本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种废水同步脱氮除磷的方法。
背景技术：
由于经济的发展，生活水平的提高，城市化进程的加快，大量的n、p等营养物质随河流进入湖泊、水库和海洋，引起日益严重的水体富营养化问题。目前迫切需要经济可行的脱氮除磷技术控制外源性n、p营养物质的输入，减少湖泊、水库等水体中n、p的浓度，控制水体富营养化的进程。
同步脱氮除磷是现代废水处理技术的发展趋势。研究和应用较多的是生物同步脱氮除磷技术，如a2/o工艺、氧化沟工艺、sbr工艺、phostrip工艺、改良uct工艺等等。由于它们将众多复杂生物过程耦合于一个系统中，同时完成有机物去除、脱氮除磷过程，因而不可避免地会产生各过程间的矛盾关系，如聚磷菌与硝化菌对do、泥龄的竞争、聚磷菌与反硝化菌对碳源的竞争等。因此其同步脱氮除磷效果并不理想。鉴于传统的生物脱氮与生物除磷之间的矛盾和冲突，当对污水处理出水中的氮磷要求严格时，国外污水处理厂主要采用生物脱氮加化学除磷工艺，牺牲成本换取出水水质达标。我国也有许多生物脱氮与化学除磷结合的研究，如生物滤池脱氮、活性污泥法等与投加混凝剂除磷结合，脱氮除磷效果很好。可见生物脱氮与化学除磷结合是获得良好的脱氮除磷效果的重要途径。
鉴于传统的生物异养反硝化脱氮存在的一些问题，近一些年来硫自养反硝化脱氮越来越受到重视。硫自养反硝化脱氮有两大优点：1)不需要外加碳源，可以减少成本，降低工艺的风险；2)产生的污泥量少，减少了污泥的处理。
自1978年以来，以硫磺为硫源的硫自养反硝化受到广泛研究。国内外研究最多的是硫磺/石灰石自养反硝化(slad)系统。石灰石主要用来中和硫自养反硝化过程中所产生的酸，也可为细菌提供无机碳源。slad系统最开始用来处理地下水，以后逐步推广到地表水、污水厂二级出水、垃圾填埋场渗滤液等，其适应性强，脱氮效果非常好。然而slad系统也存在其自身的缺点，主要是消耗大量的石灰石，出水硬度和硫酸盐浓度高。虽然在脱氮过程中有较多的ca2+产生，但是由于水的ph在7左右，因而slad并没有很好的除磷效果。也有采用黄铁矿作为电子供体，然而黄铁矿成本高。
因此，有必要提供一种更好的方法以解决上述问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种废水同步脱氮除磷的方法，该方法可实现同步脱氮除磷，且无需外加有机碳源，具有运行成本低、污泥产量少、效率高和工艺简单的优势。
为实现上述目的，本发明提供了一种废水同步脱氮除磷的方法，包括采用硫自养反硝化滤池进行废水处理，该硫自养反硝化滤池中的填料含白云石和单质硫。
与现有技术相比，本申请的废水同步脱氮除磷的方法中，硫自养反硝化是以还原态硫为电子供体，no3--n为电子受体进行的自养反硝化过程，能够有效地去除水中的no3--n。其中，单质硫有利于自养反硝化微生物将水中的no3--n转化为氮气，利用白云石中的ca、mg去除废水中的po43-，以实现同步脱氮除磷，具体的反应方程式如式1和式2。其中，单质硫属于石油产生过程中的副产物，成本较低，因此，有效地降低了废水处理的成本。在硫自养反硝化过程中，对碱度要求较高，易消耗碱度，高的碱度消耗率会增加运行的成本。原因是出水ph一般呈现弱酸性，ph过低时，就会造成亚硝氮的累积，影响出水水质。当ph值低于5.5时，反硝化速率就会受到严重的抑制。本申请利用白云石作为碱的来源，能够避免该问题，无需外加碱，故而能降低成本。且白云石还能为反应提供碳源，无需外加碳源。本申请的填料仅为白云石和单质硫，不仅工艺简单且成本低。尤其是白云石和单质硫同步脱氮除磷的功能微生物主要为自养反硝化菌，微生物生长较慢，基本不存在滤池堵塞现象，因此，经含白云石和单质硫同步脱氮除磷的硫自养反硝化滤池处理后的出水中无过剩有机物存在的可能性，能降低污泥产量。
式1∶
式2：
较佳地，本发明的白云石和单质硫在硫自养反硝化滤池中按1～5∶1体积比例混合，比如，白云石和单质硫在硫自养反硝化滤池中体积比为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1。更优选的白云石和单质硫在硫自养反硝化滤池中按1∶1体积比例混合，其脱氮除磷较好。
