本發(fā)明屬于水處理技術的應用領域，涉及一種廢水脫氮處理工藝，具體涉及一種混合營養(yǎng)型的反硝化生物填料及其制備和應用方法。
背景技術：
：隨著工業(yè)的發(fā)展，水體污染的情況越來越嚴重，其中氮素污染占相當大的比例。生活污水及某些工業(yè)廢水中都含有一定的氮，特別是煤加壓氣化廢水、焦化廢水、氮肥廢水等。大量未經(jīng)處理或未經(jīng)適當處理的各種含氮廢水排入江河，會給環(huán)境造成嚴重的破壞，不僅污染飲用水水源，也給河、湖等造成富營養(yǎng)化的危害。水體中氮的存在形式多樣，包括氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、有機氮等?，F(xiàn)有工藝能對氨氮、亞硝酸鹽氮、有機氮等都具有良好的去除效果，但對硝酸鹽氮的去除效果不理想。隨著硝酸鹽污染問題的日趨尖銳化以及公眾環(huán)境意識的增強，越來越多的國家和地區(qū)都制定了嚴格的排放限制和標準，對脫氮技術的發(fā)展提出了更為迫切的要求。由于傳統(tǒng)的廢水生物處理工藝如活性污泥法以含碳有機物和懸浮固體為主要處理目標，對多數(shù)生活污水和含氮的工業(yè)廢水來說，由于污水本身c/n比較低，脫氮效果不理想，出水仍含有大量的硝酸鹽。這就促使人們對常規(guī)的活性污泥工藝流程進行改造，以提高氮的去除率。a/o及a2/o工藝是由傳統(tǒng)活性污泥法發(fā)展而來的，該工藝將反硝化段設置在系統(tǒng)的前面，反硝化反應以污水中的有機物為碳源，曝氣池混合液中含有大量的硝酸鹽，通過內(nèi)循環(huán)回流至缺氧池中，在缺氧池內(nèi)進行反硝化脫氮。a/o及a2/o工藝的脫氮效率一般在70%左右，缺氧池中有機物不足導致反硝化效率下降是影響總氮去除的主要原因。當前，較成熟的脫除硝酸鹽工藝有物理法、生物法和化學還原法三種。物理法主要有吸附法、離子交換法和膜分離法，但只是發(fā)生了污染物的轉(zhuǎn)移或濃縮，并沒有對其進行徹底的轉(zhuǎn)化?；瘜W催化法常使用昂貴催化劑，反應條件苛刻且存在著催化劑易失活的缺點。生物法是指在微生物在電子供體存在的條件下發(fā)生反硝化反應將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮氣，目前得到了較為廣泛的應用。根據(jù)微生物所需碳源的不同，反硝化作用分為異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化法。自養(yǎng)還原法常采用硫磺、氫氣作為電子供體。單質(zhì)硫磺不溶于水，與氫氣相比，其使用更為安全，是一種理想的電子供體。硫自養(yǎng)反硝化具有細菌增殖緩慢，避免有機碳源殘余造成二次污染的優(yōu)點，但該過程會產(chǎn)生硫酸鹽副產(chǎn)物，消耗水中堿度，出水ph值降低。異養(yǎng)反硝化反應速率快，但有機碳源添加量不易控制，若添加不足，硝酸鹽去除有限，若添加過量，有機碳源會殘余水中造成二次污染，同時，異養(yǎng)反硝化會造成出水ph值的升高。技術實現(xiàn)要素：針對常規(guī)污水處理工藝反硝化脫氮效果不理想的問題，結(jié)合上述
背景技術：
，本發(fā)明提供了一種混合營養(yǎng)型反硝化填料及其制備和應用方法。與該填料適配的反應器包含兩種構(gòu)型，分別為zhdn-b1型和zhbn-b2型，其中：zhdn-b1型反應器高徑比為0.5~3，適用于處理10-30mg/l低濃度含氮廢水；zhdn-b2型反應器高徑比介于3~6之間，適用于處理30-80mg/l高濃度含氮廢水。本發(fā)明除用于污水處理強化脫氮方面，還可用于地下水硝酸鹽的去除工藝。本發(fā)明的技術原理是：以活性炭、硫磺及固體碳源為原料制成反硝化生物填料并與陰離子粘土混合裝填于適配反應器中，污水進入反應器后，在異養(yǎng)微生物的作用下，利用填料中的緩釋碳源，發(fā)生異養(yǎng)反硝化作用；自養(yǎng)微生物以硫磺為電子供體，將廢水中的硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣，發(fā)生自養(yǎng)反硝化作用；混合裝填的陰離子黏土具有吸附硝酸根的功能，延長了硝酸根在反應器內(nèi)的停留時間，強化了反硝化過程，提高了反應器的脫硝效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：填料制備方法：將硫磺、聚丁二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯及羧甲基纖維素按質(zhì)量比為10~1：20~1：15~1：15~1混合后加熱至112-160°c，此時混合物為熔融態(tài)，而后將粉末狀活性炭（10-600目）投加至熔融態(tài)混合物中，其中，添加活性炭的質(zhì)量與硫磺質(zhì)量比為：30~1：10~1。