海绵铁驱动的快速实现低氨氮废水深度自养脱氮的方法，属于废水处理领域。设有圆柱型反应装置、进水系统、出水系统、温控系统、曝气系统和集气系统。本发明专利技术通过调控水力停留时间以及曝气流量与进水流量的比值，利用海绵铁载体实现低氨氮废水的自养深度脱氮。本发明专利技术处理效率高，节约成本，可靠性好。可靠性好。可靠性好。
【技术实现步骤摘要】
海绵铁驱动的快速实现低氨氮废水深度自养脱氮的方法
[0001]本专利技术涉及一种废水处理技术，具体是快速实现深度自养脱氮的方法。该技术适用于城市生活污水的脱氮处理，它不需要添加外碳源就能实现深度脱氮，达到一级A的出水要求。这有利于经济有效的控制水体氮素污染，节省污水处理成本，属于废水处理方法领域。
技术介绍
[0002]随着社会的迅速发展以及人民生活水平的提高，氮(N)污染已成为水生生态系统中日益严重的环境问题，其中生活污水是一个重要来源。因此，在生活污水排入受纳水体之前，去除污水中的氮至关重要。硝化作用是处理污水中氨氮最常用的方法，它通过曝气将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。然后在异养反硝化微生物的作用下将产生的亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气。异养反硝化不仅需要添加大量的有机物，而且异养菌生长迅速，会导致大量的剩余污泥产生。有机物和污泥处理都会增加污水处理的成本。因此，一些新型废水处理工艺应运而生。
[0003]厌氧氨氧化(Anammox)是以亚硝酸盐为电子受体，氨氮为电子供体，在厌氧条件下将亚硝酸盐和氨氮同时转化为氮气的过程。因此，短程硝化
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厌氧氨氧化工艺得到了越来越多的应用。但是该工艺存在一大难题，即实现亚硝酸盐的积累。因为短程硝化很容易被破坏，这样会导致厌氧氨氧化的底物不足，影响该工艺的脱氮效果。
[0004]厌氧铁氨氧化(Feammox)以Fe(III)为电子受体氧化氨氮，以氮气，亚硝酸盐和硝酸盐为终产物。Feammox在许多生态系统的氮循环中发挥了重要作用，包括水稻土壤、热带森林、湿地甚至是废水处理过程。Feammox过程与铁还原菌(FeRB)有关，像Geobacter,Dechloromonas和Clostridium在处理含氨氮废水的Feammox系统中都有发现。
[0005]亚硝酸盐/硝酸盐依赖的亚铁氧化(NDFO)是一种自养反硝化过程，其利用Fe(II)作为电子供体还原亚硝酸盐或硝酸盐，以氮气为终产物。NDFO在土壤、淡水和湿地等自然环境中的氮循环中具有重要意义。此外，一些研究还利用处理废水的活性污泥驯化出了NDFO以去除硝酸盐。厌氧铁氧化菌(AFeOB)是一类重要的铁氧化菌(FeOB)，它们能够在厌氧条件下将Fe(II)氧化为Fe(III)，并获得生长所需的能量。NDFO过程与AFeOB密切相关，包括Gallionellaceae和Thiobacillus等微生物。
[0006]Feammox和NDFO的结合不仅可以实现Fe(III)和Fe(II)的循环，而且可以同时去除氨氮和亚硝酸盐或硝酸盐。但是，在Feammox和NDFO中，Fe(III)的再生是不可持续的，因为大部分氨氮被转化为氮气，而不是亚硝酸盐和硝酸盐，导致NDFO的基质不足。这表明维持Feammox和NDFO的循环需要持续添加铁源。然而，在实际应用中连续投加铁是不现实的，高浓度的铁不仅会增加运行成本，还会造成水体的二次污染。因此，迫切需要找到解决这一问题的方法。海绵铁(Fe0)是一种经济高效的多孔金属材料，由赤铁矿在高温下还原而成，具有比表面积大、活性高的优点。它可以作为载体提供铁基质，从而避免持续补充铁源。一般来说，Feammox去除氨氮的速度较慢，因此不能满足废水处理的要求。然而，曝气可以促进硝
化细菌的生长，从而提高氨氮的去除效率。此外，曝气还可以将海绵铁氧化为Fe(III)和Fe(II)以供Feammox和NDFO利用。与短程硝化
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厌氧氨氧化相比，该工艺可以有效处理低氨氮废水，因为不需要控制短程硝化过程。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种海绵铁驱动的快速实现低氨氮废水深度自养脱氮的方法。通过在以海绵铁为载体的生物处理反应器中调节水力停留时间和气水比，给出最优的运行条件，达到快速实现低氨氮废水深度自养脱氮的效果。
[0008]海绵铁驱动的快速实现低氨氮废水深度自养脱氮的方法，其特征在于：在生物处理反应器中存在有氧区和厌氧区，可以使不同功能菌群发挥作用。该反应器设有圆柱型反应装置、进水系统、出水系统、温控系统、曝气系统和集气系统。圆柱型反应装置内设有进水区、曝气盘、海绵铁载体区、清水区以及出水槽；海绵铁载体区和清水区每隔13cm设有一个取样口，共4个。进水系统：进水箱依次通过进水管、蠕动泵与圆柱型反应器进水口相连；出水系统：出水管连接到出水槽排入到出水箱；温控系统：圆柱型反应装置外部缠绕加热带，温度探头伸入到圆柱型反应器的清水区，加热带和温度探头均与温控装置连接，进行温度监测与调控；曝气系统：圆柱型反应器底部装有一曝气圆盘，曝气圆盘通过气体转子流量计与空气泵连接，控制曝气量；集气系统：出水槽顶部设有集气口，集气口与通过橡胶管与气袋相连，进行气体的收集。
