基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法及反应器技术

本发明专利技术公开了一种基于铁碳微电解的物化‑生物耦合脱氮除磷方法及反应器，方法包括：自养反硝化污泥的驯化富集、生物菌剂的制备、陶粒的制备、生物挂膜、反应器运行。反应器包括在装置本体中的下层滤板、下层承托层、下层填料、隔板、上层滤板、上层承托层和上层填料；在下层滤板和上层滤板分别连通有若干进水口，装置本体的上方侧壁设有出水口。在不用外加碱度的情况下，使氧化的Fe

【技术实现步骤摘要】
基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法及反应器
本专利技术涉及污水深度处理
，具体涉及一种基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法及反应器。
技术介绍
随着我国经济的不断发展，城镇生活污水排放数量增大且呈增长趋势，污水的成分也日趋复杂，大量富含磷、氨氮等的生活污水直接排放，导致水体环境恶化，造成越来越严重的环境污染问题。根据我国的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级A标准，污水厂处理出水的TN浓度标准为15mg/L，氨氮浓度标准为5(8)mg/L，TP浓度标准为0.5mg/L。这种情况之下，迫切需要一种经济、高效、技术可靠的城镇污水深度处理工艺和技术。目前硝酸盐的去除技术根据硝酸盐的去除场所分为原位修复技术和异位修复技术；根据硝酸盐的去除机理可分为化学法，生物法，以及电化学-生物法等。化学法主要以吹脱法和折点加氯法为主，但这两种方法会造成环境的二次污染。而生物法周期较长，且受污水pH值、C/N比的影响较大。铁碳微电解法是近期应用于处理污废水中污染物的最常用的电化学方法之一。但铁碳微电解法具有一定的缺点，如长时间运行会形成一层钝化膜，阻碍电极之间形成稳定的原电池；且铁碳填料容易板结，形成短流；另外，运行过程中需两次调节pH值，成本较高。因此，采用何种技术才能降低C/N比对生物脱氮的影响以及改良铁碳法一直是研究者致力于该领域的焦点。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于克服现有铁碳微电解方法的缺陷和生物脱氮法的不足，综合利用电解产H2产Fe2+和水体中的有机物，提供一种基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法，以及该方法所采用的反应器；本专利技术将电化学与反硝化相结合，构建可提供Fe2+、H2、有机物作为电子供体的混合养反硝化设备，同时利用物化法除磷，该方法能降低C/N比对生物脱氮的影响以及改良铁碳法。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法，包括如下步骤：1)自养反硝化污泥的驯化富集：取污水处理厂待处理污水与FTF培养液按照质量比为3～5:1混匀，于混合物的富集反应器中通入氢气在常温下富集培养，7天为一培养周期，静置，更换一半上清液为FTF培养液；搅拌震荡富集3～4周后，测定混合液中硝酸盐去除率在70％以上，得到驯化富集；2)生物菌剂的制备：收集驯化富集后的污水沉淀物，按照质量比为3～5:1向污水沉淀物中加入FTF培养液，常温下培养3～4天，之后每3天用液体培养液更换一次FTF培养液，当该反应器底部形成深黑色、散状污泥，测定液体培养液中硝酸盐去除率为70％以上，得到生物菌剂；3)陶粒的制备：取污水处理厂剩余污泥，按质量配比为55～65％污泥，4～5％三氯化铁，1～5％粉煤灰，3～5％Fe3O4，20～35％黏土，加水搅拌并混合均匀，制成颗粒；将得到的颗粒在渐进式升温回转窑内焙烧，冷却后得到陶粒；4)生物挂膜：按照生物菌剂：FTF培养液的质量比为1:47～52配制挂膜培养液，在每公斤陶粒中加入2～3L的挂膜培养液；利用氢气间隔曝气，连续挂膜，定时将30％的挂膜培养液换成FTF培养液；生物陶粒上形成黄色生物膜后挂膜结束，采用连续自来水流冲掉陶粒表面吸附的细菌；5)反应器运行：将挂膜后的生物陶粒和铁碳填料分别放入反应器的上下层，打开进水阀，污水处理厂待处理污水经进水口进入反应器，在反应器进水处和出水处连接氮磷监测装置，对进出水的氮磷含量进行实时监控。