公布日：2023.06.23
申请日：2023.03.22
分类号：C02F3/28(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，它涉及污水深度协同脱氮的方法。它是要解决现有的城镇污水深度脱氮需外加碳源、运行成本高、产生二次污染，COD、总氮去除效果差的技术问题。本方法：一、配备改良反硝化滤池深度协同脱氮处理系统：二、启动：在系统中接种锰氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌和厌氧氨氧化菌；三、稳定处理阶段。本方法不需要外加碳源、减少了碳源需求量，本发明的方法对城镇污水处理厂二级出水中COD、氨氮、总氮的去除率分别达到72.40％、90.59％、93.38％。可用于城镇污水深度脱氮处理领。
权利要求书
1.一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、配备改良反硝化滤池深度协同脱氮处理系统：该改良反硝化滤池深度协同脱氮处理系统包括进水水箱(1)、蠕动泵(2)、进水阀门(3)、改良反硝化滤柱(4)、反冲洗阀门(5)；在改良反硝化滤柱(4)的壳体(4-1)内的下部设置承托层(4-2)，在承托层(4-2)之上设置填料层(4-3)，在壳体(4-1)的底部设置进水口(4-4)，壳体(4-1)的侧壁上部设置出水口(4-5)；其中承托层(4-2)是由石英砂构成的；填料层(4-3)也由石英砂构成；进水水箱(1)经蠕动泵(2)和进水阀门(3)，与改良反硝化滤柱(4)的进水口(4-4)连接；反冲洗阀门(5)也与改良反硝化滤柱(4)的进水口(4-4)连接；该系统的进水方式为上向流；二、启动：将城镇污水处理厂二级出水输入至进水水箱(1)中，同时向进水水箱(1)中投加硫酸锰，使水中的硫酸锰浓度为0.4～0.6mg/L；进水中溶解氧浓度为0.5～0.7mg/L；将进水水箱(1)中的水通过蠕动泵(2)和进水阀门(3)输送入至改良反硝化滤柱(4)中，同时向改良反硝化滤柱(4)中接种锰氧化菌和反硝化菌，每隔3天接种一次，共接种5次；锰氧化菌、反硝化菌接种完成后，再接种水解酸化菌、厌氧氨氧化菌；其中水解酸化菌是每隔4天接种一次，共接种6次；厌氧氨氧化菌按每隔5天接种一次，接种2次，当出水氨氮稳定后，采用向进水水箱(1)中投加氯化铵的方式逐步阶梯式提高进水中氨氮浓度至7mg/L，在每个氨氮浓度条件下，按每隔5天接种一次厌氧氨氧化菌的频率接种2次并运行至出水氨氮稳定，完成启动；三、稳定处理阶段：将待深度处理的城镇污水处理厂二级出水加入到进水水箱(1)中，进水水箱(1)中的水经蠕动泵(2)与进水阀门(3)输入到改良反硝化滤柱(4)中，改良反硝化滤柱(4)的水力停留时间为6～8小时，出水由出水口(4-5)流出；每运行9～11天进行反冲洗，反冲洗时间为3～5分钟，反冲洗强度为10～12L/(s·m2)，完成城镇污水的深度协同脱氮处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，其特征在于承托层(4-2)的石英砂的厚度9～12cm、粒径1～2cm。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，其特征在于填料层(4-3)的石英砂的厚度65～75cm，粒径2～4mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，其特征在于，步骤二中接种锰氧化菌、反硝化菌时，每次接种混合菌液500mL，混合菌液中锰氧化菌的菌浓度为1g/L～3g/L，反硝化菌的菌浓度为3g/L～5g/L。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，其特征在于，步骤二中接种水解酸化菌时，每次接种水解酸化菌液400mL，菌液中水解酸化菌的浓度为5g/L～8g/L。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，其特征在于，步骤二中接种厌氧氨氧化菌时，每次接种厌氧氨氧化菌液300mL，菌液中厌氧氨氧化菌浓度为4g/L～6g/L。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，其特征在于，步骤二中所述的逐步阶梯提高进水中氨氮浓度至7mg/L的具体方式是：先将进水中氨氮浓度提高至3mg/L进行接种、运行至稳定，再依次提高至4mg/L、5mg/L、7mg/L进行接种、运行至出水氨氮稳定。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，其特征在于，步骤二中所述的出水氨氮稳定是指出水中氨氮浓度在连续10～12天内氨氮平均浓度波动不超过10％。
