CN109368776A - 一种处理低碳氮比污水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，公开了一种处理低碳氮比污水的方法。包括以下步骤：(1)固体碳源填料生物膜反应器的制备：将固体碳源材料填充于生物膜反应器中，再将接种的活性污泥与污水倒入生物膜反应器，静置一段时间后排空，然后在曝气状态下从生物膜反应器底部连续进污水直至挂膜成功，即得到；(2)污水的同步硝化反硝化处理：在曝气状态下从固体碳源填料生物膜反应器底部连续进污水，污水流经固体碳源材料进行同步硝化反硝化处理，然后从固体碳源填料生物膜反应器上部出水。本发明有效地降低有机物浓度，减少好氧反应所需的充氧量，提高污水处理效率。本发明成本低廉，降低了工程能耗，占地面积小具有灵活性、经济性和绿色环保等特点。

Description

一种处理低碳氮比污水的方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种处理低碳氮比污水的方法。
背景技术
近年来，由于国家的快速发展，居民生活水平得以显著提高，各类含氮、磷物质的大量使用，造成我国城市生活污水呈现低碳源化的特点，尤以南方地区最为显著。大部分南方城市污水厂进水化学需氧量(CODCr)浓度只有100～200mg/L，氮、磷含量反而相对较高，导致水体C/N比偏低，无法满足生物脱氮要求。碳源在生物反硝化过程中充当电子供体的角色，是生物反硝化的核心物质之一，在低碳氮比城镇污水的生物反硝化脱氮中起着主要作用。针对低C/N比城市污水，当污水中碳源不足以满足反硝化作用时，通常需采用在处理过程中补充外碳源方式解决实际污水脱氮问题，常用的外加碳源为液态有机物为主的液体碳源，虽然液态碳源供碳速度快、反应效果显著，但污水处理过程中，液态有机碳投加量不易控制，费用较高，甲醇的毒性还易产生二次污染。固体碳源是近年来普遍认可的脱氮强化新手段，相比于液态碳源，固体碳源既可作为外加碳源，改善水体的C/N比和可生化性；同时也是微生物的挂膜载体，其表面大量的亲水性基团能加速生物膜的形成，为微生物提供了一个稳定的生存环境。各类微生物能否在填料表面形成稳定的生物膜，与所选填料及微生物生存环境等因素紧密相关。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种处理低碳氮比污水的方法。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种处理低碳氮比污水的方法，包括以下步骤：
(1)固体碳源填料生物膜反应器的制备：将固体碳源材料填充于生物膜反应器中，再将接种的活性污泥与污水倒入生物膜反应器，静置一段时间后排空，然后在曝气状态下从生物膜反应器底部连续进污水直至挂膜成功，即得到固体碳源填料生物膜反应器；
(2)污水的同步硝化反硝化处理：在曝气状态下从步骤(1)制备的固体碳源填料生物膜反应器底部连续进污水，污水流经固体碳源材料进行同步硝化反硝化处理，然后从固体碳源填料生物膜反应器上部出水。
步骤(1)中所述固体碳源材料为玉米芯、玉米杆、稻草和丝瓜络中的一种以上，优选为丝瓜络。
步骤(1)中所述的固体碳源材料填充于生物膜反应器中是指将固体碳源材料以逐层堆积的形式分布于生物膜反应器内，填充率为35％～50％，优选为40％。这样，在处理过程中，污水绕行于填料组块中而形成湍流，加强了污水与微生物的接触，并可有效防止生物膜反应器的堵塞，从而有效促进了污染物与微生物的接触，并使填料上旧的生物膜脱落，新的生物膜生长增殖，从而加速氧化速度，提高脱氮除磷效果，减少污泥量的目的。
步骤(1)中所述的生物膜反应器可为本领域常规使用的生物膜反应器，优选由反应器主体、进水水箱、进水泵和曝气机组成，反应器主体的顶部设置有出水口，底部设置有进水口、排泥口以及曝气口，反应器主体内部从上到下依次设置有带孔承托板、填料、带孔承托板、曝气盘，曝气盘通过布气管与曝气机相连，进水水箱、进水泵以及进水口之间通过管道依次连接。
步骤(1)和步骤(2)中所述的污水均为直接取自污水处理厂的低碳源城市污水，其中的低碳源城市污水是指C/N＜5的低碳源城市污水；
优选的，步骤(1)中所述的低碳源城市污水为pH＝7.82～8.33，C/N＜5，CODCr，NH4 +-N及TN浓度分别为80.0～200.0mg/L、24.3～30.4mg/L及24.7～30.7mg/L的低碳源城市污水。
步骤(1)中所述的接种的活性污泥为污水处理厂二沉池污泥。
步骤(1)中所述接种的活性污泥与污水的体积比为1:4～1:2；优选为1:3。
步骤(1)中所述的固体碳源材料的用量满足固体碳源材料和接种的活性污泥的质量比为7～10：3～4。
步骤(1)中所述的静置一段时间是指静置12～36h，优选为静置24h。
步骤(1)中所述的挂膜过程中pH为7.5～8.1，溶解氧(DO)控制在3.7～4.2mg·L-1，水力负荷为0.040～0.050m3·m-2·h-1。