[0009]反应装置的载体为海绵铁，其粒径为3
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5mm，进水方向为上向流。
[0010]上述海绵铁驱动的快速实现低氨氮废水深度自养脱氮的方法，包括3个阶段，如下所示：
[0011]阶段I
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海绵铁载体生物膜附着阶段：首先在圆柱型反应装置中填入海绵铁，之后利用蠕动泵将短程硝化
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厌氧氨氧化颗粒污泥均匀地泵入反应装置中；将温度探头伸入清水区，打开温控装置，将温度设置为25℃；开始进水，利用蠕动泵将进水箱中的低氨氮废水泵入到反应器中；为了使海绵铁载体更快地附着上生物膜，启动阶段不曝气，只进水；反应器首先在水力停留时间为19h的条件下运行22天，之后水力停留时间提高到37h运行18天，最后将水力停留时间增加到37h运行30天；
[0012]阶段II
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海绵铁驱动的生物反应器启动阶段：当生物膜成功附着到海绵铁之后，开始曝气；为了使微生物有充分的时间反应，初始水力停留时间设为37h，初始的曝气流量与进水流量的比值，即气水比为28；当氨氮去除率达到80％以上，总氮去除率达到60％以上时，说明以海绵铁为载体的生物处理反应器启动成功；
[0013]阶段III
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海绵铁驱动的生物反应器优化阶段：当反应器启动成功之后，调整水力停留时间以及气水比，提高反应器的处理效率；水力停留时间为9h且气水比为9时，反应器处理效果最好，氨氮去除率达到95％以上，总氮去除率在75％以上。
[0014]本专利技术的创新点：
[0015]海绵铁驱动的快速实现低氨氮废水深度自养脱氮工艺的运行本质上是在海绵铁载体区的不同区域实现不同功能菌群(主要包括硝化微生物、Feammox微生物、NDFO微生物和Anammox微生物)的培养与优化，从而达到深度自养脱氮的目的。具体包括：
[0016](1)进水和曝气方向均是从下向上，这就会导致反应器下部的氨氮和溶解氧浓度
较高，易发生硝化作用。越向上溶解氧浓度越低，这部分溶解氧可以氧化海绵铁(Fe0)为Fe(II)和Fe(III)，为Feammox和NDFO的发生提供了铁基质。此外，也为厌氧微生物提供了厌氧环境。
[0017](2)滤池下部发生硝化作用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.海绵铁驱动的快速实现低氨氮废水深度自养脱氮的方法，其特征在于：在生物处理反应器中存在有氧区和厌氧区；该反应器设有圆柱型反应装置、进水系统、出水系统、温控系统、曝气系统和集气系统；圆柱型反应装置内设有进水区、曝气盘、海绵体载体区、清水区以及出水槽，海绵铁载体区和清水区设有取样口；进水系统中进水箱依次通过进水管、蠕动泵与圆柱型反应装置进水口相连；出水系统中出水管连接到出水槽排入到出水箱；圆柱型反应装置外部缠绕加热带，温度探头伸入到圆柱型反应装置的清水区中，加热带和温度探头均与温控装置连接，进行温度监测与调控；圆柱型反应装置底部装有一曝气圆盘，曝气圆盘通过气体转子流量计与空气泵连接，控制曝气量；出水槽顶部设有集气口，集气口与通过橡胶管与气袋相连，进行气体的收集。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生物反应器的载体为海绵铁，其粒径为3
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5mm；海绵铁在反应器中的填充比为60％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其运行包括3个阶段；以自来水配水作为实验对象，阶段I的氨氮浓度为20
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30mg/L，阶段II启动初期氨氮浓度为20
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【专利技术属性】
技术研发人员：曾薇，李健敏，刘宏，詹孟佳，苗豪豪，郝小静，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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