CN111320268A - 一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法，用于处理污水，污水先经过木屑异养‑铁自养协同反硝化脱氮，然后再经过木屑异养‑硫自养协同反硝化脱氮处理。本发明在传统异养‑自养协同反硝化的基础上，联合利用磁黄铁矿中的硫、铁双电子供体，进水依次经过还原态铁为电子供体协同反硝化和还原态硫为电子供体协同反硝化后，可以将总氮较为有效彻底的去除，硝氮去除率和总氮去除率均很高，且能抑制氨氮的生成。

Description

一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法。

背景技术

过多的氮磷元素排入水体导致水体富营养化，破坏了水体生态，影响用水质量和景观效果，是亟待解决的水体污染问题之一。

目前常用的生物脱氮方法有以下几种：

第一种是外加碳源的异养反硝化脱氮方法，以外加碳源为基质，培养异养反硝化细菌，再利用这些细菌将硝酸盐氮转化为氮气从而将氮元素从水中去除。这种脱氮方式易出现由于碳源不足而使得亚硝酸盐积累、脱氮效率低下的情况，而补充碳源则会带来经济投入增加和二次污染的问题。

第二种是以还原性金属，如硫、铁作为基质培养自养反硝化细菌，再利用这些细菌进行反硝化脱氮的方法。这种脱氮方法虽然不需要外加碳源，但微生物增殖速率低，系统启动慢，影响其在实际工程中的应用。

第三种是利用外加碳源和还原态金属共同作为基质去驯化细菌，达到能够利用异养-自养反硝化相结合的协同反硝化的脱氮方法。这种方法可以使异养反硝化和自养反硝化达到优势互补的效果，在单纯自养反硝化过程中，脱氮过程容易受到抑制，但通过外加少量碳源可以减少抑制作用，促进反硝化过程的进行，同时可以避免碳源不足导致或外加碳源过量导致的不良后果，利用在同一体系内将自养反硝化过程与异养反硝化过程相结合，利用其协同作用达到更好的深度脱氮效果同时降低能耗并减少二次污染。

此外，还原态的硫和铁通常与有机碳源配合被用作协同反硝化的基质。中国发明专利CN201410553821.8公开了一种由硫磺颗粒、植物茎叶碎段和碎石组成的人工湿地脱氮污水处理装置，将植物碳源异养和硫自养反硝化耦合运用，当植物碳源释放较多时，异养反硝化占比增多，硫自养反硝化占比减少；当碳源释放较少时，异养反硝化占比减少，硫自养反硝化占比增多，有效解决了植物碳源释放不能有效控制的问题，处理后硝酸盐氮浓度接近0，但易生成氨氮导致总氮去除率不高，而如果进水中含有一定量的氨氮，会明显抑制氨氮的生成。中国发明专利CN201810650247.6公开了一种基于还原态Fe自养/木屑异养协同反硝化的人工湿地系统及污水脱氮方法，利用磁黄铁矿作为铁源，用含亚铁的微生物培养液富集铁自养反硝化细菌，发挥了铁自养反硝化脱氮功能，铁自养反硝化过程生成氨氮的量远小于硫自养反硝化，但硝酸盐氮的去除没有硫自养反硝化彻底。

综上，现有技术中，利用有机碳源异养和还原态金属自养的协同反硝化都只利用了一种还原态金属作为基质，但基于硫源的反硝化和基于铁源的反硝化都各自存在不足。目前，我国还未见采用以木屑为固相碳源异养的硫铁双电子供体自养联合的协同反硝化脱氮方法的专利。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种处理低C/N(C/N<1.5)污水的异养-自养协同反硝化脱氮的方法，能够在利用异养-自养协同反硝化的基础上，进一步充分发挥磁黄铁矿中还原态硫和还原态铁在协同反硝化中各自的优势，达到很好的脱氮效果。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法，用于处理污水，污水先经过木屑异养-铁自养协同反硝化脱氮，然后再经过木屑异养-硫自养协同反硝化脱氮处理。

具体地，木屑异养-铁自养协同反硝化脱氮在反应容器A中进行，木屑异养-硫自养协同反硝化脱氮在反应容器B中进行，反应容器A与反应容器B之间通过连接管连通，污水在反应容器A中反应时间为48～50h后，再经过连接管排入反应容器B中反应8～12h，最后通过反应容器B上的排水管排出。

