一种低温同步除氨脱氮的装置及工艺

摘要

一种低温同步除氨脱氮的装置及工艺，属于水处理除氨脱氮技术领域，可解决现有污水处理冬季或低温等不利条件下生物脱氮效率低的问题，包括如下步骤：原水过滤去除颗粒物质和有机物；投入氧化剂预氧化；预氧化滤后水进入催化氧化反应器，催化氧化后的水进入流化床反应器，流化床中的颗粒填料由经铁、镁、锰改性的活性炭构成，底部通入空气处理后过滤出水。本工艺催化效果好，能同时去除水中的氨氮和总氮；适应于低温环境中催化氧化除氨，且基本不受pH值的影响，可有效解决低温生物脱氮能力不足的问题。

权利要求

1.一种低温同步除氨脱氮的工艺，所述工艺使用低温同步除氨脱氮的装置，所述装置包括进水水箱（1）、装有颗粒填料的催化氧化反应器（2）、装有颗粒填料的流化床反应器（3）和过滤器（4），进水水箱（1）通过管道与催化氧化反应器（2）底部的进水口连接，催化氧化反应器（2）顶部的出水口通过管道与流化床反应器（3）底部的进水口连接，流化床反应器（3）顶部的出水口通过管道与过滤器（4）连接，其中，进水水箱（1）和催化氧化反应器（2）之间的管道上设有水泵（5）和阀门Ⅰ（6），水泵（5）和阀门Ⅰ（6）之间设有通过阀门Ⅱ（7）和转子流量计Ⅰ（8）连接的氧化剂储存罐Ⅰ（9），催化氧化反应器（2）和流化床反应器（3）之间的管道上设有阀门Ⅲ（10）以及通过阀门Ⅳ（11）和转子流量计Ⅱ（12）连接的氧化剂储存罐Ⅱ（13），催化氧化反应器（2）底部的进水口处设有配水区Ⅰ（14），催化氧化反应器（2）中的颗粒填料之间等间距设有四个孔径为2mm的多孔塑料板（15），流化床反应器（3）底部的进水口处设有配水区Ⅱ（16），顶部设有孔径为2mm的多孔挡板（17），流化床反应器（3）的配水区Ⅱ（16）的另一侧设有通过阀门Ⅴ（18）连接的气泵（19）， 其特征在于：所述工艺包括如下步骤：第一步，预过滤，待处理水样浊度>2NTU时，过滤去除待处理水样中的颗粒物质和颗粒有机物后，进入进水水箱；当浊度<2NTU时，直接进入进水水箱；

第二步，预氧化，通过氧化剂储存罐Ⅰ向上述进水水箱中的待处理水样中投加氧化剂，投加比例为待处理水样中氨氮摩尔浓度的2 4倍，反应时间1 2min；

~ ~

第三步，催化氧化反应，预氧化后的水进入催化氧化反应器，在催化氧化床中的颗粒填料的作用下，经催化床反应，反应时间20min；

第四步，流化床反应，经催化氧化反应后的水经过氧化剂储存罐Ⅱ补充氧化剂，补充量为第二步中预氧化投量的50%，进入流化床反应器，经过颗粒填料，底部通过气泵通入空气，停留时间10min；

第五步，经过滤器中的微滤膜过滤后出水；

第二步和第四步中所述氧化剂为质量浓度30%的过氧化氢溶液。

2.根据权利要求1所述的一种低温同步除氨脱氮的工艺，其特征在于：第三步和第四步中所述颗粒填料为由经铁、镁、锰复合改性的活性炭。

3.根据权利要求1所述的一种低温同步除氨脱氮的工艺，其特征在于：所述颗粒填料的制备方法，包括如下步骤：将浓度为1mol/L的铁盐溶液、浓度为1mol/L的镁盐溶液和浓度为

1mol/L的锰盐溶液以体积比10:1:5混合，混合搅拌下以固液体积比1:1浸渍粒径5mm的颗粒活性炭15min，混合搅拌下加入浓度为1mol/L的碳酸钠溶液，调整pH值至8.0，混合搅拌

10min；取出活性炭，用纯水洗净，干燥后置于马弗炉中，在700℃的条件下，无氧焙烧2h，得到颗粒填料，其中铁盐为氯化铁或硫酸铁；镁盐为氯化镁或硫酸镁；锰盐为氯化锰或硫酸锰。

