CN107487840A - 一种处理水中硝态氮的生物滤料 - Google Patents

一种处理水中硝态氮的生物滤料 Download PDF

Info

Publication number
CN107487840A
CN107487840A CN201710785955.6A CN201710785955A CN107487840A CN 107487840 A CN107487840 A CN 107487840A CN 201710785955 A CN201710785955 A CN 201710785955A CN 107487840 A CN107487840 A CN 107487840A
Authority
CN
China
Prior art keywords
biofilter material
denitrification
sulphur
biofilter
carbon source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710785955.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107487840B (zh
Inventor
王有昭
朱彤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongyuan Shenyang Environmental Technology Co Ltd
Original Assignee
Dongyuan Shenyang Environmental Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongyuan Shenyang Environmental Technology Co Ltd filed Critical Dongyuan Shenyang Environmental Technology Co Ltd
Priority to CN201710785955.6A priority Critical patent/CN107487840B/zh
Publication of CN107487840A publication Critical patent/CN107487840A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107487840B publication Critical patent/CN107487840B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2806—Anaerobic processes using solid supports for microorganisms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
    • C02F2101/163—Nitrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

本发明提供了一种新型的生物滤料，用于处理生活及工业废水中的硝态氮污染物。该生物滤料利用硫自养反硝化和异养反硝化两种原理对水中的硝态氮进行反硝化去除。生物滤料中含有提供硫自养反硝化细菌所用的电子供体硫单质、供异养反硝化细菌生长所用的缓释碳源、改善生物表面电荷属性的金属氧化物以及碳酸盐。本发明的生物滤料表面能生长大量的自养及异养两类反硝化细菌，在高效处理水中的硝态氮的同时，剩余污泥产量小，无需调控反应过程的酸碱度，并且使用周期较长。

