公布日：2023.11.10
申请日：2023.08.26
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/30(2023.01)N;C02F3/34(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本申请公开了一种零碳源HJDL污水处理方法，该方法采用HJDL反应池；所述HJDL反应池包括微生物孵化系统；所述HJDL反应池投放有生物增效载体以及复合菌剂；所述生物增效载体为羧甲基纤维素-硅藻土载体；所述生物增效载体表面配位有金属离子。金属离子可以捕捉聚磷菌产生的磷酸盐并进行化学反应，使磷的去除过程不需要污泥载体，从而减少除磷过程中有机碳源的需求量，增加污水中碳源的利用率，从而在低碳源污水的环境下不需要投加额外碳源。
权利要求书
1.一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，采用HJDL反应池；所述HJDL反应池包括微生物孵化系统；所述HJDL反应池投放有生物增效载体以及复合菌剂；所述生物增效载体为羧甲基纤维素-硅藻土载体；所述生物增效载体表面配位有金属离子；所述金属离子包括铝离子、二价铁离子、钙离子、锌离子、铜离子中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，所述复合菌剂包括复合脱氮菌、复合脱磷菌、复合COD菌和厌氧菌剂中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，所述生物增效载体所用原料包括质量比为（20～40）：（3～8）：100的羧甲基纤维素、金属盐和硅藻土。
4.根据权利要求3所述的一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，所述生物增效载体的制备方法包括如下步骤：硅藻土改性：将硅藻土添加到盐酸溶液中，在60～80℃下恒温浸泡4～6h，再经过抽滤、洗涤至中性后烘干，研磨过200目筛，得到改性硅藻土；羧甲基纤维素-硅藻土载体的制备：将改性硅藻土分散在去离子水中；将羧甲基纤维素与氢氧化钠溶解在去离子水中，并添加到改性硅藻土溶液中，搅拌分散，然后加入乳化剂和交联剂，在60～80℃下搅拌反应1～2h；将温度降低至35～45℃，加入金属盐，继续搅拌反应6～8h，再经过抽滤、洗涤、干燥、研磨、过筛得到羧甲基纤维素-硅藻土载体。
5.根据权利要求4所述的一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，所述金属盐包括氯化铝、硫酸铝、氯化亚铁、硫酸铁、氯化钙、氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、氯化锌中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求4所述的一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，所述改性硅藻土表面还负载有二氧化钛。
7.根据权利要求6所述的一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，所述改性硅藻土负载二氧化钛按照以下方法制备得到：将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌均匀后加入乙酸，继续搅拌至形成透明浅黄色液体；将改性硅藻土添加到透明浅黄色液体中，搅拌混合后加入硝酸，升高温度至40～50℃，搅拌反应4～6h，冷却静置10～12h后放入马弗炉中在500～700℃下焙烧3～4h，再经过研磨过筛得到改性硅藻土负载二氧化钛。
8.根据权利要求1所述的一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，所述生物增效载体的粒径为200～400目。
9.根据权利要求1所述的一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，所述投放的生物增效载体与复合菌剂的质量比为1：（0.2～0.4）。
