CN108033551B - 提高低温污水生物反硝化除磷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高低温污水生物反硝化除磷的方法，该方法包括步骤有实验装置及运行条件；实验配水；投加介体进行反应；试验取样测定；结果分析，结合测定的总氮、总磷和COD分析投加氧化还原介体后对生物反硝化除磷的分析，污水综合排放标准中规定一级A标准总磷浓度不超过0.5mg/L，投加介体的3#反应器达到标准。本发明的效果是采用该方法在温度为10℃，相对空白4#投加介体后使总氮的去除率提高了1.7倍左右，总磷去除率提高了1.9倍左右。氧化还原介体的应用克服了在低温条件脱氮除磷效率低的缺点并为高效降解含氮和磷的污染物提供了新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高低温污水生物反硝化除磷的方法，适用于低温状态下(10±1)℃污水的反硝化除磷过程，特别是一些寒冷地区脱氮除磷效果比较差的地区。
背景技术
活性污泥法仍然是污水脱氮除磷的主流技术，反硝化除磷技术利用硝酸盐作为电子受体吸收和贮存磷，脱氮除磷同时进行并消耗有机底物，可以大幅度地降低后续好氧处理的能耗和污泥产量，而且实现了“一碳两用”，克服了传统脱氮除磷工艺碳源不足的缺点。反硝化除磷菌的适宜温度范围是18-37℃，研究发现低温会影响酶催化反应速率、基质扩散到细胞的速率、缺氧时PHB的水解反应和硝酸盐传递。国内外学者为了解决这个问题研究的重点是影响反硝化除磷过程的环境因素和运行操作条件，包括溶解氧浓度、碳源种类、硝酸盐浓度、厌氧时间等，虽在一定程度上能够改善反硝化除磷的效果，但是改善的程度终究有限。
因此，急要寻求有效的方法来改善低温脱氮除磷效率低的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于在低温状态下投加醌类介体直接使污水生物反硝化除磷的反应速率常数发生改变，使脱氮除磷效率提高，为提高低温污水的生物脱氮除磷效率提供技术支撑。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种提高低温污水生物反硝化除磷的方法，其中：该方法是采用SBR工艺，用人工配置的废水驯化污泥，使污泥具有良好的脱氮除磷效果，该方法具体步骤包括有：
1)实验装置及运行条件
采用序列间歇式活性污泥法(SBR)方式运行反应器，在3#反应器和4#反应器两个反应器(CSTR)中搅拌，使驯化后的污泥呈悬浮混合液状态，混合液悬浮固体浓度(MLSS)为3mg/L，采用冷却水循环器来控制反应器中的温度为10±1℃；
2)实验配水
配制硝酸盐废水，以KNO3为硝酸盐的来源，硝酸盐氮负荷为40mg NO3 --N-1d-1，丙酸钠为碳源，KH2PO4为磷源，磷酸盐负荷为25mg PO4 3--P-1d-1；
3)投加介体进行反应
使用步骤2的配水，在厌氧的条件下投加介体，3#反应器投加1，2-萘醌-4-磺酸(NQS)，4#反应器为空白对照组，使3#反应器中的介体浓度为100μmol/L，介体1，2-萘醌-4-磺酸(NQS)分子结构式为：
4)试验取样测定
应用定时器控制，当反应进行到0min时刻、5min时刻、10min时刻、20min时刻、30min时刻、60min时刻、120min时刻、180min时刻和240min时刻分别从3#反应器和4#两个反应器的上、中、下三个出水口取样，所取样品在烧杯中混合均匀后，经滤纸过滤取上清液，测定总氮、总磷、化学需氧量(COD)、混合液悬浮固体浓度(MLSS)，总氮和总磷采用日本岛津UV-2550型紫外-可见分光光度计测定，COD采用《水和废水监测分析方法(第四版)》的重铬酸钾法测定，MLSS采用水和废水监测分析方法(第四版)》的减重法测定；测量结果为投加介体1，2-萘醌-4-磺酸(NQS)的3#出水总氮和总磷浓度分别为54.2mg/L和0.38mg/L，去除率最高分别达到31.6％和97.2％，空白4#的出水总氮和总磷浓度分别为65.4mg/L和4.64mg/L，去除率最高分别为18.4％和51.9％；
