CN114956462A - 一种电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，包括以下步骤：(1)微生物驯化：将污泥经沉降并倒掉上清液后置于桶内，向其中加入液体培养基后密封，进行自养反硝化菌的驯化；(2)挂膜：将预处理后的硫铁矿与菱铁矿以1‑3:1的质量比放入反硝化滤池中，再将驯化好的微生物抽入装有双铁基滤料的反硝化滤池内，灌满后进行内循环接种；(3)反硝化运行：将低碳氮水体泵入反硝化滤池内运行，将硝酸盐氮还原为氮气。本发明选用了双铁基作为自养反硝化的填料，增加了电化学反应，处理效果好，污泥产量少，无二次污染，能够长期稳定运行，有效的解决了低碳氮比污水的治理问题，具有良好的应用前景。

Description

一种电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法。
背景技术
在城市污水处理过程中，反硝化的有机源主要包括三种类型：原废水中的有机废物、外部投加的有机物(如甲醇和乙酸钠)，以及内源性反硝化微生物在细胞内储存的有机物。通常，在反硝化发生过程中，有效的生物脱氮需要足够的有机底物的浓度来保证。反硝化分为异养和自养过程。传统污水处理中所利用的反硝化菌为异养菌，其生长速度很快，但是会出现碳源不足的现象，碳源不足导致传统生物脱氮工艺对废水的处理效果不佳，需要不断供应外部有机物，为反硝化提供电子供体及能量，但是会导致更高的污泥产量，增加了污泥处置成本。与传统的异养反硝化工艺处理废水相比，自养反硝化以其成本投入低、产泥量少、对低C/N比废水的适应性强等显著优点，成为更好的选择。
目前，常用的硫自养反硝化主要以硫磺和石灰石作为反应填料，但是石灰石的使用会增加了水体的硬度，大量的使用硫磺会导致出水硫酸盐浓度过高，存在环境风险，如何完善当前自养反硝化技术存在的缺陷，更好的实现对水体硝酸盐的去除，满足排放要求，并能够长期稳定运行是当今污水治理领域中的一个值得研究问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现阶段处理低碳比污水需要额外投加碳源以及当前反硝化填料存在的缺点，提供一种选用双铁基作为自养反硝化的填料，增加电化学反应，处理效果好，污泥产量少，无二次污染，并且能够长期稳定运行的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，包括以下步骤：
(1)微生物驯化：取污水处理厂厌氧段污泥，将污泥经沉降并倒掉上清液后置于桶内，向其中加入液体培养基后密封，室温避光培养进行自养反硝化菌的驯化；
(2)挂膜：将预处理后的硫铁矿与菱铁矿以1-3:1的质量比放入装有双铁基滤料的反硝化滤池中，再将驯化好的微生物抽入反硝化滤池内，灌满后进行内循环接种；
(3)反硝化运行：将低碳氮水体泵入反硝化滤池内运行，通过双铁基填料以及微电解的共同作用下，将硝酸盐氮还原为氮气。
较佳地，所述液体培养基中的成分配比为：五水合硫代硫酸钠120-200mg/L，硝酸钾65-100mg/L，磷酸二氢钾2.5-5.0mg/L，氯化铵2.5-4.5mg/L，硫酸镁0.1-0.5mg/L，硫酸亚铁0.005-0.015mg/L，氧化钙0.005-0.015mg/L，余量为水。
较佳地，所述培养基每三天更换一次，当硝酸盐去除率稳定在90％左右，即微生物驯化完成。
较佳地，所述预处理为将硫铁矿及菱铁矿粉碎；筛分后获得的硫铁矿颗粒先用水清洗几遍至上清液澄清；再超声震荡1h；随后再次用水清洗以去除硫铁矿和菱铁矿表面，主要为去除硫铁矿和菱铁矿表面附着的微小颗粒；最后将清洗干净的硫铁矿及菱铁矿放置于烘箱中于40-60℃条件下烘干即可。
较佳地，粉碎后，所述硫铁矿的粒径为4-6mm，所述菱铁矿的粒径为6-8mm。
较佳地，所述反硝化滤池包括：
滤池本体；
支撑座，所述支撑座设在所述滤池本体底部；
进水机构，所述进水机构设在所述滤池本体底部的左下方；
反硝化反应机构，所述反硝化反应机构包括过水折板，所述过水折板设置在所述滤池本体内部；反硝化反应机构内放置有硫铁矿、菱铁矿，硫铁矿粒径为4-6mm，菱铁矿粒径为6-8mm，硫铁矿与菱铁矿的比例为1-3:1，优选为2:1，选用的铁矿均为不规则铁矿，增加铁矿之间的空隙率为微生物的生长提供空间。
电化学机构，所述电化学机构包括电极卡扣及电极，所述电极卡扣将电极固定设置在所述滤池本体的内部；电极为铁、铝、石墨或钛涂钌铱电极等导电材料，电极与恒压直流电源相连。
回流机构，所述回流机构设置在所述滤池本体的左上方；
出水机构，所述出水机构设置在所述滤池本体的右上方。
较佳地，所述进水机构包括：
穿孔挡板，所述穿孔挡板设置在滤池本体内部，且位于过水折板的下方；
进水口，所述进水口设置在滤池本体的左侧下方，且位于穿孔挡板的下方；
进水水箱，
进水泵，
其中，所述进水水箱、进水泵及进水口通过管道连接；其中进水泵可为计量泵，进水口处设置有进水阀。
较佳地，所述穿孔挡板的孔隙直径为2-3mm。
较佳地，所述过水折板为碳钢材质，该过水折板的厚度为3-6mm，其与滤池本体的夹角为90-120°。
本发明在处理低碳氮比污水时，污水通过水泵抽进滤池内，通过穿孔挡板，自下而上流动，沿过水折板流经双铁基自养反硝化系统，通过双铁基填料以及微电解的共同作用下，将硝酸盐氮还原为氮气，同时双铁基中的铁离子能够去除部分磷，同步实现脱氮除磷的效果。
本发明的电感耦合双铁基自养反硝化滤池工艺在生物和电化学双重作用下降解污染物，两者有机结合可在阴极形成较低的ORP来促进自养反硝化细菌的生长，将硝酸盐氮还原为氮气；阳极根据电极材料不同，可发生不同的电化学反应，从而产生电絮凝、电催化氧化等效果。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，选用碳钢防腐材料作为主滤池本体，在自养反硝化区域布设过水折板以及电极，能够延长水力停留时间，提高微电解与双铁基填料对硝酸盐氮的去除效果。
(2)本发明装置在处理低碳氮比污水时，污水通过水泵抽进滤池本体，通过穿孔挡板，自下而上流动，沿过水折板流经双铁基自养反硝化系统，通过双铁基填料以及微电解的共同作用下，将硝酸盐氮还原为氮气，同时，双铁基中的铁离子能够去除部分磷，同步实现脱氮除磷的效果。
(3)目前常用的硫自养反硝化工艺大多采用硫磺提供硫源，硫磺的大量使用会使得出水硫酸盐的浓度增高，造成二次污染，存在一个环境风险；该工艺主要是通过脱氮硫杆菌进行脱氮，反应需要在弱碱性条件下进行，而脱氮硫杆菌在反应过程中会消耗碱，需要额外投加碱，提高碱度，增加处理成本。而本发明的电感耦合双铁基自养反硝化填料以硫铁矿替代硫磺，增加了菱铁矿填料，铁基自养反硝化将分担部分硫基自养反硝化过程的负荷，从而减少硫酸盐生产，同时，在Fe0基的自养反硝化过程产生的碱度可以补偿硫的自养反硝化所消耗的碱度，两者结合可以很好的维持系统中的pH，确保脱氮硫杆菌的脱氮效率。
(4)硫铁矿在反硝化过程中被生物氧化产生铁离子，菱铁矿在自养反硝化中会溶出亚铁离子，铁离子不仅与磷酸根生成溶度积小的沉淀物，更重要的是铁离子强烈水解、聚合生成的多核羟基络合物能够有效吸附、沉淀磷酸根，在反硝化脱氮的同时可以同步除磷。
(5)本发明充分结合了生物膜的微生物固定生长和电解法较高的氧化还原能力，以及两者之间的髙效传质关系等技术优点，能有效的处理污染物；能够长期稳定运行，有效的解决低碳氮比污水的治理问题，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
附图中：1-进水水箱，2-计量泵，3-进水阀，4-穿孔挡板，5-放空口，6-取样口，7-硫铁矿，8-菱铁矿，9-电极，10-电极卡扣，11-过水折板，12-回流阀，13-出水槽，14-出水口，15-排气口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1：
一种电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，包括以下步骤：
(1)微生物驯化：取污水处理厂厌氧段污泥，取来的污泥经沉降并倒掉上清液后置于塑料桶内，向其中加入液体培养基后密封，室温避光培养进行自养反硝化菌的驯化；液体培养基采用自来水配制，其含有的成分和相应浓度为：五水合硫代硫酸钠178mg/L，硝酸钾86mg/L，磷酸二氢钾4.4mg/L，氯化铵3.92mg/L，硫酸镁0.2mg/L，硫酸亚铁0.01mg/L，氧化钙0.01mg/L培养基三天更换一次，当硝酸盐去除率稳定在90％左右，即微生物驯化完成；
(2)挂膜：硫铁矿和菱铁矿经粉碎和筛网，筛分后得到粒径为:硫铁矿颗粒4-6mm，菱铁矿颗粒6-8mm；筛分后获得的硫铁矿颗粒先用去离子水清洗若干遍至上清液澄清，再超声震荡1h，随后再次用去离子水清洗以去除硫铁矿和菱铁矿表面附着的微小颗粒；最后将清洗干净的硫铁矿放置于烘箱中于50℃条件下烘干，以硫铁矿与菱铁矿2:1的比例放入反硝化滤池，将驯化好的微生物以水力停留时间6h抽入反硝化滤池，灌满反硝化滤池后静置48小时后；
(3)反硝化运行
1)稳定运行：人工模拟配置污水厂外排尾水，添加低剂量葡萄糖，使装置中的微生物逐渐适应低碳环境，进水浓度：COD＝30mg/L，TP＝1mg/L，TN＝30mg/L，NO3 --N＝25mg/L水力停留时间为6h；连续运行，待出水水质稳定，在反应器壁以及填料表明看见明显的生物膜，即反硝化滤池启动成功；
2)反硝化滤池运行：低碳氮水体通过计量泵进入反应滤池，滤池底部布设有穿孔挡板，污水经过穿孔挡板，进入电耦合双铁基自养反硝化反应系统，反应滤池壁上设有卡扣电极柱扣于反应滤池主体上，污水沿过水折板流经硫铁矿和菱铁矿构成的双铁基自养反硝化系统以及电极材料的微电解系统，通过双铁基填料以及微电解的共同作用，将硝酸盐氮还原为氮气，同时双铁基中的铁离子能够去除部分磷，同步实现脱氮除磷的效果。
实施例2
本实施例与实施例1其它工艺参数一致，不同之处在于：液体培养基采用自来水配制，其含有的成分和相应浓度为：五水合硫代硫酸钠120mg/L，硝酸钾65mg/L，磷酸二氢钾2.5mg/L，氯化铵2.5mg/L，硫酸镁0.1mg/L，硫酸亚铁0.005mg/L，氧化钙0.005mg/L。
实施例3
本实施例与实施例1其它工艺参数一致，不同之处在于：液体培养基采用自来水配制，其含有的成分和相应浓度为：五水合硫代硫酸钠200mg/L，硝酸钾100mg/L，磷酸二氢钾5.0mg/L，氯化铵4.5mg/L，硫酸镁0.05mg/L，硫酸亚铁0.015mg/L，氧化钙0.015mg/L。
实施例4
本实施例与实施例1其它工艺参数一致，不同之处在于：在步骤(2)，硫铁矿与菱铁矿的质量比为1:1。
实施例4
本实施例与实施例1其它工艺参数一致，不同之处在于：在步骤(2)，硫铁矿与菱铁矿的质量比为3:1。
其中，如图1所示，所述反硝化滤池包括：碳钢结构的滤池本体，本实施例的滤池本体为罐体结构，在生产中也可设置为箱体结构，罐体底部设有支撑座；进水机构，所述进水机构设在所述罐体底部的左下方；反硝化反应机构，所述反硝化反应机构包括过水折板，所述过水折板11设置在所述罐体内部，过水折板11为均匀对称设置的多个，本实施例的过水折板为6个，其为碳钢材质，该过水折板11的厚度为3-6mm，其与罐体的夹角为90-120°；反硝化反应机构内放置有硫铁矿、菱铁矿，硫铁矿粒径为4-6mm，菱铁矿粒径为6-8mm，硫铁矿与菱铁矿的比例为1-3:1，选用的铁矿均为不规则铁矿，增加铁矿之间的空隙率为微生物的生长提供空间。
电化学机构，所述电化学机构包括电极卡扣10及电极9，所述电极卡扣10将电极9固定设置在所述罐体的内部；电极9为铁、铝、石墨或钛涂钌铱电极等导电材料，电极与恒压直流电源相连；回流机构包括回流口，回流口设置在所述罐体的左上方，回流口上设置有回流阀12；出水机构包括出水口14，出水口14设置在所述罐体的右上方，出水口14处设有出水堰。
进水机构包括穿孔挡板4，所述穿孔挡板4设置在罐体内部，且位于过水折板11的下方，穿孔挡板4的孔隙直径为2-3mm；进水口，所述进水口设置在罐体的左侧下方，且位于穿孔挡板4的下方；进水水箱1，进水泵，其中所述进水水箱1、进水泵及进水口通过管道连接；其中进水泵可为计量泵2，进水口处设置有进水阀3。罐体的左下方还设置有取样口6，罐体的底部设置有放空口5，罐体的顶部设置有排气口15。
低碳氮比水体通过计量泵进入自养反硝化滤池，池体底部布设有穿孔挡板，穿孔挡板直径为2-3mm，污水经过穿孔挡板，进入电耦合双铁基自养反硝化反应机构，反硝化反应机构包括硫铁矿粒径为4-6mm、菱铁矿粒径为6-8mm、电极，电极为柱状电极，可以是铁、铝、石墨或钛涂钌铱电极等导电材料，反应器壁上设有卡扣电极柱扣于反应器主体上、过水折板，折板为碳钢材质，焊与反应器上，厚度为3-6mm，夹角度数90-120°，可以延长水力停留时间，污水沿过水折板流经硫铁矿和菱铁矿构成的双铁基自养反硝化机构以及电极的微电解系统，双铁基自养反硝化系统中铁基自养反硝化将分担部分硫基自养反硝化过程的负荷，从而减少硫酸盐生产。同时，在Fe0基的自养反硝化过程产生的碱度可以补偿硫的自养反硝化所消耗的碱度，两者结合可以很好的维持系统中的pH，确保脱氮硫杆菌的脱氮效率。微电解系统在电源的作用下，反应装置的电极上产生一些氧化性和还原性较强的物质，这些物质通过氧化还原作用去除水中的污染物质，通过直接氧化和间接氧化作用能更好的降解水中的污染物质，同时微电解产生的氧气和氢气对于微生物的细胞生长和活性均具有促进作用。
为验证本发明的处理效果，将本发明的方法用于某污水处理站生化尾水处理，污水经过好氧池，氨氮转化为硝态氮，后接入反硝化滤池，电极材料选择为铁为阳极、石墨为阴极，进水量为25m3/d，正常运行期间出水结果如下表1所示，出水COD、TP、TN均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，COD和TP达到地表水Ⅳ类标准。
表1进出水水质指标含量(单位mg/L)
指标 COD NO<sub>3</sub>--N TP TN
进水水质 40 20 2.70 23.3
出水水质 22.4 0.8 0.26 1.4
去除率 39.44％ 96％ 90.4％ 93.9％
一级A标准 50.00 — 0.5 15.00
地表水Ⅳ类标准 30 — 0.3 1.5
