CN107512771A - 一种菱铁矿/硫磺生物滤池及利用其同步去除水中氮和磷的方法 - Google Patents
一种菱铁矿/硫磺生物滤池及利用其同步去除水中氮和磷的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种菱铁矿/硫磺生物滤池及利用其同步去除水中硝氮和磷的方法，属于污水深度处理领域。该方法步骤如下：(1)生物滤池填料制备和构建；(2)生物滤池的启动；(3)生物滤池的运行。在该方法中硫自养反硝化细菌以硫磺为电子供体，将水中的硝酸根还原为氮气，去除水中的硝氮；菱铁矿提供无机碳源支持自养反硝化反应进行，并同时释放出铁离子化学除磷，从而实现滤池的同步脱氮除磷。本发明的生物滤池构造简单，启动方便，运行稳定，脱氮除磷效率高，适用于对污水的深度处理。
Description
技术领域
本发明属于污水深度处理领域，具体的说，是一种菱铁矿/硫磺生物滤池及利用其同步去除水中硝氮和磷的方法。
背景技术
传统的水处理生物脱氮过程是微生物在好氧条件下将氨氮转化为硝氮，异养反硝化细菌在缺氧条件下以有机碳源为电子供体将硝氮逐步转化为氮气。传统的生物除磷是利用聚磷菌等微生物在好氧的条件下吸收磷、缺氧条件下释放磷完成的，这两个过程都需要有机碳源。将生物脱氮和生物除磷串联合并形成的A2/O等工艺可以达到脱氮除磷目的，但是工艺复杂。而且生物脱氮和除磷过程是以脱氮菌和除磷菌的生物活动为基础实现的，因此将两者串联合并进行脱氮除磷时，无可避免的需要考虑两种微生物的生存环境问题：污泥龄，好氧厌氧平衡，溶解氧和有机物等的竞争问题。这使得该工艺难以高效地同步脱氮除磷，工艺控制难度较高。此外，传统生物脱氮除磷串联工艺依赖于水中的有机物，当进水有机物不足或水中碳氮比较低时，需要额外添加有机物(通常为甲醇)，除了增加处理成本外还可形成二次污染。
针对低碳氮比污水的脱氮问题，人们开发一种基于硫自养反硝化细菌的硫磺/石灰石自养反硝化脱氮***(SLAD)，该***无需有机碳源即可脱氮。但是该***存在除磷效果不明显，出水硬度高等问题。针对SLAD存在的问题，中国专利申请号：ZL2010105243393，申请日： 2010年10月29日，发明创造名称：黄铁矿作为生化填料脱氮除磷的方法，公开了黄铁矿和石灰石作为填料实现同步脱氮除磷的方法，该申请案依赖于硫自养反硝化细菌以黄铁矿为电子供体的生化过程脱氮反硝化，将脱氮硫杆菌以黄铁矿为硫源进行同步脱氮除磷，但是以黄铁矿为硫源的硫自养反硝化菌的脱氮速率低，导致处理时间长脱氮能力不高的问题；该申请案使用了石灰石、方解石或白云石，增加了运行成本，且对出水水质有影响，出水水质的硬度较高。又如申请号：2012100953709，申请日：2012年4月1日，发明名称：一种含氮磷污水同步脱氮除磷的方法，该申请案实现了脱氮硫杆菌脱氮技术和铁离子除磷技术的自然融合，反应成本较低，但该申请案同样存在处理时间长脱氮能力不高的问题，且该申请案没有中和pH的填料，***pH很低，不利于***高效稳定的运行。
再如专利申请号：2014100638686，申请日：2014年2月25日，发明创造名称为：一种基于菱铁矿的脱氮除磷材料及其使用方法，其制备方法是把菱铁矿矿石破碎过40目筛，按照菱铁矿粉、粘结剂、致孔剂适当的比例，或者按照菱铁矿粉、粘结剂适当比例加入发泡剂的方式，获得以菱铁矿粉为主体的多孔颗粒材料，具有颗粒强度高、空隙率高、比表面积大、微生物负载量大等特点。用该材料既是微生物的载体，又是厌氧微生物电子供体、除磷的吸附剂。装填固定床以过滤方式处理废水，接种依赖硝酸盐的铁氧化菌为主的厌氧菌种液，在无氧条件下微生物以菱铁矿中的亚铁为电子供体还原硝酸盐为氮气，并增强对磷的吸附作用，主要用于废水同步脱除硝酸盐氮和磷酸盐。该申请案使用天然菱铁矿为填料，减少了工艺的复杂程度，但该申请案使用的厌氧铁氧化细菌对生存环境的要求较高，生存竞争力较差，难以高效应用。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
传统生物水处理工艺在处理低碳氮比污水时，脱氮除磷效果不佳且成本高昂；硫磺/石灰石***脱氮效果很好，但是无法有效除磷，且出水硬度过高；黄铁矿***可以有效的脱氮除磷，但反应速度较慢，也存在出水钙离子过高的问题。针对以上不足，本发明提供了一种菱铁矿/硫磺生物滤池及利用其同步去除水中硝氮和磷的方法，在连续进水的情况下硫自养反硝化细菌利用硫磺为电子供体进行反硝化，菱铁矿中和产生的H+，释放无机碳源支持反应的持续进行，同时释放出铁离子进行化学除磷，菱铁矿本身对磷也有较好的吸附能力。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、生物滤池的填料制备和构建：将菱铁矿和硫磺分别制备成粒度为0.5-5mm的颗粒材料并清洗，然后将菱铁矿和硫磺均匀混合装填反应器；