说明书

一种低温同步除氨脱氮的装置及工艺

技术领域

[0001] 本发明属于水处理除氨脱氮技术领域，具体涉及一种低温同步除氨脱氮的装置及工艺。

背景技术

[0002] 氨氮是水中常见的污染物，对水生生物有重要的影响。氨氮高促进水生藻类植物生长，浮游藻类如蓝绿藻等过度生长，造成水质恶化。氨氮抑制鱼类氧传递，构成水产养殖
风险。水中除氨的方法主要是生物法和化学法。目前污水处理厂消减氨氮的主要方法是生
物脱氮，具有去除效果好，工艺成熟，成本低等优势。但低温条件下生物脱氮效果极差，是冬
季或低温期间污水厂出水不能达标的首要因素。

[0003] 低温除氨的问题非常普遍，需求迫切。中国长江以北地区冬季时间长，人口众多，工业密集，污废水产量大。污水处理厂普遍面临低温除氨、脱氮等问题。世界上很多国家和
地区的污水处理厂同样面临低温除氨、脱氮的问题。现有低温除氨技术集中在强化生物处
理、折点加氯等方面。强化生物处理主要集中在：1）筛选低温除氨菌种或者对现有除氨微生
物做强化低温除氨诱变、基因改造等；2）延长水力停留时间，降低负荷，提升污泥浓度等；3）
加热、保温，提升水温等。低温菌种的筛选和诱变等，只是停留在实验室研究阶段，低温除氨
脱氮效率低下，远未达到应用要求。延长水力停留时间和提升生物量的做法，仅限于相对低
温（5 10℃），对于5℃以下的水则无能为力。加热升温成本过高。折点加氯法利用次氯酸与
~
氨氮的反应，将其氧化去除。但次氯酸（液氯、漂白粉、次氯酸钠等）的大量使用会产生大量
有毒和有三致作用的消毒副产物和强烈的气味。可见，低温除氨的问题在我国长江以北的
广大地区长期存在，低温除氨难度大，技术需求迫切。

发明内容

[0004] 本发明针对现有污水处理冬季或低温等不利条件下生物脱氮效率低的问题，提供一种低温同步除氨脱氮的装置及工艺。

[0005] 本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种低温同步除氨脱氮的装置，包括进水水箱、装有颗粒填料的催化氧化反应器、装有颗粒填料的流化床反应器和过滤器，进水水箱通过管道与催化氧化反应器底部的进水
口连接，催化氧化反应器顶部的出水口通过管道与流化床反应器底部的进水口连接，流化
床反应器顶部的出水口通过管道与过滤器连接，其中，进水水箱和催化氧化反应器之间的
管道上设有水泵和阀门Ⅰ，水泵和阀门Ⅰ之间设有通过阀门Ⅱ和转子流量计Ⅰ连接的氧化剂
储存罐Ⅰ，催化氧化反应器和流化床反应器之间的管道上设有阀门Ⅲ以及通过阀门Ⅳ和转
子流量计Ⅱ连接的氧化剂储存罐Ⅱ，催化氧化反应器底部的进水口处设有配水区Ⅰ，催化氧
化反应器中的颗粒填料之间等间距设有四个孔径为2mm的多孔塑料板，流化床反应器底部
的进水口处设有配水区Ⅱ，顶部设有孔径为2mm的多孔挡板，流化床反应器的配水区Ⅱ的另
一侧设有通过阀门Ⅴ连接的气泵。

[0007] 一种低温同步除氨脱氮的工艺，包括如下步骤：

[0008] 第一步，预过滤，待处理水样浊度>2NTU时，过滤去除待处理水样中的颗粒物质和颗粒有机物后，进入进水水箱；当浊度<2NTU时，直接进入进水水箱；

[0009] 第二步，预氧化，通过氧化剂储存罐Ⅰ向上述进水水箱中的待处理水样中投加氧化剂，投加比例为待处理水样中氨氮摩尔浓度的2 4倍，反应时间1 2min；
~ ~

[0010] 第三步，催化氧化反应，预氧化后的水进入催化氧化反应器，在催化氧化床中的颗粒填料的作用下，经催化床反应，反应时间20min；

[0011] 第四步，流化床反应，经催化氧化反应后的水经过氧化剂储存罐Ⅱ补充氧化剂，补充量为第二步中预氧化投量的50%，进入流化床反应器，经过颗粒填料，底部通过气泵通入
空气，停留时间10min；

[0012] 第五步，经过滤器中的微滤膜过滤后出水。

[0013] 第二步和第四步中所述氧化剂为质量浓度30%的过氧化氢溶液。

[0014] 第三步和第四步中所述颗粒填料为由经铁、镁、锰复合改性的活性炭。

[0015] 所述颗粒填料的制备方法，包括如下步骤：将浓度为1mol/L的铁盐溶液、浓度为1mol/L的镁盐溶液和浓度为1mol/L的锰盐溶液以体积比10:1:5混合，混合搅拌下以固液体
积比1:1（固体取表观体积，液体取体积）浸渍粒径5mm的颗粒活性炭15min，混合搅拌下加入
浓度为1mol/L的碳酸钠溶液，调整pH值至8.0，混合搅拌10min；取出活性炭，用纯水洗净，干
燥后置于马弗炉中，在700℃的条件下，无氧焙烧2h，得到颗粒填料，其中铁盐为氯化铁或硫
酸铁；镁盐为氯化镁或硫酸镁；锰盐为氯化锰或硫酸锰。