Description

一种处理水中硝态氮的生物滤料
技术领域
本发明涉及含有硝态氮废水的处理领域，具体指一种生物滤料。
背景技术
在地下水、生活污水及工业废水中通常含有一定浓度的硝态氮污染物，包括硝酸盐、亚硝酸盐等。硝酸盐在人体内可被还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐与人体血液作用，使血液失去携氧功能，导致使人缺氧中毒；亚硝酸盐在人体内外与仲胺类作用形成亚硝胺类，它在人体内达到一定剂量时是致癌、致畸、致突变的物质，有害人体健康，因此水中的硝态氮含量必须得到控制。
目前，常规的硝态氮去除方法是微生物异养反硝化技术，即向水中投加甲醇、乙酸及葡萄糖等碳源，在厌氧反硝化细菌的作用下进行反硝化脱氮。该类方法虽然硝态氮的去除效率较高，但在消耗大量碳源，导致运行成本高的同时，也产生了一定量的剩余污泥需要后续处理，导致操作繁琐，处理成本较高。
近年来，利用硫自养反硝化也可以去除水中的硝态氮，其污泥产量小。常规技术是将块状硫磺和石灰石块进行混合充当滤料，或者以专利WO00/18694为代表的将硫磺和石灰石进行融合后充当硫自养反硝化滤料，但是考虑到硫自养反硝化细菌生长周期较长，滤料的比表面积有限，导致硫自养反硝化细菌在水流速度较快时非常生物量流失较大，导致硝态氮去除率下降。
综上所述，异养反硝化技术和硫自养反硝化技术自身的优势和劣势非常明显，有必要对两种技术进行优化，从而进一步提升水中硝态氮的去除效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种生物滤料，在高效去除水中的硝态氮污染物的同时，操作简单，降低处理运行成本。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种新型生物滤料，与常规的硫自养反硝化滤料不同在于，硫自养反硝化细菌和异养反硝化细菌都可以在新型生物滤料表面大量生长，从而进行高效脱氮，改善传统的异养反硝化和硫自养反硝化过程。
这种新型的生物滤料，其成分包括硫单质、缓释碳源、碳酸盐。该生物滤料中，硫单质的质量百分比范围为40%~80%，碳酸盐的质量百分比范围为10%~40%，缓释碳源的质量百分比范围为1%~20%。
该生物滤料还包括金属氧化物，金属氧化物的质量百分比范围为5%~10%。
该生物滤料中的硫单质和缓释碳源通过自养反硝化和异养反硝化过程进行联合，通过反硝化过程协同处理水中硝态氮。
该生物滤料中的硫单质在反硝化过程中为硫自养反硝化细菌提供电子，缓释碳源在反硝化过程中为异养反硝化细菌提供电子。缓释碳源的消耗过程增加该生物滤料的比表面积，有利于大量富集反硝化细菌。该生物滤料中的金属氧化物在反硝化过程中改善该生物滤料表面的电荷属性，有利于吸引反硝化细菌富集。碳酸盐在反硝化过程中为硫自养反硝化细菌繁殖提供了无机碳源，并且在反硝化过程中自动调节反硝化过程的酸碱度。
由于新型生物滤料组成成分中含有硫和缓释碳源两种电子供体，而这两种电子供体所对应的反硝化细菌分别是硫自养反硝化细菌和异养反硝化细菌，因此在新型生物滤料表面可以富集这两大类细菌，而常规的反硝化技术只能富集其中一种细菌。考虑到硫自养反硝化细菌污泥产量小、异养反硝化细菌繁殖快等特点，因此新型生物滤料可以将二者的优势进行结合，从而提升反硝化的能力。
与此同时，滤料组份中的金属氧化物可以改善生物滤料表面的电荷属性，由于微生物表面带有负电荷属性，所以微生物在金属氧化物存在下有利于吸附到生物填料表面，从而大量富集反硝化细菌。以玉米芯为代表的缓释碳源增大了滤料表面的粗糙度，并且其消耗过程在纤维束表面形成各种孔状结构，可以增加生物滤料的比表面积，也有利于大量富集反硝化细菌。
在新型生物滤料的组份中，硫单质为硫自养反硝化细菌提供电子，从而去除水中的硝态氮；利用玉米芯等作为缓释碳源，为异养反硝化细菌提供电子，从而去除水中的硝态氮；碳酸盐类物为硫自养反硝化细菌繁殖提供的无机碳源的同时，可以调节反应过程的PH，防止环境PH过低；
