一種提高冬季低溫污水生物反硝化脫氮的方法
【專利摘要】本發明提供一種提高冬季低溫污水生物反硝化脫氮的方法，該方法包括步驟：采用序列間歇式活性污泥法運行方式，將馴化好的活性污泥和硝酸鹽廢水置于四個連續攪拌反應器中進行反應，用冷卻水循環器將所述反應器中的水溫控制在5～15℃溫度狀態下。從四個反應器中取樣測定總氮，我國GB18918-2002要求總氮的最高排放標準為20mg/L，結合測定的結果分析最終排放總氮的量是否達標。本發明的效果是采用該方法能夠在低溫條件下投加介體后顯著提高了生物脫氮，達到了我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》要求總氮的最高排放標準。氧化還原介體的應用克服了在低溫條件生物脫氮速率慢的缺點并為高效降解含氮污染物提供了新的思路。
【專利說明】一種提高冬季低溫污水生物反硝化脫氮的方法
【技術領域】
[0001]本發明適用于低溫狀態下(5-15°C )污水的生物反硝化脫氮過程，特別是一種提高冬季低溫污水生物反硝化脫氮的方法。
【背景技術】
[0002]活性污泥法仍然是污水生物脫氮的主流技術，主要由硝化和反硝化兩個階段完成，參與這一過程的微生物主要是硝化菌和反硝化菌。但是研究發現，對于溫度的降低，反硝化細菌比硝化細菌更加敏感。當出現季節性降溫時，反硝化過程將先于硝化過程受到抑制。而在我國華北、東北、西北地區，一年中的大部分時間處于低溫環境，冰凍期長達3-6個月，污水溫度一般在10°C左右。在活性污泥法處理污水過程中，為保證微生物的正常生長，最佳水溫為20-35°C，水溫15°C即屬于低溫。國內外學者為了解決這個問題重點研究的是影響反硝化脫氮過程的環境因素和運行操作條件，包括溶解氧濃度、碳源種類、硝酸鹽濃度、PH值等，雖在一定程度上能夠改善反硝化脫氮的效果，但是改善的程度終究有限，因為溫度每降低10°C，反硝化速率降低近I個數量級。
[0003]因此，急要尋求高速有效的方法，來改善低溫反硝化脫氮效率低的問題。
【發明內容】
[0004]為解決上述所存在的問題，本發明的目的是提供一種提高冬季低溫污水反硝化脫氮的方法，以利于解決低溫反硝化脫氮效率低的問題。
[0005]本發明所提供的技術方案是一種提高冬季低溫污水生物反硝化脫氮的方法，該方法具體包括以下操作步驟:
[0006]①采用序列間歇式活性污泥法(SBR)運行方式，將馴化好的活性污泥和硝酸鹽廢水置于1#、2#、3#和4#四個連續攪拌反應器(CSTR)中進行反應，用冷卻水循環器將所述反應器中的水溫控制在5?15 °C溫度狀態下。
[0007]②四個反應器中的硝酸鹽廢水為含硝酸鉀和丙酸鈉的人工配制，所述硝酸鉀和丙酸鈉提供微生物代謝所需的氮源和碳源，其中C/N比為1.5?2。
[0008]③四個反應器中硝酸鹽氮的濃度為131mg/L，在溶解氧< 0.2mg/L的缺氧厭氧條件下投加介體，1#為空白，2#投加二磺酸基蒽醌(AQDS)，3#投加I，2-萘醌-4-磺酸(NQS)，4#投加2-羥基-1，4-萘醌(LAW)，使反應器中的介體濃度為100 μ mol/L。
[0009]④定時分別從四個CSTR反應器的上、中、下三個口取樣，混合均勻后測定總氮，總氮米用分光光度法，米用日本島津UV-2550型紫外-可見分光光度計。
[0010]⑤結合測定的總氮的去除率篩選出5?15°C溫度狀態下強化生物反硝化脫氮最強的介體為1，2-萘醌-4-磺酸(NQS)。
[0011]⑥將人工配置的硝酸鹽廢水分別在1#和2#的反應器中進行反應，改變硝酸鹽的濃度，硝酸鹽濃度分別為85mg/L和40mg/L，兩個反應器均投加步驟⑤篩選出的NQS介體，且介體濃度為ΙΟΟμπιοΙ/L，用冷卻水循環器將1#和2#反應器中的水控制在溫度為10°C狀態下。
[0012]⑦定時分別從1#和2#的反應器的上、中、下三個口取樣，混合均勻后測定總氮，我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》要求總氮的最高排放標準為20mg/L，結合測定的結果分析最終排放總氮的量是否達標。
