CN114524511A - 一种基于低c/n污水硫自养脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮填料 - Google Patents

一种基于低c/n污水硫自养脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮填料 Download PDF

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Abstract

本发明属于环境污染控制工程技术领域，提供了一种基于低C/N污水硫自养脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮填料。悬浮填料外部为多孔球壳，内置聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉以及一定质量配比的石灰石和菱铁矿颗粒。该填料既可以作为无机碳源、碱度缓释来源，又可以改善硫自养反硝化脱氮过程中的硫酸盐回收问题，兼实现除磷效果，且原料来源广泛、价格低廉且毒性低，定期定量投加，回收操作简便，运行成本降低。因此，该类型碱度缓释多孔球壳悬浮填料特别适用于低C/N污水硫自养反硝化脱氮处理，具有广阔的应用前景。

Description

一种基于低C/N污水硫自养脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮 填料
技术领域
本发明属于环境污染控制工程技术领域，涉及到一种基于硫自养反硝化脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，具体为一种基于低C/N污水硫自养脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮填料。
背景技术
硝酸盐氮(NO3 --N)污染是造成水体富营养化的重要原因之一，己经成为水生态系统中一个严重的环境问题。通过文章《Denitrification with non-organic electrondonor for treating low C/N ratio wastewater》可知，目前污水处理厂普遍釆用传统的异养反硝化技术，但实际污水中较低的有机物浓度是制约异养反硝化脱氮效果的重要因素。当污水中C/N较低或者没有有机物时，传统的异养反硝化技术就需要额外投加大量的有机物(如甲醇、乙酸钠等)来提供有机碳源，长时间使用不仅运行成本高而且操作繁琐，污泥产量过多，且难以经济有效地满足其严格的处理排放标准。遇到水质波动较大的情况，往往不能精确的投加，投加过量易造成浪费并且影响出水水质，投加不足时脱氮达不到理想的效果。因此，针对低C/N污水的低耗降碳、经济高效新型生物脱氮技术的开发，成为污水处理领域的一个研究方向。
相比之下，硫自养反硝化技术无需外加有机碳源，在缺氧条件下，通过投加还原态的硫电子供体和无机碳源(亦作为碱度来源)，将污水中的硝酸盐氮依次还原为亚硝酸盐氮和氮气。一方面，还原态硫和无机碳源价廉易得，生物毒性小，使得运行成本低；另一方面，硫自养反硝化细菌的生物质产量低，这在最大限度减少剩余污泥和降低污泥处理处置成本方面具有优势。因此，在处理低C/N污水时，硫自养反硝化技术一直以来就被看作是用来克服传统的异养反硝化技术局限性的一种很有前景的新型生物脱氮技术。
虽然硫自养反硝化技术已经受到了广泛关注，但在《Simultaneousheterotrophic and sulfur-oxidizing autotrophic denitrification process fordrinking water treatment:Control of sulfate production》文章中提到，其应用和发展仍面临消耗碱度、产生硫酸盐等问题的制约。由于硫自养反硝化反应是一个不断产酸、产硫酸盐的过程，随着反应的进行会持续消耗碱度，导致pH值明显下降。生物反硝化合适的pH范围在7.0～8.0之间，pH过高或者过低都会显著地出现硝酸盐氮去除率下降和明显的亚硝酸盐氮积累现象。因此，通常需要向反应系统中额外投加碱度来源，以维持硫自养反硝化系统较高的脱氮效率。常用的碱度来源是碳酸氢钠，其水溶性较好，但经济性欠佳，而价廉易得、缓冲性能更好的石灰石(CaCO3)、菱铁矿(FeCO3)等固体材料则是更好的碱度缓释来源，同时钙离子可与硫酸根离子和磷酸根离子生成沉淀，进而达到降硫除磷的目的。一般来讲，如《Pilot-scale application of sulfur-limestone autotrophic denitrificationbiofilter for municipal tailwater treatment:Performance and microbialcommunity structure》文章中提到的，在硫自养反硝化脱氮技术的工程应用上，现阶段更多采用的是硫-石灰石自养反硝化(SLAD)生物滤池形式。但该固定床式生物滤池容易堵塞，需要定期冲洗更换滤料，且滤料易分布不均匀，工艺操作复杂，填料更换维护成本高。所以，以上这些因素限制了硫自养反硝化技术的实际工程应用。
为了解决上述硫自养反硝化技术所面临的问题，本发明研发了一种既可以作为无机碳源、碱度缓释来源，同时又能够改善硫自养脱氮过程中硫酸盐回收问题的碱度缓释多孔球壳悬浮填料。该悬浮填料主要药剂成分为一定质量配比的石灰石和菱铁矿颗粒，定期定量投加，回收操作简便，运行成本(主要是药剂费)降低，特别适用于低C/N污水硫自养脱氮处理，并减少该过程中产生的硫酸盐，兼实现除磷效果，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于低C/N污水硫自养脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮填料。
本发明的技术方案：
一种基于低C/N污水硫自养脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，其外部为多孔球壳，多孔球壳内装填有聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉、石灰石和菱铁矿，四者的质量比为0.1:0.1:0.578～2.21:1。其中，聚氨酯海绵裁为5～10cm3的块体，用于硫自养反硝化脱氮菌的挂膜生长与富集；聚乙烯脂珍珠棉裁为5～10cm3的块体，用于降低填料的整体密度，使填料在污水中悬浮起来。
