CN103232117A - 一种低碳氮比微污染水脱氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低碳氮比微污染水脱氮的方法，在上向流反应器分层置硫磺/石灰石/林木废弃物复合脱氮填料，将厌氧污泥接种到填料中，设定启动HRT为8h，原水泵进，连续通入脱氮硫杆菌培养基对污泥进行动态培养驯化，直到稳定运行，运行10天，将脱氮硫杆菌培养基中的Na₂S₂O₃·5H₂O降低到一半，继续驯化直到生物膜再次生长成熟，再将脱氮硫杆菌培养基中的Na₂S₂O₃·5H₂O降至0，使微生物能够利用填料中的硫磺作为硫源进行生长繁殖，系统运行10d，最终形成稳定的生物膜，之后进行正常微污染水的脱氮处理。本发明在填料中加入林木废弃物，增加了异养反硝化细菌，构成混合营养型脱氮系统，驯化时间短，抗干扰能力强，脱氮效果好，无二次污染。

Description

一种低碳氮比微污染水脱氮的方法

技术领域

本发明涉及一种低碳氮比微污染水脱氮的方法。

背景技术

我国大量表面水体成为城镇生活污水、雨水、农村面源污染和垃圾的受纳体，从而导致不同程度的污染乃至富营养化，具体表现为水质明显下降，藻类泛滥，水体浑浊，黑臭，滋生蚊蝇等等。因此，如何改善水体的外在形象，提高水质并恢复其生态功能，是我国生态环境建设中一个亟待解决的问题。

研究表明，氮是导致水体富营养化的主要因素之一，在针对水体富营养化问题的处理中，降低水中的含氮量成为重中之重。传统的脱氮技术为生物硝化反硝化，但此技术反硝化需要消耗大量易溶解的有机物，而微污染水的碳氮比很低，碳源严重不足，脱氮效果极差。近年来，自养反硝化脱氮技术备受关注，与传统的脱氮技术相比，自养反硝化技术无需外加碳源，具有节约成本的优势。目前国内外研究的最多的是硫磺/石灰石自养反硝化（SLAD）系统， 可在缺氧或厌氧的条件下利用还原态的硫（S₂ ^-，S⁰，S₂O₃ ^2-等）作为电子供体，通过氧化还原态的硫获取能量，同时以硝酸盐为电子受体，将其还原为氮气，从而实现自养反硝化过程。具有这种生理特性的细菌包括T.denitrificans、T.pantotrupha等，其典型的代谢途径同时包括还原态硫的氧化过程和硝酸盐的还原过程，如式所示（以单质硫为例）

55 S + 20 CO₂ + 50 NO₃ ^- + 38 H₂O + 4 NH₄ ⁺ → 4 C₅H₇O₂N + 25 N₂ + 55 SO₄ ^2- + 64 H⁺

但目前这项技术对原材料硫磺消耗量过大，造成该系统二次污染严重（出水硫酸根离子偏高），此外由于自养微生物增殖速率低，导致反应启动缓慢，水力停留时间HRT过长而没有实际应用的工程价值。

《一种黄铁矿作为生化填料脱氮除磷的方法》（中国专利号2010105243393），是用黄铁矿和石灰石、方解石或白云石按重量比3～10:1作为生化填料，先制备填料，再启动反应器，反应器再运行。启动反应器分三步进行，先将厌氧污泥接种到反应器中，通入脱氮硫杆菌培养液，水力停留时间8h，NO₃ ^--N去除率达60% 以上，且运行稳定；将脱氮硫杆菌培养液中的Na₂S₂O₃·5H₂O降低到50%，继续驯化直到生物膜再次生长成熟，进水中完全去除Na₂S₂O₃·5H₂O延长水力停留时间至5d，使微生物利用黄铁矿为硫源进行生长繁殖，生物膜生长稳定，再进行废水处理。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种成本低廉，运行费用低，脱氮效果好，基本无二次污染的低碳氮比微污染水脱氮的方法。

本发明目的的实现方式为，一种低碳氮比微污染水脱氮的方法，具体步骤如下：

1）在上向流反应器分层置复合脱氮填料，复合脱氮填料为硫磺/石灰石/林木废弃物，其体积比为1:0.2～0.5:0.5～2；

2）启动第一阶段，将与填料体积等量的厌氧污泥接种到填料中，设定启动HRT 为8 h，将原水用泵泵进上向流反应器，连续通入脱氮硫杆菌培养基对污泥进行动态培养驯化，直到系统能稳定运行，运行10天后，NO₃ ^--N 去除率达80% 以上，且趋向于稳定；

