公布日：2023.06.23
申請(qǐng)日：2023.03.22
分類號(hào)：C02F3/28(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，它涉及污水深度協(xié)同脫氮的方法。它是要解決現(xiàn)有的城鎮(zhèn)污水深度脫氮需外加碳源、運(yùn)行成本高、產(chǎn)生二次污染，COD、總氮去除效果差的技術(shù)問(wèn)題。本方法：一、配備改良反硝化濾池深度協(xié)同脫氮處理系統(tǒng)：二、啟動(dòng)：在系統(tǒng)中接種錳氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌和厭氧氨氧化菌；三、穩(wěn)定處理階段。本方法不需要外加碳源、減少了碳源需求量，本發(fā)明的方法對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水中COD、氨氮、總氮的去除率分別達(dá)到72.40％、90.59％、93.38％。可用于城鎮(zhèn)污水深度脫氮處理領(lǐng)。
權(quán)利要求書
1.一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行：一、配備改良反硝化濾池深度協(xié)同脫氮處理系統(tǒng)：該改良反硝化濾池深度協(xié)同脫氮處理系統(tǒng)包括進(jìn)水水箱(1)、蠕動(dòng)泵(2)、進(jìn)水閥門(3)、改良反硝化濾柱(4)、反沖洗閥門(5)；在改良反硝化濾柱(4)的殼體(4-1)內(nèi)的下部設(shè)置承托層(4-2)，在承托層(4-2)之上設(shè)置填料層(4-3)，在殼體(4-1)的底部設(shè)置進(jìn)水口(4-4)，殼體(4-1)的側(cè)壁上部設(shè)置出水口(4-5)；其中承托層(4-2)是由石英砂構(gòu)成的；填料層(4-3)也由石英砂構(gòu)成；進(jìn)水水箱(1)經(jīng)蠕動(dòng)泵(2)和進(jìn)水閥門(3)，與改良反硝化濾柱(4)的進(jìn)水口(4-4)連接；反沖洗閥門(5)也與改良反硝化濾柱(4)的進(jìn)水口(4-4)連接；該系統(tǒng)的進(jìn)水方式為上向流；二、啟動(dòng)：將城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水輸入至進(jìn)水水箱(1)中，同時(shí)向進(jìn)水水箱(1)中投加硫酸錳，使水中的硫酸錳濃度為0.4～0.6mg/L；進(jìn)水中溶解氧濃度為0.5～0.7mg/L；將進(jìn)水水箱(1)中的水通過(guò)蠕動(dòng)泵(2)和進(jìn)水閥門(3)輸送入至改良反硝化濾柱(4)中，同時(shí)向改良反硝化濾柱(4)中接種錳氧化菌和反硝化菌，每隔3天接種一次，共接種5次；錳氧化菌、反硝化菌接種完成后，再接種水解酸化菌、厭氧氨氧化菌；其中水解酸化菌是每隔4天接種一次，共接種6次；厭氧氨氧化菌按每隔5天接種一次，接種2次，當(dāng)出水氨氮穩(wěn)定后，采用向進(jìn)水水箱(1)中投加氯化銨的方式逐步階梯式提高進(jìn)水中氨氮濃度至7mg/L，在每個(gè)氨氮濃度條件下，按每隔5天接種一次厭氧氨氧化菌的頻率接種2次并運(yùn)行至出水氨氮穩(wěn)定，完成啟動(dòng)；三、穩(wěn)定處理階段：將待深度處理的城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水加入到進(jìn)水水箱(1)中，進(jìn)水水箱(1)中的水經(jīng)蠕動(dòng)泵(2)與進(jìn)水閥門(3)輸入到改良反硝化濾柱(4)中，改良反硝化濾柱(4)的水力停留時(shí)間為6～8小時(shí)，出水由出水口(4-5)流出；每運(yùn)行9～11天進(jìn)行反沖洗，反沖洗時(shí)間為3～5分鐘，反沖洗強(qiáng)度為10～12L/(s·m2)，完成城鎮(zhèn)污水的深度協(xié)同脫氮處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，其特征在于承托層(4-2)的石英砂的厚度9～12cm、粒徑1～2cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，其特征在于填料層(4-3)的石英砂的厚度65