將該熔融態(tài)的混合物混勻，以其為原料，制備出粒徑范圍為1~30mm的填料。應用方法：將該填料與陰離子粘土以20~1：5~1的比例混合裝填入適配反應器中。適配反應器構(gòu)建：反應器進出水為下進上出升流式，底部設配水區(qū)和承托層，主體反應區(qū)即填料層，填料層根據(jù)填料粒徑的不同可分為2~5層，其中下層粒徑大上層粒徑小，每層內(nèi)填料以確定的粒徑均勻分布，反應器內(nèi)布置導氣罩，反硝化產(chǎn)氣由導氣罩收集，經(jīng)導氣管引出反應器，從而防止排氣不暢造成反應器內(nèi)部堵塞。被處理的原廢水從設備底部經(jīng)配水孔板進入配水區(qū)，之后進入填料層進行生物脫氮。不同級配的填料層同時具有生物濾池的功能，能截留廢水中的懸浮物及由于生物膜脫落形成的生物污泥。當填料層內(nèi)的截污量達到某種程度時，對填料層進行自動化沖洗，沖洗進水管道布置在設備底部（具體圖示見附圖2），沖洗流量適當放大，通過水力沖刷作用去除填料層內(nèi)的被截留物，沖洗水通過沖洗水排放管道排出。在反硝化過程中，由于硝酸氮不斷被還原為氮氣，深床濾池中會集聚大量的氮氣，這些氣體會使污水繞竄介質(zhì)之間，這樣增強了微生物與水流的接觸，同時也提高了過濾效率。但是當池體內(nèi)積聚過多的氮氣氣泡時，則會造成水頭損失；本設備設置導氣管、導氣罩和水封收集反應產(chǎn)生的氮氣，以防積氣影響反應條件，減少水利損失。本發(fā)明具有以下各項特征：1）所制備的填料以成本較低的固體碳源（聚丁二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯、羧甲基纖維素）和硫磺為主，并添加有吸附作用的活性炭和陰離子黏土，使硝酸根水力停留時間延長且無需另外投加碳源，充分利用異養(yǎng)反硝化與自養(yǎng)反硝化的優(yōu)勢，提高了脫氮效率的同時解決了原水碳源投加量難以控制的問題；2）適配反應器通過設置不同級配填料層進行生物脫氮，反應器內(nèi)保留大量生物量，廢水處理效果好；3）無需污泥回流，也無污泥膨脹之慮，降低設備及運行費用；4）沖洗過程全部自動化，及時地沖刷過厚和老化的生物膜，避免填料層堵塞，加速生物膜更新，使生物膜經(jīng)常保持較高的活性，維護管理方便；5）本設備設專門的導氣系統(tǒng)，水力損失降低，水力條件較好；6）不同孔隙率的填料層允許固體雜質(zhì)透過濾床的表層，深入填料中，達到整個填料層縱深截留固體物；7）濾料級配分別設置為1-30mm，由下向上分層裝填，下層粒徑大，上層粒徑小，填料布置更合理，反應器運行效果更好；8）針對低濃度和高濃度廢水分別設計zhdn-b1和zhdn-b2兩種構(gòu)型的反應器，使反應器使用更有針對性；9）zhdn-b1型反應器占地面積較大，但可以累層組建，且每層反應器獨立運行。附圖說明：圖1為zhdn-b1型反應器立面圖；圖2為zhdn-b2型反應器立面圖；附圖標記：圖1：1.進水管2.布水區(qū)3.填料區(qū)4.上清液分布區(qū)5.出水口6.沖洗進水7.沖洗出水圖2：1.進水管2.布水區(qū)3.填料區(qū)4.上清液分布區(qū)5.出水口6.導氣管7.集氣罩8.水封瓶9.沖洗進水10.沖洗出水。具體實施方式：實施例1采用本發(fā)明的填料和反應器對模擬硝酸鹽污水進行處理。將活性炭、硫磺、聚丁二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯和羧甲基纖維素按照20：5：1：1：1的質(zhì)量比制成不同粒徑的填料，裝填至高3m，內(nèi)徑0.5m的zhdn-b1型反應器內(nèi)，填料按照30mm,20mm,15mm,10mm,5mm的粒徑由下到上依次分層裝填，填料與陰離子粘土按照10：1的比例混合裝入反應器內(nèi)。將馴化好的活性污泥接種到反應器內(nèi)，用自來水加入硝酸鈉配制成硝酸鹽氮的濃度為80mg/l的水模擬污水水質(zhì)，原水經(jīng)蠕動泵由反應器底端打入反應器內(nèi)，污水在反應器內(nèi)的水力停留時間為60min，檢測出水硝態(tài)氮含量低于3mg/l，去除率大于95%。經(jīng)過長時間運行檢測，出水水質(zhì)穩(wěn)定，能夠達到排放標準，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1：表1為實施例1的監(jiān)測數(shù)據(jù)no3--n（mg/l）toc（mg/l）ph值進水79.23.57.75出水2.84.37.68去除率%96.5----實施例2采用本發(fā)明的填料和反應器對模擬硝酸鹽污水進行處理。將活性炭、硫磺、聚丁二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯和羧甲基纖維素按照25：10：1：2：2的質(zhì)量比制成不同粒徑的填料，裝填至高3m，內(nèi)徑0.75m的zhdn-b2型反應器內(nèi)，填料按照25mm,10mm,5mm,3mm,1mm的粒徑由下到上依次分層裝填，填料與陰離子粘土按照50：1的比例混合裝入反應器內(nèi)。