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：进一步，所述FTF培养液包括下述质量比的原料：NaHCO30.8～1.2g/L、FeSO40.4～0.6g/L、NaNO30.1～0.3g/L、KH2PO40.1～0.2g/L、MgSO40.1～0.3g/L、CaCl20.1～0.2g/L和微量元素0.0075～0.0125g/L。进一步，所述微量元素包括下述质量比的原料：EDTA0.8～1.2g/L、ZnSO40.4～0.6g/L、MnCl20.3～0.7g/L。进一步，步骤2)中，液体培养液为FTF培养液与灭菌待处理污水按照体积比为1：1～3配制而成，更换次序按照FTF培养液与灭菌待处理污水体积比依次为：1：1、1：2、1：3。进一步，步骤3)中，所述污水处理厂剩余污泥含水率为60～70％；制成颗粒粒径为25～40mm；将得到的颗粒在1100～1200℃的渐进式升温回转窑内焙烧35～45min。进一步，步骤4)中，每隔7～9小时利用氢气进行一次曝气，气水比为1:2；连续挂膜5d，每隔2天将30％的挂膜培养液换成FTF培养液。本专利技术进而给出了所述方法采用的基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷反应器，包括装置本体，在装置本体中自下而上依次布置有下层滤板、下层承托层、下层填料、隔板、上层滤板、上层承托层和上层填料；在所述下层滤板和上层滤板底部分别通过水管连通有若干进水口，装置本体的上方侧壁设有出水口；所述装置本体顶板上分布2个排气孔。进一步，所述上、下层承托层采用粒径为20～25mm的鹅卵石，铺设厚度为0.2～0.3m；所述下层填料为铁碳颗粒，铺设厚度为1.3～1.8m；所述上层填料为生物陶粒，铺设厚度为1.3～1.8m。上述反应器的运行方法，包括如下步骤：(1)打开进水阀，污水处理厂待处理水经进水泵通过进水口进入装置本体；同时，移走上下层反应区之间的隔板，打开出水阀门；(2)待处理水流经下层滤板和下层承托层进入铁碳填料区；(3)水流进入上层反应区，经上层滤板和上层承托层进入填料区，与填料表面的反硝化污泥相接触；(4)填料层采用生物陶粒，去除待处理水中硝酸盐和有机物；反硝化过程在上层反应区进行；反应器中产生的气体通过排气孔直接排入大气；(5)处理后的出水经出水口流入出水管；(6)反应器运行2～3d后需进行反冲洗，利用隔板将上下反应区分隔开；关闭进水阀门，打开上层和下层反冲洗阀门，调节反冲洗水量和反冲洗时间；反冲洗完成后关闭反冲洗阀门，重新启动系统。进一步，步骤(6)中，反冲洗水量为12～15L/s·m2，反冲洗时间为5～10min。反冲洗频率为2～3d/次；反应器的水力停留时间为2～8h。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：将铁碳微电解过程和生物反硝化过程分隔开，不影响电解反应去除污染物的同时，能够利用铁碳微电解的副产物Fe2+、H2以及原水中有机物作为电子供体，进一步去除水中硝酸盐。同时，利用生物反硝化过程产生碱度的原理，在不用外加碱度的情况下，使氧化的Fe3+生成絮凝性极强的Fe(OH)3，达到去除水体中的TP、悬浮物及重金属离子等的效果。本专利技术具有如下优点：1、本专利技术基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法，将电化学与反硝化相结合，构建可提供Fe2+、H2、有机物作为电子供体的混合养反硝化设备，达到去除硝酸盐的目的。同时利用氧化后的Fe3+形成絮凝性极强的Fe(OH)3通过物化法去除水体中的TP、悬浮物及重金属离子等。2、本专利技术的一种基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷反应器，其优点如下：(1)本专利技术采用的新型陶粒填料，在利用污泥进行资源化的同时，相比传统的陶粒，具有表面孔隙率高，比表面积大，另外其中的Fe3O4具有富集Fe2+的功能。