CN114772729A - 一种污水强化脱氮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种污水强化脱氮的方法，包括：铁炭粉末载体的制备：将零价铁和石墨烧结成铁炭复合材料，之后将复合材料破碎筛分，得到铁炭粉末载体；铁炭粉末载体的投加：持续投加至污水处理的生化反应单元中，并且维持铁炭粉末载体至目标浓度，以此供微生物附着生长，促进附着后的微生物水解难降解有机物；铁炭粉末载体的回收：收集生化反应单元产生的剩余污泥，并通过水力旋流分离设备对其中的铁炭粉末载体进行回收。与现有技术相比，本发明具有提高难降解有机物的可生化性、实现同步硝化反硝化及厌氧氨氧化、载体比表面积大负载生物量高、粉末载体回收效率高、污水总氮去除率高等特点。

Description

一种污水强化脱氮的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其是涉及一种污水强化脱氮的方法。
背景技术
氮元素是引起水体富营养化的关键元素。为保护水体生态环境，要求污水厂出水中的总氮达到相应的排放标准。随着对环境质量要求的不断提升，排放标准也越来越严格。
污水厂进水的氮元素90％以氨氮为主。氨氮首先经过硝化细菌的代谢作用被氧化成硝氮，硝氮在反硝化细菌的代谢作用下，以有机物为还原剂，被还原成氮气。最终达到脱氮的目的。硝化细菌为自养菌，代谢速率慢，繁殖周期长，在污水厂的生化反应单元的微生物中通常难以成为优势菌。反硝化细菌需要有机物作为还原剂。目前很多污水厂面临进水有机物不足，或有难降解的有机物，导致反硝化效率不高。另外在氨氮被氧化的同时，有机物往往更早地被优势菌氧化成了二氧化碳和水，导致无法实现同步硝化反硝化。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种污水强化脱氮的方法，具有提高难降解有机物的可生化性、实现同步硝化反硝化及厌氧氨氧化、载体比表面积大负载生物量高、粉末载体回收效率高、污水总氮去除率高等特点。
申请人在构思本技术方案时做出如下分析：
铁炭材料具有微电解作用，能加速电子传递效率，提高微生物代谢速率。同时铁炭材料也可以水解部分难降解有机物，提高其可生化性。
但烧结的铁炭材料粒度通常在厘米尺寸，将其投放在生化处理单元后会直接沉入池底，导致传质效果不好。另外厘米尺寸的载体的比表面积较低，仅外表面能供微生物附着生长。因此铁炭材料在污水处理领域目前通常作为滤料形态使用，主要用于过滤工艺，这大大限制了铁炭材料的优势属性，也难以将硝化菌、反硝化菌和铁炭材料相耦合应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的目的是提供一种污水强化脱氮的方法，包括以下步骤：
S1：铁炭粉末载体的制备：将零价铁和石墨烧结成铁炭复合材料，之后将复合材料破碎筛分，得到铁炭粉末载体；
S2：铁炭粉末载体的投加：将S1中制备的铁炭粉末载体持续投加至污水处理的生化反应单元中，并且维持铁炭粉末载体至目标浓度，以此供微生物附着生长，促进附着后的微生物水解难降解有机物；
S3：铁炭粉末载体的回收：收集S2中生化反应单元产生的剩余污泥，并通过水力旋流分离设备对其中的铁炭粉末载体进行回收，将回收的铁炭粉末载体用于S2中。
进一步地，S2中，通过铁炭载体提高难降解有机物的可生化性，使得反硝化比例提升；
S2中，通过铁炭载体加速硝化菌代谢速率，使得同步硝化反硝化的比例也稍有提高。
进一步地，S1中，所述零价铁和石墨的质量比为(2:8)～(9:1)。
进一步地，S1中，烧结气氛为惰性气体，烧结温度为800～1500℃，烧结时间为8～12h。
进一步地，S1中，破碎筛分过程中，破碎采用的方式为研磨或通过高速破碎机进行机械破碎。
进一步地，S1中，破碎筛分过程获取的铁炭粉末载体的粒径为5～150μm。
进一步地，S2中，所述目标浓度为3000～5000mg/L。
进一步地，S2中，持续投加的过程为，每生化反应单元每升进水需等比例投加铁炭粉末载体1～10mg。
进一步地，S2中，投加方式为：将铁炭粉末载体溶于水后湿式投加，也可直接投加干粉。
进一步地，S3中，所述水力旋流分离设备包括上部筒型主体和底部锥形结构，所述锥形结构的底部设有第一出料口，所述上部筒型主体上设有第二出料口，所述水力旋流分离设备为现有水力旋流器技术，在此不进行赘述；