步骤二、生物滤池的启动：将富集菌液和培养基混合，将混合液泵入反应器中，静态培养3-5d后，重新泵入新的培养基，如此反复直至反应器挂膜成熟，检测出水硝氮浓度稳定；
步骤三、生物滤池的运行：反应器出水硝氮浓度保持稳定后，将待处理污水泵入反应器，调节水力停留时间，完成污水中氮与磷的同步去除，出水达到城镇污水排放标准后排放。
更进一步地，步骤一中菱铁矿和硫磺按照(2～4)：1的体积比均匀混合。
更进一步地，步骤一中菱铁矿和硫磺制备的颗粒材料在装填前用清水冲洗，冲洗出水的 pH值为7-8。
更进一步地，步骤一中反应器为底部进水、顶部出水的上流式反应器。
更进一步地，步骤二中的富集菌液筛选富集自厌氧污泥。
更进一步地，步骤二中将富集菌液和培养基混合，接种量为7％～10％。
更进一步地，步骤二中的富集菌液为硫自养反硝化细菌富集菌液。
更进一步地，步骤二中的培养基成分为：Na2S2O3 5g/L，KNO3 2g/L，KH2PO4 2g/L，NaHCO3 2g/L，FeSO4 0.01g/L，NH4Cl 0.5g/L，MgCl2 0.5g/L。
更进一步地，步骤三中水力停留时间为6～48h。
本发明的一种菱铁矿/硫磺生物滤池，包括上述经过步骤一和步骤二处理后的反应器。
本发明的技术原理是利用硫自养反硝化细菌的生理生化特性，通过控制生物滤池的粒度、填料比、进水水力停留时间等启动参数项，使硫自养反硝化细菌以硝酸根为电子受体，硫为电子供体，菱铁矿为碳源来进行自养反硝化，以达成脱氮的目的，同时以菱铁矿的代谢产物来化学除磷，实现生物脱氮除磷和化学除磷的耦合；且本发明使用硫源为电子供体，拥有更快的自养反硝化速度，同时反应过程中产生的氢离子作用于菱铁矿，释放出支持自养反硝化的无机碳源，以及参与化学除磷的Fe。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，将菱铁矿和硫磺制成0.5-5mm的颗粒，按照菱铁矿/硫磺体积比为(2～4)：1填入反应器，反应器经启动后可以同步去除低碳氮比废水中的氮和磷，适用于污水脱氮除磷深度处理以及地下水的净化，脱氮除磷的效果显著。
(2)本发明的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，天然菱铁矿和硫磺分布广泛，价廉易得，方法简单实用，反应器处理能力高。
附图说明
图1是实施例1处理人工配水同步脱氮除磷效果；
图2是实施例2处理人工配水同步脱氮除磷效果；
图3是实施例3处理实际废水同步脱氮除磷效果；
图4是实施例4处理人工配水同步脱氮除磷效果。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，处理对象是由自来水、磷酸二氢钾、氯化铵和硝酸钾组成的人工配水，其中NO3 --N28mg/L，PO4 3-P3.1mg/L， NH4 +-N2mg/L，水温20℃，其它处理步骤为：
(1)生物滤池的填料制备和构建：将菱铁矿和硫磺分别制备成粒度为2mm颗粒材料，菱铁矿和硫磺颗粒装填之前用清水冲洗干净，冲洗出水的pH值达到7-8即可。将菱铁矿和硫磺颗粒按体积比为3：1均匀混合后装填反应器，该反应器为底部进水、顶部出水的上流式反应器，形状以圆柱形为最佳。其中菱铁矿和硫磺的体积比对体系的同步脱氮除磷效果影响重大，体积比过大时将降低电子供体硫磺的比表面积，降低脱氮速率；体积比过小时又将使体系氮源不足，抑制脱氮能力，同时铁离子的减少也会使除磷能力下降。
(2)生物滤池的启动：将富集菌液和培养基混合(接种量10％)，用泵将混合液泵入反应器中，静态培养四天后，重新泵入新的培养基，替换掉原有培养基，如此反复，直至反应器挂膜成熟，出水硝氮浓度稳定；
需要说明的是，本实施例中富集菌液筛选富集自普通厌氧污泥，该富集菌液为硫自养反硝化细菌富集菌液，而培养基的成分则为：Na2S2O3 5g/L，KNO3 2g/L，KH2PO4 2g/L，NaHCO3 2g/L，FeSO4 0.01g/L，NH4Cl 0.5g/L，MgCl2 0.5g/L。
(3)生物滤池的运行：反应器出水硝氮浓度保持稳定后，将待处理污水泵入反应器，参照富集培养时培养基硝氮去除浓度的规律，根据污水硝氮浓度调节水力停留时间为24小时，运行一个月，每天取样一次。完成污水中硝氮与磷的同步去除，出水达到城镇污水排放标准后排放，结果如图1所示，最终出水硝氮浓度和磷酸盐浓度低于检测限，硝氮去除率和磷酸盐去除率均达到100％。
实施例2