新型生物滤料的制作过程是将硫磺加热溶解后作为溶剂，将剩余各组分混入并搅拌均匀，冷却后进行破碎形成。
在本发明的一个较佳实施例中，所属的硫单质的质量百分比为60%，所述的碳酸盐的质量百分比为20%，所述的玉米芯缓释碳源的质量百分比为15%，所述金属氧化物的质量百分比为5%.
本生物滤料的有益效果在于：（1）与传统硫自养反硝化滤料相比，细菌密度高，细菌不易流失，处理效果提高。(2)生物滤料所在的PH能自行调控，操作得到简化。（3）随着生物滤料的消耗及磨损，由于玉米芯缓释碳源的存在，其表面仍然具有多孔结构，保证了较高的比表面积。
附图说明
图1为本发明的一种优选方案的生物滤料示意图。
具体实施方式
本发明所提供的新型生物滤料是针对水中的硝态氮污染物进行去除，利用的原理是硫自养反硝化技术和异养反硝化技术的协同作用。下面结合附图详细描述本发明的实施方式：
图1为本发明的一种优选方案的生物滤料示意图。如图1所示，该生物滤料的主要成分包括硫单质1、缓释碳源2、金属氧化物3和碳酸盐4。在生物滤料表面，硫自养反硝化细菌5和异养反硝化细菌6吸附于其上形成生物膜。本生物滤料在处理水中硝态氮的过程中，硫单质1为硫自养反硝化细菌5提供电子进行硝态氮的反硝化，生成氮气和硫酸盐。缓释碳源2为异养反硝化细菌6提供电子进行硝态氮的反硝化，生成氮气的同时，产生一定的碱度。碳酸盐4的存在是维持反硝化过程的酸碱度，防止pH过低，影响细菌生长繁殖。由于生物滤料组分中的金属氧化物3具备正电荷属性，而硫自养反硝化细菌5和异养反硝化细菌6表面带有负电荷，因而细菌可以更容易地吸附在滤料表面，从而形成生物膜。理论上，异养反硝化过程的反应速度要快于自养反硝化过程的反应速度，导致缓释碳源2的消耗要快于硫单质1，因此可以在生物滤料表面形成孔状结构，增加了生物滤料的比表面积，从而使更多的反硝化细菌富集在生物滤料表面，有利于维持生物滤料处理水中硝态氮的高效性。
下面通过实施例进一步说明使用发明中的生物滤料所实现的显著效果。
实施例1
针对低浓度硝态氮废水的处理：利用3组生物滤料进行反硝化实验，对照组1是是硫磺块+石灰石块的组合式滤料，对照组2是专利WO00/18694中提及的硫自养反硝化滤料，实验组3是本发明提供的新型生物滤料实施例，其中，硫单质的质量百分比为60%，碳酸盐的质量百分比为20%，玉米芯缓释碳源的质量百分比为15%，金属氧化物的质量百分比为5%。在相同装置中(圆柱形反应器，高0.4m，直径0.15m)、相同条件下进行运行。分别将生物滤料投入反应器中，滤料层高度为0.3m，采用来自污水处理厂的二沉池活性污泥进行接种，放置两天。两天后利用某钢厂废水进行连续进水，硝态氮浓度为20mg/L左右，定期监测硝态氮的去除效果。
综合结果如表1所示。在进水氨氮20 mg/L，水力停留时间1h的条件下，新型生物填料的硝氮去除率达到90%以上，而对照组1的硫磺块和石灰石组合去除率为50%，对照组2的硫自养反硝化滤料去除率为80%。以去除硝态氮的容积负荷进行核算，新型生物滤料的容积负荷高出对照组1和对照组2的91%和21%。
参数 对照组1 对照组2 实施例
生物滤料填充高度 0.3m 0.3m 0.3m
进水硝态氮浓度 20mg/L 20mg/L 20mg/L
出水硝态氮浓度 8~10 mg/L 3~5mg/L 0.5~2mg/L
硝态氮去除率 50% 80% 90%~97.5%
容积负荷 0.24 Kg-N/m3d 0.38 Kg-N/m3d 0.46 Kg-N/m3d
实施例2
针对中高浓度硝态氮废水的处理：人工模拟中高浓度硝态氮废水，硝态氮浓度分别为50、75、100、150及200mg/L，利用新型生物滤料进行反硝化实验，在水力停留时间固定为12h的条件下，出水的硝态氮浓度分别为2.2、3.8、4.5、8.9及12.1mg/L，展现出了很好的去除能力。

