CN112340934A - 一种离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，包括以下步骤：(1)将空气电离产生带电空气粒子并通过磁场处理后，溶入工业污水中，得溶液A；所述空气电离和磁场处理通过阴离子束装置进行；所述磁场处理为组合频率磁场处理；(2)将步骤(1)所得溶液A置入生化进行污水脱氮池中进行微生物处理；所述微生物处理包括微生物硝化处理和反硝化处理。本发明所述离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法通过在污水中提供带电空气粒子和生物电磁波，可选择性强化微生物种群作用并快速激活微生物；同时提供亚硝态氮还原氮气所需电子，在缺少碳源情况下实现同步硝化和反硝化的功能，提高了低C/N比污水的氨氮及总氮脱除效率并显著降低运行成本。

Description

一种离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法

技术领域

本发明涉及净水领域，具体涉及一种离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法。

背景技术

随着人口密度增多，工业迅速发展，污水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。相比于化学处理法，生物法进行污水脱氮相比于前者具备更低的成本，且环境更加友好。

然而传统的生物法有诸多局限性，如有害物质对生物活性和种群的影响，或处理低C/N比(碳氮比，COD/TN)污水时需要通过补充碳源解决，实际应用中调试过程较长，运行成本高昂。目前脱氮技术以生物法中的AO工艺为主，而传统AO工艺中，AO通常是两个不同溶氧率的反应器，通常好氧生物池中硝化细菌在以氧作为电子受体完成氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮的氧化反应；反硝化通常为缺氧或厌氧环境，反硝化细菌以氢作为电子供体完成硝态氮、亚硝态氮转化成氮气的还原反应。然而反硝化细菌通常为异养菌，其生命过程需消耗碳源。因此当碳源不足时，反硝化细菌无法有效实现对总氮的去除，只能通过补充碳源解决，导致净水运行成本高昂。作为AO的新型工艺，同步短程硝化反硝化可以通过控制较低溶解氧，实现同一反应器完成硝化反硝化功能，但其反硝化过程依然要依赖异养菌完成，仍有碳源要求。

电化学生物法中的辅助脱氮技术主要是阴极反硝化法，通过阴极电流提供电子解决生物反硝化过程中对电子供体需求，从而解决对碳源的依赖。该工艺采用将电极置于生物池中，并提供阴极电流辅组生物实现反硝化过程，近年取得一定的研究进展，但阴极电流要求电流控制精准，容易抑制微生物生长，不易控制，且电极易出现钝化，生物驯化周期长，大规模使用能耗高，目前一直未有大规模产业化报道。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，该方法不仅准备步骤简单，而且可在线施工，不影响正常生产，可实现在同一生物处理池中完成同步的硝化和反硝化过程，该过程对碳源依赖低，净水效率较传统AO工艺更高且更具有经济效益。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，包括以下步骤：

(1)将空气电离产生带电空气粒子并通过磁场处理后，溶入工业污水中，得溶液A；所述空气电离和磁场处理通过阴离子束装置进行；所述磁场处理为组合频率磁场处理；

(2)将步骤(1)所得溶液A置入生化进行污水脱氮池中进行微生物处理；所述微生物处理包括微生物硝化处理和反硝化处理。

当所述进行污水脱氮池中进行微生物处理时，溶液A中的带电空气粒子可以在微生物完成硝化反应，即将污水中的氨氮转换成亚硝酸氮后，为亚硝酸氮还原成氮气提供电子供体，而不依赖于异养菌完成脱氮过程，实现同步的硝化过程和反硝化过程，大幅缩短了低C/N比生活污水及工业污水硝态氮脱除的流程，节省能耗，提高脱氮效率。

本发明通过阴离子束装置对空气进行电离产生电子，经组合频率电磁场处理产生相关频率的电磁波，并注入污水，该电磁波可有效强化微生物生命活性，随空气粒子携带的电子可提供反硝化过程中亚硝态氮还原为氮气过程所需的电子供给，而不必依赖于碳源，从而减少了净水过程对碳源的成本投入，也大大提高了处理低C/N比污水的处理效率。

优选地，步骤(1)中所述阴离子束装置在电离时的电压为10000～200000V。所述电压范围为根据水体污染物浓度还原所需的电子量及还原硝态氮时电子动能设定的对应优选值。

