申请日2012.08.08
公开(公告)日2012.11.07
IPC分类号C02F3/10; C02F3/34; C02F1/48
摘要
本发明提供了一种用于污水处理的填料及其制备方法、以及使用该填料进行污水处理的方法。所述填料以导电、多孔的材料为载体，厌氧消化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌附着成膜于载体表面，其中，氧化还原电势低的厌氧消化菌组成生物阳极，氧化还原电势高的反硝化菌和厌氧氨氧化菌组成生物阴极，构成生物电极对。本发明的填料耦合了厌氧消化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌的呼吸代谢作用，通过使用具有多孔和导电能力的载体促进电子和质子传递，可实现污水中有机污染物和含氮污染物的同步、高效去除。
权利要求书
1.一种用于污水处理的填料，其特征在于，所述填料以导电、多孔的材料 为载体，厌氧消化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌附着成膜于载体表面，其中， 氧化还原电势低的厌氧消化菌组成生物阳极，氧化还原电势高的反硝化菌和厌 氧氨氧化菌组成生物阴极，构成生物电极对。
2.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，所述载体为活性炭。
3.一种权利要求1或2所述填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)浸泡、清洗载体：用去离子水浸泡、清洗载体，调节溶液的pH，直到 浸泡后的水溶液pH为中性;
(2)驯化、培养微生物：取污水处理厂厌氧消化池的污泥接种到厌氧消化 菌的培养基中，取污水处理厂反硝化池的污泥接种到反硝化菌和厌氧氨氧化菌 的培养基中，控制各培养液的pH在6.5~7.5之间，当培养液中悬浮微生物的浓度 达到3000～4000mg/L且有机污染物、硝态氮和氨态氮去除率保持稳定时，即得 到驯化、培养好的去除还原性有机污染物的厌氧消化菌和去除含氮污染物的反 硝化菌和厌氧氨氧化菌，
厌氧消化菌的培养基组成：(NH4)2SO4 30mg/L、KH2PO4 30mg/L、KHCO3500mg/L、MgSO4 200mg/L、FeCl3 100mg/L、CaCl2 30mg/L、C6H12O6 500mg/L 、NaNO3 40mg/L，
反硝化菌和厌氧氨氧化菌的培养基组成：(NH4)2SO4 60mg/L、KH2PO430mg/L、KHCO3 500mg/L、MgSO4 200mg/L、FeCl3 100mg/L、CaCl2 30mg/L、 C6H12O6 200mg/L、NaNO3 200mg/L，
并在每升上述两个培养基中分别添加微量元素液1~2ml，微量元素液组成： EDTA 50.0g/L、ZnSO42.2g/L、CaCl25.5g/L、MnCl2·4H2O 5.06g/L、FeSO4·7H2O 5.0g/L、(NH4)6Mo7O2·4H2O 1.1g/L、CuSO4·5H2O 1.57g/L、CoCl2·6H2O 1.61g/L;
(3)接种微生物到装有载体的反应器中，使微生物在载体表面附着成膜： 将驯化、培养好的含有厌氧消化菌的悬浮液和含有反硝化菌和厌氧氨氧化菌的 悬浮液接种到装有载体的反应器中，使微生物与载体充分接触，然后通入培养 基使接种的微生物在载体表面生长、附着成膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)是在塔式反 应器中进行的，微生物悬浮液和培养基的通入方式为从塔式反应器下部流入并 从上部流出。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，含有厌 氧消化菌的悬浮液与含有反硝化菌和厌氧氨氧化菌的悬浮液的体积比为1:1。
6.根据权利要求3-5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3) 中，所述培养基为待处理的污水。
7.一种使用权利要求1或2所述填料的污水处理方法，其特征在于，在填 充有权利要求1或2所述填料的反应器中通入待处理的污水，使污水在填料颗 粒间流动，进行污水处理。
8.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于，所述反应器为塔式 反应器，污水的通入方式为从塔式反应器下部流入、处理完后从上部流出。
说明书
用于污水处理的填料及其制备方法、以及污水处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于污水处理的填料及其制备方法、以及使用该填料进行 污水处理的方法，属于环境工程领域。
背景技术
目前，城市污水处理厂数量不断增加，污水处理率也不断提高，但水体富 营养化问题并没有得到很好的解决，这主要是由于现有的生物脱氮技术总氮的 去除率较低，相当一部分的氨态氮(NH4+-N)只是转化成硝态氮(NO3--N)， 而并没有从根本上去除造成的。由于富营养化问题，近年来我国太湖、滇池每 年均出现了蓝藻大规模爆发的现象。随着水体富营养化问题的日益严重，污水 处理厂污水的排放标准将逐渐提高，而现有的生物脱氮技术处理效果差、运行 成本高，很难实现含氮污染物的达标排放。