发明内容
本发明是要解决现有的城镇污水深度脱氮需外加碳源、运行成本高、产生二次污染，COD、总氮去除效果差的技术问题，而提供一种基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法。
本发明的基于改良反硝化滤池的城镇污水深度协同脱氮的方法，按以下步骤进行：
一、配备改良反硝化滤池深度协同脱氮处理系统：该改良反硝化滤池深度协同脱氮处理系统包括进水水箱1、蠕动泵2、进水阀门3、改良反硝化滤柱4、反冲洗阀门5；
在改良反硝化滤柱4的壳体4-1内的下部设置承托层4-2，在承托层4-2之上设置填料层4-3，在壳体4-1的底部设置进水口4-4，壳体4-1的侧壁上部设置出水口4-5；其中承托层4-2是由石英砂构成的；填料层4-3也由石英砂构成；
进水水箱1经蠕动泵2和进水阀门3，与改良反硝化滤柱4的进水口4-4连接；反冲洗阀门5也与改良反硝化滤柱4的进水口4-4连接；该系统的进水方式为上向流；
二、启动：将城镇污水处理厂二级出水输入至进水水箱1中，同时向进水水箱1中投加硫酸锰，使水中的硫酸锰浓度为0.4～0.6mg/L；进水中溶解氧浓度为0.5～0.7mg/L；将进水水箱1中的水通过蠕动泵2和进水阀门3输送入至改良反硝化滤柱4中，同时向改良反硝化滤柱4中接种锰氧化菌和反硝化菌，每隔3天接种一次，共接种5次；锰氧化菌、反硝化菌接种完成后，再接种水解酸化菌、厌氧氨氧化菌；其中水解酸化菌是每隔4天接种一次，共接种6次；厌氧氨氧化菌按每隔5天接种一次，接种2次，当出水氨氮稳定后，采用向进水水箱1中投加氯化铵的方式逐步阶梯式提高进水中氨氮浓度至7mg/L，在每个氨氮浓度条件下，按每隔5天接种一次厌氧氨氧化菌的频率接种2次并运行至出水氨氮稳定，完成启动；
三、稳定处理阶段：将待深度处理的城镇污水处理厂二级出水加入到进水水箱1中，进水水箱1中的水经蠕动泵2与进水阀门3输入到改良反硝化滤柱4中，改良反硝化滤柱4的水力停留时间为6～8小时，出水由出水口4-5流出；每运行9～11天进行反冲洗，反冲洗时间为3～5分钟，反冲洗强度为10～12L/(s·m2)，完成城镇污水的深度协同脱氮处理。
更进一步地，承托层4-2的石英砂的厚度为9～12cm、粒径1～2cm。
更进一步地，填料层4-3的石英砂的厚度65～75cm、粒径2～4mm。
更进一步地，步骤二中接种锰氧化菌、反硝化菌时，每次接种混合菌液500mL，混合菌液中锰氧化菌的菌浓度为1g/L～3g/L，反硝化菌的菌浓度为3g/L～5g/L。
更进一步地，步骤二中接种水解酸化菌时，每次接种水解酸化菌液400mL，菌液中水解酸化菌的浓度为5g/L～8g/L。
更进一步地，步骤二中接种接种厌氧氨氧化菌时，每次接种厌氧氨氧化菌液300mL，菌液中厌氧氨氧化菌浓度为4g/L～6g/L。
更进一步地，逐步阶梯提高进水中氨氮浓度至7mg/L的方式是，先将进水中氨氮浓度提高至2mg/L进行接种、运行至稳定，再依次提高至3mg/L、4mg/L、5mg/L、7mg/L进行接种、运行至出水氨氮稳定。
更进一步地，步骤二中所述的出水氨氮稳定是指出水中氨氮浓度在连续10～12天内氨氮平均浓度波动不超过10％。
城镇污水处理厂二级出水中的有机物为难降解有机物，因为这些有机物在城镇污水处理厂的二级生化处理过程中没有被去除。二级出水中含有一定量的溶解氧，该溶解氧能够将进水中的二价锰离子氧化至生物锰氧化物。生物锰氧化物氧化二级出水中的难降解有机物后，自身被还原至二价锰离子，该二价锰离子仍然可以被进水中的溶解氧氧化至生物锰氧化物，从而实现生物锰氧化物对难降解有机物的持续氧化。然而厌氧氨氧化菌需要在严格厌氧条件下以氨氮作为电子供体将亚硝态氮还原至氮气。