申请日2021.01.13
公开（公告）日2021.09.10
IPC分类号C02F3/28; C02F3/30
摘要
本发明涉及一种基于磁热效应耦合载体的低温低氨氮污水脱氮装置，包括污水处理容器、污水处理容器内的磁热载体，污水处理容器外部的磁场发生装置；所述的磁热载体为负载纳米Fe3O4沸石，在其内部与表面生长有厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌。本发明装置采用一段式Canon工艺，通过外部中高频交变磁场与沸石负载的纳米Fe3O4产生磁热效应可实现精准局部可控升温，沸石选择性吸附氨氮创造局部高氮碳比环境，对低温低氨氮污水脱氮处理问题解决具有针对性优势，高效筛选厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌并保持其竞争优势，低耗高效提升微生物活性，大大降低了处理污水的基建与运行成本。
权利要求书
1.一种基于磁热效应耦合载体的低温低氨氮污水脱氮装置，包括污水处理容器5、污水处理容器内的磁热载体3，污水处理容器5外部的磁场发生装置；在所述污水处理容器5下部设有进水口1与进气孔10，在所述污水处理容器5上部设有出水口6与出气孔7；所述的磁热载体3为负载纳米Fe3O4沸石，在其内部与表面生长有厌氧氨氧化细菌AnAOB和亚硝化细菌AOB。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的磁热载体3粒径为0.2-1mm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述污水处理容器5的下部设有用于支撑所述磁热载体3的带孔承托层2，所述孔径为0.1-0.9mm，所述进水口1和进气孔10均位于所述承托层2的下方。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述的污水处理容器5内壁上设有温度计8、高斯计9。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述温度计8为红油温度计。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁场发生装装置由螺线圈4、调压器11、变频器12串联而成。
7.根据权利要求1或6所述的装置，其特征在于，所述的螺线圈4内部磁场强度与交变频率通过螺线圈4匝数、调压器11和变频器12调节。
8.一种利用权利要求1～7任一项所述的装置进行一种基于磁热效应耦合载体的城市低温、低氨氮污水脱氮方法，其特征在于，包括如下步骤：
将氨氮浓度为45-50 mg/L、化学需氧量COD浓度为40-50 mg/L的污水从下部进水口通入污水控制水力停留时间为0.25-1.25h至出水氨氮≥5mg/L即停止进水，排空污水处理容器，完成初次氨氮吸附；
将含有AnAOB、AOB、硝化菌NOB三种功能菌的污泥从所述污水处理容器的上部加入到填充了磁热载体的反应器中，通过曝气和污水水流促进微生物与磁热载体混合均匀，维持溶解氧DO浓度为0.5-1.0 mg/L，同时打开磁场发生装置，调整到磁热载体温度为30-35℃，pH7.0-7.5，控制水利停留时间为2-5天，完毕后关闭曝气，排空所述污水处理容器内的水；
重复上述过程8-12周期，至功能菌在所述磁热载体上成功挂膜生长且AnAOB和AOB形成竞争优势；
将氨氮浓度为45-50 mg/L，COD浓度为40-50 mg/L的污水从所述污水处理容器下部通入，维持DO浓度为0.5-1.0mg/L ，pH 7.0-7.5，通过磁场发生装置调整磁热载体温度为30-35℃，控制水力停留时间为2-4h，得到处理完成的污水。
说明书
一种基于磁热效应耦合载体的低温低氨氮污水脱氮装置
技术领域
本发明属于污水生物脱氮处理技术领域，特别涉及一种基于磁热效应耦合载体的低温低氨氮污水脱氮装置。
背景技术
我国北方地区春冬污水水温为7-15℃，部分地区最低可达5℃以下。污水处理过程在低温条件下有机物的降解速度减慢，且反应不彻底，温度低于15°C时硝化速度急剧降低，温度低于5℃时硝化反应几乎停止；厌氧氨氧化过程在低温条件下反应速度显著降低；亚硝化细菌AOB与厌氧氨氧化细菌（Anammox）AnAOB在低温情况下竞争力弱， AOB与AnAOB在低温条件下极难富集并维持活性导致相关污水处理工艺无法产生稳定且较好的脱氮效果。
当前应对污水低温、低氨氮问题主要通过提高AOB和AnAOB菌群浓度（如生物膜、颗粒污泥）、增加保温设施、污水加热等措施提升脱氮效果。但高浓度菌群在低温条件下活性依然较低，且在低温条件下AOB和AnAOB菌群与部分好氧异养微生物相比无竞争优势，所以菌群无法长时间维持其高浓度；加热保温等措施导致能耗显著增加。因此，创造微生物温度、营养适宜的微环境是一种低耗高效地解决方式。
