公布日：2023.11.10
申請日：2023.08.26
分類號：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
本申請公開了一種零碳源HJDL污水處理方法，該方法采用HJDL反應池；所述HJDL反應池包括微生物孵化系統(tǒng)；所述HJDL反應池投放有生物增效載體以及復合菌劑；所述生物增效載體為羧甲基纖維素-硅藻土載體；所述生物增效載體表面配位有金屬離子。金屬離子可以捕捉聚磷菌產(chǎn)生的磷酸鹽并進行化學反應，使磷的去除過程不需要污泥載體，從而減少除磷過程中有機碳源的需求量，增加污水中碳源的利用率，從而在低碳源污水的環(huán)境下不需要投加額外碳源。
權利要求書
1.一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，采用HJDL反應池；所述HJDL反應池包括微生物孵化系統(tǒng)；所述HJDL反應池投放有生物增效載體以及復合菌劑；所述生物增效載體為羧甲基纖維素-硅藻土載體；所述生物增效載體表面配位有金屬離子；所述金屬離子包括鋁離子、二價鐵離子、鈣離子、鋅離子、銅離子中的一種或幾種的組合。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，所述復合菌劑包括復合脫氮菌、復合脫磷菌、復合COD菌和厭氧菌劑中的一種或幾種的組合。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，所述生物增效載體所用原料包括質(zhì)量比為（20～40）：（3～8）：100的羧甲基纖維素、金屬鹽和硅藻土。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，所述生物增效載體的制備方法包括如下步驟：硅藻土改性：將硅藻土添加到鹽酸溶液中，在60～80℃下恒溫浸泡4～6h，再經(jīng)過抽濾、洗滌至中性后烘干，研磨過200目篩，得到改性硅藻土；羧甲基纖維素-硅藻土載體的制備：將改性硅藻土分散在去離子水中；將羧甲基纖維素與氫氧化鈉溶解在去離子水中，并添加到改性硅藻土溶液中，攪拌分散，然后加入乳化劑和交聯(lián)劑，在60～80℃下攪拌反應1～2h；將溫度降低至35～45℃，加入金屬鹽，繼續(xù)攪拌反應6～8h，再經(jīng)過抽濾、洗滌、干燥、研磨、過篩得到羧甲基纖維素-硅藻土載體。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，所述金屬鹽包括氯化鋁、硫酸鋁、氯化亞鐵、硫酸鐵、氯化鈣、氯化銅、硫酸銅、硝酸銅、氯化鋅中的一種或幾種的組合。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，所述改性硅藻土表面還負載有二氧化鈦。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，所述改性硅藻土負載二氧化鈦按照以下方法制備得到：將鈦酸丁酯加入到無水乙醇中，攪拌均勻后加入乙酸，繼續(xù)攪拌至形成透明淺黃色液體；將改性硅藻土添加到透明淺黃色液體中，攪拌混合后加入硝酸，升高溫度至40～50℃，攪拌反應4～6h，冷卻靜置10～12h后放入馬弗爐中在500～700℃下焙燒3～4h，再經(jīng)過研磨過篩得到改性硅藻土負載二氧化鈦。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，所述生物增效載體的粒徑為200～400目。