將馴化好的活性污泥接種到反應器內(nèi)，用自來水加入硝酸鈉配制成硝酸鹽氮的濃度為80mg/l的水模擬污水水質(zhì)，原水經(jīng)蠕動泵由反應器底端打入反應器內(nèi)，污水在反應器內(nèi)的水力停留時間為60min，檢測出水硝態(tài)氮含量低于3mg/l，去除率大于95%。經(jīng)過長時間運行檢測，出水水質(zhì)穩(wěn)定，能夠達到排放標準，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2：表2為實施例2的監(jiān)測數(shù)據(jù)no3--n（mg/l）toc（mg/l）ph值進水78.73.27.70出水2.64.27.65去除率%96.7----實施例3采用本發(fā)明的填料和反應器對模擬硝酸鹽污水進行處理。將活性炭、硫磺、聚丁二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯和羧甲基纖維素按照10：10：5：3：3的質(zhì)量比制成不同粒徑的填料，裝填至高3m，內(nèi)徑1m的zhbn-b2型反應器內(nèi)，填料按照30mm,25mm,10mm,5mm,3mm的粒徑由下到上依次分層裝填，填料與陰離子粘土按照20：1的比例混合裝入反應器內(nèi)。將馴化好的活性污泥接種到反應器內(nèi)，用自來水加入硝酸鈉配制成硝酸鹽氮的濃度為60mg/l的水模擬污水水質(zhì)，原水經(jīng)蠕動泵由反應器底端打入反應器內(nèi)，污水在反應器內(nèi)的水力停留時間為45min，檢測出水硝態(tài)氮含量低于2mg/l，去除率為大于95%。經(jīng)過長時間運行檢測，出水水質(zhì)穩(wěn)定，能夠達到排放標準，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3：表3為實施例3的監(jiān)測數(shù)據(jù)no3--n（mg/l）toc（mg/l）ph值進水59.83.07.65出水1.63.37.63去除率%97.3----實施例4采用本發(fā)明的填料和反應器對模擬硝酸鹽污水進行處理。將活性炭、硫磺、聚丁二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯和羧甲基纖維素按照10：6：5：10：5的質(zhì)量比制成不同粒徑的填料，裝填至高1m，內(nèi)徑2m的zhdn-b1型反應器內(nèi)，填料按照20mm,15mm,10mm,5mm,2mm的粒徑由下到上依次分層裝填，填料與陰離子粘土按照5：1的比例混合裝入反應器內(nèi)。將馴化好的活性污泥接種到反應器內(nèi)，用自來水加入硝酸鈉配制成硝酸鹽氮的濃度為20mg/l的水模擬污水水質(zhì)，原水經(jīng)蠕動泵由反應器底端打入反應器內(nèi)，污水在反應器內(nèi)的水力停留時間為20min，檢測出水硝態(tài)氮含量低于1mg/l，去除率為大于98%。經(jīng)過長時間運行檢測，出水水質(zhì)穩(wěn)定，能夠達到排放標準，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表4：表4為實施例4的監(jiān)測數(shù)據(jù)no3--n（mg/l）toc（mg/l）ph值進水20.23.87.60出水0.33.97.68去除率%98.5----實施例5采用本發(fā)明的填料和反應器對模擬硝酸鹽污水進行處理。將活性炭、硫磺、聚丁二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯和羧甲基纖維素按照10：10：5：3：10的質(zhì)量比制成不同粒徑的填料，裝填至高1m，內(nèi)徑1m的zhdn-b1型反應器內(nèi)，填料按照30mm,20mm,15mm,10mm,5mm的粒徑由下到上依次分層裝填，填料與陰離子粘土按照40：1的比例混合裝入反應器內(nèi)。將馴化好的活性污泥接種到反應器內(nèi)，用自來水加入硝酸鈉配制成硝酸鹽氮的濃度為25mg/l的水模擬污水水質(zhì)，原水經(jīng)蠕動泵由反應器底端打入反應器內(nèi)，污水在反應器內(nèi)的水力停留時間為20min，檢測出水硝態(tài)氮含量低于1.5mg/l，去除率為大于95%。經(jīng)過長時間運行檢測，出水水質(zhì)穩(wěn)定，能夠達到排放標準，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表5：表5為實施例5的監(jiān)測數(shù)據(jù)no3--n（mg/l）toc（mg/l）ph值進水24.62.97.72出水0.93.37.67去除率%96.3----當前第1頁12