优选地，反应容器A中自上而下设置有滤料一、协同反硝化滤料和滤料一，反应容器B中自上而下设置有协同反硝化滤料和滤料一，其中协同反硝化滤料由质量比为0.5/1的木屑和磁黄铁矿组成，其中磁黄铁矿粒径在5～10mm，用稀盐酸浸泡清洗以去除表面氧化物和附着的泥沙，木屑为松木片，用水冲洗后烘干得到；滤料一由细小砂粒、活性炭组成。

在此种比例下，反硝化脱氮能达到较好效果且运行较为稳定，木屑作为一种常见的废弃物，廉价易得，拥有丰富的有机碳，作为一种有效的固体碳源，有着释放稳定，持续使用时间长的优点，磁黄铁矿中含有还原态的铁和硫，在细菌的反硝化作用中作为电子供体，从而将硝氮还原为氮气从水中去除，同时有一部分硝氮被还原为氨氮。

作为优选实施例，反应容器A中为铁自养反硝化细菌培养液，其成分及含量为：2.5g/L的碳酸氢钠，0.73g/L的硝酸钠，0.25g/L的磷酸二氢钾，0.28g/L的硫酸铵，0.5g/L的七水合硫酸镁，6.0g/L的七水合硫酸亚铁和0.013g/L的无水氯化钙。

作为优选实施例，反应容器B中为硫自养反硝化菌培养液，其成分及含量为：4.96g/L的五水合硫代硫酸钠，2.52g/L的碳酸氢钠，0.73g/L的硝酸钠，2g/L的磷酸二氢钾，1g/L的氯化铵，0.8g/L的七水合硫酸镁，0.02g/L的七水合硫酸亚铁和0.0056g/L的无水氯化钙。

本发明处理的污水为C/N<1.5的污水。

本发明处理污水时保持pH值在6.8～7.2范围内，此范围适宜铁自养反硝化细菌和硫自养反硝化细菌的生存和繁殖。

本发明的原理：

铁作为电子供体的协同反硝化处理低C/N的进水时生成氨氮较少，但硝酸盐氮去除不彻底，以硫作为电子供体的协同反硝化处理低C/N污水时去除硝酸盐氮效率较高，处理后硝酸盐浓度接近0，但由于生成较多氨氮而导致总氮去除率不高，当进水中含有一定浓度的氨氮时，却可明显抑制硫自养反硝化过程中生成氨氮。本发明在传统异养-自养协同反硝化的基础上，联合利用磁黄铁矿中的硫、铁双电子供体，进水依次经过还原态铁为电子供体协同反硝化和还原态硫为电子供体协同反硝化后，可以将总氮较为有效彻底的去除，若将顺序调换，先经过木屑异养-硫自养协同反硝化，则会生成较多氨氮，而氨氮在下一步的木屑异养-铁自养协同反硝化中无法被去除，因此并不能达到抑制氨氮生成的目的，总氮去除率无法得到提升。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在传统异养-自养协同反硝化的基础上，联合利用磁黄铁矿中的硫、铁双电子供体，进水依次经过还原态铁为电子供体协同反硝化和还原态硫为电子供体协同反硝化后，可以将总氮较为有效彻底的去除，硝氮去除率和总氮去除率均很高，且能抑制氨氮的生成。

附图说明

图1是本发明实施例1中反应器的结构。

图2是对比例2、3中反应器的结构。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

活性污泥预处理阶段：将取自南京市某污水处理厂的厌氧活性污泥静置后除去上清液，加入无氧蒸馏水进行洗泥，重复以上步骤3次，得到待驯化的活性污泥。

活性污泥的驯化培养和系统的启动阶段：将待驯化的活性污泥分别和铁自养反硝化细菌培养液、硫自养反硝化细菌培养液混合制成混合液a和b，混合液a、b的pH值均控制在6.8～7.2，此范围适宜铁自养反硝化细菌和硫自养反硝化细菌的生存和繁殖。

铁自养反硝化细菌培养液成分及含量为：2.5g/L的碳酸氢钠，0.73g/L的硝酸钠，0.25g/L的磷酸二氢钾，0.28g/L的硫酸铵，0.5g/L的七水合硫酸镁，6.0g/L的七水合硫酸亚铁和0.013g/L的无水氯化钙。

