CN113336337B - 一种新型一体化脱氮装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型一体化脱氮装置及应用，属于氨氮处理技术领域。本发明提供的新型一体化脱氮装置，具有体积小、投资基建费用低、启动迅速、耐环境冲击力强；处理过程中能够将氨氮主要转化为氮气、去除效率高；另外装置体系的pH可稳定、无需添加酸碱、铁素可以循环利用无需连续投加、曝气需求低、处理成本低。

Description

一种新型一体化脱氮装置及应用

技术领域

本发明属于氨氮处理技术领域，涉及一种新型一体化脱氮装置，还公开了一种一体化脱氮方法。

背景技术

氮素污染是造成水体富营养化的主要因素之一，氮素的控制一直是污水处理的目标，高效低成本的脱氮处理方式是污水脱氮处理技术的核心追求。氨氮作为氮素中主要污染物，其去除方式一般通过氧化作用完成，其电子受体可以是氧气，如硝化作用中的好氧氨氧化过程；可以是亚硝酸盐，如亚硝酸型的厌氧氨氧化作用。最新的研究发现，有些微生物可以利用三价铁在厌氧条件下作为电子受体对氨氮进行氧化，称为厌氧铁氨氧化作用。与传统硝化-反硝化过程相比，厌氧铁氨氧化作用无需曝气，可以极大的降低能耗，与亚硝酸型的厌氧氨氧化菌相比，厌氧铁氨氧化菌对温度和重金属的敏感性较低，三价铁的供应也比亚硝酸盐简单，操作更加方便。

目前，厌氧铁氨氧化菌被发现的都是自养型的铁氨氧化菌，被分离纯化出的菌种极少，而铁氨氧化菌(一种卓贝尔氏菌)可以在厌氧条件下利用有机物和三价铁对氨氮进行氧化，是一种异养型的铁氨氧化菌。与自养型的铁氨氧化菌相比该菌生长迅速，无需大型的培养装置来提高处理负荷，污水中有机物不会抑制氨氮去除效率，耐受环境冲击能力更强，反应器可以快速启动；反应产物主要为氮气，几乎没有氮氧化物积累，反应更加彻底；适应pH值范围为中性和碱性，比偏酸性要求的自养菌更加实用，而且碱性pH值可以保证三价铁和二价铁处于难溶状态，不容易流失，不会增加出水色度造成二次污染；该菌本身既可以厌氧铁氨氧化也可以好氧氨氧化和反硝化，不受溶氧抑制，可以在溶氧状态多变的一体化设备中稳定存活。该菌的发现和应用是本发明的核心基础。

好氧氨氧化指利用氧气将氨氮进行氧化的过程，目前发现的都属于硝化过程，包括自养硝化和异养硝化。亚铁反硝化是指在厌氧或缺氧条件下，利用二价铁作为电子供体，二价铁氧化为三价铁，同时硝酸盐和亚硝酸盐还原的过程，该过程无需有机物参与，是一种自养反硝化。

铁氨氧化技术虽然拥有众多优势，但由于厌氧铁氨氧化过程中三价铁会被还原为二价铁，如果不及时补充足够的三价铁，会导致氨氮去除率大幅下降，且二价铁的流失会造成二次污染，连续投加三价铁又会增加处理成本。因此，需要构建三价铁的还原和二价铁的氧化循环过程。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种新型一体化脱氮装置；本发明的目的之二在于提供一种一体化脱氮方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种新型一体化脱氮装置，所述装置采用中空管将其分为中间的好氧区和四周的厌氧区，所述中空管为顶端敞口式；

所述装置好氧区的底部设有排空口，所述装置的顶部为开口状态；

所述中空管的高度为所述装置高度的2/3，所述装置的上部设置有倾斜的回流区，所述装置的好氧区底部设置有与气泵连接的曝气装置，所述装置的顶部侧壁设置有出水孔，所述装置的底部侧壁设置有进水孔。

