| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411600838.4 | 申请日 | 2024-11-11 |
| 公开(公告)号 | CN119263491A | 公开(公告)日 | 2025-01-07 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 朱良; 陈志强; 温沁雪; | 第一发明人 | 朱良 |
| 权利人 | 哈尔滨工业大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 哈尔滨工业大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：黑龙江省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：黑龙江省哈尔滨市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：150001 |
| 主IPC国际分类 | C02F3/30 | 所有IPC国际分类 | C02F3/30 ; C02F3/28 ; C02F3/12 ; C02F3/34 ; C02F1/00 ; C02F101/16 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 哈尔滨龙创知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 吕洪娟; |
| 摘要 | 城镇污 水 分流 碳 化/硝化处理组合 生物 滤池 实现污水高效脱氮的方法，属于城镇污 水处理 技术领域，具体方案下：(1)城镇污水分流处理，一部分污水进行硝化处理，另一部分污水进行碳化处理；(2)混合硝化和碳化处理出水；(3)生物滤池对含 氨 氮和硝态氮的污水进行脱氮处理。该方法实现了在单级反应器耦合硫基自养反硝化和厌 氧 氨氧化功能 微生物 ，反应器长期稳定运行，自养反硝化为厌氧氨氧化提供亚 硝酸 盐底物，同时还原去除厌氧氨氧化生成的少量硝酸盐，两种微生物协作关系大于竞争关系，总氮平均去除率超过85％。通过本方法对污水进行脱氮处理，处理后的出水总氮浓度达到国家一级A排放标准。 | ||
| 权利要求 | 1.一种城镇污水分流碳化/硝化处理组合生物滤池实现污水高效脱氮的方法，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 城镇污水分流碳化/硝化处理组合生物滤池实现污水高效脱氮的方法 技术领域背景技术[0002] 污水脱氮是一个全球环境问题，传统污水处理工艺对于氮素污染物的去除依赖硝化和异养反硝化，此过程需要大量曝气，且常需额外添加有机碳源，不仅增加了污水处理成本，而且易造成有机物二次污染，同时也不符合“碳达峰、碳中和”的绿色发展目标。厌氧氨氧化(Anammox)作为一种主要的脱氮途径，具有低污泥产率、零氧和有机物消耗、无温室气体排放等显著优势，但主流厌氧氨氧化工艺在实际应用中面临较大挑战。首先，主流工艺进水的碳氮比(C/N)较高。高碳氮比会促进异养菌的增殖，加剧异养菌与厌氧氨氧化菌(AnAOB)对亚硝酸盐的竞争，降低总氮去除效率。其次，城市污水中的氨氮浓度仅为20‑60mg N/L。缺乏底物会抑制氨氧化细菌(AOB)和厌氧氨氧化细菌的活性，而较低浓度的游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)难以抑制亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的活性，导致亚硝酸盐被氧化为硝酸盐，阻碍了厌氧氨氧化过程的发生。若能对现有的厌氧氨氧化工艺进行改造和完善，使其免受进水有机物影响，同时拥有稳定的亚硝酸盐供应，将既能完成污水中氮素的高效去除，又能降低成本。 发明内容[0003] 本发明所述的污水处理技术以城镇污水为对象，针对主流厌氧氨氧化工艺受进水有机物抑制和存在亚硝化过程不稳定的问题，本发明提供了一种城镇污水分流碳化/硝化处理组合生物滤池实现污水高效脱氮的方法，其为去除污水中氮素污染物的新方法。 [0004] 具体方案如下： [0005] 一种城镇污水分流碳化/硝化处理组合生物滤池实现污水高效脱氮的方法，包括以下步骤： [0006] 步骤一、对城镇污水进行分流，一部分污水通过长时间曝气和长污泥龄完成硝化处理，另一部分污水在短时间曝气和短污泥龄条件下完成碳化处理，硝化处理和碳化处理的污水体积比为1:1‑1.2:1；硝化单元污泥浓度为3000‑5000mg/L，通过曝气控制溶解氧浓度为 [0007] 1.0‑3.0mg/L，曝气时间4‑8h，每天排泥使污泥龄为10‑15天；碳化单元污泥浓度为2000‑3500mg/L，通过曝气控制溶解氧浓度为0.5‑1.0mg/L，曝气时间0.5‑2h，每天排泥使污泥龄在5天以内；通过DO在线测定仪监测硝化单元和碳化单元中溶解氧浓度，通过曝气泵控制曝气。 [0008] 步骤二、将碳化处理和硝化处理的出水混合；通过曝氮气的方式去除混合出水中的溶解氧，使DO小于0.2mg/L； [0009] 步骤三、混合后的出水从底部进入上流式厌氧生物滤池反应器实现氨氮和硝态氮的同步去除；所述上流式厌氧生物滤池反应器中填充硫磺和碳酸盐矿物的混合物，并接种硫基自养反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥。 [0011] 进一步的，步骤三中，将硫基自养反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥倒入上流式厌氧生物反应器，配制含30mg/L氨氮和40mg/L亚硝态氮的污水，在上流式厌氧生物滤池反应器中循环4天后更换新的污水，整个过程循环10次即认为硫基自养反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥接种成功。污水在上流式厌氧生物滤池反应器内循环的流速为10mL/min。 [0013] 进一步的，步骤三中，所述硫基自养反硝化污泥来源包括自养污泥、异养污泥、厌氧污泥中的一种或几种的混合物；所述厌氧氨氧化污泥，包括厌氧氨氧化颗粒污泥、厌氧氨氧化絮状污泥中的一种或多种的混合物。 [0014] 进一步的，步骤三中，所述硫磺的颗粒形状包括球形、圆柱形、片状中的一种或几种的组合。 [0015] 进一步的，所述上流式厌氧生物滤池反应器为固定床反应器。 [0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0017] 本发明实现了在单级反应器耦合硫基自养反硝化和厌氧氨氧化功能微生物，反应器长期稳定运行，自养反硝化为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐底物，同时还原去除厌氧氨氧化生成的少量硝酸盐，两种微生物协作关系大于竞争关系，总氮平均去除率超过85％。通过本方法对污水进行脱氮处理，处理后的出水总氮浓度达到国家一级A排放标准。附图说明 [0018] 图1为本发明中城镇污水处理流程示意图； [0019] 图2为硫基自养反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮过程示意图； [0020] 图3为城镇污水分流碳化/硝化处理组合生物滤池脱氮系统； [0021] 图4硫基自养反硝化耦合厌氧氨氧化生物滤池氮素去除效果图； [0022] 图5硫基自养反硝化耦合厌氧氨氧化生物滤池总氮去除率图； [0023] 图中，1、城镇污水，2、供气装置，3、DO在线测定仪，4、曝气装置，5、硝化反应器，6、碳化反应器，7、沉淀池，8、中间水箱，9、氮气钢瓶，10、蠕动泵，11、承托层，12、混合填料层，13、加热带，14、温控器。 具体实施方式[0024] 下面将结合附图和实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0025] 硫基自养反硝化(SADn)在利用单质硫还原NO3‑的过程中会短暂积累NO2‑，可以作‑为厌氧氨氧化过程的底物被消耗利用，相比于短程硝化，它不受NOB的抑制，NO2的生成更加稳定。厌氧氨氧化过程产生的硝酸盐可以被自养反硝化菌还原去除，理论上能够实现氮素的完全去除。此外，硫自养反硝化和厌氧氨氧化功能微生物都是自养的，对许多环境因素有相同的要求，生态位相似，增殖时间长，可以在单个系统中耦合。 [0026] 为推进该工艺的应用，需要减轻城镇污水中的有机物对厌氧氨氧化过程的影响，同时也需要为自养反硝化过程提供硝态氮。本发明首先将城镇污水分流进行硝化和碳化处理，通过构建以硫磺和碳酸盐矿物为填料的上流式厌氧生物滤池，耦合硫基自养反硝化和厌氧氨氧化功能微生物，用以处理含氨氮和硝态氮的污水。具体为：将城镇污水进行分流处理，一部分污水通过长时间曝气和长污泥龄的生化单元完成硝化处理，出水以硝态氮为主；另一部分污水在短时间曝气和短污泥龄的生化单元完成碳化处理，出水以氨氮为主；硝化+ ‑ 和碳化处理的混合出水同时含有NH4和NO3 。