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，所述投放的生物增效載體與復合菌劑的質(zhì)量比為1：（0.2～0.4）。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種零碳源HJDL污水處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：S1：污水經(jīng)過格柵將大塊的雜物以及中等粒度的雜物進行過濾，過濾后的污水進入HJDL池前端，與回流污泥混合液一起流入HJDL反應池內(nèi)；S2：HJDL反應池中包括微生物孵化系統(tǒng)、攪拌裝置和回流裝置，污水以及回流污泥混合液與高濃度微生物一同進入微生物孵化系統(tǒng)內(nèi)，在微生物孵化系統(tǒng)的作用下孵化為HJDL顆�；勰嗖牡撞考訅簢姵�；攪拌裝置將HJDL反應池內(nèi)部的泥、水、微生物處于持續(xù)運動狀態(tài)；回流裝置將HJDL反應池中現(xiàn)有的生物增效載體、復合菌劑泵送至反應器頂端，不斷完成顆�；勰嘣炝＿^程；S3：HJDL反應池排出的水體進入二沉池靜置沉淀，二沉池中的底層污泥排出，二沉池中的中層污泥與回流污泥混合液重新進入HJDL反應池中處理，二沉池中的沉淀處理后水質(zhì)指標合格的污水排出，完成污水處理。
發(fā)明內(nèi)容
為解決低碳源污水需要投加大量外加碳源來實現(xiàn)污水除磷脫氮的達標排放，而增加的大量成本和造成的碳排放的問題，本申請?zhí)峁┝艘环N零碳源HJDL污水處理方法。
第一方面，一種零碳源HJDL污水處理方法，采用HJDL反應池；所述HJDL反應池包括微生物孵化系統(tǒng)；所述HJDL反應池投放有生物增效載體以及復合菌劑；所述生物增效載體為羧甲基纖維素-硅藻土載體；所述生物增效載體表面配位有金屬離子；所述金屬離子包括鋁離子、二價鐵離子、鈣離子、鋅離子、銅離子中的一種或幾種的組合。
污水中的有機物碳源在生物轉(zhuǎn)化的過程中分解為微生物的能源供體，可以作為微生物生長繁殖的物質(zhì)基礎、生物除磷的物質(zhì)載體以及生物反硝化過程中的電子供體；而對于低碳源污水，生物的反硝化過程難以順利進行，污泥的增殖緩慢，剩余污泥的排放量不足，致使缺乏磷載體而除磷效果不佳。
單位除磷所需的有機物碳源遠超過單位脫氮所需的有機物碳源，因此改變生物除磷的方式可以在不投加大量碳源的情況下實現(xiàn)脫氮除磷的達標排放。通過采用上述技術方案，本申請中的生物增效載體表面配位有金屬離子，微生物吸收磷后將磷酸鹽釋放出來，隨后被載體表面的金屬離子捕捉并進行化學反應，可以使磷酸鹽不需沉積在污泥載體，從而減少除磷過程中有機碳源的需求量，增加污水中碳源的利用率，從而不需要投加額外碳源。
生物增效載體是羧甲基纖維素-硅藻土載體，硅藻土具有多孔結(jié)構以及較大的比表面積，化學性質(zhì)穩(wěn)定，微生物能夠很好的吸附生存在硅藻土空隙內(nèi)，為眾多厭氧性細菌比如聚磷菌提供良好的生存環(huán)境；羧甲基纖維素具有優(yōu)異的生物相容性和環(huán)境友好性，表面具有大量的活性基團，能夠為金屬陽離子的配位反應提供供體；羧甲基纖維素覆蓋在硅藻土表面，一方面由于自身的生物相容性，能夠吸引微生物大量附著在生物增效載體上；另一方面，在污水處理的過程中，微生物附著在硅藻土上會逐漸吸收污水中的有機碳源來滿足自身生長所需要的能量，但硅藻土在吸附有機碳源之后會發(fā)生厭氧膨脹，逐漸形成硅藻土懸浮層，導致硅藻土失去原本正常的處理效果，HJDL反應池無法正常使用，羧甲基纖維素覆蓋在硅藻土表面可以增強硅藻土的穩(wěn)定性，抑制厭氧膨脹現(xiàn)象的發(fā)生；兩者相互配合，可以增加微生物的負載量，復合菌劑通過負載在生物增效載體上，可以在短時間形成內(nèi)部厭氧、中部兼氧、外部好氧的結(jié)構，可以同時進行生物硝化和反硝化，增加污水中有機碳源的利用率。