优选的，步骤(1)中所述的挂膜过程中pH为7.5，溶解氧(DO)控制在4.0mg·L-1，水力负荷为0.045m3·m-2·h-1。
步骤(1)中所述的挂膜成功是指当固体碳源填料生物膜反应器出水中CODCr、NH4 +-N的去除率均达到60％以上并在±3％内波动，出水中CODCr、NH4 +-N浓度分别低于50mg·L-1和8mg·L-1即认为挂膜成功。
步骤(2)中所述的曝气状态指溶解氧为3.8～4.2mg·L-1；优选为4.0mg·L-1。
步骤(2)中所述污水在固体碳源填料生物膜反应器中的停留时间为7～8h。
步骤(2)中在曝气状态下从固体碳源填料生物膜反应器底部连续进污水前，优选在固体碳源填料生物膜反应器上培养特征污染物去除的优势菌群，其中优势菌群可为氨氧化菌、硝化和反硝化细菌中的一种以上。
步骤(2)中的出水可经沉淀消毒处理排入现有排水渠；
本发明的机理为：
本发明采用固体碳源材料为填料的固体碳源填料生物膜反应器对污水进行同步硝化反硝化处理，即首先以经微生物挂膜处理的固体碳源材料为填料，通过材料本身释碳和微生物的代谢作用，使固体碳源材料分解为易降解的小分子有机物，以提高污水的可生化性，为后续好氧处理做好准备。采用上向流方式使污水绕行通过填料层从而形成湍流，加强了污水与微生物的接触。同时利用固体碳源填料生物膜反应器截留悬浮物，此时固体碳源填料生物膜反应器上微生物会氧化有机物和氨氮硝化，在生物膜内外极易生成厌氧和好氧区，从而达到有机物去除和脱氮除磷的目的，并有效缓解了滤料堵塞问题，实现了生活污水的净化和达标排放。此外，在生物膜上培养特征污染物去除的优势菌群(氨氧化菌、硝化和反硝化细菌)，可进一步提升处理性能。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明采用固体碳源材料为填料，应用同步硝化反硝化(SND)技术，借助于填料的释碳能力和吸附作用，为微生物的生长及代谢作用提供养分及适宜的生长环境；
(2)在固体碳源填料中，微生物将氮素和有机物转变成自身所需的能量，分解氮素和有机物而释放出氮气，有效地降低了有机物浓度，减少了好氧反应所需的充氧量，提高了污水处理效率，使得低碳源污水的处理无需添加有机碳源营养质亦能获得较高的脱氮除磷效果；固体碳源填料生物膜反应器稳定运行后，系统平均出水CODCr、NH4 +-N和TN的浓度分别为和32.75mg·L-1、5.78mg·L-1、6.25mg·L-1；平均CODCr去除率为65.41％；平均NH4 +-N去除率为78.75％；平均TN去除率为77.46％，满足我国城镇污水处理厂综合排放一级A标准。
(3)与传统污水处理工艺相比，本发明成本低廉，降低了工程能耗，占地面积小具有灵活性、经济性和绿色环保等特点。
(4)可以使农业废弃物资源化，减少因焚烧造成的环境污染问题。
附图说明
图1是实施例中所使用的生物膜反应器的装置图。
图2是实施例1中污水的CODCr(化学需氧量)去除情况图。
图3是实施例1中污水的NH4 +-N(氨氮)去除情况图。
图4是实施例1中污水的TN(总氮)去除情况图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
实施例中所用的接种的活性污泥为取自广州市沥滘污水处理厂二沉池污泥；
实施例中所用污水为广州市沥滘污水处理厂收集的番禺区大学城排放的城市生活污水，其pH＝7.82～8.33，C/N＜5，CODCr，NH4 +-N及TN浓度分别为80.0～200.0mg/L、24.3～30.4mg/L及24.7～30.7mg/L。由于实际城市污水中各种指标均是每天变化的，因此实施例中所用的污水中各指标含量为一变化值。
实施例中所用生物膜反应器的装置图如图1所示，其中1为进水水箱，2为进水泵，3为曝气盘，4为转子流量计，5为曝气机，6为排泥口、7为填料，8为带孔承托板，9为取样口，10为出水口。该生物膜反应器采用溢流出水，底部进水，因此在反应器主体的底部设置有进水口、曝气口和排泥口，顶部设置有出水口10，通过管道将进水水箱1、进水泵2以及反应器主体的进水口依次连接，反应器主体内部从上到下依次设置有带孔承托板8、填料7、带孔承托板8、曝气盘3，布气管通过曝气口将曝气盘3与曝气机5相连，在曝气机5和曝气盘3之间还连有转子流量计4；反应器主体的底部还设置有排泥口6，为了便于取样，还可在反应器的一侧均匀设置4组取样口。
实施例中所用生物膜反应器采用有机玻璃制成，内径70mm，外径80mm，高600mm，有效容积2L。
实施例1：一种低碳源污水处理方法
