內電解法與生物法耦合脫氮工藝。該工藝在SBR反應器內部設置鐵內電解反應裝置，通過化學與生物降解的耦合反應，實現短程硝化反硝化脫氮。但其脫氮機理是：耦合短程脫氮僅是在生物鐵活性污泥生化反應作用下的結果，鐵的作用通過對硝化過程中硝化菌活性的影響而實現。即真正在短程硝化反硝化過程中起作用的是硝化菌，鐵只是起到了催化劑的作用。

目前較常用的氨氮廢水的脫氮方法主要分為物理法、化學法、生物法。目前較常應用的脫氮方法中，僅有電解法涉及鐵的應用，其他均與鐵碳無關。但電解法需外加電源。現有物理化學脫氮方法普遍存在能耗高、加藥量大、對設備要求高、產物易造成二次污染等問題，使用受限，一般僅用于小水量含氨廢水、或特殊水質的含氨廢水處理。

目前國內現有的亞硝化過程和技術(NH₄⁺-N轉化為NO₂^--N的過程)，均局限于生物法脫氮過程中，均基于亞硝化微生物的作用來完成的，其原理是通過對微生物生長條件的控制，如：DO、pH、溫度等影響因素，對氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌進行選擇性抑制，使反應器內氨氧化菌占優，從而使硝化階段產物主要為亞硝酸鹽。硝化過程的原理是亞硝酸菌和硝酸菌的生物氧化作用，將氨氮氧化成硝酸鹽。生物法是目前應用最為廣泛的脫氮方法。但其根本是依賴微生物自身的生命活動實現廢水中氮的去除，由于微生物的多樣性、生長條件的復雜性，導致反應過程復雜、影響因素多、難于控制。

發明內容

為解決上述問題，本發明首次提出一種鐵碳復合材料用于含氨污水的亞硝化硝化方法，將鐵屑與活性碳分層或混合裝入反應器中，將含有氨氮的水用泵送入反應器，并對反應器鼓入富氧空氣，控制反應器的不同的pH值及溶解氧，在沒有微生物參與的條件下，僅有無機的鐵碳在曝氣的條件下，實現氨氮穩定轉化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，其中亞硝化要求反應中pH值為7～9.5，硝化反應pH值為5～7.5，SS<100mg/1，氨態氮的氧化負荷為0～10kgNH₄⁺-N/(m³.d)，空塔上升或下降流速為0.1～0.5m/h，水力停留時間為0.4～2h，反應器中溶解氧濃度大于0.5mg/l。

本發明首次提出了非生物氧化氨氮為硝態氮的技術方法，完全通過化學過程在一般環境條件下完成氨氮轉換為亞硝酸鹽(亞硝化)或硝酸鹽(硝化)的過程，它是氨氮向硝態氮轉化的全新技術。該方法將復雜、難于控制的生物化學過程變為簡單的化學反應過程。該過程穩定、反應程度易于控制，并且基本不受溫度和水質條件變化影響。

鐵碳氧三系亞硝化硝化原理

鐵碳亞硝化硝化反應器內一方面由于電化學和一般化學過程的作用，會產生很多新生態的氧化物質如：[H·]、[OH·]、[Feⁿ⁺·]等，這些氧化態物質能氧化氨氮為亞硝酸鹽或硝酸鹽；另一方面，氧在鐵/碳反應產物的催化作用下，可以完成氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽的過程。上述兩個方面的共同作用，是鐵碳亞硝化硝化反應器實現氨氮亞硝化或硝化的基本原因。

本發明又提供了一種利用上述反應原理的亞硝化硝化反應器，該反應器可采用上向流和下向流兩種方式。上向流反應器的結構由下到上依次為承托層7、反沖洗裝置2、進水布水裝置4、空氣擴散裝置3、鐵碳復合材料6、收水裝置5布置在床體(1)中。

下向流反應器的結構由下到上依次為承托層(7)、收水裝置(5)、反沖洗裝置(2)、空氣擴散裝置(3)、鐵碳復合材料(6)、進水布水裝置(4)布置在反應器床體(1)中。

在上向流反應器或下向流反應器中所述的鐵碳復合材料由80％～90％(體積)的鐵屑/碳混合物和20％～10％(體積)的填充劑構成，其中鐵屑為直徑是Φ5mm～Φ70mm無油碳素鋼、不規則形態、；碳為直徑為Φ0.5mm～Φ3.0mm的水處理用煤質顆粒活性碳或5～40目的不規則果殼碳或直徑為Φ40mm焦碳；填充劑為頁巖陶粒或其他無機燒結材料；

所述的鐵碳復合材料的鐵屑與碳均勻混合，鐵屑與碳的體積比為0.25～4∶1或重量比為0.5～8：1。陶粒粒徑為Φ2mm～Φ5mm。陶粒與鐵碳復合材料分層放置，各層陶粒厚度不小于15cm。