较佳地，本发明白云石的粒径为1mm～10mm，比如白云石的粒径为1mm～4mm、4mm～6mm、6mm～10mm，优选为白云石的粒径为4mm～6mm；单质硫的粒径为1mm～10mm，比如单质硫的粒径为1mm～3mm、3mm～5mm、5mm～10mm，其中优选为单质硫的粒径为3mm～5mm。
较佳地，硫自养反硝化滤池中反应温度为15℃～30℃。比如，硫自养反硝化滤池中反应温度为15℃、20℃、25℃和30℃。一般而言，硫自养反硝化工艺在低温条件时，反硝化菌活性受到抑制，会使系统硝态氮浓度增加，但是本申请的利用单质硫/白云石系统进行硫自养反硝化时，脱氮效果并不是非常弱，可能是单质硫/白云石系统下低温对反硝化菌活性的抑制影响较小。
较佳地，待处理的废水于硫自养反硝化滤池中水力停留时间为60～150min，比如，硫自养反硝化滤池中水力停留时间为60min、80min、100min、120min、150min，优选为水力停留时间为120min。
较佳地，硫自养反硝化滤池的制备，包括：
(1)提供反应器，将白云石和单质硫按一定体积比混合填充到所述反应器中；
(2)向所述反应器中加入缺氧段污泥；
(3)采用连续进水方式，加入驯化污水，经过所述驯化污水的驯化，能与所述白云石和所述单质硫组合的填充床进行接种，得到自养反硝化微生物菌；
(4)向所述反应器中加入待处理的污水，连续3次测得no3--n去除率≥70％，则调试成功，得到自养反硝化滤池，其中所述驯化污水和所述待处理的污水为同一污水。
其中，采用同一污水厂的废水才能让驯化废水对缺氧段污泥驯化为接种污泥，与白云石和单质硫组合的填充床进行接种，从而得到的自养反硝化微生物菌才具有对废水进行脱氮除磷的功效。驯化污水对缺氧段污泥驯化为接种污泥，与白云石和单质硫组合的填充床进行接种，从而得到的自养反硝化微生物菌才具有对污水进行脱氮除磷的功效。具体可以是投加污水厂生化工艺缺氧段污泥进行驯化接种，运行初期水力停留时间为2h，采用连续进水方式，加入驯化污水。
较佳地，缺氧段污泥的污泥龄为30～60天，比如污泥龄为30天、40天、50天、60天。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
废水取自深圳市坪山区金联路污水处理中试基地，采用白云石和单质硫同步脱氮除磷的方法对其进行处理，步骤如下：
(1)提供圆柱形反应器，其中，直径为1100mm，高度为3500mm，将白云石和单质硫按1∶1的体积比混合填充到反应器中，单质硫的粒径为3mm～5mm，白云石的粒径为4mm～6mm；
(2)于上洋污水处理厂取一定量的缺氧段污泥，其中，污泥浓度(mlss)为4000～6000mg/l。将缺氧段污泥放置反应器中；
(3)采用连续进水方式，加入驯化污水，缺氧段污泥与驯化废水经过两周的驯化，与白云石和单质硫组合的填充床进行接种，培养出硫自养反硝化微生物菌；
(4)向反应器中加入待处理的废水，当脱氮效果保持稳定，则调试成功。定期检测no3--n的浓度，出水no3--n浓度趋于稳定且去除率达到70％，则认为调试成功。
(5)向调试成功的硫自养反硝化滤池通入待处理的废水，使废水与硫自养反硝化微生物菌充分接触，反应温度为25℃，处理后的废水排出。
连续运行监测八天，每隔12小时取一次水样，测定其水质指标，实验数据如下表所示。
其中，水力停留时间为120min，进水tn(水中的总氮含量)平均浓度为4.1mg/l，进水tp(水中的总磷含量)平均浓度为0.28mg/l，出水tn的平均浓度为0.8mg/l，出水tp的平均浓度低于0.1mg/l，优于地表水iv类标准，且硫自养反硝化滤池运行稳定。
实施例2
该实施例2与实施例1的同步脱氮除磷的方法基本相同，不同点在于，该实施例2的水力停留时间为80min，而实施例1中水力停留时间为120min。
其进水tn平均浓度为4.1mg/l，进水tp平均浓度为0.28mg/l，出水tn的平均浓度为1.1mg/l，出水tp的平均浓度低于0.2mg/l。
实施例3
该实施例3与实施例1的同步脱氮除磷的方法基本相同，不同点在于，该实施例3的水力停留时间为150min，而实施例1中水力停留时间为120min。