同时通过筛选并合理配比硫磺和碳酸盐矿物颗粒，构建了上流式厌氧生物滤池反应器，用以耦合硫基自养反硝化和厌氧氨氧化功能微生物，采用这种滤池处理硝化和碳化后的混合污水，实现对氨氮和硝酸盐的同步去除。城镇污水处理流程示意如图1所示。上流式厌氧生物滤池反应器的填充材料中，硫磺作为硫基自养反硝化的缓释电子供体，碳酸盐矿物用来中和反硝化产生的酸度，维持体系中性环境。自养反硝化菌为厌氧氨氧化菌提供亚硝酸盐底物，同时还原去除厌氧氨氧化过程生成的少量硝酸盐，两种功能微生物相互协作实现对污水含氮污染物的去除。通过这一技术创新，弥补了主流厌氧氨氧化工艺的不足，有望实现对城镇污水中含氮污染物的低碳高效去除。 [0027] 本发明的城镇污水分流碳化/硝化处理组合生物滤池实现污水高效脱氮的方法，其脱氮作用原理如图2所示：当含氨氮和硝态氮的污水进入上流式厌氧生物滤池中，硫基自养反硝化菌以硫磺作为电子供体反硝化，反硝化过程见公式(1)和(2)；自养反硝化的中间产物亚硝酸盐被厌氧氨氧化菌利用，与氨氮一起作为厌氧氨氧化过程的底物被去除，见公式(3)；厌氧氨氧化生成的少量硝酸盐可以被自养反硝化进一步还原去除(如公式(1)和(2)+所示)；反硝化过程产生的H与碳酸盐矿物石灰石反应(如公式(4)所示)，可以维持耦合体系的中性环境，保障相关功能微生物的高效脱氮能力。 [0028] [0029] [0030] 城镇污水分流碳化/硝化处理组合生物滤池脱氮系统如图3所示，其包括硝化单元5和碳化单元6，每个单元的底部均设置有曝气装置4，所述曝气装置4均连接有供气装置2，使用DO在线测定仪3测定硝化单元5和碳化单元6中的溶解氧；经分流后的城镇污水1经硝化处理和碳化处理后，其出水经沉淀池7沉淀后，进入中间水箱8，所述中间水箱8的底部也设置有曝气装置4，此处的曝气装置4与氮气钢瓶9连通，由氮气钢瓶9向混合出水供氮气，减少混合出水的溶解氧浓度，混合出水经蠕动泵10从底部进入上流式厌氧生物滤池，所述上流式厌氧生物滤池的底部为承托层11，承托层11的上部为混合填料层12，所述上流式厌氧生物滤池的外侧壁上缠绕有加热带13，目的是为了维持滤池的反应温度在30±1℃，所述加热带13与温控器14电连接。 [0031] 实施例1 [0032] 一种城镇污水分流碳化/硝化处理组合生物滤池实现污水高效脱氮的方法，其应用过程和脱氮效果如下： [0033] (1)接种好氧池污泥于硝化单元和碳化单元，污泥浓度分别为4000mg/L和3000mg/L； [0034] (2)污水分流：按照1:1的体积比，将污水分流至硝化单元和碳化单元； [0035] (3)硝化单元DO浓度控制在1.0‑3.0mg/L，曝气5h； [0036] (4)碳化单元DO浓度控制在0.5‑1.0mg/L，曝气2h； [0037] (5)混合硝化处理出水和碳化处理出水，利用纯度99.99％的氮气曝气，使混合水中的溶液氧浓度低于0.2mg/L； [0038] (6)准备填料：硫磺颗粒350mL、石灰石颗粒350mL，均过2‑3mm筛网； [0039] (7)配制浓度为1M的盐酸，将筛选出来的硫磺和石灰石颗粒表面杂质进行清洗，然后用清水冲洗至pH为中性； [0040] (8)将清洗后的填料置于真空烘箱，在30℃条件下烘干； [0041] (9)将上述颗粒混合均匀，填充入上流式生物反应器(内径60mm，承托层高20mm，填充高度480mm)内，承托层采用直径10mm的玻璃珠； [0042] (10)将硫基自养反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥倒入上流式厌氧生物反应器，反应器进水液含30mg/L氨氮和40mg/L亚硝态氮，出水再循环进入反应器，循环流速为10mL/min，每循环4天更换新的进水溶液，共循环运行10次； [0043] (11)接种挂膜成功后，以经过硝化和碳化处理后的混合出水为进水，其中氨氮浓度为30mg/L，硝态氮为30mg/L，pH为8.15±0.5。从底部泵入上流式厌氧生物反应器中，水力停留时间从21小时逐渐缩短至6.5小时； [0044] (12)反应器的氮素处理效果和总氮去除率如图4和图5所示。水力停留时间为21h时，总氮去除率最终可达100％。水力停留时间为14h、10.5h和8.4h时，氨氮去除率表现出先降低后升高最终保持稳定的趋势。当水力停留时间进一步缩短至6.5h时，平均出水氨氮浓度达到7.48±1.92mg/L，总氮平均去除率为87.85±2.85％。 [0045] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 |
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