5)结果分析
根据步骤3)的反应条件和步骤4)的测量结果，结合测定的总氮、总磷和COD分析投加氧化还原介体后对生物反硝化除磷的分析，一个周期反应结束时，3#加介体的反应器中总磷浓度为0.38mg/L，4#空白对照组反应器中总磷浓度为4.64mg/L，污水综合排放标准中规定一级A标准总磷浓度不超过0.5mg/L，投加介体的3#反应器达到标准。
本发明的效果是：采用该方法在温度为10℃，相对空白4#投加介体后使总氮的去除率提高了1.7倍左右，总磷去除率提高了1.9倍左右。氧化还原介体的应用克服了在低温条件脱氮除磷效率低的缺点并为高效降解含氮和磷的污染物提供了新的思路。
附图说明
图1为本发明的温度为10℃时总氮去除率的效果图；
图2为本发明的温度为10℃时总磷浓度的效果图。
具体实施方式
结合附图对本发明的提高低温污水反硝化除磷的方法加以说明。
本发明采用的技术方案是提供一种提高低温污水生物反硝化除磷的方法，其中：该方法是采用SBR工艺，用人工配置的废水驯化污泥，使污泥具有良好的脱氮除磷效果，该方法具体步骤包括有：
1)实验装置及运行条件
采用序列间歇式活性污泥法(SBR)方式运行反应器，在3#反应器和4#反应器两个反应器(CSTR)中搅拌，使驯化后的污泥呈悬浮混合液状态，混合液悬浮固体浓度(MLSS)为3mg/L，采用冷却水循环器来控制反应器中的温度为10±1℃。二个反应器3#、4#为CSTR厌氧反应器，反应器为圆柱形，总有效容积为8.2L，而污泥混合液的体积是6L。用冷却水循环器将反应器中的水温恒定在低温10±1℃状态下，采用电动搅拌器进行搅拌，使反应器内处于厌氧/缺氧状态。
2)实验配水
硝酸盐废水为人工配制，以KNO3为硝酸盐的来源，硝酸盐氮负荷为40mg NO3-N-1d-1。丙酸钠为碳源，KH2PO4为磷源。以KNO3为硝酸盐的来源，硝酸盐氮负荷为40mg NO3 --N-1d-1，丙酸钠为碳源，KH2PO4为磷源，磷酸盐负荷为25mg PO4 3--P-1d-1；
3)投加介体进行反应
使用步骤2的配水，在厌氧的条件下投加介体，3#投加1，2-萘醌-4-磺酸(NQS)，4#为空白，使反应器中的介体浓度为100μM/L。所有实验都是一式三份。3#反应器投加1，2-萘醌-4-磺酸(NQS)，4#反应器为空白对照组，使3#反应器中的介体浓度为100μmol/L，介体1，2-萘醌-4-磺酸(NQS)分子结构式为：
4)试验取样测定
应用定时器控制，当反应进行到0min时刻、5min时刻、10min时刻、20min时刻、30min时刻、60min时刻、120min时刻、180min时刻和240min时刻分别从3#反应器和4#两个反应器的上、中、下三个出水口取样，所取样品在烧杯中混合均匀后，经滤纸过滤取上清液，测定总氮、总磷、化学需氧量(COD)、混合液悬浮固体浓度(MLSS)，总氮和总磷采用日本岛津UV-2550型紫外-可见分光光度计测定，COD采用《水和废水监测分析方法(第四版)》的重铬酸钾法测定，MLSS采用水和废水监测分析方法(第四版)》的减重法测定；测量结果为投加介体1，2-萘醌-4-磺酸(NQS)的3#出水总氮和总磷浓度分别为54.2mg/L和0.38mg/L，去除率最高分别达到31.6％和97.2％，空白4#的出水总氮和总磷浓度分别为65.4mg/L和4.64mg/L，去除率最高分别为18.4％和51.9％；
5)结果分析