硫自养反硝化细菌培养液成分及含量为：4.96g/L的五水合硫代硫酸钠，2.52g/L的碳酸氢钠，0.73g/L的硝酸钠，2g/L的磷酸二氢钾，1g/L的氯化铵，0.8g/L的七水合硫酸镁，0.02g/L的七水合硫酸亚铁和0.0056g/L的无水氯化钙。

如图1所示，一种以木屑为固相碳源异养的硫铁双电子供体自养联合的协同反硝化脱氮反应器，包括反应器A和反应器B，反应器A和反应器B的壳体2均由PVC制成，反应器A高1.5m，内径0.8m，反应器B高0.6m，内径0.8m，两个反应器通过连接管4连通，连接管与两个反应器的连接处均设置有阀门，反应器A的顶部设置进水管1，连接管4连接在反应器A的底部，反应器B的底部设置出水管5，反应器A中自上而下设置滤料一3、协同反硝化滤料6和滤料一，反应器B中自上而下设置协同反硝化滤料6和滤料一，反应器A中滤料一3的厚度为30～35cm，协同反硝化滤料6厚度为35～40cm，反应器B中协同反硝化滤料6厚度为10～15cm，滤料一3的厚度为30～35cm。反应器采用连续运行方式进水，日处理水量可达0.2～0.3m³/d。B反应器中的。

在A反应器中加入混合液a，在B反应器中加入混合液b，A反应器和B反应器中的混合液均淹没填料最上层，分别对微生物进行驯化培养，期间每2d更换一次培养液，并检测混合液中的硝氮、氨氮、总氮浓度，浓度稳定时系统启动完成，驯化培养完成后，A反应器中以铁自养反硝化细菌为优势菌种，B反应器中以硫自养反硝化细菌为优势菌种。

使待处理污水的pH值保持在6.8～7.2范围内，污水从进水管1流入A反应器，在A反应器中的水力停留时间为48～50h，经过滤料3的过滤去除悬浮物质等大颗粒杂质，进入下层发生铁自养反硝化细菌主导的协同反硝化，之后污水再次经过滤料3过滤去除水中附带的污泥等悬浮物，通过连接管4流入B反应器中发生硫自养反硝化细菌主导的协同反硝化，在B反应器中的水力停留时间为8～12h，最后再经过滤料3过滤后从出水管5排出，实现总氮的快速有效去除。

低C/N污水为C/N<1.5的污水。

本实施例中，协同反硝化滤料6由质量比为0.5/1的木屑和磁黄铁矿组成，其中磁黄铁矿粒径在5～10mm，用稀盐酸浸泡清洗以去除表面氧化物和附着的泥沙，木屑为松木片，用水冲洗后烘干得到。滤料3由细小砂粒、活性炭等组成，可以过滤悬浮物质并降低水的色度。

本实施例中，向启动成功的A反应器中加入污水，污水的C/N为0，控制进水硝氮浓度为20mg/L，污水在A反应器中的水力停留时间为48～50h后，取样检测经A反应器处理的污水中硝氮、总氮、氨氮浓度，再通过连接管4流入B反应器中，在B反应器中的水力停留时间为8～12h后，通过出水管5排出，再次取样分析出水中硝氮、总氮、氨氮浓度。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上只改变待处理的污水浓度，其他试验条件与实施例1相同，本实施例中污水的C/N为1。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上只改变待处理的污水浓度，其他试验条件与实施例1相同，本实施例中污水的C/N为1.5。

以上三个实施例处理得到的污水，检测出水中硝氮、总氮、氨氮浓度，如下表1所示：

表1

如表1可知，在进水C/N在0～1.5条件下，试验系统对硝氮去除率均达到90％以上，总氮去除率为50％～65％，其中，A对硝氮去除的贡献率为35％～50％，B对硝氮去除的贡献率为50％～65％；A对总氮去除的贡献率为45％～65％，B对总氮去除的贡献率为35％～55％,同时A中生成浓度为0.8～5.0ng/L的氨氮抑制了B中氨氮的生成，总氨氮生成浓度为5.0～9.0，小于单纯木屑异养-硫自养协同反硝化的15.0mg/L左右的氨氮生成浓度。由此可见，在进水C/N在0～1.5条件下，以木屑为固相碳源异养的硫铁双电子供体自养联合的协同反硝化脱氮方法可以较为彻底地去除硝氮，且同时总氮去除率高于单电子供体的协同反硝化脱氮方法。