旋流分离后，第一出料口处回收铁炭粉末载体，第二出料口处排出剩余污泥。
进一步地，S3中，所述第一出料口与生化反应单元的进料口连接，使得含量高浓度粉末载体的混合液重新流入生化反应单元中。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
(1)提高难降解有机物的可生化性：由于铁炭载体具有微电解作用，能水解部分难降解有机物，提高其可生化性，其中可生化性BOD5/COD能提高15％以上；
(2)实现同步硝化反硝化及厌氧氨氧化：由于载体能附着更多的脱氮微生物，因此微生物聚集体的粒径增大，使得内部形成缺氧区，在氨氮氧化成硝氮的同时，硝氮能够反硝化成氮气达到脱氮的目的，调控生化反应单元的溶解氧，更能实现厌氧氨氧化；
(3)载体比表面积大负载生物量高：铁炭材料从厘米级破碎筛分到微米级，比表面积大大增加，能供大量微生物附着生长。
(4)粉末载体回收效率高：通过水力旋流分离器对铁炭粉末载体进行回收，每日补充投加的铁炭粉末载体仅1—10mg/L；
(5)污水总氮去除率高：由于增强了有机物可生化性、同步硝化反硝化、富集了更多的微生物。对低可生化性污水的总氮去除率，可从55％提升到75％。
附图说明
图1为本技术方案中污水强化脱氮方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明中的污水强化脱氮的方法，包括以下步骤：S1：铁炭粉末载体的制备：将零价铁和石墨烧结成铁炭复合材料，之后将复合材料破碎筛分，得到铁炭粉末载体；S2：铁炭粉末载体的投加：将S1中制备的铁炭粉末载体持续投加至污水处理的生化反应单元中，并且维持铁炭粉末载体至目标浓度，以此供微生物附着生长，促进附着后的微生物水解难降解有机物；S3：铁炭粉末载体的回收：收集S2中生化反应单元产生的剩余污泥，并通过水力旋流分离设备对其中的铁炭粉末载体进行回收，将回收的铁炭粉末载体用于S2中。
其中S2中，通过铁炭载体提高难降解有机物的可生化性，使得反硝化比例提升；通过铁炭载体加速硝化菌代谢速率，使得同步硝化反硝化的比例也稍有提高。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
实施例1
本实施例所处理的污水为上海市杨浦区某主干道排水管网的污水，其有机物指标COD为289.2mg/L，BOD5为132.6mg/L，氨氮为37.8mg/L。
步骤参见图1，将零价铁和石墨的质量比控制为7:3，在1200℃下烧结8小时得到铁炭复合材料。通过高速破碎后筛分出粒径为20—70μm的粉末作为铁炭粉末载体。投机到污水生化反应器中，浓度为3000mg/L。配备水力旋流分离器对剩余污泥中的粉末载体进行回收。反应器持续运行3个月。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，烧结后的铁炭复合材料不破碎筛分到微米级别，而仅为厘米级，而是直接向反应器中投加3000mg/L。由于烧结后的铁炭复合材料尺寸在厘米级，直接沉底，故不需要水力旋流分离回收。
与对比例1相比，实施例1中处理后的污水出水总氮为8.5mg/L，对比例1出水总氮在15.2mg/L。实施例的微生物群落结构中硝化菌丰度总计4.2％，对比例仅为1.3％。
可见，由于铁炭破碎筛分成粉末状态，比表面积大幅度增加，有利于微生物的附着生长。因此硝化菌丰富增加两倍以上，提高了脱氮效率。
实施例2
本实施例所处理的污水为上海市某污水厂进水，其有机物指标COD为232.2mg/L，BOD5为161.6mg/L，氨氮为42.1mg/L。
将零价铁和石墨的质量比控制为2:8，在1500℃下烧结9小时得到铁炭复合材料。通过高速破碎后筛分出粒径为5—150μm的粉末作为铁炭粉末载体。投机到污水生化反应器中，浓度为4000mg/L。配备水力旋流分离器对剩余污泥中的粉末载体进行回收。反应器持续运行2个月。
对比例2
与实施例2的不同之处在于，不配备水力旋流分离器对剩余污泥中的粉末载体进行回收，而是让粉末载体随着剩余污泥一起排掉。
与对比例2相比，实施例2中处理后的污水出水总氮为9.3mg/L，对比例2出水总氮在13.7mg/L。实施例2的微生物群落结构中硝化菌丰度总计3.9％，对比例2仅为2.1％。实施例在2个月后，反应器中的铁炭粉末载体浓度为2875mg/L，对比例为988mg/L。