根据步骤3)的反应条件和步骤4)的测量结果，结合测定的总氮、总磷和COD分析投加氧化还原介体后对生物反硝化除磷的分析，一个周期反应结束时，3#加介体的反应器中总磷浓度为0.38mg/L，4#空白对照组反应器中总磷浓度为4.64mg/L，污水综合排放标准中规定一级A标准总磷浓度不超过0.5mg/L，投加介体的3#反应器达到标准。
实施例
取某多点进水A/O工艺污水处理厂回流污泥泵房的剩余污泥，置于2个CSTR反应器，经人工配置的废水在常温下定向驯化。采用SBR工艺，一天1个周期，先在厌氧/好氧条件下驯化聚磷菌，每个周期的设定：进水时间15min—厌氧时间3h—好氧时间4h—沉淀时间4.5h—排水时间15min—待机时间1h。再在厌氧/缺氧条件下驯化反硝化聚磷菌，厌氧结束时，加入硝酸盐配水营造缺氧环境，每个周期的设定：进水时间15min—厌氧时间1.5h—缺氧时间5.5h—沉淀时间4.5h—排水时间15min—待机时间1h。
硝酸盐废水为人工配制，以KNO3为硝酸盐的来源，硝酸盐氮负荷为40mg NO3 --N-1d-1。丙酸钠为碳源，KH2PO4为磷源，磷酸盐负荷为25mg PO4 3--P-1d-1。人工配置废水的成分组成：MgSO4为166.67mg/L，CaCl2·5H2O为69.44mg/L，FeSO4为4.17mg/L，微量元素1mL/L。微量元素的组成：CoCl2·6H2O为240mg/L，EDTA为1500mg/L，ZnSO4为430mg/L，MnSO4为990mg/L，Na2MoO4·2H2O为220mg/L，CuSO4·5H2O为250mg/L。
搅拌速度控制在90～110r/min，使反应器内处于厌氧缺氧状态。进水的PH用30％HCl和20％NaOH调到7，控制反应器中的PH≤8.2。污泥驯化完成后，用冷却水循环器将反应器中的水控制在低温状态下10±1℃，稳定运行一个月。
在厌氧的条件下投加介体，3#投加NQS，4#为空白，使3#反应器中的介体浓度为100μM/L。所有实验都是一式三份。反应共进行7d，分别在反应进行到0min、5min、10min、20min、30min、60min、120min、180min和240min时刻通过定时器定时从反应器的上、中、下三个口取样，样品在烧杯中混合均匀后，通过滤纸过滤取上清液，测定总氮、总磷、COD和MLSS，直至反应周期结束。
总氮和总磷采用分光光度法(日本岛津UV-2550型紫外-可见分光光度计)，COD采用重铬酸钾法，MLSS采用减重法，PH采用玻璃电极法(WTW,Multi-340i,Germany)
图1为总氮去除率随时间的变化，反应开始时，反应器中总氮浓度为80mg/L，一个周期反应结束时，3#加介体的反应器中总氮浓度为54.19mg/L，4#空白对照组反应器中总氮浓度为65.39mg/L。3#最大总氮去除率为31.59％，4#最大总氮去除率为18.45％，3#总氮最大去除率为4#的1.7倍。
图2为总磷浓度随时间的变化，反应开始时，3#反应器中总磷浓度为13.55mg/L，4#反应器中总磷浓度为9.66mg/L。厌氧结束时，3#反应器释磷结束，总磷浓度为29.85mg/L，4#反应器释磷结束，总磷浓度为10.16mg/L。一个周期反应结束时，3#加介体的反应器中总磷浓度为0.38mg/L，4#空白对照组反应器中总磷浓度为4.64mg/L。污水综合排放标准中规定一级A标准总磷浓度不超过0.5mg/L，投加介体的3#反应器达到标准。
Claims (1)
1.一种提高低温污水生物反硝化除磷的方法，其特征是：该方法是采用序列间歇式活性污泥法工艺，用人工配置的废水驯化污泥，使污泥具有脱氮除磷效果，该方法具体步骤包括有：
1）实验装置及运行条件
采用序列间歇式活性污泥法工艺运行反应器，在3#反应器和4#反应器两个CSTR反应器中搅拌，使驯化后的污泥呈悬浮混合液状态，混合液悬浮固体浓度为3mg/L，采用冷却水循环器控制反应器中的温度为10±1℃；
