一种稀土尾水厌氧氨氧化脱氮处理工艺

技术领域

本发明属于污水生物脱氮处理的技术领域，具体涉及一种稀土尾水厌氧氨氧化脱氮处理工艺，该工艺适用于高氨氮低COD稀土尾水脱除氨氮及总氮处理。

背景技术

稀土资源是我国重要的矿产资源之一，中国稀土资源十分丰富，工业储量占世界第一位。除内蒙古自治区白云鄂博稀土共生矿和赣南离子吸附型矿外，广东、广西、江西、山东、湖南、台湾等省区还有独居石、磷钇矿、褐钇铌矿、氟碳铈镧矿等。

稀土金属具有极为重要的用途，是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀土金属与有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等，均需使用独特性能的稀土金属。用量虽说不大，但至关重要，缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航开发、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂材料等。中国稀土金属矿产丰富，为发展稀土金属工业提供了较好的资源条件。

目前针对稀土资源的开采，由于稀土类型的差异，其开采方法也存在极大的差异，我国北方较为典型的便是氟碳铈矿，其为伴生矿，直接挖取并进行选矿即可。而我国南方较为典型的便是离子型稀土矿，其以离子状态存在在于泥土层中，其开采一般是利用硫铵浸泡泥土，将离子态的稀土元素置换到溶液中，再用草酸或碳铵沉淀得到92％以上品位的稀土精矿；此种采矿在具体的操作上又分为堆浸、池浸和原地浸矿，其中，前两种方法目前已被禁止，而原地浸矿法在具体的生产过程中，也会形成相当量的稀土尾水，其具有高氨氮、低COD、高盐度、高浊度、水质水量变化大等特点，如果处理不当将会对自然环境的水循环造成极大的影响。

现今，我国稀土尾水处理主要是通过生物脱氮进行，而生物脱氮处理主要是采用传统的硝化反硝化脱氮工艺，其属于全程硝化反硝化生物脱技术，但由于目前受工艺内循环率的限制，其脱氮效率难以得到进一步提高；同时，在反硝化阶段还需要投加大量有机碳源，这极大地限制了稀土尾水处理，所以传统的硝化反硝化脱氮技术存在具有脱氮效率低、能耗大、运行成本高、抗冲击能力差、污泥产率高等缺点。因此，在环保要求日益严格的当前，亟需突破性开发更为高效的处理工艺，以解决目前稀土尾水处理存在的问题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种稀土尾水厌氧氨氧化脱氮处理工艺，该工艺旨在解决现今传统的硝化反硝化脱氮技术存在具有脱氮效率低、能耗大、运行成本高、抗冲击能力差、污泥产率高等缺点，该工艺采用部分硝化、沉淀分离、厌氧氨氧化多功能于一体的脱氮处理稀土氨氮尾水，无需将硝化反应池出水中的氨氮与亚硝酸盐严格控制在特定比例范围内，实现了氨氮和总氮的有效去除。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种稀土尾水厌氧氨氧化脱氮处理工艺，该工艺适用于高氨氮低COD稀土尾水脱除氨氮及总氮处理，该工艺的具体步骤为：

步骤一、将稀土氨氮尾水进入部分硝化单元，在部分硝化单元中通过调节DO、pH及进水流量，将稀土氨氮尾水中的部分氨氮转化为亚硝酸盐氮，形成含氨氮和亚硝酸盐的硝化混合液；

在该步骤中，通过调控DO、pH及尾水流量，形成利于硝化反应进行的环境条件，利用部分硝化单元将稀土氨氮尾水中的部分氨氮转化为亚硝酸盐氮，即形成含氨氮和亚硝酸盐的硝化混合液，保持氨氮减少量(或亚硝酸盐氮生成量)不低于10mg/L，并且无需控制硝化反应进程，无需严格限定硝化混合液中氨氮和亚硝酸盐的比例。

步骤二、将含氨氮和亚硝酸盐的硝化混合液进入沉淀池进行泥水分离，得到分离后的澄清混合液；

在该步骤中，其实际应用过程的沉淀池，硝化混合液由布水孔通过导流区进入沉淀区进行泥水分离，沉淀区上部为清水区，下部为污泥区，污泥经污泥斗浓缩后沿污泥回流缝回流至硝化反应区，处于“饥饿”状态的浓缩污泥与尾水充分接触、吸附，一方面利于硝化反应进行，一方面无需污泥回流系统实现了污泥回流，同时也避免污泥的淤积。