此外，城市生活污水或工业废水中同时含有大量的有机污染物(其含量一 般以化学需氧量COD表示)和含氮污染物。现有的处理工艺一般把有机污染物 的去除和含氮污染物的去除分开进行，采用不同的处理单元和处理工艺，如普 遍采用活性污泥法或生物膜法来去除有机污染物，采用A/O、A2/O或氧化沟工艺 来去除含氮污染物，这使得处理工艺复杂、处理成本较高、处理效率却较低。
为了有效耦合有机污染物和含氮污染物的去除，实现污水低成本和高效的 处理，有研究人员采用了同时厌氧消化和反硝化工艺，该工艺不仅在同一反应 器中实现了有机污染物和含氮污染物的同时去除，而且还能产生可再利用的生 物能源气体甲烷。但由于NOx--N的存在会导致氧化还原电位的升高，这会抑制 厌氧消化菌的生长和代谢活性，从而降低了有机污染物的去除效率。为了有效 减小或降低NOx--N对厌氧消化菌的抑制作用，有人采用了同时培养厌氧消化菌 和反硝化菌的颗粒污泥(环境工程领域常把微生物或菌的聚集体称为污泥)或 生物膜，反硝化菌富集在颗粒污泥或生物膜的外层，厌氧消化菌富集在颗粒污 泥或生物膜的内层来解决厌氧消化菌和反硝化菌共存的问题。但在实际运用中 如何有效实现反硝化菌和厌氧消化菌的分层富集是难于解决的问题，且该工艺 只是对NO3--N有较高的去除效果，而不能处理同时含有高浓度NH4+-N的污水， 因此该方法对污水的处理效率还有待于进一步的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、高效去除污水中还原性有机污染物和 含氮污染物的填料、该填料的制备方法以及使用该填料进行污水处理的方法。
本发明的填料具有如下技术特征：以导电、多孔的材料为载体，厌氧消化 菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌附着成膜于载体表面，其中，氧化还原电势低的 厌氧消化菌组成生物阳极，氧化还原电势高的反硝化菌和厌氧氨氧化菌组成生 物阴极，构成生物电极对。作为所述载体，可选具有导电能力和多孔的材料， 如活性炭颗粒。
本发明的填料的制备方法包括如下步骤：
(1)浸泡、清洗载体：用去离子水浸泡、清洗载体，调节溶液的pH，直到 浸泡后的水溶液pH为中性;
(2)驯化、培养微生物：取污水处理厂厌氧消化池的污泥接种到厌氧消化 菌的培养基中，取污水处理厂反硝化池的污泥接种到反硝化菌和厌氧氨氧化菌 的培养基中，控制各培养液的pH在6.5~7.5之间，当培养液中悬浮微生物的浓度 达到3000～4000mg/L且COD、NO3--N和NH4+-N去除率保持稳定时，即得到驯化 、培养好的去除还原性有机污染物的厌氧消化菌和去除含氮污染物的反硝化菌 和厌氧氨氧化菌，
厌氧消化菌的培养基组成：(NH4)2SO4 30mg/L、KH2PO4 30mg/L、KHCO3500mg/L、MgSO4 200mg/L、FeCl3 100mg/L、CaCl2 30mg/L、C6H12O6 500mg/L 、NaNO3 40mg/L，
反硝化菌和厌氧氨氧化菌的培养基组成：(NH4)2SO4 60mg/L、KH2PO430mg/L、KHCO3 500mg/L、MgSO4 200mg/L、FeCl3 100mg/L、CaCl2 30mg/L、 C6H12O6 200mg/L、NaNO3 200mg/L，
并在上述两个培养基中每升分别添加微量元素液1～2ml，微量元素液组成 ：EDTA 50.0g/L、ZnSO42.2g/L、CaCl25.5g/L、MnCl2·4H2O 5.06g/L、FeSO4·7H2O 5.0g/L、(NH4)6Mo7O2·4H2O 1.1g/L、CuSO4·5H2O 1.57g/L、CoCl2·6H2O 1.61g/L;
(3)接种微生物到装有载体的反应器中，使微生物在载体表面附着成膜： 将驯化、培养好的含有厌氧消化菌的悬浮液和含有反硝化菌、厌氧氨氧化菌的 悬浮液接种到装有载体的反应器中，使微生物与载体充分接触，然后通入培养 基使微生物在载体表面生长、附着成膜。
上述步骤(3)优选在塔式反应器中进行，微生物悬浮液和培养基的通入方 式优选为从塔式反应器下部流入并从上部流出。含有厌氧消化菌的悬浮液与含 有反硝化菌和厌氧氨氧化菌的悬浮液的体积比优选为1:1。此外，所述培养基优 选使用待处理的污水。
本发明的污水处理方法具有如下技术特征：在装填有上述填料的反应器中 通入待处理的污水，使污水在填料颗粒间流动，进行污水处理。其中，所述反 应器优选为塔式反应器，污水的通入方式优选为从塔式反应器下部流入、处理 完后从上部流出。
本发明的填料以导电和多孔材料为填料载体，利用厌氧消化菌在其表面附 着成膜构成生物阳极，反硝化菌和厌氧氨氧化菌在其表面附着成膜构成生物阴 极，耦合了厌氧消化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌的呼吸代谢作用(阳极氧化 和阴极还原作用)，厌氧消化菌去除有机污染物产生的电子通过载体传递给反 硝化菌和厌氧氨氧化菌，可实现污水中有机污染物和含氮污染物的同步、高效 去除。本发明的污水处理方法是一种低成本、高效率的污水处理方法。