本实施例的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，基本同实施例 1，所不同的是，本实施例步骤一中将菱铁矿和硫磺分别制备成粒度为0.5mm的颗粒材料并清洗，然后将菱铁矿和硫磺以体积比为2：1的比例均匀混合装填反应器；步骤二中将富集菌液和培养基混合，接种量为7％，静态培养3d后重新泵入新的培养基，直至反应器挂膜成熟；步骤三中将待处理废水泵入反应器，水力停留时间为48小时，运行一个月，每天取样一次，完成污水中的硝氮与磷的同步去除，出水达标排放，结果如图2所示，最终出水硝氮浓度和磷酸盐浓度低于检测限，硝氮和磷酸盐去除率均为100％。
实施例3
本实施例的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，基本同实施例 2，所不同的是，本实施例中的进水来自于常州某污水处理厂2级出水，进水综合指标如下： COD68mg/L，PO4 3--P0.35mg/L，NO3 --N8.498mg/L，NH4 --N0.326mg/L，SO4 2--S324.857mg/L。本实施例运行10天，每两天取样一次，取样结果如图3所示，最终出水硝氮低于检测限，硝氮去除率为100％，出水磷酸盐逐渐下降，磷酸盐去除能力逐步恢复。
实施例4
本实施例的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，基本同实施例 2，所不同的是，本实施例步骤一中将菱铁矿和硫磺分别制备成粒度为5mm的颗粒材料并清洗，然后将菱铁矿和硫磺以体积比为4：1的比例均匀混合装填反应器；步骤二中将富集菌液和培养基混合，接种量为8％，静态培养5d后重新泵入新的培养基，直至反应器挂膜成熟；步骤三中将待处理废水泵入反应器，水力停留时间为6小时，运行一个月，每天取样一次，结果如图4所示，结果如图4所示麻醉中出水硝氮浓度为3.86mg/L，磷酸盐浓度为0.41mg/L，硝氮去除率86.22％，磷酸盐去除率86.78％。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、生物滤池的填料制备和构建：将菱铁矿和硫磺分别制备成粒度为0.5-5mm的颗粒材料并清洗，然后将菱铁矿和硫磺均匀混合装填反应器；
步骤二、生物滤池的启动：将富集菌液和培养基混合，将混合液泵入反应器中，静态培养3-5d后，重新泵入新的培养基，如此反复直至反应器挂膜成熟，检测出水硝氮浓度稳定；
步骤三、生物滤池的运行：反应器出水硝氮浓度保持稳定后，将待处理污水泵入反应器，调节水力停留时间，完成污水中氮与磷的同步去除，出水达标后排放。
2.根据权利要求1所述的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于：步骤一中菱铁矿和硫磺按照(2～4)：1的体积比均匀混合。
3.根据权利要求2所述的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于：步骤一中菱铁矿和硫磺制备的颗粒材料在装填前用清水冲洗，冲洗出水的pH值为7-8。
4.根据权利要求1所述的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于：步骤一中反应器为底部进水、顶部出水的上流式反应器。
5.根据权利要求1所述的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于：步骤二中的富集菌液筛选富集自厌氧污泥。
6.根据权利要求5所述的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于：步骤二中将富集菌液和培养基混合，接种量为7％～10％。
7.根据权利要求5所述的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于：步骤二中的富集菌液为硫自养反硝化细菌富集菌液。
8.根据权利要求7所述的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于：步骤二中的培养基成分为：Na2S2O3 5g/L，KNO3 2g/L，KH2PO4 2g/L，NaHCO32g/L，FeSO4 0.01g/L，NH4Cl 0.5g/L，MgCl2 0.5g/L。
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种利用菱铁矿/硫磺生物滤池同步去除水中硝氮和磷的方法，其特征在于：步骤三中水力停留时间为6～48h。
10.一种菱铁矿/硫磺生物滤池，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的经过步骤一和步骤二处理后的反应器。
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