其进水tn平均浓度为4.1mg/l，进水tp平均浓度为0.28mg/l，出水tn的平均浓度为0.78mg/l，出水tp的平均浓度低于0.1mg/l。
实施例4
该实施例4与实施例1的同步脱氮除磷的方法基本相同，不同点在于，该实施例4的反应温度为15℃，而实施例1中反应温度为25℃。
其进水tn平均浓度为4.1mg/l，进水tp平均浓度为0.28mg/l，出水tn的平均浓度为1.2mg/l，出水tp的平均浓度低于0.2mg/l。
实施例5
该实施例5与实施例1的同步脱氮除磷的方法基本相同，不同点在于，该实施例5白云石和单质硫按3∶1的体积比混合填充到反应器中；实施例1中将白云石和单质硫按1∶1的体积比混合填充到反应器中。
其进水tn平均浓度为4.1mg/l，进水tp平均浓度为0.28mg/l，出水tn的平均浓度为1.0mg/l，出水tp的平均浓度低于0.17mg/l。
实施例6
该实施例6与实施例1的同步脱氮除磷的方法基本相同，不同点在于，该实施例6中白云石的粒径为6mm～10mm。
其进水tn平均浓度为4.1mg/l，进水tp平均浓度为0.28mg/l，出水tn的平均浓度为0.93mg/l，出水tp的平均浓度低于0.1mg/l。
实施例7
该实施例7与实施例1的同步脱氮除磷的方法基本相同，不同点在于，该实施例6中白云石的粒径为1mm～4mm。
其进水tn平均浓度为4.1mg/l，进水tp平均浓度为0.28mg/l，出水tn的平均浓度为1.0mg/l，出水tp的平均浓度低于0.1mg/l。
对比例1
该对比例1将石灰石与单质硫组合填料对废水进行同步脱氮除磷试验，试验参数及步骤与上述相同，结果如下：
其进水tn平均浓度为4.1mg/l，进水tp平均浓度为0.28mg/l，出水tn的平均浓度为1.0mg/l，出水tp的平均浓度低于0.23mg/l。由此可知，石灰石与单质硫组合填料对总氮的去除较本发明的差，对总磷的去除效果较差，与本发明相比相差较大。
从实施例1～7和对比例1的测试结果可知，待测废水经本申请的废水同步脱氮除磷的方法进行处理后，其出水tn的浓度，出水tp的浓度都能够达到甚至优于地表水iv类标准。原因是本申请的废水同步脱氮除磷的方法中，硫自养反硝化是以还原态硫为电子供体，no3--n为电子受体进行的自养反硝化过程，能够有效地去除水中的no3--n。其中，单质硫有利于自养反硝化微生物将水中的no3--n转化为氮气，利用白云石中的ca、mg去除废水中的po43-，以实现同步脱氮除磷，具体的反应方程式如式1和式2。其中，单质硫属于石油产生过程中的副产物，成本较低，因此，有效地降低了废水处理的成本。在硫自养反硝化过程中，对碱度要求较高，易消耗碱度，高的碱度消耗率会增加运行的成本。原因是出水ph一般呈现弱酸性，ph过低时，就会造成亚硝氮的累积，影响出水水质。当ph值低于5.5时，反硝化速率就会受到严重的抑制。本申请利用石灰石作为碱的来源，能够避免该问题，无需外加碱，故而能降低成本。且白云石还能为反应提供碳源，无需外加碳源。本申请的填料仅为白云石和单质硫，不仅工艺简单且成本低。尤其是白云石和单质硫同步脱氮除磷的功能微生物主要为自养反硝化菌，微生物生长较慢，基本不存在滤池堵塞现象，因此，经含白云石和单质硫同步脱氮除磷的硫自养反硝化滤池处理后的出水中无过剩有机物存在的可能性，能降低污泥产量。同时采用含白云石和单质硫同步脱氮除磷的硫自养反硝化滤池对污水处理适用于低温条件，在低温条件下仍保持良好的脱氮效果。
实施例1和实施例2-3中，与实施例1相比，实施例3仅总氮去除率稍有提高，但不明显，可能原因为水力停留时间提高，系统受基质限制影响；而水力停留时间＜120min时，出水tn的平均浓度和出水tp的平均浓度均较高，可能受生物量限制或者单质硫/白云石溶解速率及传质影响。
实施例1和实施例4相比，实施例4采取的是低温条件，反硝化菌活性受到抑制，会使系统硝态氮浓度增加，但其在低温条件下的出水tn的平均浓度仍达到1.2mg/l，保持良好的脱氮效果，可能是单质硫/白云石系统下低温对反硝化菌活性的抑制影响较小。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明做了详细的说明，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。