优选地，步骤(1)所述阴离子束装置在磁场处理时的电磁场强度为20μt～20mt，所述电磁场的组合频率为7～200kHZ，所述磁场处理产生对应频率电磁波。所述阴离子束装置通过特定的频率的电磁场处理并产生所需的电磁波，阴离子束装置为避免离子束过弱无效或过强造成微生物伤害，根据需要进行污水脱氮的水体，控制电磁场强度范围在20μt～20mt；所述电磁场组合频率范围是根据微生物生长特性而选择的频率组合编程设定优选范围。所述带电空气粒子及电磁波在进入污水水后可辅助提高微生物的处理效能。其电磁波通过与微生物电磁波的叠加可促进微生物的繁殖速度和生物多样性，并较快的激活微生物体，缩短了微生物的驯化时间，同时提供的带电空气粒子可解决反硝化过程的碳源依赖问题。更优选地，所述阴离子束装置优选使用专利ZL201821420081.0所述带电粒子加速器。

优选地，步骤(1)所述带电空气粒子在磁场处理后通过空气动力装置溶入污水；所述空气动力装置为鼓风机或负压射流装置。通过鼓风机或负压射流装置将带电空气粒子溶解于水体，因离子的导电性，带电气体中的电子可快速释放到水体并参与反硝化反应。

优选地，所述步骤(2)中微生物处理的微生物为硝化细菌和自养反硝化细节，所述硝化细菌和自养反硝化细节包括芽孢杆菌、光合细菌、革兰氏阴性菌和绿非硫细菌中的一种或几种的组合；所述生化进行污水脱氮池中的水体的温度为10～38℃，pH为7～9.5，溶氧量为0.5～6mg/L。相比于传统AO工艺中硝化与反硝化处理需要在不同含氧环境下进行，所述微生物在进行水体处理时在带电空气粒子的作用下可在同一污水处理池中实现同步硝化处理和反硝化处理，在所述条件范围下的微生物的生物个体、活性、多样性等方面相比传统AO反应器较好，反硝化过程不依赖碳源。优选地，步骤(2)所述微生物处理时生化进行污水脱氮池中的水体的温度为15～35℃。在上述优选温度范围内其微生物处理具有较优的处理效率。

本发明的有益效果在于：本发明所述离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法通过在污水中溶入经过电离和磁场处理产生的带电空气粒子，同步提供电子供体和生物生长电磁波，有效强化微生物种群作用，在水体处理时可较快的激活微生物体，缩短了微生物的驯化时间；同时在微生物反硝化处理过程中空气粒子所携带电子作为电子供给参与亚硝态氮还原氮气脱除过程，既可以减少亚硝态氮向硝态氮转化过程，实现短程反硝化，同时减少对碳源的依赖，大大提高了低C/N比生活污水和工业污水的处理效率和经济效益。此外该方法也可广泛高效应用于河道治理及养殖污水处理等领域。

附图说明

图1本发明实施例4中污水处理的碳源投入量记录数据图。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明所述一种阴离子束叠加生物电法进行污水脱氮的方法的具体实施例，包括以下步骤：

(1)将空气电离产生带电空气粒子并经过组合频率磁场处理后，通过鼓风机溶入污水中，得溶液A；所述电离和磁场处理通过阴离子束装置进行；所述阴离子束装置在电离时的电压为200000V，电离时产生的带电空气粒子量为120兆当量；所述阴离子束装置在磁场处理时的电磁场强度为20mt，所述电磁场的组合频率为7～200kHZ。

(2)将步骤(1)所得溶液A置入生化进行污水脱氮池中进行微生物处理8h；所述微生物处理包括微生物硝化处理和反硝化处理；所述微生物为芽孢杆菌、光合细菌、革兰氏阴性菌和绿非硫细菌，所述生化进行污水脱氮池中的水量为10吨，水体的温度为25℃，pH为8，溶氧量为3mg/L。

实施例2

本发明所述一种离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法的具体实施例，包括以下步骤：

(1)将空气电离产生带电空气粒子并经过组合频率磁场处理后，通过鼓风机溶入污水中，得溶液A；所述电离和磁场处理通过阴离子束装置进行；所述阴离子束装置在电离时的电压为100000V，电离时产生的带电空气粒子量为60兆当量；所述阴离子束装置在磁场处理时的电磁场强度为200μt，所述电磁场的组合频率为7～200kHZ。

(2)本实施例步骤(2)与实施例1中步骤(2)的差别仅在于溶液A的不同。

实施例3

本发明所述一种离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法的具体实施例，包括以下步骤：

(1)将空气电离产生带电空气粒子并经过组合频率磁场处理后，通过鼓风机溶入污水中，得溶液A；所述电离和磁场处理通过阴离子束装置进行；所述阴离子束装置在电离时的电压为50000V，电离时产生的带电空气粒子量为20兆当量；所述阴离子束装置在磁场处理时的电磁场强度为20μt，所述电磁场的组合频率为7～200kHZ。

