CN111646578B - 铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,包括:选取活性污泥,于第一培养基和第二培养基中分别培养铁自养污泥和异养污泥,培养条件为保持厌氧状态,并连续避光处理;第一培养基中,添加亚铁离子和硝酸盐;第二培养基中,添加有机碳源和硝酸盐;将硫化亚铁矿石颗粒投入反应器中,然后将培养好的铁自养污泥和异养污泥接种于反应器中,再往反应器中注入低碳氮比污水,保持厌氧状态,并连续黑暗处理,水力停留时间为72h以上;低碳氮比污水中:C/N质量比为0~1,NO3 ‑‑N的浓度为20~80mg/L;本发明通过铁自养菌和异养菌的协同反硝化作用,能够在无需外加碳源的基础上高效去除低碳氮比污水中的硝酸盐。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域,具体是铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法。
背景技术
人类生产和生活活动中过量排放的硝酸盐是水体富营养化、水环境质量恶化的重要原因之一,并对人类健康构成威胁。目前应用于污水中硝酸盐去除的主要技术为生物反硝化,即利用反硝化菌在厌氧的环境中将硝酸盐逐步还原为氮气从污水中脱除。生物反硝化包括异养反硝化和自养反硝化,主导的微生物分别为异养菌和自养菌。
对于低碳氮比污水,由于其有机碳源的不足,异养反硝化的脱氮效果往往无法保证,可能会出现硝氮去除率低、脱氮不完全等问题,故而需要外加碳源,这使得污水处理的成本大大提高,并且有二次污染的风险。
相较于异养菌介导的异养反硝化,铁自养菌介导的铁自养反硝化可以利用亚铁作为电子供体还原硝氮,在进行低碳氮比污水中的反硝化脱氮时无需外加碳源,但铁自养反硝化存在处理效率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,以解决现有技术中在处理低碳氮比污水时异养反硝化需要外加碳源,而铁自养反硝化效率较低的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明提供了铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,包括:
选取活性污泥,于第一培养基和第二培养基中分别培养铁自养污泥和异养污泥,培养条件为保持厌氧状态,并连续避光处理;第一培养基中,添加亚铁离子和硝酸盐,以亚铁离子作为电子供体,以硝酸盐为电子受体;第二培养基中,添加有机碳源和硝酸盐,以有机碳源作为电子供体,以硝酸盐为电子受体;
将硫化亚铁矿石颗粒投入反应器中,然后将培养好的铁自养污泥和异养污泥接种于反应器中,再往反应器中注入低碳氮比污水,保持厌氧状态,并连续黑暗处理;低碳氮比污水中:C/N质量比(COD和NO3 --N质量比)为0~1,NO3 --N的浓度为20~80mg/L;连续黑暗处理过程中,水力停留时间为72h以上。
进一步的,活性污泥取自污水处理厂。
进一步的,铁自养污泥和异养污泥在培养过程中至少每两天更换一次各自的培养基。
进一步的,活性污泥于第一培养基和第二培养基中分别培养20~30天后得到铁自养污泥和异养污泥。
进一步的,反应器为厌氧瓶反应器,往反应器中投入硫化亚铁矿石颗粒的量为20g/L以上,硫化亚铁矿石颗粒的粒径为3~8mm。
进一步的,接种于反应器中的铁自养污泥和异养污泥的体积比为0.5~1.5。
进一步的,使第一培养基和第二培养基保持厌氧状态的方法包括:分别往第一培养基和第二培养基中通氩气30min以上,随后密封;
使反应器中保持厌氧状态的方法包括:往反应器中通氩气30min以上,随后密封。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
一、本发明提供的铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,本发明通过铁自养菌和异养菌的协同反硝化作用,获得了高效稳定的硝氮去除效果,在低碳氮比污水中:C/N质量比为0~1,NO3 --N的浓度为20~80mg/L的情况下,在水力停留时间为72h以上时,硝氮去除率达到70%以上,在水力停留时间为144h以上时,硝氮去除率达到95%以上;
二、和单一的异养反硝化相比,本发明可以使低碳氮比污水的反硝化脱氮持续有效进行;
三、本发明利用异养菌的强化作用,硝氮去除效率较单一铁自养反硝化有明显的提高;
四、本发明在进行低碳氮比污水的反硝化脱氮的过程中,无需外加碳源,减少了污水处理的成本,降低了二次污染的风险。
附图说明
图1是本发明实施例提供的铁自养菌和异养菌协同反硝化去除低碳氮比污水中硝酸盐的反应***及原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,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。
实施例1:
本发明实施例提供的铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,包括:
步骤1:选取来自污水处理厂的活性污泥,于第一培养基和第二培养基中分别培养铁自养污泥和异养污泥,第一培养基中,添加6.00g/L的FeSO4·7H2O和0.73g/L的NaNO3;第二培养基中,添加4.53g/L的CH3COONa和0.73g/L的NaNO3,铁自养污泥和异养污泥在培养过程中每两天更换一次各自的培养基,培养条件为分别往第一培养基和第二培养基中通氩气30min,随后密封,保持厌氧状态,并连续避光处理30天;
步骤2:将10g硫化亚铁矿石颗粒投入500mL厌氧瓶反应器中,硫化亚铁矿石颗粒的粒径为3~8mm,然后将培养好的100mL铁自养污泥和100mL异养污泥接种于反应器中,再往反应器中注入低碳氮比污水,低碳氮比污水中:C/N质量比为1,NO3 --N的浓度为40mg/L,往反应器中通氩气30min,随后密封,保持厌氧状态,并连续黑暗处理,水力停留时间为72h以上。
实施例2:
实施例2与实施例1的内容基本一致,不同的是:步骤2中,低碳氮比污水中,NO3 --N的浓度为20mg/L。
实施例3:
实施例3与实施例1的内容基本一致,不同的是:步骤2中,低碳氮比污水中,NO3 --N的浓度为80mg/L。
实施例4:
实施例4与实施例1的内容基本一致,不同的是:步骤2中,低碳氮比污水中,C/N质量比为0。
实施例5:
实施例5与实施例1的内容基本一致,不同的是:步骤2中,低碳氮比污水中,C/N质量比为0.5。
对比例1:
对比例1与实施例1的内容基本一致,不同的是:步骤2中,500mL厌氧瓶反应器中未投入硫化亚铁矿石颗粒,且仅将培养好的100mL异养污泥接种于反应器中。
对比例2:
对比例2与实施例1的内容基本一致,不同的是:步骤2中,仅将培养好的100mL铁自养污泥接种于反应器中。
表1为实施例1至5和对比例1至2中硝氮去除率随时间的变化。
表1硝氮去除率随时间的变化
由表1中可以看出,在处理低碳氮比污水时,在污水中C/N质量比为1、NO3 --N的浓度为40mg/L的情况下,实施例1的铁自养菌和异养菌协同反硝化仅需48h的水力停留时间就能使硝氮去除率达到98.2%;而对比例1的单一异养菌参与的异养反硝化在相同的时间内硝氮去除率仅有32.9%,并且因缺乏有机碳源,反硝化脱氢无法持续进行,在144h的水力停留时间内硝氮去除率仅有34.0%;对比例2的单一铁自养菌参与的铁自养反硝化在48h内硝氮去除率为45.5%,在同一进水条件下,要达到与实施例1的铁自养菌和异养菌协同反硝化相同的硝氮去除率需要其三倍以上的水力停留时间。当低碳氮比污水中,C/N质量比在0~1、NO3 --N的浓度在20~80mg/L波动时,实施例1至5的铁自养菌和异养菌协同反硝化的硝氮去除率会随着进水条件的改变有所升高或降低,但在72h的水力停留时间内硝氮去除率均在70%以上,在144h的水力停留时间内硝氮去除率均在95%以上。综上所述,本发明铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法可以在无需外加碳源的条件下使反硝化脱氮持续进行,与单一自养反硝化和单一异养反硝化相比,能显著增强硝氮的去除效果。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,其特征在于,包括:
选取活性污泥,于第一培养基和第二培养基中分别培养铁自养污泥和异养污泥,培养条件为保持厌氧状态,并连续避光处理;所述第一培养基中,添加亚铁离子和硝酸盐;所述第二培养基中,添加有机碳源和硝酸盐;
将硫化亚铁矿石颗粒投入反应器中,然后将培养好的铁自养污泥和异养污泥接种于反应器中,再往反应器中注入低碳氮比污水,保持厌氧状态,并连续黑暗处理;所述低碳氮比污水中:C/N质量比为0~1,NO3 --N的浓度为20~80mg/L;所述连续黑暗处理过程中,水力停留时间为72h以上。
2.根据权利要求1所述的铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,其特征在于:所述活性污泥取自污水处理厂。
3.根据权利要求1所述的铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,其特征在于:所述铁自养污泥和异养污泥在培养过程中至少每两天更换一次各自的培养基。
4.根据权利要求1所述的铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,其特征在于:所述活性污泥于第一培养基和第二培养基中分别培养20~30天后得到铁自养污泥和异养污泥。
5.根据权利要求1所述的铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,其特征在于:所述反应器为厌氧瓶反应器,往反应器中投入硫化亚铁矿石颗粒的量为20g/L以上,所述硫化亚铁矿石颗粒的粒径为3~8mm。
6.根据权利要求1所述的铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,其特征在于:接种于反应器中的铁自养污泥和异养污泥的体积比为0.5~1.5。
7.根据权利要求1所述的铁自养菌和异养菌协同反硝化去除污水中硝酸盐的方法,其特征在于,使第一培养基和第二培养基保持厌氧状态的方法包括:分别往第一培养基和第二培养基中通氩气30min以上,随后密封;
使反应器中保持厌氧状态的方法包括:往反应器中通氩气30min以上,随后密封。
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