～75cm，粒徑2～4mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，其特征在于，步驟二中接種錳氧化菌、反硝化菌時(shí)，每次接種混合菌液500mL，混合菌液中錳氧化菌的菌濃度為1g/L～3g/L，反硝化菌的菌濃度為3g/L～5g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，其特征在于，步驟二中接種水解酸化菌時(shí)，每次接種水解酸化菌液400mL，菌液中水解酸化菌的濃度為5g/L～8g/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，其特征在于，步驟二中接種厭氧氨氧化菌時(shí)，每次接種厭氧氨氧化菌液300mL，菌液中厭氧氨氧化菌濃度為4g/L～6g/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，其特征在于，步驟二中所述的逐步階梯提高進(jìn)水中氨氮濃度至7mg/L的具體方式是：先將進(jìn)水中氨氮濃度提高至3mg/L進(jìn)行接種、運(yùn)行至穩(wěn)定，再依次提高至4mg/L、5mg/L、7mg/L進(jìn)行接種、運(yùn)行至出水氨氮穩(wěn)定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，其特征在于，步驟二中所述的出水氨氮穩(wěn)定是指出水中氨氮濃度在連續(xù)10～12天內(nèi)氨氮平均濃度波動(dòng)不超過(guò)10％。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的城鎮(zhèn)污水深度脫氮需外加碳源、運(yùn)行成本高、產(chǎn)生二次污染，COD、總氮去除效果差的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法。
本發(fā)明的基于改良反硝化濾池的城鎮(zhèn)污水深度協(xié)同脫氮的方法，按以下步驟進(jìn)行：
一、配備改良反硝化濾池深度協(xié)同脫氮處理系統(tǒng)：該改良反硝化濾池深度協(xié)同脫氮處理系統(tǒng)包括進(jìn)水水箱1、蠕動(dòng)泵2、進(jìn)水閥門3、改良反硝化濾柱4、反沖洗閥門5；
在改良反硝化濾柱4的殼體4-1內(nèi)的下部設(shè)置承托層4-2，在承托層4-2之上設(shè)置填料層4-3，在殼體4-1的底部設(shè)置進(jìn)水口4-4，殼體4-1的側(cè)壁上部設(shè)置出水口4-5；其中承托層4-2是由石英砂構(gòu)成的；填料層4-3也由石英砂構(gòu)成；
進(jìn)水水箱1經(jīng)蠕動(dòng)泵2和進(jìn)水閥門3，與改良反硝化濾柱4的進(jìn)水口4-4連接；反沖洗閥門5也與改良反硝化濾柱4的進(jìn)水口4-4連接；該系統(tǒng)的進(jìn)水方式為上向流；
二、啟動(dòng)：將城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水輸入至進(jìn)水水箱1中，同時(shí)向進(jìn)水水箱1中投加硫酸錳，使水中的硫酸錳濃度為0.4～0.6mg/L；進(jìn)水中溶解氧濃度為0.5～0.7mg/L；將進(jìn)水水箱1中的水通過(guò)蠕動(dòng)泵2和進(jìn)水閥門3輸送入至改良反硝化濾柱4中，同時(shí)向改良反硝化濾柱4中接種錳氧化菌和反硝化菌，每隔3天接種一次，共接種5次；錳氧化菌、反硝化菌接種完成后，再接種水解酸化菌、厭氧氨氧化菌；其中水解酸化菌是每隔4天接種一次，共接種6次；厭氧氨氧化菌按每隔5天接種一次，接種2次，當(dāng)出水氨氮穩(wěn)定后，采用向進(jìn)水水箱1中投加氯化銨的方式逐步階梯式提高進(jìn)水中氨氮濃度至7mg/L，在每個(gè)氨氮濃度條件下，按每隔5天接種一次厭氧氨氧化菌的頻率接種2次并運(yùn)行至出水氨氮穩(wěn)定，完成啟動(dòng)；
三、穩(wěn)定處理階段：將待深度處理的城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水加入到進(jìn)水水箱1中，進(jìn)水水箱1中的水經(jīng)蠕動(dòng)泵2與進(jìn)水閥門3輸入到改良反硝化濾柱4中，改良反硝化濾柱4的水力停留時(shí)間為6～8小時(shí)，出水由出水口4-5流出；每運(yùn)行9～11天進(jìn)行反沖洗，反沖洗時(shí)間為3～5分鐘，反沖洗強(qiáng)度為10～12L/(s·m2)，完成城鎮(zhèn)污水的深度協(xié)同脫氮處理。
