CN109534506A - 一种低c/n比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法 - Google Patents

一种低c/n比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，解决了低C/N比轻度污染废水除碳脱氮提标改造过程中需增设处理工艺、人为投加外加碳源、且运行效果稳定性差的技术难题。本发明采用的废水处理系统，包括进水泵、反应器和出水池。反应器包括反应池、正电极板、负电极板、曝气装置和生物填料。反应池两端分别开设有废水进口、废水出口。反应池的底部接种有异养硝化‑好氧反硝化富集菌液、好氧污泥。正电极板、负电极板固定在反应池内。同时，电耦合生物系统能够提供基质H2，且可使微生物活性增强。由此，降低了系统微生物反硝化脱氮所需的碳源，使得C/N比仅为2～5时，出水水质即可达到一级A排放标准甚至更严格的地方标准。

Description

一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法
技术领域
本发明属于轻度污染水处理技术领域，具体涉及一种低C/N比轻度污染废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法。
背景技术
随着我国经济水平的进步、工业化和城镇化的加速等，饮用水水源受到来自各方面的污染，例如过量的氮、磷营养元素进入水体加速了水体富营养化，其中氮素问题日趋严重。同时，浙江省印发《关于实施浙江省城镇污水处理厂清洁排放标准的指导意见(征求意见稿)》，意见中拟在一级A的基础上进一步提高排放标准，即浙江省地方标准。其中，氮素是此类废水处理的难点和重点。当前，增设生物滤池是当前主要的氮素提标方法，不仅增加了基建成本，且因污水厂尾水低COD(约为几十mg/L)、低C/N比(约为 2.0～5.0)，需人为投加外加碳源，大大增加了运行成本，同时易使COD超标。可见，亟需开发一种更为经济、有效的脱氮技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法。
本发明采用的废水处理系统，包括进水泵和反应器；反应器包括反应池、正电极板、负电极板、曝气装置和生物填料条；所述反应池的一端的底部开设有废水进口，另一端的顶部开设有废水出口。反应池的底部接种有异养硝化-好氧反硝化富集菌液和好氧污泥。所述的正电极板、负电极板均竖直固定在反应池内。正电极板及负电极板上均缠绕有多根生物填料条。曝气装置安置于反应器的底部；所述进水泵的进水口与进水池连通，反应池的废水出口与出水池连通。该低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法具体如下：
步骤一、将V体积的OD600值为0.5的异养硝化-好氧反硝化富集菌液投加至反应池中。V体积为反应池容积的5％～10％。
步骤二、曝气装置启动，调节反应池内的溶解氧含量至0.5～1.0ppm。通入0.001～0.005A电流。
步骤三、进水泵启动，使得反应池注满被处理废水。24小时后将反应池中90％被处理的废水排出。注水、24小时后排水的操作重复5～7次。
步骤四、进水泵启动，向反应池连续注入被处理废水，设置反应池的水力停留时间为8～24h，并调节反应池内的pH值至6.5～8.5。每隔5～10天向反应池投加V体积的OD600值为0.5的异养硝化-好氧反硝化富集菌液，直至启动成功。反应池中流出的被处理废水的COD值低于50mg/L，TN质量浓度低于15mg/L，视为启动成功。
进一步地，所述的好氧污泥采用二沉池污泥或微污染水体的底泥。所述的反应池中好氧污泥的浓度为2000～3000mg/L。
进一步地，步骤一及三中所述的异养硝化-好氧反硝化富集菌液由污水厂硝化池污泥通过贫营养好氧反硝化选择性培养基富集得到。
进一步地，所述的正电极板及负电极板的材质采用石墨、碳刷或碳布。正电极板与负电极板间距为3～5cm。
进一步地，所述正电极板及负电极板的底部边缘均与反应池的内腔底面贴合；正电极板、负电极板交错设置在反应池内。
进一步地，所有生物填料条的体积和占反应池容积的1％～3％。
进一步地，所述的曝气装置共有三个；三个曝气装置分别位于正电极板与反应池的废水进口之间、正电极板与负电极板之间、负电极板与反应池的废水出口之间。