[0013]本發明的有益效果是采用該方法能夠在低溫條件下投加介體后都顯著提高了生物脫氮，溫度為5°C、10°C和15°C時，相對空白1#投加介體后使總氮的去除率分別提高了1.8、2和1.8倍，其中1，2_萘醌-4-磺酸(NQS)提高的最為明顯。在最佳介體1，2_萘醌-4-磺酸(NQS)且溫度為10°C條件下，濃度為85mg/L和40mg/L的硝氮鹽分別降到了18.55mg/L和0.99mg/L,達到了我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》要求總氮的最高排放標準。氧化還原介體的應用克服了在低溫條件生物脫氮速率慢的缺點并為高效降解含氮污染物提供了新的思路。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1-1、1-2、1-3分別為本發明的投加三種介體的結構形式；
[0015]圖2為本發明的溫度為5°C時總氮去除率的效果圖；
[0016]圖3為本發明的溫度為10°C時總氮去除率的效果圖；
[0017]圖4為本發明的溫度為15°C時總氮去除率的效果圖；
[0018]圖5為本發明的在最佳介體條件下總氮的去除率的效果圖。
【具體實施方式】
[0019]結合附圖對本發明的一種提高冬季低溫污水反硝化脫氮的方法加以說明。
[0020]本發明的一種提高冬季低溫污水生物反硝化脫氮的方法的具體包括以下操作步驟:
[0021]①采用序列間歇式活性污泥法(SBR)運行方式，將馴化好的活性污泥和硝酸鹽廢水置于1#、2#、3#和4#四個連續攪拌反應器(CSTR)中進行反應，用冷卻水循環器將所述反應器中的水溫控制在5?15 °C溫度狀態下。
[0022]②四個反應器中的硝酸鹽廢水為含硝酸鉀和丙酸鈉的人工配制，所述硝酸鉀和丙酸鈉提供微生物代謝所需的氮源和碳源，其中C/N比為1.5?2。
[0023]③四個反應器中硝酸鹽氮的濃度為131mg/L，在溶解氧< 0.2mg/L的缺氧厭氧條件下投加介體，1#為空白，2#投加二磺酸基蒽醌(AQDS)，3#投加I，2-萘醌-4-磺酸(NQS)，4#投加2-羥基-1，4-萘醌(LAW)，使反應器中的介體濃度為100 μ mol/L。三介體的結構形式如圖1-1、1-2、1-3所不。
[0024]④定時分別從四個CSTR反應器的上、中、下三個口取樣，混合均勻后測定總氮，總氮米用分光光度法，米用日本島津UV-2550型紫外-可見分光光度計。
[0025]⑤結合測定的總氮的去除率篩選出5?15°C溫度狀態下強化生物反硝化脫氮最強的介體為1，2-萘醌-4-磺酸(NQS)。
[0026]⑥將人工配置的硝酸鹽廢水分別在1#和2#的反應器中進行反應，改變硝酸鹽的濃度，硝酸鹽濃度分別為85mg/L和40mg/L，兩個反應器均投加步驟⑤篩選出的NQS介體，且介體濃度為ΙΟΟμπιοΙ/L，用冷卻水循環器將1#和2#反應器中的水控制在溫度為10°C狀態下。
[0027]⑦定時分別從1#和2#的反應器的上、中、下三個口取樣，混合均勻后測定總氮，我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》要求總氮的最高排放標準為20mg/L，結合測定的結果分析最終排放總氮的量是否達標。
[0028]實施例
[0029]厭氧缺氧反硝化污泥顆粒取自某污水處理廠(采用多點進水A/0工藝)回流污泥泵房的剩余污泥，經過3個月的定向馴化而來。將馴化好的活性污泥和硝酸鹽廢水置于1#、2#、3#和4#四個連續攪拌反應器(CSTR)中進行反應，用冷卻水循環器將所述反應器中的水溫控制在5?15°C溫度狀態下。采用SBR工藝，一天2個周期。每個周期的設定時間:進水15min—反應7h—沉淀4.5h一排水15min—待機Ih。攪拌速度控制在70?90r/min,使反應器內處于厭氧缺氧狀態。進水的PH用30% HCl和20% NaOH調到7，但是不控制反應器中的PH。
[0030]四個反應器中的硝酸鹽廢水為含硝酸鉀和丙酸鈉人工配制，硝酸鉀和丙酸鈉提供微生物代謝所需的氮源和碳源，其中C/N比為1.5?2。硝酸鹽廢水
[0031]的其他成分(mg/L):KH2P04222.22mg/L, MgS04166.67mg/L, CaCl2.5H2069.44mg/L，FeS044.17mg/L,微量元素(lmL/L)。微量元素的組成(mg/L) =CoCl2.6H20240mg/L,EDTA1500mg/L, ZnS04430mg/L,
[0032]MnS04990mg/L, Na2MoO4.2H30220mg/L, CuSO4.5H20250mg/L。