步骤三、将澄清混合液进入厌氧氨氧化脱氮单元，在厌氧氨氧化脱氮单元中通过厌氧氨氧化脱氮反应去除澄清混合液中的亚硝酸盐氮和氨氮；

在该步骤中，其实际应用过程的厌氧氨氧化脱氮单元，澄清混合液进入厌氧氨氧化脱氮单元进行厌氧氨氧化脱氮反应，去除澄清混合液中的亚硝酸盐氮和氨氮，清水中只剩少量氨氮；其厌氧氨氧化生物反应的化学式为：NH

从而在厌氧氨氧化脱氮反应过程中伴随亚硝酸盐氮去除的同时，剩余的大部分的氨氮也得到去除，清水中只剩少量氨氮。

步骤四、将经厌氧氨氧化脱氮单元处理后的清水进行部分回流，回流部分回流至步骤一中的部分硝化单元循环处理，其余部分直接外排。

在该步骤中，由于在部分硝化单元的反应过程中，氨氮始终处于相对过剩的水平，因此通过回流部分处理水可以达到不断去除氨氮的目的，并经过多次循环，氨氮被不断去除，直至达到排放标准。

优选地，在步骤一中，在所述部分硝化单元中调节DO、pH及进水流量的控制参数为：DO为0.2-2.5mg/L，pH为7.8-10，混合液悬浮物浓度MLSS为2000-4000mg/L，水力停留时间HRT为2-4h，并保持氨氮减少量不低于10mg/L。

优选地，在步骤二中，将所述沉淀池进行泥水分离得到的浓缩污泥返回至步骤一中的部分硝化单元进行硝化反应；从而进一步处理浓缩污泥中的有害物质。

优选地，在步骤二中，控制所述沉淀池中沉淀区的水力停留时间HRT为1-3h。

优选地，在步骤三中，所述厌氧氨氧化脱氮单元由复合填料模块组成，复合填料中包埋有厌氧氨氧化菌。

进一步的，在步骤三中，控制厌氧氨氧化脱氮反应的参数为：复合填料装填率为60％-80％，DO≤0.5mg/L，水力停留时间HRT为2-4h。

优选地，在步骤四中，所述经厌氧氨氧化脱氮单元处理后的清水进行部分回流的回流比R为50％-300％。

该工艺采用部分硝化、沉淀、厌氧氨氧化脱氮三个处理单元一体化设计，其中的脱氮处理包括部分硝化单元、沉淀池和厌氧氨氧化脱氮单元，其集硝化反应、沉淀分离、厌氧氨氧化脱氮三种功能为一体。

其中，厌氧氨氧化脱氮工艺是一种新型高效的生物脱氮技术，已进入工业化应用阶段，与传统硝化反硝化相比，厌氧氨氧化具有能耗低、成本低、污染低和效率高的特点。根据生物反应机理，厌氧氨氧化工艺单元进水中氨氮与亚硝酸盐比例(NH

本发明技术方案的工艺在处理稀土氨氮尾水的过程中，无需限定部分硝化单元出水中氨氮与亚硝酸盐氮的特定比例范围，降低了部分亚硝化反应进程的控制难度，具有高效节能、耐冲击、运行成本低、调控灵活等优点。

(3)有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

一方面，本发明的技术方案采用部分硝化、沉淀分离、厌氧氨氧化多功能于一体的脱氮处理稀土氨氮尾水，在适宜的DO、pH、HRT等条件下，无需将硝化反应池出水中的氨氮与亚硝酸盐严格控制在特定比例范围内，实现了氨氮和总氮的有效去除；同时，厌氧氨氧化反应属于产碱反应，随处理水回流可以补充前端硝化反应消耗的碱量，具有运行成本低的特点。

另一方面，可以通过调节DO、回流比R、pH和流量等优化的技术参数，可有效地缓解尾水水质、水量的冲击，实现工艺装置稳定运行，对波动性大的尾水处理具有较强的适应性，具有高效节能、调控灵活等优点。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本发明，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的样式。