进一步地，所述的反应池顶部开设有第一取样口、第二取样口及第三取样口。所述的第一取样口、第二取样口、第三取样口分别位于正电极板与反应池的废水进口之间、正电极板与负电极板之间、负电极板与反应池的废水出口之间。
进一步地，所述的生物填料条采用软性或半软性的生物填料。
进一步地，步骤三中进水泵启动后进入反应池的被处理废水的碳氮比为 2.0～5.0，COD值为70～80mg/L，TN质量浓度为16～39mg/L，pH值为6.5～8.5。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明采用的异养硝化-好氧反硝化菌(HN-AD)具有世代周期短、可在同一反应器实现脱氮等优点，且脱氮过程所需的C/N比(为2.0～5.0)低。
2、通过调控低溶解氧状态，促使异养硝化-好氧反硝化菌、短程硝化反硝化菌的繁殖生长，有利于节约曝气的运行成本，及促使碳源更有效地被反硝化利用。
3、本发明采用温和电场，不仅可增强微生物的活性，更可为氢自养型反硝化菌持续提供电子供体H2，进而降低反硝化所需的碳源，实现低C/N比脱氮。
4、本发明的运行稳定性强，在COD浓度比较低的情况下，当温度由28.5℃降至17℃再回至21℃时，COD和TN去除效果能迅速回升。
5、本发明无需为氮素提标改造再增设生物滤池，只需在现有硝化池中增加电极材料和生物填料，可省去基建成本。
附图说明
图1为本发明采用的技术流程图；
图2为本发明实施例1中实验组与对照组在运行过程中COD去除效果变化对比图；其中：R1为实验组；R2为对照组；
图3为本发明实施例1中实验组与对照组在运行过程中TN去除效果变化对比图；其中：R1为实验组；R2为对照组；
图4为本发明实施例2中实验组与对照组在不同水力停留时间条件下对应的COD和TN去除效果变化对比图；其中：R1为实验组；R2为对照组；
图5为本发明实施例3中实验组与对照组在处理不同C/N比废水时的 COD和TN去除效果变化对比图；其中：R1为实验组；R2为对照组。
图6为本发明实施例4中实验组、对照组在温度发生波动时的COD和 TN去除效果变化对比图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，采用的废水处理系统，包括进水泵2、反应器和出水池7。反应器包括反应池3、正电极板4、负电极板5、曝气装置6和生物填料条8。反应池3的一端的底部开设有废水进口，另一端的顶部开设有废水出口。反应池3的底部接种有好氧污泥和异养硝化-好氧反硝化富集菌液。所述的异养硝化-好氧反硝化富集菌液由污水厂硝化池污泥通过贫营养好氧反硝化选择性培养基富集得到。好氧污泥采用污水厂的二沉池污泥或微污染水体的底泥。反应池3中好氧污泥的浓度为2000mg/L。
正电极板4及负电极板5均竖直固定在反应池3内。正电极板4位于负电极板5与反应池3的废水进口之间。正电极板4及负电极板5均采用石墨电极板。正电极板4与负电极的间距为4cm。正电极板4及负电极板5的底部边缘均与反应池3的内腔底面贴合。正电极板4、负电极板5与反应池3内腔的两个相对侧面分别贴合。使得反应池形成迂回的廊道，进而促进废水的处理。正电极板4及负电极板5上均缠绕有多根生物填料条8。所有生物填料条8的体积和占反应池3容积的2％。反应池3的底部设置有三个曝气装置6。三个曝气装置6分别位于正电极板4与反应池3的废水进口之间、正电极板4 与负电极板5之间、负电极板5与反应池3的废水出口之间。反应池3顶部开设有第一取样口9、第二取样口10及第三取样口11。第一取样口9、第二取样口10、第三取样口11分别位于正电极板4与反应池3的废水进口之间、正电极板4与负电极板5之间、负电极板5与反应池3的废水出口之间。进水泵2的进水口与进水池1连通，出水口与反应池3的废水进口连通。反应池3的废水出口与出水池7连通。
该低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法具体如下：
实施例1
进水池1内的被处理废水为典型轻度污染水，具体水质如下：C/N(碳氮比)＝2，化学需氧量(COD平均质量浓度)为72mg/L，TN平均质量浓度为 36mg/L；被处理废水的温度控制在常温25℃；采用前述的废水处理系统进行处理，作为实验组R1；同时构建厌氧电耦合生物体系(前述的废水处理系统中删去曝气设备)，作为对照组R2，具体操作步骤如下:
步骤一、启动初期，将V体积的OD600(溶液在600nm波长处的吸光值) 为0.5的异养硝化-好氧反硝化富集菌液投加至反应池3中。V体积等于反应池容积的10％。
步骤二、曝气装置6启动，调节反应池3内的DO值(溶解氧含量)至 0.5ppm。向正电极板、负电极板通0.003A的电流(正电极板、负电极板与电源的正负极及相连)。
步骤三、进水泵启动，使得反应池注满被处理废水。24小时后将反应池中90％被处理的废水排出。注水、24小时后排水的操作重复七次(即在排出 90％的被处理废水后再注满，依此重复)。
步骤四、进水泵启动，向反应池连续注入被处理废水，设置反应池3的水力停留时间为12h。每隔5～10天向反应池3投加V体积的OD600(溶液在 600nm波长处的吸光值)为0.5的异养硝化-好氧反硝化富集菌液，共投加二次(记入步骤一的投加，则共投加三次，此时，输出到出水池7的废水COD 值(化学需氧量)、TN质量浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002)中一级A标准，即COD含量低于50mg/L，TN质量浓度的含量低于15mg/L。
实施例1的废水处理结果如图2和3所示(图中R1表示实验组，R2表示对照组)。从图2和3中可以看出，运行至27天时，实验组的COD残留浓度为7.58mg/L，去除率达到了89.47％；TN残留浓度为13.54mg/L，去除率达到了62.38％，对照组的COD去除率为85.42％，TN去除率为50.42％。可见，本发明通过控制溶氧量至较低水平，并在弱电和异养硝化-好氧反硝化富集菌液的共同作用下能够在常温条件下快速启动，且优于对照组。
实施例2：
为优化电耦合生物处理技术在常温条件下的运行性能，在实施例1进行至27d，系统成熟稳定后，将水力停留时间改变至8h，其它参数不变，经过 10个周期(80小时)运行，废水处理效果有较小波动，后将水力停留时间改变至16h，其它参数不变，经过10个周期(160小时)运行，反应器处理效果没有明显变化。
实施例2的废水处理结果如图4所示(图中R1表示实验组，R2表示对照组)。从图4可以看出，水力停留时间分别为8h、12h、16h时，实验组R1 的COD去除率分别为84.04％、87.34％、85.09％，TN去除率分别为45.42％、 62.14％、62.27％，对照组R2的COD去除率分别为81.18％、85.23％、85.16％， TN去除率分别为26.89％、50.09％、43.36％；可见，本发明在在不同水力停留时间下均具有良好的脱氮效果。
实施例3：
为验证电耦合生物处理技术在常温条件下可实现低C/N比废水的有效除碳脱氮。当实施例1的系统成熟稳定后，其它参数不变，依次将进水池1内的被处理废水的C/N比依次调整为2、3、4、5，每个C/N比运行10个周期，反应池3的工况趋于稳定后变更C/N比。
实施例3的废水处理结果如图5所示(图中R1表示实验组，R2表示对照组)。由图5可得，当C/N比为2、3、4、5时，实验组R1的COD去除率分别为87.34％、89.31％、82.33％、86.62％，TN去除率分别为62.14％、75.03％、 70.46％、86.33％，对照组R2的COD去除率分别为85.16％、88.09％、81.10％、85.29％，TN去除率分别为50.09％、37.36％、40.67％、48.02％；表明本发明在针对不同废水均具有较强的处理效果，能够在低C/N比条件下实现除碳脱氮。
实施例4：
为进一步考察电耦合生物处理过程运行的稳定性。当实施例1的系统成熟稳定后，其它参数不变，依次将进水池1内的被处理废水的温度调至28.5℃、 17℃、21℃，每个温度下运行4个周期，取样分析。
实施例4的废水处理结果如图6所示(图中R1表示实验组，R2表示对照组)。由图6可得，当水温由28.5℃降至17℃再回至21℃时，实验组R1 的COD去除率分别为83.37％、88.16％和86.84％，TN去除率分别为60.72％、 55.3％和63.6％，对照组R2的COD去除率分别为82.62％、76.05％和71.58％， TN去除率分别为51.72％、37.62％和41.10％；表明本发明在针对水温的波动，具有较强的稳定性。