更進(jìn)一步地，承托層4-2的石英砂的厚度為9～12cm、粒徑1～2cm。
更進(jìn)一步地，填料層4-3的石英砂的厚度65～75cm、粒徑2～4mm。
更進(jìn)一步地，步驟二中接種錳氧化菌、反硝化菌時(shí)，每次接種混合菌液500mL，混合菌液中錳氧化菌的菌濃度為1g/L～3g/L，反硝化菌的菌濃度為3g/L～5g/L。
更進(jìn)一步地，步驟二中接種水解酸化菌時(shí)，每次接種水解酸化菌液400mL，菌液中水解酸化菌的濃度為5g/L～8g/L。
更進(jìn)一步地，步驟二中接種接種厭氧氨氧化菌時(shí)，每次接種厭氧氨氧化菌液300mL，菌液中厭氧氨氧化菌濃度為4g/L～6g/L。
更進(jìn)一步地，逐步階梯提高進(jìn)水中氨氮濃度至7mg/L的方式是，先將進(jìn)水中氨氮濃度提高至2mg/L進(jìn)行接種、運(yùn)行至穩(wěn)定，再依次提高至3mg/L、4mg/L、5mg/L、7mg/L進(jìn)行接種、運(yùn)行至出水氨氮穩(wěn)定。
更進(jìn)一步地，步驟二中所述的出水氨氮穩(wěn)定是指出水中氨氮濃度在連續(xù)10～12天內(nèi)氨氮平均濃度波動(dòng)不超過(guò)10％。
城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水中的有機(jī)物為難降解有機(jī)物，因?yàn)檫@些有機(jī)物在城鎮(zhèn)污水處理廠的二級(jí)生化處理過(guò)程中沒(méi)有被去除。二級(jí)出水中含有一定量的溶解氧，該溶解氧能夠?qū)⑦M(jìn)水中的二價(jià)錳離子氧化至生物錳氧化物。生物錳氧化物氧化二級(jí)出水中的難降解有機(jī)物后，自身被還原至二價(jià)錳離子，該二價(jià)錳離子仍然可以被進(jìn)水中的溶解氧氧化至生物錳氧化物，從而實(shí)現(xiàn)生物錳氧化物對(duì)難降解有機(jī)物的持續(xù)氧化。然而厭氧氨氧化菌需要在嚴(yán)格厭氧條件下以氨氮作為電子供體將亞硝態(tài)氮還原至氮?dú)�。因此，本技術(shù)的難點(diǎn)：1)如何讓需要溶解氧的錳氧化菌和不需要溶解氧的厭氧氨氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌在反硝化濾池中共存，并具有很高的活性；2)需要合理確定進(jìn)水中的溶解氧濃度，當(dāng)進(jìn)水溶解氧濃度高時(shí)，有利于生物錳氧化物對(duì)難降解有機(jī)物的氧化；但是會(huì)抑制厭氧氨氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌的活性，同時(shí)改良反硝化濾池中會(huì)生長(zhǎng)異養(yǎng)菌(好氧菌)，該異養(yǎng)菌利用進(jìn)水中的溶解氧將難降解有機(jī)物的氧化產(chǎn)物氧化至二氧化碳和水，導(dǎo)致反硝化的碳源減少，進(jìn)而影響深度協(xié)同脫氮效果。當(dāng)進(jìn)水溶解氧濃度低時(shí)，有利于厭氧氨氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌活性的提高，有利于減少異養(yǎng)菌對(duì)難降解有機(jī)物氧化產(chǎn)物的消耗，但是不利于二價(jià)錳離子氧化至生物錳氧化物，導(dǎo)致生物錳氧化物氧化難降解有機(jī)物的量減少，即產(chǎn)生的易降解有機(jī)物量減少(反硝化的碳源量減少)，最終影響深度協(xié)同脫氮效果。本技術(shù)通過(guò)特定的接種、培養(yǎng)和馴化方案，使錳氧化菌、厭氧氨氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌在改良反硝化濾池中共存，并保持很高的活性，并通過(guò)設(shè)定合理的進(jìn)水溶解氧濃度，使體系中難降解有機(jī)物的氧化產(chǎn)物為深度協(xié)同脫氮提供了充足的碳源，從而解決了上述的兩個(gè)難題。