(2)本实施例步骤(2)与实施例1中步骤(2)的差别仅在于溶液A的不同。

对比例1

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述空气电离产生带电空气粒子不经过组合频率磁场处理直接通过鼓风机溶入污水中。

将实施例1～3和对比例1所述处理前污水及处理第8h和第16h后生化进行污水脱氮池出水口处的处理后污水进行总氮浓度测试，具体测试方法为GB11894-1989。测试结果如1所示。

表1

从表1可以看出，实施例1～3所述离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法均可有效净化污水，说明通过在污水中溶入经过电离和磁场处理产生的带电空气粒子，同步提供电子供体和生物生长电磁波，可有效强化微生物种群作用，同时在微生物反硝化处理过程中空气粒子所携带电子作为电子供给参与亚硝态氮还原氮气脱除过程，减少亚硝态氮向硝态氮转化过程，实现反硝化处理，大幅度提高净水效率。

实施例4

为验证本发明所述阴离子束叠加生物电法进行污水脱氮的方法可有效降低实际现有污水处理系统中传统AO工艺处理低C/N比污水的碳源投加量，在山东泰安某4万吨生活污水处理线(AO工艺)进行本发明所述离子束叠加生物法进行污水脱氮的在线改造，测试统计并对比每日污水总氮含量达标(排放标准)情况下的碳源投加量及平均值，实施日期为2020年5月1日～7月20日，其中2020年5月1日～6月15日为原污水处理线处理过程，其所得数据碳源投加量作为比对值；2020年6月16日～7月9日为将原污水处理线AO工艺系统中的二级硝化池改造为本发明所述生化进行污水脱氮池并实施本发明所述方法过程，所述电离和磁场处理通过阴离子束装置进行；所述阴离子束装置在电离时的电压为50000V，所述阴离子束装置在磁场处理时的电磁场强度为100μt，所述电磁场的组合频率为7～200KHZ；2020年7月10日～7月20日为停止本发明所述方法实施，重新使用原AO工艺的污水处理线处理过程。本实施例所述离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法与实施例1的差别除上述参数区别外，还在于所述污水在溶入带电空气粒子和相应电磁波后经污水处理线通道直接流入生化进行污水脱氮池。上述测试的碳源投加量及平均值统计结果如图1所示。从图1可以看出，使用传统AO工艺污水处理线进行污水脱氮期间每天所需投放碳源量数值为平均为4.4吨；在同时使用本发明所述离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法进行污水脱氮后，每日污水达到排放标准的碳源投入量明显减少，测试期间的碳源投入量平均值只有1.25吨；而当停止使用本发明所述方法并重新使用原AO工艺的污水处理线进行污水脱氮后，平均碳源投入量投加反弹至3.42吨；，说明本发明所述离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法可有效减少传统AO工业进行污水脱氮碳源投入，降低污水处理成本。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将空气电离产生带电空气粒子并通过磁场处理后，溶入工业污水中，得溶液A；所述空气电离和磁场处理通过阴离子束装置进行；所述磁场处理为组合频率磁场处理；

(2)将步骤(1)所得溶液A置入生化进行污水脱氮池中进行微生物处理；所述微生物处理包括微生物硝化处理和反硝化处理。

2.如权利要求1所述的离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，其特征在于，步骤(1)中所述阴离子束装置在电离时的电压为10000～200000V。

3.如权利要求1所述的离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，其特征在于，步骤(1)中所述阴离子束装置在磁场处理时的电磁场强度为20μt～20mt，所述电磁场的组合频率为7～200kHZ，所述磁场处理产生对应频率电磁波。

4.如权利要求1所述的离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，带电空气粒子在磁场处理后通过空气动力装置溶入污水；所述空气动力装置为鼓风机或负压射流装置。

5.如权利要求1所述的离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，其特征在于，所述步骤(2)中微生物处理的微生物为硝化细菌和自养反硝化细节，所述硝化细菌和自养反硝化细节包括芽孢杆菌、光合细菌、革兰氏阴性菌和绿非硫细菌中的一种或几种的组合。

6.如权利要求5所述的离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，其特征在于，所述步骤(2)中生化进行污水脱氮池中的水体的温度为10～38℃，pH为7～9.5，溶氧量为0.5～6mg/L。

7.如权利要求1所述的离子束叠加生物法进行污水脱氮的方法，其特征在于，步骤(2)所述生化进行污水脱氮池中的水体的温度为15～35℃。

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