10.根据权利要求1所述的一种零碳源HJDL污水处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：污水经过格栅将大块的杂物以及中等粒度的杂物进行过滤，过滤后的污水进入HJDL池前端，与回流污泥混合液一起流入HJDL反应池内；S2：HJDL反应池中包括微生物孵化系统、搅拌装置和回流装置，污水以及回流污泥混合液与高浓度微生物一同进入微生物孵化系统内，在微生物孵化系统的作用下孵化为HJDL颗粒化污泥并从底部加压喷出；搅拌装置将HJDL反应池内部的泥、水、微生物处于持续运动状态；回流装置将HJDL反应池中现有的生物增效载体、复合菌剂泵送至反应器顶端，不断完成颗粒化污泥造粒过程；S3：HJDL反应池排出的水体进入二沉池静置沉淀，二沉池中的底层污泥排出，二沉池中的中层污泥与回流污泥混合液重新进入HJDL反应池中处理，二沉池中的沉淀处理后水质指标合格的污水排出，完成污水处理。
发明内容
为解决低碳源污水需要投加大量外加碳源来实现污水除磷脱氮的达标排放，而增加的大量成本和造成的碳排放的问题，本申请提供了一种零碳源HJDL污水处理方法。
第一方面，一种零碳源HJDL污水处理方法，采用HJDL反应池；所述HJDL反应池包括微生物孵化系统；所述HJDL反应池投放有生物增效载体以及复合菌剂；所述生物增效载体为羧甲基纤维素-硅藻土载体；所述生物增效载体表面配位有金属离子；所述金属离子包括铝离子、二价铁离子、钙离子、锌离子、铜离子中的一种或几种的组合。
污水中的有机物碳源在生物转化的过程中分解为微生物的能源供体，可以作为微生物生长繁殖的物质基础、生物除磷的物质载体以及生物反硝化过程中的电子供体；而对于低碳源污水，生物的反硝化过程难以顺利进行，污泥的增殖缓慢，剩余污泥的排放量不足，致使缺乏磷载体而除磷效果不佳。
单位除磷所需的有机物碳源远超过单位脱氮所需的有机物碳源，因此改变生物除磷的方式可以在不投加大量碳源的情况下实现脱氮除磷的达标排放。通过采用上述技术方案，本申请中的生物增效载体表面配位有金属离子，微生物吸收磷后将磷酸盐释放出来，随后被载体表面的金属离子捕捉并进行化学反应，可以使磷酸盐不需沉积在污泥载体，从而减少除磷过程中有机碳源的需求量，增加污水中碳源的利用率，从而不需要投加额外碳源。
生物增效载体是羧甲基纤维素-硅藻土载体，硅藻土具有多孔结构以及较大的比表面积，化学性质稳定，微生物能够很好的吸附生存在硅藻土空隙内，为众多厌氧性细菌比如聚磷菌提供良好的生存环境；羧甲基纤维素具有优异的生物相容性和环境友好性，表面具有大量的活性基团，能够为金属阳离子的配位反应提供供体；羧甲基纤维素覆盖在硅藻土表面，一方面由于自身的生物相容性，能够吸引微生物大量附着在生物增效载体上；另一方面，在污水处理的过程中，微生物附着在硅藻土上会逐渐吸收污水中的有机碳源来满足自身生长所需要的能量，但硅藻土在吸附有机碳源之后会发生厌氧膨胀，逐渐形成硅藻土悬浮层，导致硅藻土失去原本正常的处理效果，HJDL反应池无法正常使用，羧甲基纤维素覆盖在硅藻土表面可以增强硅藻土的稳定性，抑制厌氧膨胀现象的发生；两者相互配合，可以增加微生物的负载量，复合菌剂通过负载在生物增效载体上，可以在短时间形成内部厌氧、中部兼氧、外部好氧的结构，可以同时进行生物硝化和反硝化，增加污水中有机碳源的利用率。
优选的，所述复合菌剂包括复合脱氮菌、复合脱磷菌、复合COD菌和厌氧菌剂中的一种或几种的组合。
优选的，复合脱氮菌包括枯草芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化脱氮菌、光合细菌、乳酸菌中的一种或几种的组合。
优选的，复合聚磷菌包括不动杆菌属、气单胞菌属、棒杆菌属、微丝菌中的一种或几种的组合。
优选的，复合COD菌包括甘度复合菌、COD降解菌中的一种或几种的组合。
优选的，厌氧菌剂为产甲烷菌。
通过采用上述技术方案，复合菌剂的相互配合使脱氮除磷的能力显著提升，由于单一微生物菌剂产品，采用多种菌种复合，抗逆性也显著提高，可以适应各种不同类型的污水；其中含有的厌氧菌剂能够为微生物的生长繁殖提供微量元素，加速微生物的新陈代谢，提高微生物脱氮除磷的能力。
优选的，所述生物增效载体所用原料包括质量比为(20～40)：(3～8)：100的羧甲基纤维素、金属盐和硅藻土。
优选的，所述生物增效载体的制备方法包括如下步骤：硅藻土改性：将硅藻土添加到盐酸溶液中，在60～80℃下恒温浸泡4～6h，再经过抽滤、洗涤至中性后烘干，研磨过200目筛，得到改性硅藻土；羧甲基纤维素-硅藻土载体的制备：将改性硅藻土分散在去离子水中；将羧甲基纤维素与氢氧化钠溶解在去离子水中，并添加到改性硅藻土溶液中，搅拌分散，然后加入乳化剂和交联剂，在60～80℃下搅拌反应1～2h；将温度降低至35～45℃，加入金属盐，继续搅拌反应6～8h，再经过抽滤、洗涤、干燥、研磨、过筛得到羧甲基纤维素-硅藻土载体。