该陶粒填料能够承本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铁碳微电解的物化‑生物耦合脱氮除磷方法，其特征在于，包括如下步骤：1)自养反硝化污泥的驯化富集：取污水处理厂待处理污水与FTF培养液按照质量比为3～5:1混匀，于混合物的富集反应器中通入氢气在常温下富集培养，7天为一培养周期，静置，更换一半上清液为FTF培养液；搅拌震荡富集3～4周后，测定混合液中硝酸盐去除率在70％以上，得到驯化富集；2)生物菌剂的制备：收集驯化富集后的污水沉淀物，按照质量比为3～5:1向污水沉淀物中加入FTF培养液，常温下培养3～4天，之后每3天用液体培养液更换一次FTF培养液，当该反应器底部形成深黑色、散状污泥，测定液体培养液中硝酸盐去除率为70％以上，得到生物菌剂；3)陶粒的制备：取污水处理厂剩余污泥，按质量配比为55～65％污泥，4～5％三氯化铁，1～5％粉煤灰，3～5％Fe3O4，20～35％黏土，加水搅拌并混合均匀，制成颗粒；将得到的颗粒在渐进式升温回转窑内焙烧，冷却后得到陶粒；4)生物挂膜：按照生物菌剂：FTF培养液的质量比为1:47～52配制挂膜培养液，在每公斤陶粒中加入2～3L的挂膜培养液；利用氢气间隔曝气，连续挂膜，定时将30％的挂膜培养液换成FTF培养液；生物陶粒上形成黄色生物膜后挂膜结束，采用连续自来水流冲掉陶粒表面吸附的细菌；5)反应器运行：将挂膜后的生物陶粒和铁碳填料分别放入反应器的上下层，打开进水阀，污水处理厂待处理污水经进水口进入反应器，在反应器进水处和出水处连接氮磷监测装置，对进出水的氮磷含量进行实时监控。...

【技术特征摘要】
1.一种基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法，其特征在于，包括如下步骤：1)自养反硝化污泥的驯化富集：取污水处理厂待处理污水与FTF培养液按照质量比为3～5:1混匀，于混合物的富集反应器中通入氢气在常温下富集培养，7天为一培养周期，静置，更换一半上清液为FTF培养液；搅拌震荡富集3～4周后，测定混合液中硝酸盐去除率在70％以上，得到驯化富集；2)生物菌剂的制备：收集驯化富集后的污水沉淀物，按照质量比为3～5:1向污水沉淀物中加入FTF培养液，常温下培养3～4天，之后每3天用液体培养液更换一次FTF培养液，当该反应器底部形成深黑色、散状污泥，测定液体培养液中硝酸盐去除率为70％以上，得到生物菌剂；3)陶粒的制备：取污水处理厂剩余污泥，按质量配比为55～65％污泥，4～5％三氯化铁，1～5％粉煤灰，3～5％Fe3O4，20～35％黏土，加水搅拌并混合均匀，制成颗粒；将得到的颗粒在渐进式升温回转窑内焙烧，冷却后得到陶粒；4)生物挂膜：按照生物菌剂：FTF培养液的质量比为1:47～52配制挂膜培养液，在每公斤陶粒中加入2～3L的挂膜培养液；利用氢气间隔曝气，连续挂膜，定时将30％的挂膜培养液换成FTF培养液；生物陶粒上形成黄色生物膜后挂膜结束，采用连续自来水流冲掉陶粒表面吸附的细菌；5)反应器运行：将挂膜后的生物陶粒和铁碳填料分别放入反应器的上下层，打开进水阀，污水处理厂待处理污水经进水口进入反应器，在反应器进水处和出水处连接氮磷监测装置，对进出水的氮磷含量进行实时监控。2.根据权利要求1所述的一种基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法，其特征在于，所述FTF培养液包括下述质量比的原料：NaHCO30.8～1.2g/L、FeSO40.4～0.6g/L、NaNO30.1～0.3g/L、KH2PO40.1～0.2g/L、MgSO40.1～0.3g/L、CaCl20.1～0.2g/L和微量元素0.0075～0.0125g/L。3.根据权利要求2所述的一种基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法，其特征在于，所述微量元素包括下述质量比的原料：EDTA0.8～1.2g/L、ZnSO40.4～0.6g/L、MnCl20.3～0.7g/L。4.根据权利要求1所述的一种基于铁碳微电解的物化-生物耦合脱氮除磷方法，其特征在于，步骤2)中，液体培养液为FTF培养液与灭菌待处理污水按照体积比为1：1～3配制而成，更换次序按照FTF培养液与灭菌待处理污水体积比依次为：1：1、1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏俊峰，李敏，黄廷林，汪昭，张帅，白一涵，章园茗，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61