本發(fā)明與現(xiàn)有的城鎮(zhèn)污水深度處理方法相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)不需要外加碳源，運(yùn)行成本低：本發(fā)明的碳源來(lái)源包括：a)城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水中的難降解有機(jī)物，在本發(fā)明的改良反硝化濾池深度協(xié)同脫氮處理系統(tǒng)中，通過(guò)接種并長(zhǎng)期馴化反硝化菌，逐步馴化出能夠以二級(jí)出水中的難降解有機(jī)物作為碳源的反硝化菌。b)二級(jí)出水中難降解有機(jī)物的水解產(chǎn)物，在本改良反硝化濾池深度協(xié)同脫氮處理系統(tǒng)中，通過(guò)接種、馴化水解酸化菌，逐步馴化出能夠?qū)⒍?jí)出水中的難降解有機(jī)物水解為小分子有機(jī)物的水解酸化菌。c)二級(jí)出水中難降解有機(jī)物的氧化產(chǎn)物，在本改良反硝化濾池深度協(xié)同脫氮處理系統(tǒng)中原位生成生物錳氧化物，并利用該生物錳氧化物的氧化活性將二級(jí)出水中的難降解有機(jī)物氧化為易降解有機(jī)物。d)微生物死亡后可以為反硝化提供碳源。因此，本發(fā)明不需要外加碳源，運(yùn)行成本低。
2)減少了碳源需求量：在本改良反硝化濾池深度協(xié)同脫氮處理系統(tǒng)中，通過(guò)逐步升高進(jìn)水氨氮濃度、不斷接種厭氧氨氧化菌，實(shí)現(xiàn)了部分反硝化-厭氧氨氧化與反硝化深度協(xié)同脫氮，提高了深度脫氮效果，減少了碳源需求量。理論上，將1mg硝態(tài)氮還原至氮?dú)庑枰?/span>2.86mgCOD，將1mg硝態(tài)氮還原至亞硝態(tài)氮需要1.14mgCOD；然而采用部分反硝化-厭氧氨氧化去除1mg總氮(硝態(tài)氮+氨氮)僅需約0.74mgCOD，本發(fā)明去除1mg總氮實(shí)際消耗COD的量0.99mg，遠(yuǎn)低于理論COD消耗量。
3)COD、氨氮、總氮去除效果好：在不外加碳源的條件下，本發(fā)明的方法可將COD、氨氮、總氮分別為28.39～30.17mg/L、6.98～7.13mg/L、22.07～22.34mg/L的城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水降到了COD為7.41～8.75mg/L、氨氮為0.60～0.71mg/L、總氮1.41～1.54mg/L，COD、氨氮、總氮的去除率分別為69.65％～75.06％、89.83％～91.46％、93.07％～93.59％；COD、氨氮、總氮平均濃度分別為8.12mg/L、0.66mg/L、1.47mg/L，平均去除率分別達(dá)到了72.40％、90.59％、93.38％。出水COD、氨氮、總氮均達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。
4)不會(huì)產(chǎn)生二次污染：本發(fā)明以城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水中的難降解有機(jī)物，二級(jí)出水中難降解有機(jī)物的氧化產(chǎn)物、水解產(chǎn)物，以及死亡的微生物作為碳源，不需要外加碳源，因此不會(huì)產(chǎn)生二次污染。同時(shí)能夠進(jìn)一步降解二級(jí)出水中的有毒有害物質(zhì)，降低其潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
5)不會(huì)產(chǎn)生污泥，降低了污泥處理成本。本改良反硝化濾池中死亡的微生物用作反硝化的碳源，因此不會(huì)產(chǎn)生污泥。
本發(fā)明有效解決了城鎮(zhèn)污水深度脫氮需外加碳源、運(yùn)行成本高、產(chǎn)生二次污染，COD、總氮去除效果差的難題，實(shí)現(xiàn)了COD、總氮的低成本、高效去除，城鎮(zhèn)污水處理廠二級(jí)出水經(jīng)改良反硝化濾池處理后，可以從《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)降到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，有利于推廣應(yīng)用。
（發(fā)明人：程慶鋒;田輝;龔忠有;劉超;陳霖;于勇;李艷林）