(1)固体碳源填料生物膜反应器的制备：将固体碳源材料丝瓜络层状交错，叠排填充于生物膜反应器中的带孔承托板上，充填率为40％，然后将接种的活性污泥与污水以质量比为1∶3的比例从顶部倒入生物膜反应器，静置24h使污泥与丝瓜络天然作物充分接触，然后从排泥口排空，再在曝气状态下从进水水箱向生物膜反应器中连续进污水。挂膜期间保持pH为7.5±0.1、DO控制在4.0±0.1mg·L-1、水力负荷为0.045m3·m-2·h-1。当生物膜反应器出水口的出水CODCr、NH4 +-N的去除率均达到60％以上并在±3％内波动，并且出水CODCr、NH4 +-N浓度分别低于50mg·L-1和8mg·L-1即认为挂膜成功，得到固体碳源填料生物膜反应器。
(2)污水的同步硝化反硝化处理：使污水从进水水箱进入到步骤(1)制备得到的固体碳源填料生物膜反应器的进水口中，并通过曝气机进行曝气，溶解氧控制在4.0±0.1mg·L-1，污水流经挂膜成功的固体碳源材料，通过碳源材料的截留作用，及微生物进行同步硝化反硝化作用处理生活污水，污水的反应停留时间为7h，然后从固体碳源填料生物膜反应器顶部的出水口出水，出水经沉淀消毒处理排入现有排水渠。
图2是实施例1中污水CODCr去除情况图；图3实施例1中污水NH4 +-N去除情况图；图4是实施例1中污水TN去除情况图。由图2～4可知，本实施例处理后的平均出水CODCr、NH4 +-N及TN浓度分别为32.75mg·L-1、5.78mg·L-1及6.25mg·L-1，满足我国城镇污水处理厂综合排放一级A标准。说明，本发明可有效提高污水处理效率，使得低碳源污水的处理无需添加有机碳源营养质亦能获得较高的脱氮除磷效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)固体碳源填料生物膜反应器的制备：将固体碳源材料填充于生物膜反应器中，再将接种的活性污泥与污水倒入生物膜反应器，静置一段时间后排空，然后在爆气状态下从生物膜反应器底部连续进污水直至挂膜成功，即得到固体碳源填料生物膜反应器；
(2)污水的同步硝化反硝化处理：在曝气状态下从固体碳源填料生物膜反应器底部连续进污水，污水流经固体碳源材料进行同步硝化反硝化处理，然后从固体碳源填料生物膜反应器上部出水。
2.根据权利要求1所述的一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述固体碳源材料为玉米芯、玉米杆、稻草和丝瓜络中的一种以上；
步骤(1)和步骤(2)中所述的污水均为直接取自污水处理厂的C/N＜5的碳源城市污水；
步骤(1)中所述的接种的活性污泥为污水处理厂二沉池污泥。
3.根据权利要求1所述的一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述固体碳源材料为丝瓜络；
步骤(1)和步骤(2)中所述的污水的pH＝7.82～8.33，CODCr，NH4 +-N及TN浓度分别为80.0～200.0mg/L、24.3～30.4mg/L及24.7～30.7mg/L。
4.据权利要求1所述的一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的固体碳源材料填充于生物膜反应器中是指将固体碳源材料以逐层堆积的形式分布于生物膜反应器中，填充率为35％～50％。
5.根据权利要求1所述的一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述接种的活性污泥与污水的体积比为1:4～1:2；
步骤(1)中所述的固体碳源材料的用量满足固体碳源材料和接种的活性污泥的质量比为7～10：3～4。
6.据权利要求1所述的一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述静置的时间为12～36h；
步骤(1)中所述的挂膜过程中pH为7.5～8.1，溶解氧为3.7～4.2mg·L-1，水力负荷为0.040～0.050m3·m-2·h-1。
7.根据权利要求1所述的一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的挂膜成功是指生物膜反应器出水中CODCr、NH4 +-N的去除率均达到60％以上并在±3％内波动，出水CODCr、NH4 +-N浓度分别低于50mg·L-1和8mg·L-1。
8.根据权利要求1所述的一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的曝气状态是指溶解氧控制为3.8～4.2mg·L-1；
步骤(2)中所述污水在固体碳源填料生物膜反应器中的停留时间为7～8h。
9.根据权利要求1所述的一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于：
步骤(2)中在曝气状态下从固体碳源填料生物膜反应器底部连续进污水前，在固体碳源填料生物膜反应器上培养特征污染物去除的优势菌群。
10.根据权利要求9所述的一种处理低碳氮比污水的方法，其特征在于：
所述优势菌群为氨氧化菌、硝化和反硝化细菌中的一种以上。
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