发明内容
（一）要解决的技术问题
针对采用Canon工艺处理低温、低氨氮污水过程中存在AOB和AnAOB活性低，菌群不稳定，菌群无竞争优势，工艺维持高浓度菌群困难，加热保温等措施导致能耗显著增加的问题，本发明提供了一种基于磁热效应耦合载体的低温低氨氮污水脱氮装置及脱氮方法。
（二）技术方案
本发明的第一个目的是提供一种基于磁热效应耦合载体的低温低氨氮污水脱氮装置。
一种基于磁热效应耦合载体的低温低氨氮污水脱氮装置，包括污水处理容器、污水处理容器内的磁热载体，污水处理容器外部的磁场发生装置；在所述污水处理容器下部设有进水口与进气孔，在所述污水处理容器上部设有出水口与出气孔；所述的磁热载体为负载纳米Fe3O4沸石，在其内部与表面生长有厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌。
所述的磁热载体粒径为0.2-1mm，其负载的纳米Fe3O4在外部中高频交变磁场的作用下因尼尔驰豫现象产生升温效应，创造局部高温微环境，为功能菌提供适宜温度并形成竞争优势；沸石可高效吸附低浓度氨氮，创造局部高氮碳比环境，为功能菌提供足够的反应基质同时形成竞争优势。
所述厌氧氨氧化细菌在磁热载体内部和表面生长，所述亚硝化细菌附着厌
氧氨氧化细菌生长,二者形成内外结构。
所述污水处理容器的下部设有用于支撑所述磁热载体的带孔承托层，所述孔径为0.1-0.9 mm，所述进水口和进气孔均位于所述承托层的下方。
所述的污水处理容器内壁上设有温度计、高斯计，温度计可监测液体温度与磁热载体的表观温度，高斯计可监测交变磁场场强大小，以便对磁热载体温度进行调节。
所述温度计为红油温度计，避免温度传感器为金属导体的设备在磁场中产生涡流或磁热效应影响设备正常使用。
所述磁场发生装装置由螺线圈、调压器、变频器串联而成，变频器用于调节磁场交变频率，调压器用于调节所述螺线圈电流大小从而调节磁场强度大小。
所述磁热载体温度由磁场交变频率与磁场强度大小共同调节。
本发明的另一目的是利用本发明所述的基于磁热效应耦合载体的低温低氨氮污水脱氮装置，提供一种低温、氨氮污水脱氮的方法，包括如下步骤：
1）将氨氮浓度为45-50 mg/L、化学需氧量COD浓度为40-50 mg/L的污水从下部进水口通入污水控制水力停留时间为0.25-1.25h至出水氨氮≥5mg/L即停止进水，排空污水处理容器，完成初次氨氮吸附；
2）将含有AnAOB、AOB、硝化菌NOB三种功能菌的污泥从所述污水处理容器的上部加入到填充了磁热载体的反应器中，通过曝气和污水水流促进微生物与磁热载体混合均匀，维持溶解氧DO浓度为0.5-1.0 mg/L，同时打开磁场发生装置，调整到磁热载体温度为30-35℃，pH 7.0-7.5，控制水利停留时间为2-5天，完毕后关闭曝气，排空所述污水处理容器内的水；
3）重复上述过程8-12周期，至功能菌在所述磁热载体上成功挂膜生长且AnAOB和AOB形成竞争优势；
4)将氨氮浓度为45-50 mg/L，COD浓度为40-50 mg/L的污水从所述污水处理容器下部通入，维持DO浓度为0.5-1.0mg/L ，pH 7.0-7.5，通过磁场发生装置调整磁热载体温度为30-35℃，控制水力停留时间为2-4h，得到处理完成的污水。
（三）本发明具有以下有益效果：
本发明所述的磁热效应耦合载体的低温低氨氮污水脱氮装置，所述磁热载体负载的纳米Fe3O4在外部中高频交变磁场的作用下因尼尔驰豫现象产生升温效应，创造局部高温微环境，为最佳生长环境温度为30-35℃的AnAOB创造适宜的温度微环境，提升微生物活性并形成竞争优势；另一方面由于在30-35℃温度环境下有利于AOB在与 NOB 的竞争中胜出，提高了亚硝氮积累率，为AnAOB的生长提供了足够的反应基质，促进了AnAOB的生长。
沸石高效选择性吸附低浓度氨氮，在磁热载体内部与表面形成高氨氮环境，抑制NOB生长活性，有利于AOB在与 NOB 的竞争中胜出，同时高氨氮环境为AnAOB的生长提供了足够的反应基质，促进了AnAOB的生长。
局部高温高氨氮的微环境加快了AnAOB与AOB的筛选富集过程。
局部高温高氨氮的微环境维持了AOB与AnAOB的竞争优势，使得后续复合填料内部AOB的优势性稳定，而AnAOB由于填料内部的厌氧环境与温度选择也形成稳定优势，低耗高效的提升了Canon工艺的脱氮能力。
本发明极大降低了低温低氨氮污水处理的运行成本与基础建设，低耗高效的提升了Canon工艺的脱氮能力。
（发明人：金正宇;邢玉坤;陈舒婷;吴咏敬;宋雪宁）