Claims (10)

1.一种生物滤料，其成分包括硫单质、缓释碳源、碳酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种生物滤料，其特征在于：硫单质的质量百分比范围为40%~80%，碳酸盐的质量百分比范围为10%~40%，缓释碳源的质量百分比范围为1%~20%。
3.根据权利要求1所述的一种生物滤料，其特征在于：该生物滤料还包括金属氧化物，金属氧化物的质量百分比范围为5%~10%。
4.根据权利要求1所述的一种生物滤料，其特征在于：该生物滤料中的硫单质和缓释碳源通过自养反硝化和异养反硝化过程进行联合，通过反硝化过程协同处理水中硝态氮。
5.根据权利要求1所述的一种生物滤料，其特征在于：该生物滤料中的硫单质在反硝化过程中为硫自养反硝化细菌提供电子。
6.根据权利要求1所述的一种生物滤料，其特征在于：该生物滤料中的缓释碳源在反硝化过程中为异养反硝化细菌提供电子。
7.根据权利要求1所述的一种生物滤料，其特征在于：该生物滤料中的缓释碳源的消耗过程增加该生物滤料的比表面积，有利于大量富集反硝化细菌。
8.根据权利要求3所述的一种生物滤料，其特征在于：该生物滤料中的金属氧化物在反硝化过程中改善该生物滤料表面的电荷属性，有利于吸引反硝化细菌富集。
9.根据权利要求1所述的一种生物滤料，其特征在于：该生物滤料中的碳酸盐在反硝化过程中为硫自养反硝化细菌繁殖提供了无机碳源。
10.根据权利要求1的一种生物滤料，其特征在于：该生物滤料中的碳酸盐在反硝化过程中自动调节反硝化过程的酸碱度。
CN201710785955.6A 2017-09-04 2017-09-04 一种处理水中硝态氮的生物滤料 Active CN107487840B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710785955.6A CN107487840B (zh) 2017-09-04 2017-09-04 一种处理水中硝态氮的生物滤料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710785955.6A CN107487840B (zh) 2017-09-04 2017-09-04 一种处理水中硝态氮的生物滤料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107487840A true CN107487840A (zh) 2017-12-19
CN107487840B CN107487840B (zh) 2020-12-11