所述脱氮硫杆菌培养基组成为：Na₂S₂O₃·5H₂O 0.5 g/L、KNO₃ 0.2 g/L、KH₂PO₄ 0.2 g/L、NaHCO₃ 0.1 g/L，MgCl₂·6H₂O 0.05 g/L、FeSO₄·7H₂O 0.001 g/L、NH₄Cl 0.05 g/L，

3）将脱氮硫杆菌培养基中的Na₂S₂O₃·5H₂O降低到第一阶段的50% ，将原水用泵泵进上向流反应器，继续驯化直到生物膜再次生长成熟，系统运行10 d，完成启动的第2 阶段；

4）将脱氮硫杆菌培养基中的Na₂S₂O₃·5H₂O降至0，将原水用泵泵进上向流反应器，使微生物能够利用填料中的硫磺作为硫源进行生长繁殖，并最终形成稳定的生物膜，系统运行10 d，完成启动第三阶段，NO₃ ^--N 去除率达80% 以上，且趋向于稳定；

5) 将原水用泵泵进上向流反应器，由填料层生成的稳定的生物膜进行正常微污染水脱氮处理，处理后的废水由出水口流出。

本发明在硫磺/石灰石自养反硝化（SLAD）系统加入林木废弃物，在常规自养反硝化微生物系统T.denitrificans、T.pantotrupha等中增加了异养反硝化细菌，构成混合营养型脱氮系统。反硝化过程推断如下：

55 S + 20 CO₂ + 52 NO₃ ^- + 32 H₂O + 4 NH₄ ⁺ + 5 H₂A→ 4 C₅H₇O₂N + 26 N₂ + 55 SO₄ ^2- + 62 H⁺+ 5A

式中H₂A为有机物。

本发明启动第一阶段， NO₃ ^--N 去除率达80% 以上，高于用黄铁矿和石灰石、方解石或白云石为生化填料的60% 以上。

本发明结合了异养微生物选育时间短，抗干扰能力强的优点，使反应器启动时间相对缩短，同时多种微生物的共存也增加了系统的稳定性和对外界条件的适应性，因而在负荷变化时能有更好的脱氮效果。此外，大幅降低了硫自养反硝化系统出水中硫酸根离子含量过高，易造成二次污染，使土地盐碱化，同时不利于出水再次利用的缺点。

附图说明

附图是上向流反应器结构示意图。

具体实施方式

本发明的具体步骤如下：

1）在上向流反应器（见附图）分层置复合脱氮填料，复合脱氮填料为硫磺/石灰石/林木废弃物，体积比为1:0.2～0.5:0.5～2，具体为硫磺/石灰石/林木废弃物的体积比为1:0.2:0.5，1:0.2:1，1:0.2:2，1:0.5:0.5等。

硫磺经熔化、造型，加工成底面直径约1-1.5 cm、高约1-1.5cm的小圆柱体，石灰石经破碎成颗粒状，体积与硫磺颗粒体积大致相当，林木废弃物为林业生产中废弃的刨花、植物残体等。

2）启动第一阶段，将与填料体积等量的厌氧污泥接种到填料中，设定启动HRT 为8 h，将原水用泵泵进上向流反应器，连续通入脱氮硫杆菌培养基对污泥进行动态培养驯化，直到系统能稳定运行，运行10天后， NO₃ ^--N 去除率趋向于稳定；可达80% 以上。

所述脱氮硫杆菌培养基组成为：Na₂S₂O₃·5H₂O 0.5 g/L、KNO₃ 0.2 g/L、KH₂PO₄ 0.2 g/L、NaHCO₃ 0.1 g/L，MgCl₂·6H₂O 0.05 g/L、FeSO₄·7H₂O 0.001 g/L、NH₄Cl 0.05 g/L，

3）将脱氮硫杆菌培养基中的Na₂S₂O₃·5H₂O降低到第一阶段的50% ，将原水用泵泵进上向流反应器，继续驯化直到生物膜再次生长成熟，系统运行10 d，完成启动的第2 阶段；