[0033]四個反應器中硝酸鹽氮的濃度為131mg/L，在溶解氧< 0.2mg/L缺氧厭氧條件下投加介體，1#為空白，2#投加二磺酸基蒽醌(AQDS)，3#投加I，2-萘醌-4-磺酸(NQS)，4#投加2-羥基-1,4-萘醌(LAW)，它們的結構式如圖1所示，反應器中的介體濃度為ΙΟΟμπιοΙ/L.所有實驗都是一式三份。定時從反應器的上、中、下三個口取樣，混合均勻后測定總氮，直至反應周期結束。總氮采用分光光度法，采用日本島津UV-2550型紫外-可見分光光度計。結合測定的總氮的去除率篩選出5?15°C溫度狀態下強化生物反硝化脫氮最強的介體。
[0034]將人工配置的硝酸鹽廢水分別在1#和2#的反應器中進行反應，但改變硝酸鹽的濃度，硝酸鹽濃度分別為85mg/L和40mg/L,為我國典型的生活污水水質中總氮的最高濃度和中常濃度。兩個反應器都投加強化生物反硝化脫氮最強的介體NQS，且介體濃度為lOOymol/Lo用冷卻水循環器將1#和2#反應器中的水控制在溫度為10°C狀態下。定時分別從反應器的上、中、下三個口取樣，混合均勻后測定總氮。
[0035]結果如下:
[0036]I)溫度為5°C，實驗結果如圖2所示，4個反應器中對總氮的去除率分別達到了3.2%、5.9%、5.9%和5.5%，相對空白1#投加介體后使總氮的去除率提高了 1.8倍左右。盡管不同的介體提高的程度不一樣，但是投加介體后都能顯著地提高反硝化效率。
[0037]2)溫度為10°C，實驗結果如圖3所示。4個反應器中對總氮的去除率分別達到了5.8%、8.和10.9%，相對空白的1#投加介體后使總氮的去除率分別提高了 1.5倍和兩倍。
[0038]3)溫度為15°C，實驗結果如圖4所示。4個反應器中對總氮的去除率分別達到了10.7%、13.5%、18.3%和18.7%，空白的1#投加介體后使總氮的去除率提高了 1.8倍左右。
[0039]4)這三種溫度下投加介體的都顯著提高生物脫氮，其中NQS提高的最為明顯，其次是LAW，最后是AQDS。
[0040]5)溫度為10°C且投加最佳介體NQS時，實驗結果如圖5所示。總氮的去除率分別達到了 65.8%和99.4%，最終總氮分別降到了 18.55mg/L和0.99mg/L，達到了我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》要求總氮的最高排放標準。
[0041]6)氧化還原介體的應用克服了在低溫條件生物脫氮速率慢的缺點并為高效降解含氮污染物提供了新的思路。
【權利要求】
1.一種提高冬季低溫污水生物反硝化脫氮的方法，該方法具體包括以下操作步驟: ①采用序列間歇式活性污泥法(SBR)運行方式，將馴化好的活性污泥和硝酸鹽廢水置于1#、2#、3#和4#四個連續攪拌反應器(CSTR)中進行反應，用冷卻水循環器將所述反應器中的水溫控制在5?15°C溫度狀態下； ②四個反應器中的硝酸鹽廢水為含硝酸鉀和丙酸鈉的人工配制，所述硝酸鉀和丙酸鈉提供微生物代謝所需的氮源和碳源，其中C/N比為1.5?2 ; ③四個反應器中硝酸鹽氮的濃度為131mg/L，在溶解氧<0.2mg/L的缺氧厭氧條件下投加介體，1#為空白，2#投加二磺酸基蒽醌(AQDS)，3#投加I，2-萘醌-4-磺酸(NQS)，4#投加2-羥基-1，4-萘醌(LAW)，使反應器中的介體濃度為100 μ mol/L ； ④定時分別從四個CSTR反應器的上、中、下三個口取樣，混合均勻后測定總氮，總氮采用分光光度法，采用日本島津UV-2550型紫外-可見分光光度計； ⑤結合測定的總氮的去除率篩選出5?15°C溫度狀態下強化生物反硝化脫氮最強的介體為1,2-萘醌-4-磺酸(NQS)； ⑥將人工配置的硝酸鹽廢水分別在1#和2#的反應器中進行反應，改變硝酸鹽的濃度，硝酸鹽濃度分別為85mg/L和40mg/L，兩個反應器均投加步驟⑤篩選出的NQS介體，且介體濃度為lOOymol/L，用冷卻水循環器將1#和2#反應器中的水控制在溫度為10°C狀態下； ⑦定時分別從1#和2#的反應器的上、中、下三個口取樣，混合均勻后測定總氮，我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準》要求總氮的最高排放標準為20mg/L，結合測定的結果分析最終排放總氮的量是否達標。
【文檔編號】C02F101/16GK104478084SQ201410740666
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】苑宏英, 員建, 王小佩, 孫錦繡, 張志超 申請人:天津城建大學