[0016] 本发明的有益效果如下：

[0017] 1. 本发明氨氮去除率高，产物氮气化程度高，可以同时除氨、脱氮。

[0018] 2. 本发明适应性好，污水中有机物几乎不对催化氧化除氨脱氮过程造成影响。

[0019] 3. 本工艺适应于低温环境中催化氧化除氨，有效解决低温生物脱氮能力不足的问题。

[0020] 4. 本工艺适应于正常pH值（5 9）的污水中使用，通常不需调整pH值。~

[0021] 5. 本工艺中催化剂等使用时间长，金属离子流失率低。

[0022] 6. 本工艺简捷，投资少，原料成本低、能耗低，符合国家社会节能减排发展方向。

附图说明

[0023] 图1为本发明低温同步除氨脱氮的装置结构示意图；

[0024] 其中：1-进水水箱；2-催化氧化反应器；3-流化床反应器；4-过滤器；5-水泵；6-阀门Ⅰ；7-阀门Ⅱ；8-转子流量计Ⅰ；9-氧化剂储存罐Ⅰ；10-阀门Ⅲ；11-阀门Ⅳ；12-转子流量计
Ⅱ；13-氧化剂储存罐Ⅱ；14-配水区Ⅰ；15-多孔塑料板；16-配水区Ⅱ；17-多孔挡板；18-阀门
Ⅴ；19-气泵。

具体实施方式

[0025] 结合附图，对本发明做进一步说明。

[0026] 制备颗粒填料，分别配制浓度为1mol/L的氯化铁溶液1000mL、浓度为1mol/L的氯化镁溶液100mL和浓度为1mol/L的氯化锰溶液500mL，取上述溶液混合，混合搅拌下以固液
比1:1浸渍颗粒活性炭（粒径5mm）15min，滴加浓度1mol/L的碳酸钠溶液至pH8.0，混合搅拌
10min；取出活性炭，用纯水洗净，干燥后置于马弗炉中，在700℃的条件下，无氧焙烧2h，得
到催化床、流化床颗粒填料。

[0027] 按照图1构建低温同步除氨脱氮的装置结构示意图，催化氧化反应器、流化床反应器中分别加入颗粒填料。

[0028] 实施例1

[0029] 在本实施例中，待处理水样中氨氮（硫酸铵溶液，pH<5.9）含量为30mg/L，保持温度在0 4℃条件下，控制流量调节水力停留时间分别为催化床20min、流化床10min。过氧化氢
~
总投量225mg/L，其中第一投加点150mg/L，第二投加点75mg/L。空气投量为20L/hr。结果如
下：

[0030]

[0031] 可见在低温下，使用本发明催化氧化除氨工艺去除效果良好，且实现同步除氨、脱氮。

[0032] 实施例2

[0033] 在本实施例中，对比常温20 22℃和低温（0 5℃）条件下，上述催化除氨脱氮工艺~ ~
处理效果。其中待处理水样中氨氮（硫酸铵溶液，pH<5.9）含量为32.8 33.2mg/L，控制流量
~
调节水力停留时间分别为催化床20min、流化床10min。过氧化氢总投量225mg/L，其中第一
投加点150mg/L，第二投加点75mg/L。空气投量为20L/hr。结果如下：

[0034]

[0035] 可见，低温对氨氮去除略有影响，低温条件下氨氮和总氮去除率较常温下去除率均略有下降。但即使在低温下总体去除效果依然很高，氨氮去除率达到80%以上，总氮去除
率也在80%左右。

[0036] 实施例3

[0037] 在本实施例中，上述低温同步除氨脱氮工艺系统装置中加入某污水处理厂冬季二级处理出水，其中氨氮含量为7.2mg/L、总氮含量11.7mg/L，CODcr44mg/L。保持温度在2 5℃
~
条件下，控制流量调节水力停留时间分别为催化床20min、流化床10min。过氧化氢总投量
210mg/L，其中第一投加点140mg/L，第二投加点70mg/L。空气投量为20L/hr。反应60min后，
取样测试结果为氨氮2.6mg/L、总氮含量5.9mg/L，CODcr29.7mg/L。

[0038] 可见低温条件下使用本发明催化氧化除氨效果明显，整个系统2 5℃条件下对氨~
氮、总氮有同步去除的效果，对CODcr也有一定的去除作用。