優(yōu)選的，所述復合菌劑包括復合脫氮菌、復合脫磷菌、復合COD菌和厭氧菌劑中的一種或幾種的組合。
優(yōu)選的，復合脫氮菌包括枯草芽孢桿菌、硝化細菌、反硝化脫氮菌、光合細菌、乳酸菌中的一種或幾種的組合。
優(yōu)選的，復合聚磷菌包括不動桿菌屬、氣單胞菌屬、棒桿菌屬、微絲菌中的一種或幾種的組合。
優(yōu)選的，復合COD菌包括甘度復合菌、COD降解菌中的一種或幾種的組合。
優(yōu)選的，厭氧菌劑為產(chǎn)甲烷菌。
通過采用上述技術方案，復合菌劑的相互配合使脫氮除磷的能力顯著提升，由于單一微生物菌劑產(chǎn)品，采用多種菌種復合，抗逆性也顯著提高，可以適應各種不同類型的污水；其中含有的厭氧菌劑能夠為微生物的生長繁殖提供微量元素，加速微生物的新陳代謝，提高微生物脫氮除磷的能力。
優(yōu)選的，所述生物增效載體所用原料包括質(zhì)量比為(20～40)：(3～8)：100的羧甲基纖維素、金屬鹽和硅藻土。
優(yōu)選的，所述生物增效載體的制備方法包括如下步驟：硅藻土改性：將硅藻土添加到鹽酸溶液中，在60～80℃下恒溫浸泡4～6h，再經(jīng)過抽濾、洗滌至中性后烘干，研磨過200目篩，得到改性硅藻土；羧甲基纖維素-硅藻土載體的制備：將改性硅藻土分散在去離子水中；將羧甲基纖維素與氫氧化鈉溶解在去離子水中，并添加到改性硅藻土溶液中，攪拌分散，然后加入乳化劑和交聯(lián)劑，在60～80℃下攪拌反應1～2h；將溫度降低至35～45℃，加入金屬鹽，繼續(xù)攪拌反應6～8h，再經(jīng)過抽濾、洗滌、干燥、研磨、過篩得到羧甲基纖維素-硅藻土載體。
所述金屬鹽包括氯化鋁、硫酸鋁、氯化亞鐵、硫酸鐵、氯化鈣、氯化銅、硫酸銅、硝酸銅、氯化鋅中的一種或幾種的組合。
優(yōu)選的，硅藻土改性中，硅藻土與鹽酸溶液的質(zhì)量體積比為(5～10)g：100ml；其中鹽酸溶液的摩爾濃度為1mol/L。
優(yōu)選的，所述乳化劑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種或幾種的組合；所述交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷。
優(yōu)選的，氫氧化鈉的添加量為羧甲基纖維素添加量的0.5～1％。
優(yōu)選的，乳化劑與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為(0.8～1.1)：1；交聯(lián)劑的添加量為羧甲基纖維素添加量的3～8％。
通過采用上述技術方案，硅藻土經(jīng)過鹽酸處理處理之后顆粒表面變得更加粗糙，形成許多凹槽以及孔洞，增大了顆粒的表面面積和比容，能夠負載更多的微生物，且有利于后續(xù)羧甲基纖維素的包覆；羧甲基纖維素在乳化劑和交聯(lián)劑的作用下包覆在硅藻土表面，形成凝膠包覆層，金屬鹽溶于溶液中，金屬陽離子通過與羧甲基纖維素上的活性基團進行配位，固定在載體上，便于捕捉固定磷酸鹽。
優(yōu)選的，所述改性硅藻土表面還負載有二氧化鈦。