可见，由于配备了水力旋流分离器，能够将剩余污泥中的铁炭粉末载体高效回收，在2个月后实施例和对比例的载体截留率分别为71.9％和24.7％，节省了载体费用。同时由于载体更多，能附着的微生物就更多，脱氮效率更好。
实施例3
本实施例所处理的污水为无锡市某污水厂进水，其有机物指标COD为301.8mg/L，BOD5为111.3mg/L，氨氮为45.2mg/L，为典型的低生化性、低碳氮比污水水质。
将零价铁和石墨的质量比控制为9:1，在800℃下烧结12小时得到铁炭复合材料。通过高速破碎后筛分出粒径为10—100μm的粉末作为铁炭粉末载体。投机到污水生化反应器中，浓度为5000mg/L。配备水力旋流分离器对剩余污泥中的粉末载体进行回收。反应器持续运行3个月。
对比例3
与实施例3不同的是，对比例3采用硅藻土作为微米粉末载体，粒径分布同样为10—100μm，其余条件均与实施例保持一致。
与实施例3相比，对比例稳定运行3个月后的总氮去除率为55.2％，实施例3为75.1％。通过宏基因组学和氮代谢途径分析。实施例通过反硝化途径去除的总氮贡献率为32.6％，通过同步硝化反硝化途径去除的总氮贡献率为30.0％，通过厌氧氨氧化途径去除的总氮贡献率为12.5％。实施例分别为21.6％、25.3％、8.3％。
可见，铁炭载体能大幅度提高难降解有机物的可生化性，因此反硝化的比例大幅度提升。另外铁炭能加速硝化菌代谢速率，因此同步硝化反硝化的比例也稍有提高。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：铁炭粉末载体的制备：将零价铁和石墨烧结成铁炭复合材料，之后将复合材料破碎筛分，得到铁炭粉末载体；
S2：铁炭粉末载体的投加：将S1中制备的铁炭粉末载体持续投加至污水处理的生化反应单元中，并且维持铁炭粉末载体至目标浓度，以此供微生物附着生长，促进附着后的微生物水解难降解有机物；
S3：铁炭粉末载体的回收：收集S2中生化反应单元产生的剩余污泥，并通过水力旋流分离设备对其中的铁炭粉末载体进行回收，将回收的铁炭粉末载体用于S2中。
2.根据权利要求1所述的一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，S2中，通过铁炭载体提高难降解有机物的可生化性，使得反硝化比例提升；
S2中，通过铁炭载体加速硝化菌代谢速率，使得同步硝化反硝化的比例也稍有提高。
3.根据权利要求1所述的一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，S1中，所述零价铁和石墨的质量比为(2:8)～(9:1)。
4.根据权利要求1所述的一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，S1中，烧结气氛为惰性气体，烧结温度为800～1500℃，烧结时间为8～12h。
5.根据权利要求1所述的一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，S1中，破碎筛分过程中，破碎采用的方式为研磨或通过高速破碎机进行机械破碎。
6.根据权利要求1所述的一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，S1中，破碎筛分过程获取的铁炭粉末载体的粒径为5～150μm。
7.根据权利要求1所述的一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，S2中，所述目标浓度为3000～5000mg/L。
8.根据权利要求1所述的一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，S2中，持续投加的过程为，每生化反应单元每升进水需等比例投加铁炭粉末载体1～10mg。
9.根据权利要求1所述的一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，S3中，所述水力旋流分离设备包括上部筒型主体和底部锥形结构，所述锥形结构的底部设有第一出料口，所述上部筒型主体上设有第二出料口；
旋流分离后，第一出料口处回收铁炭粉末载体，第二出料口处排出剩余污泥。
10.根据权利要求9所述的一种污水强化脱氮的方法，其特征在于，S3中，所述第一出料口与生化反应单元的进料口连接。
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