对比例1

本实施例与实施例1的区别仅在于，反硝化填料6中木屑与磁黄铁矿的比例更换为0.25/1和0.75/1分别进行试验，目的是比较不同比例下的脱氮效果，在进水C/N在0～1.5，水力停留时间为56～62h的条件下，硝氮去除率均可达90％以上，但总氮去除率分别为40％～55％和45％～55％，低于采用质量比为0.5/1的木屑与磁黄铁矿作为基质时的总氮去除率。

对比例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，将污水经过采用木屑异养-铁自养协同反硝化脱氮方法处理。反应器如图2所示，由PVC制成，高1.5m，内径0.8m，也包括进水管、出水管，反应器内自上而下依次设置有滤料、协同反硝化填料和滤料，进水管、出水管处都设有阀门，滤料厚度为30～35cm，协同反硝化滤料厚度为35～40cm，反硝化填料由质量比为0.5/1的木屑和磁黄铁矿组成。

活性污泥的驯化培养和系统的启动阶段操作、铁自养反硝化细菌培养液的成分等均与实施例1相同，在进水C/N在0～1.5，水力停留时间为56～62h的条件下，木屑异养-铁自养协同反硝化脱氮方法的硝氮去除率为70％～80％，总氮去除率为45％～50％。

对比例3

本实施例与实施例1的区别仅在于，将污水经过采用木屑异养-硫自养协同反硝化脱氮方法处理。反应器与对比例2相同，活性污泥的驯化培养和系统的启动阶段操作、硫自养反硝化细菌培养液的成分等均与实施例1相同，在进水C/N在0～1.5，水力停留时间为56～62h的条件下，木屑异养-硫自养协同反硝化脱氮方法的硝氮去除率为95％～96％，总氮去除率为20％～25％。

对比例2、3的目的是对比单电子供体的协同反硝化与双电子供体的协同反硝化系统的脱氮效果。对比可知，采用以木屑为固相碳源异养的硫铁双电子供体自养联合的协同反硝化脱氮处理低C/N污水的方法弥补了两种采用单电子供体的反硝化方法的不足，提高了硝氮和总氮的去除率，达到较好的脱氮效果。

本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法，用于处理污水，其特征是：污水先经过木屑异养-铁自养协同反硝化脱氮，然后再经过木屑异养-硫自养协同反硝化脱氮处理。

2.根据权利要求1所述的一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法，其特征是：木屑异养-铁自养协同反硝化脱氮在反应容器A中进行，木屑异养-硫自养协同反硝化脱氮在反应容器B中进行，反应容器A与反应容器B之间通过连接管连通，污水在反应容器A中反应时间为48～50h后，再经过连接管排入反应容器B中反应8～12h，最后通过反应容器B上的排水管排出。

3.根据权利要求2所述的一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法，其特征是：反应容器A中自上而下设置有滤料一、协同反硝化滤料和滤料一，反应容器B中自上而下设置有协同反硝化滤料和滤料一，其中协同反硝化滤料由质量比为0.5/1的木屑和磁黄铁矿组成，其中磁黄铁矿粒径在5～10mm，用稀盐酸浸泡清洗以去除表面氧化物和附着的泥沙，木屑为松木片，用水冲洗后烘干得到；滤料一由细小砂粒、活性炭组成。

4.根据权利要求3所述的一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法，其特征是：反应容器A中为铁自养反硝化细菌培养液，其成分及含量为：2.5g/L的碳酸氢钠，0.73g/L的硝酸钠，0.25g/L的磷酸二氢钾，0.28g/L的硫酸铵，0.5g/L的七水合硫酸镁，6.0g/L的七水合硫酸亚铁和0.013g/L的无水氯化钙。

5.根据权利要求4所述的一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法，其特征是：反应容器B中为硫自养反硝化菌培养液，其成分及含量为：4.96g/L的五水合硫代硫酸钠，2.52g/L的碳酸氢钠，0.73g/L的硝酸钠，2g/L的磷酸二氢钾，1g/L的氯化铵，0.8g/L的七水合硫酸镁，0.02g/L的七水合硫酸亚铁和0.0056g/L的无水氯化钙。

6.根据权利要求1所述的一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法，其特征是:所述污水为C/N<1.5的污水。

7.根据权利要求1所述的一种自养与异养协同反硝化的脱氮方法，其特征是:处理污水时保持pH值在6.8～7.2范围内。

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