自养反硝化技术-未来脱氮的更优选择(终)

作者: laokou 分类: 水处理 发布时间: 2020-09-17 16:44

1.2.2.5硫—铁(单质和化合态)耦合自养反硝化工艺

从上述S、Fe自养反硝化的机理可看出,单独的铁自养反硝化与硫自养反硝化在实际应用中存在的不足,硫自养反硝化过程消耗城度,而铁自养反硝化产生碱度,将两者结合控制一定的比例,可很好的维持反硝化体系的pH。此外,S/Fe协同自养反硝化过程中,铁作为电子供体,可分担硫的负荷,减少出水硫酸根的生成,在处理离硝酸盐浓度、低碳氮比的贫水时,S/Fe协同自养反硝化具有很好的应用前景。

1)硫铁(单质)耦合工艺

以硫自养反硝化为主、铁化学还原为辅的脱氮及铁化学沉淀除磷的方式进行污水的深度脱氮除磷。该工艺在硫自养反硝化过程中产生H+,能够更好地促进铁的溶出,既能消耗产生的H+,确保出水的pH保持稳定,又能通过溶出的铁沉淀作用更好地去除磷酸盐,达到同时深度脱氮除磷的目的。

在硫铁耦合工艺中,电子转移如图1-4所示。

图1-4 硫铁耦合工艺电子转移示意图

在脱氮硫杆菌的作用下,单质S失去电子变成SO42-,NO3得到电子被还原成N2,当还原不充分时,会有NO2的产生;同时,单质Fe也具有较强的还原作用,Fe失去电子变成Fe2+,NO3被还原生成NO2和NH4+;生成的一部分NO2被直接还原成N2,一部分NO2与NH4+结合,通过厌氧氨氧化的作用生成N2释放到空气中,这样,将污水中的NO3去除。同时,硫自养反硝化产生的H+还会促进Fe溶出,从而增加除磷效果。

硫磺为硫自养反硝化所用硫源,同时以铁为碱度补充,维持反硝化过程中环境pH稳定,创造良好的反硝化环境。对于磷酸盐的去除,主要是通过铁离子铁与磷酸盐结合形成沉淀将磷酸盐去除,而铁离子的产生主要有三方面,首先是反硝化产生的H+与铁反应产生Fe2+、Fe3+,其次零价铁也可还原硝酸盐,同时产生Fe2+、Fe3+,最后,由于所用填料铁为铁与碳化铁的合金,当填料铁浸没在水中时,会形成微型电池回路,加速铁的腐蚀。

工艺缺点:

1、硫酸盐问题,利用硫自养反硝化工艺去除硝酸盐时,硝酸盐浓度应低于33.5gNO3-N。

2、铁也会还原部分硝酸盐,最终产物80%为氨氮。硫铁耦合工艺在实际运行中,会有一部分氮被还原为氨氮,但所占比例较少。

实际运行上所存在的问题:

  • 由于该工艺有铁的加入,因此硫铁工艺相比纯硫工艺更容易发生板结,简单的水反冲有时候并不能将板结填料打散,填料反冲洗方式待优化。

硫-铁耦合载体填充床在除磷过程中铁的转化以及电子的转移如图1-5所示

图1-5 铁的转化及电子转移示意图

单质铁在失去电子后变成Fe2+,Fe2+一方面与溶液中的PO43-结合生成Fe3(PO4)2沉淀,一方面在O2的作用下被氧化为Fe3+,Fe3+一方面结合水中的OH和PO43-生成Fe(OH)3和FePO4沉淀,另外还有部分的Fe2+与OH生成Fe(OH)2,Fe(OH)2在O2存在的条件下被氧化为Fe(OH)3,Fe(OH)3很容易分解变成Fe2O3,即铁锈。铁锈、Fe3(PO4)2和FePO4附着在填料上,粘结填料,从而影响填充床的运行。由于二级出水中TP浓度较低,生成的Fe3(PO4)2和FePO4量不大,因此,沉淀物的主要组成是铁锈,还有少量的Fe3(PO4)2和FePO4。因此,要想防止因填料板结而引起的填料堵塞问题,必须要阻止铁锈的生成以及及时清除生成的Fe3(PO4)2和FePO4

  • 当DO脱除不完全时,O2进入脱氮填料层,会引起脱氮效果下降,同时也会导致铁表面出现氧化膜,从而影响除磷效果,因此,必须严格控制进水DO浓度。

(1)脱氧

铁锈的形成有两个必要因素:水和O2,因此要防止铁锈的生成,需要对进水进行除氧,而且硫自养反硝化需要在缺氧条件下进行,所以去除O2不但可以有效地防止铁锈生成,而且有利于NO3-N的去除,降低NO3-N的出水浓度。上述脱氧方法的主要原理分为三种:①加热,当水温升高时,O2的溶解度下降,继而从水中溢出;②降低氧的分压力,当水面上方氧分压很低甚至为零时,水中的氧气就会从水中源源不断地析出,从而达到脱氧的目的;③参与反应,使水中游离态氧参与生化反应,继而变成化合态氧,以此来去除水中的溶解氧。相对于其他方法,生物法具有价格低廉和操作容易的优点。以化学法为例,

反应方程式如下:

亚硫酸钠除氧:2Na2SO3+O2→2Na2SO4                                    (1-27)

根据反应式,去除1mgO2,理论上至少需消耗7.875mgNa2SO3,同时生成8.875mgNa2SO4

脱氮硫杆菌在有氧条件下的生物脱硫过程为:

2S+3O2→2SO42-+2H+                                                   (1-28)

由反应(1-28)可知,去除1mgO2,理论上需要消耗单质硫0.667mg,远小于亚硫酸钠的用量;单质硫的价格和亚硫酸钠的价格接近,可知,单质硫脱氧更为经济实惠。