Family

ID=60651382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710785955.6A Active CN107487840B (zh) 2017-09-04 2017-09-04 一种处理水中硝态氮的生物滤料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107487840B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109592797A (zh) * 2019-01-31 2019-04-09 东北大学 一种反硝化脱氮材料的制备方法
CN109650539A (zh) * 2019-02-21 2019-04-19 天津友爱环保科技有限公司 用于去除地下水硝酸盐的生物填料及其制备方法和应用
CN109734197A (zh) * 2019-01-24 2019-05-10 天津友爱环保科技有限公司 一种含氮酸性废水的处理材料及其应用
CN110818077A (zh) * 2019-11-07 2020-02-21 安徽建筑大学 一种基于含硫尾矿的生物滤料及其制备方法和应用
CN112897689A (zh) * 2021-01-26 2021-06-04 东北大学 一种复合式生物填料及其制备方法
CN114230021A (zh) * 2021-12-17 2022-03-25 南京大学 一种生物复合填料及其制备方法和应用
CN115385446A (zh) * 2022-09-14 2022-11-25 山东太平洋环保股份有限公司 一种硫自养与异养耦合反硝化的装置及方法
CN117361749A (zh) * 2023-12-07 2024-01-09 中建环能科技股份有限公司 一种污水脱氮载体的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1348987A (zh) * 2001-12-02 2002-05-15 重庆和润实业(集团)有限公司 一种高效处理污水淤泥的微生物菌群的制备方法
CN102701522A (zh) * 2012-05-25 2012-10-03 中国人民大学 一种在低温下高效处理高氨氮原水的方法
CN103601291A (zh) * 2013-11-26 2014-02-26 深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司 一种用于处理低碳氮比污水的方法及反硝化渗滤系统
CN105198078A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 上海大学 用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法
WO2016009346A1 (en) * 2014-07-18 2016-01-21 Water Research Commission Method and plant for the treatment of sulphate containing waste water
CN107010724A (zh) * 2017-05-24 2017-08-04 中国科学院生态环境研究中心 一种缓释电子供体及应用其进行污水深度脱氮的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1348987A (zh) * 2001-12-02 2002-05-15 重庆和润实业(集团)有限公司 一种高效处理污水淤泥的微生物菌群的制备方法
CN102701522A (zh) * 2012-05-25 2012-10-03 中国人民大学 一种在低温下高效处理高氨氮原水的方法
CN103601291A (zh) * 2013-11-26 2014-02-26 深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司 一种用于处理低碳氮比污水的方法及反硝化渗滤系统
WO2016009346A1 (en) * 2014-07-18 2016-01-21 Water Research Commission Method and plant for the treatment of sulphate containing waste water
CN105198078A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 上海大学 用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法
CN107010724A (zh) * 2017-05-24 2017-08-04 中国科学院生态环境研究中心 一种缓释电子供体及应用其进行污水深度脱氮的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李祥等: "异养与硫自养反硝化协同处理高硝氮废水特性研究", 《环境科学》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109734197A (zh) * 2019-01-24 2019-05-10 天津友爱环保科技有限公司 一种含氮酸性废水的处理材料及其应用
CN109592797A (zh) * 2019-01-31 2019-04-09 东北大学 一种反硝化脱氮材料的制备方法
CN109650539A (zh) * 2019-02-21 2019-04-19 天津友爱环保科技有限公司 用于去除地下水硝酸盐的生物填料及其制备方法和应用
CN110818077A (zh) * 2019-11-07 2020-02-21 安徽建筑大学 一种基于含硫尾矿的生物滤料及其制备方法和应用
CN112897689A (zh) * 2021-01-26 2021-06-04 东北大学 一种复合式生物填料及其制备方法
CN114230021A (zh) * 2021-12-17 2022-03-25 南京大学 一种生物复合填料及其制备方法和应用
CN114230021B (zh) * 2021-12-17 2023-03-07 南京大学 一种生物复合填料及其制备方法和应用
CN115385446A (zh) * 2022-09-14 2022-11-25 山东太平洋环保股份有限公司 一种硫自养与异养耦合反硝化的装置及方法
CN117361749A (zh) * 2023-12-07 2024-01-09 中建环能科技股份有限公司 一种污水脱氮载体的制备方法
CN117361749B (zh) * 2023-12-07 2024-03-15 中建环能科技股份有限公司 一种污水脱氮载体的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107487840B (zh) 2020-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107487840A (zh) 一种处理水中硝态氮的生物滤料
Ma et al. Biological nitrogen removal from sewage via anammox: recent advances
CN104071892B (zh) 一种硫自养反硝化颗粒污泥及其制备方法和应用
Qin et al. Aerobic granulation for organic carbon and nitrogen removal in alternating aerobic–anaerobic sequencing batch reactor
Chakraborty et al. Effect of HRT and recycle ratio on removal of cyanide, phenol, thiocyanate and ammonia in an anaerobic–anoxic–aerobic continuous system
Giustinianovich et al. The presence of organic matter during autotrophic nitrogen removal: problem or opportunity?
JP4784873B2 (ja) 嫌気性アンモニア酸化処理方法および装置
CN101565258B (zh) 一种处理含硫有机废水的生物膜与颗粒污泥复合型工艺
CN101200332A (zh) 去除养殖水中硝态氮的方法
CN100526231C (zh) Uasb-生物膜厌氧氨氧化方法及其设备
Qian et al. Beneficial co-treatment of simple wet flue gas desulphurization wastes with freshwater sewage through development of mixed denitrification–SANI process
CN105692900B (zh) 一种短程硝化-反硝化间歇曝气序批式生物反应装置及处理高氨氮污水的方法
Wu et al. Denitrifying biofilm processes for wastewater treatment: developments and perspectives
Zafarzadeh et al. Effect of dissolved oxygen and chemical oxygen demand to nitrogen ratios on the partial nitrification/denitrification process in moving bed biofilm reactors
CN110950428B (zh) 一种具有同步硫自养反硝化和厌氧氨氧化功能污泥的培养方法
Guillén et al. Anammox cultivation in a closed sponge-bed trickling filter
JP3460745B2 (ja) 生物学的硝化脱窒素方法と装置
Gholami-Shiri et al. A technical review on the adaptability of mainstream partial nitrification and anammox: substrate management and aeration control in cold weather
Zeng et al. Biogas desulfurization under anoxic conditions using synthetic wastewater and biogas slurry
CN104961229A (zh) 一种硝化细菌微生物膜及其制备方法
Li et al. Nitrogen removal by algal-bacterial consortium during mainstream wastewater treatment: Transformation mechanisms and potential N2O mitigation
CN113716689B (zh) 一种基于硫还原与硫自养反硝化的混合营养型脱氮方法
CN110002608B (zh) 一种同步实现污水脱氮和沼气脱硫的方法
CN114229995B (zh) 一种养猪废水同步脱氮除碳的系统及工艺
TWI689470B (zh) 沼氣脫硫與沼液脫氮之整合處理系統與方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant