CN115043486A - 一种利用改性沸石深度脱氮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用改性沸石深度脱氮的方法，将可生物降解聚合物用溶剂溶解得到可生物降解聚合物溶液，生物降解聚合物溶液的与天然沸石混合搅拌后进行干化处理，得到表面覆载可生物降解聚合物多孔薄膜的改性沸石填料；改性沸石填料填充至生物滤池反应器，然后通入废水，通过控制生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH调控改性沸石填料使其表面形成具有同步硝化反硝化脱氮作用的生物膜并维持生物膜的厚度为0.3~0.8mm；反冲洗完成后重新通入废水。本发明可有效解决低C/N废水采用生物滤池或生物膜法深度脱氮处理过程中碳源不足的问题，克服了外加碳源有机物超标风险并提高系统总氮去除率，具有明显的技术优势。

Description

一种利用改性沸石深度脱氮的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种利用改性沸石深度脱氮的方法。
背景技术
目前，我国绝大多数城镇污水 厂总氮排放限值为15 mg/L，氨氮排放限值为5 mg/L。但是环境水体由氮、磷等营养物质引起的水体水华、赤潮等富营养化现象却逐渐加重。由于人们越来越清楚的认识到氮、磷污染所致的水体富营养化对生态环境的巨大威胁，因此严格控制氮、磷等营养性污染物的排放指标已成为业界的普遍共识，废水深度脱氮技术逐渐成为污水处理的热点问题。
污水厂主要是采用活性污泥法进行生物脱氮，为保证出水中的总氮达标，大多数污水厂选择向污水处理系统反硝化段投加甲醇、乙醇等溶解性有机碳源。然而，液体碳源往往存在投加量不易控制、出水有机物含量高等问题，尤其是在水质波动情况下，碳源投加量难以控制。而沸石作为一种呈结晶阴离子型架状结构的多孔铝硅酸盐，对NH4+具有特殊的离子交换和吸附性能，并可以作为生物载体吸附微生物挂膜，但 C/N不足的情况下仍需投加液体碳源。固相缓释碳源是指利用可生物降解聚合物作为反硝化碳源，为硝酸盐的还原提供电子供体的反硝化过程。常见的缓释碳源包括PLA（聚乳酸）、PCL（聚ε-己内酯）和PBS（聚丁二酸丁二醇酯）等，具有价格低廉、易生物降解且降解产物无二次污染等优势。目前，常规滤料或载体形成的生物膜进行同步硝化反硝化主要利用生物膜外层好氧区将氨氮硝化，生物膜内层缺氧区利用经外层传质得到有机物为电子供体将硝态氮进行反硝化去除。而有机物由好氧层向缺氧层传质一方面会导致异养菌挤占硝化菌生存空间降低硝化效果，另一方面有机物传质效率低导致反硝化效率低及液体碳源投加量高，增加出水有机物超标风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用改性沸石深度脱氮的方法。
本发明的创新点在于本发明通过在天然沸石表面覆载可生物降解聚合物多孔薄膜作为生物滤池滤料，无需投加液体碳源，改性沸石在吸附氨氮的同时，生物膜外层好氧区硝化菌可在无生长竞争环境下快速富集，内层缺氧区反硝化菌按需利用可生物降解聚合物为缓释碳源进行硝酸盐去除。本发明可有效解决低C/N废水采用生物滤池或生物膜法深度脱氮处理过程中碳源不足的问题，克服了外加碳源有机物超标风险并提高系统总氮去除率，具有明显的技术优势。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种利用改性沸石深度脱氮的方法，包括以下步骤：
（1）将可生物降解聚合物用溶剂溶解得到可生物降解聚合物溶液，生物降解聚合物溶液的与天然沸石混合搅拌后进行干化处理，得到表面覆载可生物降解聚合物多孔薄膜的改性沸石填料，生物降解聚合物溶液的与天然沸石的体积比为1:1~2；
（2）将步骤（1）得到的改性沸石填料填充至生物滤池反应器，向生物滤池反应器内注满污泥浓度为2000~4000 mg/L的污泥混合液闷曝2d，然后通入废水，通过控制生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH调控改性沸石填料使其表面形成具有同步硝化反硝化脱氮作用的生物膜并维持生物膜的厚度为0.3~0.8mm；
（3）当生物膜的厚度大于0.8mm或生物滤池反应器堵塞时，将碳酸氢钠溶液通入步骤（2）运行的生物滤池反应器进行反冲洗；
（4）反冲洗完成后重新通入废水，调节生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH和步骤（2）中一致，使得生物膜的厚度维持在0.3~0.8mm。
进一步地，所述可生物降解聚合物为聚乳酸（PLA）、聚ε-己内酯（PCL）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的其中一种或多种。
进一步地，所述溶剂为乙酸乙酯；所述可生物降解聚合物溶液的质量分数为5~10%。
进一步地，所述步骤（1）中混合搅拌的时间≥15分钟，所述步骤（1）中的干化处理为置于鼓风恒温干燥箱烘干，所述的烘干温度为50~70℃，所述的烘干时间≥2小时。
进一步地，所述步骤（2）中的废水为NH4+-N<15 mg/L、C/N<3的污水厂尾水。
进一步地，所述步骤（2）中的溶解氧浓度为2~3 mg/L、气水比为(4~6):1、滤速为2~6 m³/[m2·h(m/h)]、 pH为7.2~8.5。
进一步地，所述碳酸氢钠溶液的浓度为1000~5000 mg/L。
进一步地，所述步骤（3）中反冲洗时碳酸氢钠溶液从生物滤池反应器出水口通入、进水口排出，反冲洗时间为10~20 min，反冲洗水强度为15~30 L/ m2·s。
进一步地，所述活性污泥为城镇污水厂好氧池活性污泥。
本发明的有益效果是 ：
1、本发明通过在天然沸石表面覆载可生物降解聚合物多孔薄膜作为生物滤池滤料，无需投加液体碳源，改性沸石在吸附氨氮的同时，生物膜外层好氧区硝化菌可在无生长竞争环境下快速富集，内层缺氧区反硝化菌按需利用可生物降解聚合物为缓释碳源进行硝酸盐去除。
2、本发明可有效解决低C/N废水采用生物滤池或生物膜法深度脱氮处理过程中碳源不足的问题，克服了外加碳源有机物超标风险并提高系统总氮去除率，具有明显的技术优势。
3、本发明中改性沸石表面生长的生物膜外层硝化菌生长竞争压力小、内层反硝化碳源利用率高，对低C/N废水总氮去除效果可稳定在60%以上。
4、本发明中的改性沸石填料在使用初期和再生后使用初期，氨氮易于通过可生物降解聚合物形成的多孔在沸石表面进行离子交换吸附，保证反冲洗初期氨氮去除效率。
5、本发明中通过构建一种碳源有机底物与氨氮污染物及溶解氧在生物膜上逆向传质过程，实现碳源优先被生物膜缺氧区反硝化微生物利用。通过调控曝气、水力条件维持适宜厚度的生物膜，当生物膜厚度过低时溶解氧易扩散至缺氧区抑制反硝化微生物活性，缓释碳源未经充分利用进入废水中，导致硝酸盐去除效率低与增加反应器出水COD。当生物膜厚度过高时硝酸盐扩散至缺氧区效率变低，导致硝酸盐去除效率降低。
附图说明
图1为本发明的传质示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：一种利用改性沸石深度脱氮的方法，将可生物降解聚合物用溶剂溶解得到可生物降解聚合物溶液，可生物降解聚合物为聚乳酸（PLA），溶剂为乙酸乙酯，可生物降解聚合物溶液的质量分数为5%。生物降解聚合物溶液的与天然沸石混合搅拌后进行干化处理，得到表面覆载可生物降解聚合物多孔薄膜的改性沸石填料，混合搅拌的时间为15分钟，干化处理为置于鼓风恒温干燥箱烘干，所述的烘干温度为50℃，烘干时间为2小时；生物降解聚合物溶液的与天然沸石的体积比为1:1；将改性沸石填料填充至生物滤池反应器，向生物滤池反应器内注满污泥浓度为2000 mg/L的污混合液；污泥混合液为城镇污水厂的污泥混合液，然后通入废水，废水为NH4+-N<15 mg/L、C/N<3的污水厂尾水；通过控制生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH调控改性沸石填料使其表面形成具有同步硝化反硝化脱氮作用的生物膜并维持生物膜的厚度为0.3~0.8mm；溶解氧浓度为2 mg/L、气水比为4:1、滤速为2 m³/[m2·h(m/h)]、 pH为7.2。当生物膜的厚度大于0.8mm或生物滤池反应器堵塞时，将碳酸氢钠溶液通入生物滤池反应器进行反冲洗，碳酸氢钠溶液的浓度为1000 mg/L，碳酸氢钠溶液从生物滤池反应器出水口通入、进水口排出，反冲洗时间为10min，反冲洗水强度为15 L/ m2·s。反冲洗完成后重新通入废水，调节生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH和前面一致，使得生物膜的厚度维持在0.3~0.8mm。
表1实施例1废水的处理效果
Figure 339550DEST_PATH_IMAGE002
对比例：假设生物膜的厚度超过0.8mm时未反冲洗，那废水处理效果如下表2
表2
Figure 459953DEST_PATH_IMAGE004
由表1和表2可以看出，生物膜的厚度小于0.3mm时，处理效果不优，生物膜的厚度超过0.8mm时，处理效果明显变差，所以超过0.8mm时要反冲洗。
实施例2：一种利用改性沸石深度脱氮的方法，将可生物降解聚合物用溶剂溶解得到可生物降解聚合物溶液，可生物降解聚合物为聚ε-己内酯（PCL），溶剂为乙酸乙酯，可生物降解聚合物溶液的质量分数为8%。生物降解聚合物溶液的与天然沸石混合搅拌后进行干化处理，得到表面覆载可生物降解聚合物多孔薄膜的改性沸石填料，混合搅拌的时间为20分钟，干化处理为置于鼓风恒温干燥箱烘干，所述的烘干温度为60℃，所述的烘干时间为3小时；生物降解聚合物溶液的与天然沸石的体积比为1:1.5；将改性沸石填料填充至生物滤池反应器，向生物滤池反应器内注满污泥浓度为3000 mg/L的污混合液；污泥混合液为城镇污水厂的污泥混合液；然后通入废水，废水为NH4+-N<15 mg/L、C/N<3的污水厂尾水；通过控制生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH调控改性沸石填料使其表面形成具有同步硝化反硝化脱氮作用的生物膜并维持生物膜的厚度为0.3~0.8mm；溶解氧浓度为2.5 mg/L、气水比为5:1、滤速为4m³/[m2·h(m/h)]、 pH为8。当生物膜的厚度大于0.8mm或生物滤池反应器堵塞时，将碳酸氢钠溶液通入生物滤池反应器进行反冲洗，碳酸氢钠溶液的浓度为3000 mg/L，碳酸氢钠溶液从生物滤池反应器出水口通入、进水口排出，反冲洗时间为15 min，反冲洗水强度为22 L/ m2·s。反冲洗完成后重新通入废水，调节生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH和前面一致，使得生物膜的厚度维持在0.3~0.8mm。
表3实施例2废水的处理效果
Figure 895482DEST_PATH_IMAGE006
对比例：假设生物膜的厚度超过0.8mm时未反冲洗，那废水处理效果如下表4
表4
Figure 821850DEST_PATH_IMAGE008
由表3和表4可以看出，生物膜的厚度小于0.3mm时，处理效果不优，生物膜的厚度超过0.8mm时，处理效果明显变差，所以超过0.8mm时要反冲洗。
实施例3：一种利用改性沸石深度脱氮的方法，将可生物降解聚合物用溶剂溶解得到可生物降解聚合物溶液，聚丁二酸丁二醇酯（PBS），溶剂为乙酸乙酯，可生物降解聚合物溶液的质量分数为10%。生物降解聚合物溶液的与天然沸石混合搅拌后进行干化处理，得到表面覆载可生物降解聚合物多孔薄膜的改性沸石填料，混合搅拌的时间为30分钟，干化处理为置于鼓风恒温干燥箱烘干，所述的烘干温度为70℃，所述的烘干时间≥2小时；生物降解聚合物溶液的与天然沸石的体积比为1: 2；将改性沸石填料填充至生物滤池反应器，向生物滤池反应器内注满污泥浓度为4000 mg/L的污混合液；污泥混合液为城镇污水厂的污泥混合液；然后通入废水，废水为NH4+-N<15 mg/L、C/N<3的污水厂尾水；通过控制生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH调控改性沸石填料使其表面形成具有同步硝化反硝化脱氮作用的生物膜并维持生物膜的厚度为0.3~0.8mm；溶解氧浓度为3 mg/L、气水比为6:1、滤速为6 m³/[m2·h(m/h)]、 pH为8.5。当生物膜的厚度大于0.8mm或生物滤池反应器堵塞时，将碳酸氢钠溶液通入生物滤池反应器进行反冲洗，碳酸氢钠溶液的浓度为5000 mg/L，碳酸氢钠溶液从生物滤池反应器出水口通入、进水口排出，反冲洗时间为20min，反冲洗水强度为30 L/ m2·s。反冲洗完成后重新通入废水，调节生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH和前面一致，使得生物膜的厚度维持在0.3~0.8mm。
表5实施例3废水的处理效果
Figure 370643DEST_PATH_IMAGE010
对比例：假设生物膜的厚度超过0.8mm时未反冲洗，那废水处理效果如下表6
表6
Figure 599630DEST_PATH_IMAGE012
由表5和表6可以看出，生物膜的厚度小于0.3mm时，处理效果不优，生物膜的厚度超过0.8mm时，处理效果明显变差，所以超过0.8mm时要反冲洗。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种利用改性沸石深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将可生物降解聚合物用溶剂溶解得到可生物降解聚合物溶液，生物降解聚合物溶液的与天然沸石混合搅拌后进行干化处理，得到表面覆载可生物降解聚合物多孔薄膜的改性沸石填料，生物降解聚合物溶液的与天然沸石的体积比为1:1~2；
将步骤（1）得到的改性沸石填料填充至生物滤池反应器，向生物滤池反应器内注满污泥浓度为2000~4000 mg/L的污泥混合液闷曝2d，然后通入废水，通过控制生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH调控改性沸石填料使其表面形成具有同步硝化反硝化脱氮作用的生物膜并维持生物膜的厚度为0.3~0.8mm；
当生物膜的厚度大于0.8mm或生物滤池反应器堵塞时，将碳酸氢钠溶液通入步骤（2）运行的生物滤池反应器进行反冲洗；
反冲洗完成后重新通入废水，调节生物滤池反应器运行时的溶解氧浓度、气水比、滤速和pH和步骤（2）中一致，使得生物膜的厚度维持在0.3~0.8mm。
2.根据权利要求1所述的利用改性沸石深度脱氮的方法，其特征在于，所述可生物降解聚合物为聚乳酸（PLA）、聚ε-己内酯（PCL）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的其中一种或多种。
3.根据权利要求2所述的利用改性沸石深度脱氮的方法，其特征在于，所述溶剂为乙酸乙酯；所述可生物降解聚合物溶液的质量分数为5~10%。
4.根据权利要求1所述的利用改性沸石深度脱氮的方法，其特征在于，所述步骤（1）中混合搅拌的时间≥15分钟，所述步骤（1）中的干化处理为置于鼓风恒温干燥箱烘干，所述的烘干温度为50~70℃，所述的烘干时间≥2小时。
5.根据权利要求1所述的利用改性沸石深度脱氮的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的废水为NH4+-N<15 mg/L、C/N<3的污水厂尾水。
6.根据权利要求1所述的利用改性沸石深度脱氮的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的溶解氧浓度为2~3 mg/L、气水比为(4~6):1、滤速为2~6 m³/[m2·h(m/h)]、 pH为7.2~8.5。
7.根据权利要求1所述的利用改性沸石深度脱氮的方法，其特征在于，所述碳酸氢钠溶液的浓度为1000~5000 mg/L。
8.根据权利要求1所述的利用改性沸石深度脱氮的方法，其特征在于，所述步骤（3）中反冲洗时碳酸氢钠溶液从生物滤池反应器出水口通入、进水口排出，反冲洗时间为10~20min，反冲洗水强度为15~30 L/ m2·s。
9.根据权利要求1所述的利用改性沸石深度脱氮的方法，其特征在于，所述活性污泥为城镇污水厂好氧池活性污泥。
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