相较于传统的碱度来源(如碳酸氢钠等)，以最优质量配比为1.73:1的石灰石和菱铁矿作为碱度缓释来源，不仅可以为硫自养反硝化菌提供无机碳源，缓冲硫自养反硝化反应的碱度消耗，钙离子还可以与硫酸根离子和磷酸根离子生成沉淀，能够降低硫自养反硝化过程中出水硫酸盐，兼实现除磷效果。此外，硫自养反硝化过程中产生的酸可以促进菱铁矿释放亚铁离子，一方面，亚铁离子可作为自养反硝化的一部分电子供体，承担部分脱氮负荷，从源头上减少还原态硫的用量，进而减少硫酸盐的产生，并且铁自养反硝化是产碱过程，可以中和一部分的硫自养脱氮的碱度消耗；另一方面，亚铁离子通常用于以Fe3(PO4)2或FePO4的形式沉淀磷，也可在反应中转化为具有絮凝作用的三价铁离子，进一步提高出水水质。
本发明的有益效果：本发明研发了一种既可以作为无机碳源、碱度缓释来源，同时又能够改善硫自养脱氮过程中硫酸盐回收问题的碱度缓释多孔球壳悬浮填料。该悬浮填料主要药剂成分为一定质量配比的石灰石和菱铁矿颗粒，定期定量投加，回收操作简便，相较于传统的碱度来源(如碳酸氢钠)，运行成本(主要是药剂费)降低。因此，该悬浮填料特别适用于低C/N污水硫自养脱氮除磷处理，并减少该过程中产生的硫酸盐，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1
一种基于低C/N污水硫自养脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，其外部为多孔球壳，多孔球壳内装填有聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉、石灰石和菱铁矿，四者的质量分别为0.6g、0.6g、10.38g、6g。聚氨酯海绵裁为20mm*20mm*20mm大小的立方体形状，聚乙烯脂珍珠棉裁为直径为20mm、高度为30mm的圆柱体形状。
以某污水处理厂实际低C/N污水为处理对象进行脱氮处理，运行期间具体进水水质、水量如下：C硝酸盐氮＝50mg/L，CTP＝3.5mg/L，pH＝7.4，Q＝1000m3/d。缺氧池的有效容积为250m3，MLSS＝4000mg/L，HRT＝6h，SRT＝20d，污泥回流量为100％。将上述碱度缓释多孔球壳悬浮填料投加至已经驯化成功的硫自养反硝化缺氧池中，在缺氧池中形成移动床的形式，连续搅拌进行连续流生物自养脱氮反应。缺氧池中的pH值始终保持在7.5左右，出水中硝酸盐氮去除率高达99％，硫酸盐含量大大减少，同时实现除磷效果，该多孔球壳悬浮填料可以有效地代替碳酸氢钠等作为硫自养脱氮的碱度缓释来源。
对比例1
多孔球壳内只装填有聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉和菱铁矿，其余同实施例1。
该方案中，相比于实施例1，即在不添加石灰石的情况下，缺氧池中的pH值下降至5.9，出水中硝酸盐氮去除率为73％，硫酸盐含量增多。该多孔球壳悬浮填料的碱度缓释作用大幅度下降，使得硫自养脱氮效果和硫酸盐的去除效果也显著降低，说明石灰石和菱铁矿的协同碱度缓释作用更好。
对比例2
多孔球壳内装填有聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉、石灰石和菱铁矿，四者的质量分别为0.6g、0.6g、30g、6g，其余同实施例1。
该方案中，相比于实施例1，即在石灰石的比例增加的情况下，缺氧池中的pH值保持在7.9左右，出水中硝酸盐氮去除率为97％，硫酸盐含量大大减少，同时实现除磷效果。但是，该多孔球壳悬浮填料的碱度缓释作用、硫自养脱氮效果以及硫酸盐的去除效果与实施例1相差不多，且由于石灰石的过量投加，会导致出水中的硬度增大。
对比例3
多孔球壳内装填有聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉、石灰石和菱铁矿，四者的质量分别为0.6g、0.6g、1.2g、6g，其余同实施例1。
该方案中，相比于实施例1，即在石灰石的比例减少的情况下，缺氧池中的pH值保持在6.4左右，出水中硝酸盐氮去除率为80％，硫酸盐含量增多。该多孔球壳悬浮填料的碱度缓释作用减弱，使得硫自养脱氮效果和硫酸盐的去除效果也降低。
根据实施例1、对比例2和对比例3，当多孔球壳悬浮填料中的石灰石投加过多时，出水中的硬度增大，此外，石灰石虽然是有效的外部碱度来源，但不能起到电子供体的作用，其占据的区域不会有助于反硝化作用。而当多孔球壳悬浮填料中的石灰石投加过少时，其碱度缓释作用减弱，缺氧池中pH值较低会影响硫自养脱氮效果，出现硝酸盐氮去除率下降的现象，同时也会限制硫酸盐的去除效果。因此，该碱度缓释多孔球壳悬浮填料中聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉、石灰石和菱铁矿的最优质量比为0.1:0.1:0.578～2.21:1。

Claims (3)

1.一种基于低C/N污水硫自养脱氮的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，其特征在于，该碱度缓释多孔球壳悬浮填料的外部为多孔球壳，多孔球壳内装填有聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉、石灰石和菱铁矿，四者的质量比为0.1:0.1:0.578～2.21:1。
2.根据权利要求1所述的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，其特征在于，所述的聚氨酯海绵裁为5～10cm3的块体，聚乙烯脂珍珠棉裁为5～10cm3的块体。
3.根据权利要求1或2所述的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，其特征在于，所述的石灰石和菱铁矿二者的质量比为1.73:1。
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