优选的，所述装置中还含有填料和菌种；所述填料由聚氨酯填料与Fe(OH)₃粉末按1:5～20，L:g的体积质量比充分混合而成；

所述菌种包括异养铁氨氧化菌、好氧氨氧化菌和亚铁反硝化菌；

所述异养铁氨氧化菌、好氧氨氧化菌和亚铁反硝化菌的接种量皆为1～10％。

进一步优选的，所述聚氨酯填料的密度为50～100g/cm³，规格为(10～50)×(10～50)×(5～50)mm。

进一步优选的，所述异养铁氨氧化菌种为卓贝尔氏菌。

进一步优选的，所述好氧氨氧化菌为卓贝尔氏菌和亚硝化单胞菌，所述卓贝尔氏菌和亚硝化单胞菌的接种量皆为1～10％；

所述亚铁反硝化菌为卓贝尔氏菌和地杆菌，所述卓贝尔氏菌和地杆菌的接种量皆为1～10％。

进一步优选的，所述卓贝尔氏菌为Zobellella taiwanensis DN-7菌。

优选的，所述空管的材质为不锈钢、有机玻璃或者聚乙烯。

2.一种一体化脱氮方法，所述方法采用上述装置进行脱氮，具体方法如下：

(1)从装置上方投加待处理液和填料，填料加入量为装置中液体体积的30％，接种异养铁氨氧化菌，打开曝气装置，室温下培养7天后，再接种含有好氧氨氧化菌和亚铁反硝化菌的活性污泥团，培养1d后，开启进水和出水；

(2)利用泵调控进水速率，从进水口输入，首先经过厌氧区，在异养型铁氨氧化菌的作用下，污水中含有的大分子碳被分解为小分子碳的同时调料中的三价铁离子还原为二价铁离子，部分或者全部的氨氮直接转为氮气；

(3)剩余的氨氮和小分子碳进入好氧区发生好氧氨氧化作用，一部分通过同步硝化反硝化变成氮气，另一部分转化为亚硝酸盐和硝酸盐，同时二价铁离子重新被氧化为三价铁离子；

(4)三价铁离子再回流至厌氧区，铁元素实现氧化还原循环利用过程，同时剩余的亚硝酸盐和硝酸盐与进入的含有氨氮污水的溶液混合后在异养铁氨氧化菌和亚铁反硝化菌联合作用下去除。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的新型一体化脱氮装置，具有体积小、投资基建费用低、启动迅速、耐环境冲击力强；处理过程中能够将氨氮主要转化为氮气、去除效率高；另外装置体系的pH可稳定、无需添加酸碱、铁素可以循环利用无需连续投加、曝气需求低、处理成本低。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为实施例中新型一体化脱氮装置的截面图；

图2为实施例2中处理垃圾渗滤液的效果。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

一种新型一体化脱氮装置，如图1所示，采用顶端敞口的中空管(中空管的材质为不锈钢、有机玻璃或者聚乙烯中的任意一种、中空管的高度为装置高度的2/3)将该装置分为中间的好氧区和四周的厌氧区，装置好氧区的底部设有排空口，装置为顶端敞口式，装置的上部设置有倾斜的回流区，装置的好氧区底部设置有与气泵连接的曝气装置，装置的顶部侧壁设置有出水孔，所述装置的底部侧壁设置有进水孔。

另外，装置还含有填料和菌种，其中填料由聚氨酯填料(密度为50～100g/cm³，规格为(10～50)×(10～50)×(5～50)mm)与Fe(OH)₃粉末按1:5～20，L:g的体积质量比充分混合而成，菌种包括异养铁氨氧化菌(接种量为1～10％的卓贝尔氏菌(Zobellellataiwanensis DN-7菌))、好氧氨氧化菌(接种量均为1～10％的卓贝尔氏菌(Zobellellataiwanensis菌DN-7)和亚硝化单胞菌)和亚铁反硝化菌(接种量均为1～10％的卓贝尔氏菌(Zobellella taiwanensis菌DN-7)和地杆菌)。

实施例2

采用实施例1中的装置对含有氨氮的污水进行脱氮处理，具体方法如下：

(1)首先向实施例1中加水检查保证其运行情况正常，检查完毕后取垃圾渗滤液(氨氮和总氮浓度分别为2415.6mg/L和2517.9mg/L，COD＝13187.9mg/L，pH为8.2)进行实验；

(2)首先，将装置中注满待处理的垃圾渗滤液，然后从装置上方先投加16L的填料，再接种5L卓贝尔氏菌种子培养液，打开曝气装置，室温下培养7天后，再接种5L含有好氧氨氧化菌和亚铁反硝化菌的活性污泥团，培养1d后，开启进水和出水；

(3)进料桶由蠕动泵控制，调节蠕动泵设置水力停留时间为6d，开始运行，水从进水口输入，首先经过厌氧区，在异养型铁氨氧化菌的作用下，污水中含有的大分子碳被分解为小分子碳的同时调料中的三价铁离子还原为二价铁离子，部分或者全部的氨氮直接转为氮气；