所述金属盐包括氯化铝、硫酸铝、氯化亚铁、硫酸铁、氯化钙、氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、氯化锌中的一种或几种的组合。
优选的，硅藻土改性中，硅藻土与盐酸溶液的质量体积比为(5～10)g：100ml；其中盐酸溶液的摩尔浓度为1mol/L。
优选的，所述乳化剂包括辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基聚氧乙烯醚、壬基聚氧乙烯醚中的一种或几种的组合；所述交联剂为环氧氯丙烷。
优选的，氢氧化钠的添加量为羧甲基纤维素添加量的0.5～1％。
优选的，乳化剂与羧甲基纤维素的质量比为(0.8～1.1)：1；交联剂的添加量为羧甲基纤维素添加量的3～8％。
通过采用上述技术方案，硅藻土经过盐酸处理处理之后颗粒表面变得更加粗糙，形成许多凹槽以及孔洞，增大了颗粒的表面面积和比容，能够负载更多的微生物，且有利于后续羧甲基纤维素的包覆；羧甲基纤维素在乳化剂和交联剂的作用下包覆在硅藻土表面，形成凝胶包覆层，金属盐溶于溶液中，金属阳离子通过与羧甲基纤维素上的活性基团进行配位，固定在载体上，便于捕捉固定磷酸盐。
优选的，所述改性硅藻土表面还负载有二氧化钛。
优选的，所述改性硅藻土负载二氧化钛按照以下方法制备得到：将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌均匀后加入乙酸，继续搅拌至形成透明浅黄色液体；将改性硅藻土添加到透明浅黄色液体中，搅拌混合后加入硝酸，升高温度至40～50℃，搅拌反应4～6h，冷却静置10～12h后放入马弗炉中在500～700℃下焙烧3～4h，再经过研磨过筛得到改性硅藻土负载二氧化钛。
优选的，钛酸丁酯与改性硅藻土的质量比为(0.4～0.6)：1。
通过采用上述技术方案，二氧化钛具有光催化作用，通过负载在硅藻土上，能够催化分解部分已经固化磷酸盐的羧甲基纤维素，分解的羧甲基纤维素与污泥一同通过沉积去除，并且分解的部分羧甲基纤维素能够充当一部分碳源为微生物提供部分能量，在低碳源的污水环境下，为微生物提供生长繁殖的能量，提高微生物脱氮除磷的效率。
优选的，所述生物增效载体的粒径为200～400目。
生物增效载体的粒径小，所形成的污泥颗粒粒径小，污泥颗粒稳定性有所提高，物质传质效果优异。
优选的，所述投放的生物增效载体与复合菌剂的质量比为1：(0.2～0.4)。
第二方面，本申请还提供了一种零碳源HJDL污水处理方法的步骤，包括：S1：污水经过格栅将大块的杂物以及中等粒度的杂物进行过滤，过滤后的污水进入HJDL池前端，与回流污泥混合液一起流入HJDL反应池内；S2：HJDL反应池中包括微生物孵化系统、搅拌装置和回流装置，污水以及回流污泥混合液与高浓度微生物一同进入微生物孵化系统内，在微生物孵化系统的作用下孵化为HJDL颗粒化污泥并从底部加压喷出；搅拌装置将HJDL反应池内部的泥、水、微生物处于持续运动状态；回流装置将HJDL反应池中现有的生物增效载体、复合菌剂泵送至反应器顶端，不断完成颗粒化污泥造粒过程；S3：HJDL反应池排出的水体进入二沉池静置沉淀，二沉池中的底层污泥排出，二沉池中的中层污泥与回流污泥混合液重新进入HJDL反应池中处理，二沉池中的沉淀处理后水质指标合格的污水排出，完成污水处理。
通过采用上述技术方案，污水通过HJDL反应池的处理，其中含有的生物增效载体能够形成污泥颗粒，对污水中的氮磷有良好的去除作用；并且由于羧甲基纤维素-硅藻土载体的作用，在低碳源污水的处理过程中，也能实现良好的脱氮除磷效果。
综上所述，本申请具有如下有益效果：1.本申请中的生物增效载体表面配位有金属离子，微生物吸收磷后将磷酸盐释放出来，随后被载体表面的金属离子捕捉并进行化学反应，可以使磷酸盐不需沉积在污泥载体，从而减少除磷过程中有机碳源的需求量，增加污水中碳源的利用率，从而不需要投加额外碳源。
2.硅藻土具有多孔结构以及较大的比表面积，化学性质稳定，微生物能够很好的吸附生存在硅藻土空隙内，为众多厌氧性细菌比如聚磷菌提供了良好的生存环境；羧甲基纤维素可以为金属阳离子的配位反应提供供体并且稳定硅藻土，抑制厌氧膨胀现象的发生。
3.改性硅藻土表面还可负载有二氧化钛，二氧化钛具有光催化作用，通过负载在硅藻土上，可以催化分解部分固化磷酸盐的羧甲基纤维素，分解的羧甲基纤维素与污泥一同通过沉积去除，并且分解的部分羧甲基纤维素能够充当一部分碳源为微生物提供部分能量，在低碳源的污水环境下，为微生物提供生长繁殖的能量，提高微生物脱氮除磷的效率。
（发明人：郑勇生）