Claims (10)

1.一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：采用的废水处理系统，包括进水泵、反应器和出水池；所述的反应器包括反应池、正电极板、负电极板、曝气装置和生物填料条；所述反应池的一端的底部开设有废水进口，另一端的顶部开设有废水出口；反应池的底部接种好氧污泥；所述的正电极板、负电极板均竖直固定在反应池内；正电极板及负电极板上均缠绕有多根生物填料条；所述的曝气装置安置于反应器的底部；所述进水泵的进水口与进水池连通，反应池的废水出口与出水池连通；
该低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法具体如下：
步骤一、将V体积的OD600值为0.5的异养硝化-好氧反硝化富集菌液投加至反应池中；V体积为反应池容积的5％～10％；
步骤二、曝气装置启动，调节反应池内的溶解氧含量至0.5～1.0ppm；通入0.001～0.005A电流；
步骤三、进水泵启动，使得反应池注满被处理废水；24小时后将反应池中90％被处理的废水排出；注水、24小时后排水的操作重复5～7次；
步骤四、进水泵启动，向反应池连续注入被处理废水，设置反应池的水力停留时间为8～24h，并调节反应池内的pH值至6.5～8.5；每隔5～10天向反应池投加V体积的OD600值为0.5的异养硝化-好氧反硝化富集菌液，直至启动成功；反应池中流出的被处理废水的COD值低于50mg/L，TN质量浓度低于15mg/L，视为启动成功。
2.根据权利要求1所述的一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：所述的好氧污泥采用二沉池污泥或微污染水体的底泥；所述的反应池中好氧污泥的浓度为2000～3000mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：步骤一及三中所述的异养硝化-好氧反硝化富集菌液由污水厂硝化池污泥通过贫营养好氧反硝化选择性培养基富集得到。
4.根据权利要求1所述的一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：所述的正电极板及负电极板的材质采用石墨、碳刷或碳布；正电极板与负电极板的间距为3～5cm。
5.根据权利要求1所述的一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：所述正电极板及负电极板的底部边缘均与反应池的内腔底面贴合；正电极板、负电极板交错设置在反应池内。
6.根据权利要求1所述的一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：所有生物填料条的体积和占反应池容积的1％～3％。
7.根据权利要求1所述的一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：所述的曝气装置共有三个；三个曝气装置分别位于正电极板与反应池的废水进口之间、正电极板与负电极板之间、负电极板与反应池的废水出口之间。
8.根据权利要求1所述的一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：所述的反应池顶部开设有第一取样口、第二取样口及第三取样口；所述的第一取样口、第二取样口、第三取样口分别位于正电极板与反应池的废水进口之间、正电极板与负电极板之间、负电极板与反应池的废水出口之间。
9.根据权利要求1所述的一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：所述的生物填料条采用软性或半软性生物填料。
10.根据权利要求1所述的一种低C/N比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法，其特征在于：步骤三中进水泵启动后进入反应池的被处理废水的碳氮比为2.0～5.0，COD值为70～80mg/L，TN质量浓度为16～39mg/L，pH值为6.5～8.5。
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Application publication date: 20190329

Assignee: Taizhou Xuefu Ecological Environment Research Center Co.,Ltd.

Assignor: QUZHOU University

Contract record no.: X2022330000252

Denomination of invention: An electro coupled biological carbon and nitrogen removal method for wastewater with low c/n ratio

Granted publication date: 20210409

License type: Exclusive License

Record date: 20220621