優(yōu)選的，所述改性硅藻土負載二氧化鈦按照以下方法制備得到：將鈦酸丁酯加入到無水乙醇中，攪拌均勻后加入乙酸，繼續(xù)攪拌至形成透明淺黃色液體；將改性硅藻土添加到透明淺黃色液體中，攪拌混合后加入硝酸，升高溫度至40～50℃，攪拌反應4～6h，冷卻靜置10～12h后放入馬弗爐中在500～700℃下焙燒3～4h，再經(jīng)過研磨過篩得到改性硅藻土負載二氧化鈦。
優(yōu)選的，鈦酸丁酯與改性硅藻土的質(zhì)量比為(0.4～0.6)：1。
通過采用上述技術方案，二氧化鈦具有光催化作用，通過負載在硅藻土上，能夠催化分解部分已經(jīng)固化磷酸鹽的羧甲基纖維素，分解的羧甲基纖維素與污泥一同通過沉積去除，并且分解的部分羧甲基纖維素能夠充當一部分碳源為微生物提供部分能量，在低碳源的污水環(huán)境下，為微生物提供生長繁殖的能量，提高微生物脫氮除磷的效率。
優(yōu)選的，所述生物增效載體的粒徑為200～400目。
生物增效載體的粒徑小，所形成的污泥顆粒粒徑小，污泥顆粒穩(wěn)定性有所提高，物質(zhì)傳質(zhì)效果優(yōu)異。
優(yōu)選的，所述投放的生物增效載體與復合菌劑的質(zhì)量比為1：(0.2～0.4)。
第二方面，本申請還提供了一種零碳源HJDL污水處理方法的步驟，包括：S1：污水經(jīng)過格柵將大塊的雜物以及中等粒度的雜物進行過濾，過濾后的污水進入HJDL池前端，與回流污泥混合液一起流入HJDL反應池內(nèi)；S2：HJDL反應池中包括微生物孵化系統(tǒng)、攪拌裝置和回流裝置，污水以及回流污泥混合液與高濃度微生物一同進入微生物孵化系統(tǒng)內(nèi)，在微生物孵化系統(tǒng)的作用下孵化為HJDL顆�；勰嗖牡撞考訅簢姵�；攪拌裝置將HJDL反應池內(nèi)部的泥、水、微生物處于持續(xù)運動狀態(tài)；回流裝置將HJDL反應池中現(xiàn)有的生物增效載體、復合菌劑泵送至反應器頂端，不斷完成顆�；勰嘣炝＿^程；S3：HJDL反應池排出的水體進入二沉池靜置沉淀，二沉池中的底層污泥排出，二沉池中的中層污泥與回流污泥混合液重新進入HJDL反應池中處理，二沉池中的沉淀處理后水質(zhì)指標合格的污水排出，完成污水處理。
通過采用上述技術方案，污水通過HJDL反應池的處理，其中含有的生物增效載體能夠形成污泥顆粒，對污水中的氮磷有良好的去除作用；并且由于羧甲基纖維素-硅藻土載體的作用，在低碳源污水的處理過程中，也能實現(xiàn)良好的脫氮除磷效果。
綜上所述，本申請具有如下有益效果：1.本申請中的生物增效載體表面配位有金屬離子，微生物吸收磷后將磷酸鹽釋放出來，隨后被載體表面的金屬離子捕捉并進行化學反應，可以使磷酸鹽不需沉積在污泥載體，從而減少除磷過程中有機碳源的需求量，增加污水中碳源的利用率，從而不需要投加額外碳源。
2.硅藻土具有多孔結(jié)構以及較大的比表面積，化學性質(zhì)穩(wěn)定，微生物能夠很好的吸附生存在硅藻土空隙內(nèi)，為眾多厭氧性細菌比如聚磷菌提供了良好的生存環(huán)境；羧甲基纖維素可以為金屬陽離子的配位反應提供供體并且穩(wěn)定硅藻土，抑制厭氧膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。
3.改性硅藻土表面還可負載有二氧化鈦，二氧化鈦具有光催化作用，通過負載在硅藻土上，可以催化分解部分固化磷酸鹽的羧甲基纖維素，分解的羧甲基纖維素與污泥一同通過沉積去除，并且分解的部分羧甲基纖維素能夠充當一部分碳源為微生物提供部分能量，在低碳源的污水環(huán)境下，為微生物提供生長繁殖的能量，提高微生物脫氮除磷的效率。
（發(fā)明人：鄭勇生）