2）实验配水
配制硝酸盐废水，以KNO3为硝酸盐的来源，硝酸盐氮负荷为40mg NO3 --N -1d-1，丙酸钠为碳源，KH2PO4为磷源，磷酸盐负荷为25mg PO4 3--P-1d-1；
3）污泥驯化
剩余污泥经过人工配置的污水在常温下定向驯化；采用序列间歇式活性污泥法工艺，一天1个周期，先在厌氧/好氧条件下驯化聚磷菌，每个周期的设定：进水时间15min—厌氧时间3h—好氧时间4h—沉淀时间4.5h—排水时间15min—待机时间1h；再在厌氧/缺氧条件下驯化反硝化聚磷菌，厌氧结束时，加入硝酸盐配水营造缺氧环境，每个周期的设定：进水时间15min—厌氧时间1.5h—缺氧时间5.5h—沉淀时间4.5h—排水时间15min—待机时间1h；污泥驯化完成后，将反应器中的水控制在低温10±1℃条件下稳定运行一个月；
4）投加介体进行反应
使用步骤2的配水，在厌氧的条件下投加介体，3#反应器投加1，2-萘醌-4-磺酸，4#反应器为空白对照组，使3#反应器中的介体浓度为100μmol/L；
5）试验取样测定
应用定时器控制，当反应进行到0min时刻、5min时刻、10min时刻、20min时刻、30min时刻、60min时刻、120min时刻、180min时刻和240min时刻分别从3#反应器和4#两个反应器的上、中、下三个出水口取样，所取样品在烧杯中混合均匀后，经滤纸过滤取上清液，测定总氮、总磷、化学需氧量、混合液悬浮固体浓度，总氮和总磷采用日本岛津UV-2550型紫外-可见分光光度计测定，化学需氧量采用《水和废水监测分析方法（第四版）》的重铬酸钾法测定，混合液悬浮固体浓度采用《水和废水监测分析方法（第四版）》的减重法测定；测量结果为投加介体1，2-萘醌-4-磺酸的3#出水总氮和总磷浓度分别为54.2mg/L和0.38mg/L，去除率最高分别达到31.6%和97.2%，空白4#的出水总氮和总磷浓度分别为65.4mg/L和4.64mg/L，去除率最高分别为18.4%和51.9%；
6）结果分析
一个周期反应结束时，3#加介体的反应器中总磷浓度为0.38mg/L，4#空白对照组反应器中总磷浓度为4.64mg/L，污水综合排放标准中规定一级A标准总磷浓度不超过0.5mg/L，投加介体的3#反应器达到标准。
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| 投加介体强化低温污水生物反硝化脱氮的研究;苑宏英等;《环境科学与技术》;20161115;第39卷(第11期);第91页左栏第1段-第93页左栏倒数第2段，图1-5，表1-3 * |
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Application publication date: 20180515 Assignee: TIANJIN KUNPENG CHEMICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: Tianjin Chengjian University Contract record no.: X2024980001813 Denomination of invention: Methods for improving biological denitrification and phosphorus removal in low-temperature wastewater Granted publication date: 20210608 License type: Common License Record date: 20240201 |