因此，本技术的难点：1)如何让需要溶解氧的锰氧化菌和不需要溶解氧的厌氧氨氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌在反硝化滤池中共存，并具有很高的活性；2)需要合理确定进水中的溶解氧浓度，当进水溶解氧浓度高时，有利于生物锰氧化物对难降解有机物的氧化；但是会抑制厌氧氨氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌的活性，同时改良反硝化滤池中会生长异养菌(好氧菌)，该异养菌利用进水中的溶解氧将难降解有机物的氧化产物氧化至二氧化碳和水，导致反硝化的碳源减少，进而影响深度协同脱氮效果。当进水溶解氧浓度低时，有利于厌氧氨氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌活性的提高，有利于减少异养菌对难降解有机物氧化产物的消耗，但是不利于二价锰离子氧化至生物锰氧化物，导致生物锰氧化物氧化难降解有机物的量减少，即产生的易降解有机物量减少(反硝化的碳源量减少)，最终影响深度协同脱氮效果。本技术通过特定的接种、培养和驯化方案，使锰氧化菌、厌氧氨氧化菌、反硝化菌、水解酸化菌在改良反硝化滤池中共存，并保持很高的活性，并通过设定合理的进水溶解氧浓度，使体系中难降解有机物的氧化产物为深度协同脱氮提供了充足的碳源，从而解决了上述的两个难题。
本发明与现有的城镇污水深度处理方法相比，有如下优点：
1)不需要外加碳源，运行成本低：本发明的碳源来源包括：a)城镇污水处理厂二级出水中的难降解有机物，在本发明的改良反硝化滤池深度协同脱氮处理系统中，通过接种并长期驯化反硝化菌，逐步驯化出能够以二级出水中的难降解有机物作为碳源的反硝化菌。b)二级出水中难降解有机物的水解产物，在本改良反硝化滤池深度协同脱氮处理系统中，通过接种、驯化水解酸化菌，逐步驯化出能够将二级出水中的难降解有机物水解为小分子有机物的水解酸化菌。c)二级出水中难降解有机物的氧化产物，在本改良反硝化滤池深度协同脱氮处理系统中原位生成生物锰氧化物，并利用该生物锰氧化物的氧化活性将二级出水中的难降解有机物氧化为易降解有机物。d)微生物死亡后可以为反硝化提供碳源。因此，本发明不需要外加碳源，运行成本低。
2)减少了碳源需求量：在本改良反硝化滤池深度协同脱氮处理系统中，通过逐步升高进水氨氮浓度、不断接种厌氧氨氧化菌，实现了部分反硝化-厌氧氨氧化与反硝化深度协同脱氮，提高了深度脱氮效果，减少了碳源需求量。理论上，将1mg硝态氮还原至氮气需要2.86mgCOD，将1mg硝态氮还原至亚硝态氮需要1.14mgCOD；然而采用部分反硝化-厌氧氨氧化去除1mg总氮(硝态氮+氨氮)仅需约0.74mgCOD，本发明去除1mg总氮实际消耗COD的量0.99mg，远低于理论COD消耗量。
3)COD、氨氮、总氮去除效果好：在不外加碳源的条件下，本发明的方法可将COD、氨氮、总氮分别为28.39～30.17mg/L、6.98～7.13mg/L、22.07～22.34mg/L的城镇污水处理厂二级出水降到了COD为7.41～8.75mg/L、氨氮为0.60～0.71mg/L、总氮1.41～1.54mg/L，COD、氨氮、总氮的去除率分别为69.65％～75.06％、89.83％～91.46％、93.07％～93.59％；COD、氨氮、总氮平均浓度分别为8.12mg/L、0.66mg/L、1.47mg/L，平均去除率分别达到了72.40％、90.59％、93.38％。出水COD、氨氮、总氮均达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅳ类标准。
4)不会产生二次污染：本发明以城镇污水处理厂二级出水中的难降解有机物，二级出水中难降解有机物的氧化产物、水解产物，以及死亡的微生物作为碳源，不需要外加碳源，因此不会产生二次污染。同时能够进一步降解二级出水中的有毒有害物质，降低其潜在的环境风险。
5)不会产生污泥，降低了污泥处理成本。本改良反硝化滤池中死亡的微生物用作反硝化的碳源，因此不会产生污泥。
本发明有效解决了城镇污水深度脱氮需外加碳源、运行成本高、产生二次污染，COD、总氮去除效果差的难题，实现了COD、总氮的低成本、高效去除，城镇污水处理厂二级出水经改良反硝化滤池处理后，可以从《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中的一级B标准降到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅳ类标准，有利于推广应用。
（发明人：程庆锋;田辉;龚忠有;刘超;陈霖;于勇;李艳林）