本具体实施方式为针对稀土尾水的厌氧氨氧化脱氮处理，其主要包括部分硝化单元、沉淀池和厌氧氨氧化脱氮单元，其中，部分硝化单元包括硝化反应区、提升搅拌机和曝气系统；厌氧氨氧化脱氮单元由复合填料模块组成，复合填料中包埋有厌氧氨氧化菌，其稀土尾水的处理过程为：首先将稀土尾水进入部分硝化单元进行硝化反应，通过调控DO、pH、回流比R、HRT及流量在适宜范围内，将尾水中少部分氨氮氧化成亚硝酸盐氮，形成同时含有氨氮和亚硝酸盐氮的混合液；随即进入沉淀池进行泥水分离；之后，上清液在沉淀池上部清水区的厌氧氨氧化脱氮单元进行厌氧氨氧化脱氮反应，去除上清液中的氨氮和亚硝酸盐氮，浓缩污泥回落至部分硝化单元反应区，完成脱氮反应的上清液一部分回流到部分硝化单元继续进行硝化反应，一部分处理水待达标后外排。

实施例1

本具体实施例处理的稀土尾水为高氨氮稀土尾水，其氨氮浓度为95-110mg/L，pH为3.2-6.5，COD为10-30mg/L；在本处理的脱氮过程中控制条件，其中，控制部分硝化单元中：DO为0.3-1.2mg/L，HRT为2-3h；控制沉淀池中：HRT为2h；控制厌氧氨氧化脱氮单元中：DO≤0.5mg/L，HRT为3h、回流比R为50％-125％、温度T为25-35℃。

经降浊调pH预处理的稀土尾水进入一体化脱氮工艺的部分硝化单元进行硝化反应，调节硝化反应区内的DO在0.5-0.8mg/L、pH在8.0-8.5、HRT在2.5-3h范围内。当R＝0时，约(26±3)％的氨氮转化为亚硝酸盐氮，形成含氨氮和亚硝酸盐氮的硝化混合液经厌氧氨氧化单元的厌氧氨氧化脱氮反应去除亚硝酸盐氮(96％以上)和部分氨氮(20％左右)；当R＝50％时，约(37±5)％的氨氮转化为亚硝酸盐氮，形成含氨氮和亚硝酸盐氮的硝化混合液经厌氧氨氧化单元的厌氧氨氧化脱氮反应去除亚硝酸盐氮(94％以上)和部分氨氮(38％左右)。当R＝100％时，约(56±3)％的氨氮转化为亚硝酸盐氮，形成含氨氮和亚硝酸盐氮的硝化混合液经厌氧氨氧化单元的厌氧氨氧化脱氮反应去除亚硝酸盐氮(91％以上)和部分氨氮(46％左右)。出水氨氮≤10.2mg/L、总氮≤28mg/L，达到《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)的要求。

实施例2

本具体实施例处理的稀土尾水为高氨氮稀土尾水作为原水，其氨氮浓度为95-110mg/L，pH为3.2-6.5，COD为10-30mg/L；在本处理的脱氮过程中控制条件，其中，控制部分硝化单元中：DO为0.2-1.2mg/L，HRT为3-4h；控制沉淀池中：HRT为2h；控制厌氧氨氧化脱氮单元中：DO≤0.5mg/L，HRT为3h、温度T为25-35℃。

经降浊调pH预处理的稀土尾水进入脱氮工艺的部分硝化单元进行硝化反应，调节硝化反应区内的pH＝8.0-8.5、R＝75％-100％、HRT＝4h。当DO＝0.2-0.5mg/L时，约(38±4)％的氨氮转化为亚硝酸盐氮，形成含氨氮和亚硝酸盐氮的硝化混合液经厌氧氨氧化单元的厌氧氨氧化脱氮反应去除亚硝酸盐氮(96％以上)和部分氨氮(20％左右)。当DO＝0.5-0.8mg/L时，约(52±5)％的氨氮转化为亚硝酸盐氮，形成含氨氮和亚硝酸盐氮的硝化混合液经厌氧氨氧化单元的厌氧氨氧化脱氮反应去除亚硝酸盐氮(94％以上)和部分氨氮(38％左右)。当DO＝0.8-1.2mg/L时，约(64±3)％的氨氮转化为亚硝酸盐氮，形成含氨氮和亚硝酸盐氮的硝化混合液经厌氧氨氧化单元的厌氧氨氧化脱氮反应去除亚硝酸盐氮(91％以上)和部分氨氮(36％左右)。出水氨氮≤8.2mg/L、总氮≤22mg/L，达到《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)的要求。

以上描述了本发明的主要技术特征和基本原理及相关优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性具体实施方式的细节，而且在不背离本发明的构思或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将上述具体实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照各实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。