(4)剩余的氨氮和小分子碳进入好氧区发生好氧氨氧化作用，一部分通过同步硝化反硝化变成氮气，另一部分转化为亚硝酸盐和硝酸盐，同时二价铁离子重新被氧化为三价铁离子；

(5)三价铁离子再回流至厌氧区，铁元素实现氧化还原循环利用过程，同时剩余的亚硝酸盐和硝酸盐与进入的含有氨氮的溶液混合后在异养铁氨氧化菌和亚铁反硝化菌联合作用下去除(装置中进水是连续的，且含有浓度较高的氨氮，载体回流至厌氧区后，载体上的三价铁可以与新进的氨氮反应，然后被还原，在亚铁反硝化菌的作用下，亚铁被氧化，剩余的亚硝酸盐和硝酸盐被反硝化，进水的氨氮浓度总是远高于亚硝酸盐和硝酸盐，因此氨氮氧化产生的二价铁可以保证亚铁反硝化的铁需求，没有被亚铁反硝化利用的二价铁再次进入好氧区重新氧化，依次循环)。

测试处理完的垃圾渗滤液中氨氮的含量，其结果如图2所示，氨氮在前2天内会升高(主要为有机氮转化为氨氮)，之后持续下降，在第6天开始氨氮浓度迅速下降，在16d达到稳定值，之后氨氮浓度维持在110～170mg/L之间，大部分氨氮被去除，去除率达93％以上，总氮降解曲线与氨氮一致，最终去除率在86％以上。COD最终去除率为89％以上。整个试验过程中除首次加入三价铁填料外，后续无需再添加三价铁化合物。pH值最终稳定在8.7左右，无需调节pH值。因此可以看出针对垃圾渗滤液，该装置可以有效去除氨氮、总氮和COD，具有良好的应用前景。

综上所述，本发明提供的新型一体化脱氮装置，具有体积小、投资基建费用低、启动迅速、耐环境冲击力强；处理过程中能够将氨氮主要转化为氮气、去除效率高；另外装置体系的pH可稳定、无需添加酸碱、铁素可以循环利用无需连续投加、曝气需求低、处理成本低。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种新型一体化脱氮装置，其特征在于，所述装置采用中空管将其分为中间的好氧区和四周的厌氧区，所述中空管为顶端敞口式；

所述装置好氧区的底部设有排空口，所述装置的顶部为开口状态；

所述中空管的高度为所述装置高度的2/3，所述装置的上部设置有倾斜的回流区，所述装置的好氧区底部设置有与气泵连接的曝气装置，所述装置的顶部侧壁设置有出水孔，所述装置的底部侧壁设置有进水孔；

所述装置中还含有填料和菌种；所述填料由聚氨酯填料与Fe(OH)₃粉末按1:5～20，L:g的体积质量比充分混合而成；

所述菌种包括异养铁氨氧化菌、好氧氨氧化菌和亚铁反硝化菌；

所述异养铁氨氧化菌、好氧氨氧化菌和亚铁反硝化菌的接种量皆为1％～10％；

所述异养铁氨氧化菌为卓贝尔氏菌，所述卓贝尔氏菌为Zobellella taiwanensis DN-7菌。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚氨酯填料的密度为50～100g/cm³，规格为(10～50)×(10～50)×(5～50)mm。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述好氧氨氧化菌为卓贝尔氏菌和亚硝化单胞菌，所述卓贝尔氏菌和亚硝化单胞菌的接种量皆为1～10％；

所述亚铁反硝化菌为卓贝尔氏菌和地杆菌，所述卓贝尔氏菌和地杆菌的接种量皆为1～10％。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空管的材质为不锈钢、有机玻璃或者聚乙烯。

5.一种一体化脱氮方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1～4任一项所述的装置进行脱氮，具体方法如下：

(1)从装置上方投加待处理液和填料，填料加入量为装置中液体体积的30％，接种异养铁氨氧化菌，打开曝气装置，室温下培养7天后，再接种含有好氧氨氧化菌和亚铁反硝化菌的活性污泥团，培养1d后，开启进水和出水；

(2)利用泵调控进水速率，从进水口输入，首先经过厌氧区，在异养型铁氨氧化菌的作用下，污水中含有的大分子碳被分解为小分子碳的同时填料中的三价铁离子还原为二价铁离子，部分或者全部的氨氮直接转为氮气；

(3)剩余的氨氮和小分子碳进入好氧区发生好氧氨氧化作用，一部分通过同步硝化反硝化变成氮气，另一部分转化为亚硝酸盐和硝酸盐，同时二价铁离子重新被氧化为三价铁离子；

(4)三价铁离子再回流至厌氧区，铁元素实现氧化还原循环利用过程，同时剩余的亚硝酸盐和硝酸盐与进入的含有氨氮污水的溶液混合后在异养铁氨氧化菌和亚铁反硝化菌联合作用下去除。

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