4）将脱氮硫杆菌培养基中的Na₂S₂O₃·5H₂O降至0，将原水用泵泵进上向流反应器，使微生物能够利用填料中的硫磺作为硫源进行生长繁殖，并最终形成稳定的生物膜，系统运行10 d，完成启动第三阶段；NO₃ ^--N 去除率可达80% 以上，且运行稳定。

5) 将原水1用泵2泵进上向流反应器，由填料层3生成的稳定的生物膜进行正常微污染水脱氮处理，处理后的废水由出水口4流出。

本申请人取硫磺/石灰石/林木废弃物的体积比为1:0.5:0.5，在系统正常运行后，水力停留时间6h，温度15℃，进水总氮浓度控制在10mg/L左右，每三天测一次进出水总氮的数据，作了本发明与硫磺/石灰石自养反硝化（SLAD）系统的对比试验，试验结果见表1。

表1：

从表中可见，在该运行环境下，常规硫磺/石灰石自养反硝化（SLAD）系统的平均去除率为49.5%，本发明的平均去除率为61.9%，脱氮性能提高了25.0%。

本申请人作了水力停留时间4h，温度20℃，进水总氮浓度控制在10mg/L左右，每三天测一次进出水总氮的数据的对比试验，试验结果见表2：

表2:

从表中可以看出，常规硫磺/石灰石自养反硝化（SLAD）系统的平均去除率为73.6%，本发明的平均去除率为88.7%，脱氮性能提高了20.5%。

本申请人作了上述试验条件下的出水中的硫酸根浓度变化试验，试验结果见表3：

表3

由表可见，本发明的出水硫酸根浓度比常规硫磺/石灰石自养反硝化（SLAD）系统出水硫酸根浓度平均降低了32%，解决了常规硫磺/石灰石自养反硝化（SLAD）系统在实际应用中的出水中硫酸根离子含量过高，易造成二次污染，使土地盐碱化，不利于出水再次利用的一大缺点。

Claims (4)

1.一种低碳氮比微污染水脱氮的方法，其特征在于具体步骤如下：

1）在上向流反应器分层置复合脱氮填料，复合脱氮填料为硫磺/石灰石/林木废弃物，其体积比为1:0.2～0.5:0.5～2；

2）启动第一阶段，将与填料体积等量的厌氧污泥接种到填料中，设定启动HRT 为8 h，将原水用泵泵进上向流反应器，连续通入脱氮硫杆菌培养基对污泥进行动态培养驯化，直到系统能稳定运行，运行10天后，NO₃ ^--N 去除率达80% 以上，且趋向于稳定；

所述脱氮硫杆菌培养基组成为：Na₂S₂O₃·5H₂O 0.5 g/L、KNO₃ 0.2 g/L、KH₂PO₄ 0.2 g/L、NaHCO₃ 0.1 g/L，MgCl₂·6H₂O 0.05 g/L、FeSO₄·7H₂O 0.001 g/L、NH₄Cl 0.05 g/L，

3）将脱氮硫杆菌培养基中的Na₂S₂O₃·5H₂O降低到第一阶段的50% ，将原水用泵泵进上向流反应器，继续驯化直到生物膜再次生长成熟，系统运行10 d，完成启动的第2 阶段；

4）将脱氮硫杆菌培养基中的Na₂S₂O₃·5H₂O降至0，将原水用泵泵进上向流反应器，使微生物能够利用填料中的硫磺作为硫源进行生长繁殖，并最终形成稳定的生物膜，系统运行10 d，完成启动第三阶段，NO₃ ^--N 去除率达80% 以上，且趋向于稳定；

5) 将原水用泵泵进上向流反应器，由填料层生成的稳定的生物膜进行正常微污染水脱氮处理，处理后的废水由出水口流出。

2.根据权利要求1所述的一种低碳氮比微污染水脱氮的方法，其特征在于硫磺/石灰石/林木废弃物的体积比为1:0.2:0.5，1:0.2:1，1:0.2:2，1:0.5:0.5等。

3.根据权利要求1或2所述的一种低碳氮比微污染水脱氮的方法，其特征在于硫磺经熔化、造型，加工成底面直径1-1.5 cm、高1-1.5cm的小圆柱体，石灰石经破碎成颗粒状，体积与硫磺颗粒体积相同。

4.根据权利要求1或2所述的一种低碳氮比微污染水脱氮的方法，其特征在于林木废弃物为林业生产中废弃的刨花、植物残体。

Images