由此可知，本发明的电耦合双铁基自养反硝化可以在微电解—微生物共同作用下，去除污染物，相较于传统的自养反硝化滤池，选用了双铁基作为自养反硝化的填料，增加了电化学反应，处理效果好，污泥产量少，无二次污染，并且能够长期稳定的运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)微生物驯化：取污水处理厂厌氧段污泥，将污泥经沉降并倒掉上清液后置于桶内，向其中加入液体培养基后密封，室温避光培养进行自养反硝化菌的驯化；
(2)挂膜：将预处理后的硫铁矿与菱铁矿以1-3:1的质量比放入反硝化滤池中，再将驯化好的微生物抽入装有双铁基滤料的反硝化滤池内，灌满后进行内循环接种；
(3)反硝化运行：将低碳氮水体泵入反硝化滤池内运行，通过双铁基填料以及微电解的共同作用下，将硝酸盐氮还原为氮气。
2.根据权利要求1所述的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，其特征在于：所述液体培养基中的成分配比为：五水合硫代硫酸钠120-200mg/L，硝酸钾65-100mg/L，磷酸二氢钾2.5-5.0mg/L，氯化铵2.5-4.5mg/L，硫酸镁0.1-0.5mg/L，硫酸亚铁0.005-0.015mg/L，氧化钙0.005-0.015mg/L，余量为水。
3.根据权利要求2所述的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，其特征在于：所述培养基每三天更换一次，当硝酸盐去除率稳定在90％左右，即微生物驯化完成。
4.根据权利要求1所述的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，其特征在于：所述预处理为将硫铁矿及菱铁矿粉碎；筛分后获得的硫铁矿颗粒先用水清洗几遍至上清液澄清；再超声震荡1h；随后再次用水清洗以去除硫铁矿和菱铁矿表面；最后将清洗干净的硫铁矿及菱铁矿放置于烘箱中于40-60℃条件下烘干即可。
5.根据权利要求4所述的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，其特征在于：粉碎后，所述硫铁矿的粒径为4-6mm，所述菱铁矿的粒径为6-8mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，其特征在于：所述反硝化滤池包括：
滤池本体；
支撑座，所述支撑座设在所述滤池本体底部；
进水机构，所述进水机构设在所述滤池本体底部的左下方；
反硝化反应机构，所述反硝化反应机构包括过水折板，所述过水折板设置在所述滤池本体内部；
电化学机构，所述电化学机构包括电极卡扣及电极，所述电极卡扣将电极固定设置在所述滤池本体的内部；
回流机构，所述回流机构设置在所述滤池本体的左上方；
出水机构，出水机构设置在所述滤池本体的右上方。
7.根据权利要求6所述的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，其特征在于：所述进水机构包括：
穿孔挡板，所述穿孔挡板设置在滤池本体内部，且位于过水折板的下方；
进水口，所述进水口设置在滤池本体的左侧下方，且位于穿孔挡板的下方；
进水水箱，
进水泵，
其中，所述进水水箱、进水泵及进水口通过管道连接。
8.根据权利要求7所述的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，其特征在于：所述穿孔挡板的孔隙直径为2-3mm。
9.根据权利要求6所述的电感耦合双铁基自养反硝化滤池处理方法，其特征在于：所述过水折板为碳钢材质，该过水折板的厚度为3-6mm，其与滤池本体的夹角为90-120°。
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