公布日：2023.10.31
申請日：2023.09.06
分類號：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本申請涉及生態(tài)修復技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝。該工藝包括如下步驟：（1）將污水導入沉淀池內(nèi)，經(jīng)過靜置沉淀后得到沉淀物和氨氮余水；（2）在接觸氧化池中向氨氮余水中投放硝化細菌、反硝化細菌和芽孢桿菌，在填料上完成掛膜，通過控制曝氣量實現(xiàn)同步硝化反硝化，同步去除氨氮和部分總氮的去除，得到硝態(tài)氮余水；（3）將硝態(tài)氮余水導入硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地，收集出水，得到脫硝余水；（4）將脫硝余水導入強化除磷水平潛流人工濕地，經(jīng)過凈化后進行出水排放。本申請克服了污水中的有機物濃度對反硝化反應(yīng)造成的限制，有助于充分改善出水質(zhì)量。
權(quán)利要求書
1.一種包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，包括如下步驟：（1）將污水導入沉淀池內(nèi)，經(jīng)過靜置沉淀后得到沉淀物和氨氮余水；（2）在接觸氧化池中向氨氮余水中投放硝化細菌、反硝化細菌和芽孢桿菌，在填料上完成掛膜，通過控制曝氣量實現(xiàn)同步硝化反硝化，同步去除氨氮和部分總氮的去除，得到硝態(tài)氮余水；（3）將硝態(tài)氮余水導入硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地，收集硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地的出水，得到脫硝余水；所述硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地包括交替設(shè)置的A段和B段，所述A段填充有硫自養(yǎng)填料，并投放有硫自養(yǎng)菌，所述硫自養(yǎng)填料的組分包括硫單質(zhì)和碳酸鈣，所述B段填充有種植基質(zhì)，所述種植基質(zhì)中種植有濕地植物；（4）將脫硝余水導入強化除磷水平潛流人工濕地，經(jīng)過強化除磷水平潛流人工濕地的凈化后進行出水排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，所述B段的種植基質(zhì)包括堿性火山巖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，在所述脫氮工藝的步驟（2）中，還向固定化高效微生物接觸氧化池內(nèi)的氨氮余水中投放反硝化助劑，反硝化助劑的組分包括輔助碳源、載鐵活性炭和海綿鐵，所述載鐵活性炭為表面負載有硫酸亞鐵的活性炭顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，所述載鐵活性炭按照如下方法制備：（1）將硫酸亞鐵和水混合，得到硫酸亞鐵溶液，備用；（2）將活性炭投入硫酸亞鐵溶液中浸泡100-140min，然后過濾回收活性炭并進行真空干燥，得到載鐵活性炭。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，制備所述載鐵活性炭的步驟（2）中，所述活性炭與硫酸亞鐵溶液的重量比為1:（60-120）。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，所述硫酸亞鐵溶液的濃度為0.050-0.075mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，所述載鐵活性炭的用量為海綿鐵重量的125-155%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，所述輔助碳源的組分包括酶解玉米芯粉，所述酶解玉米芯粉由纖維素酶對玉米芯粉進行酶解后得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，所述酶解玉米芯粉按照如下方法制備：將玉米芯粉和纖維素酶混合并攪拌，得到混合料，然后在50-60℃將混合料和酸性緩沖液混合并保溫儲存20-24h，然后對混合料進行烘干和研磨，得到酶解玉米芯粉。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，其特征在于，所述混合料中的纖維素酶含量為800-1000U/g。
發(fā)明內(nèi)容
相關(guān)技術(shù)中，當污水中可被反硝化細菌直接利用的有機物不足時，反硝化反應(yīng)將難以充分進行，導致出水中殘留一部分未參與反應(yīng)的硝態(tài)氮，對出水質(zhì)量造成影響。為了改善這一缺陷，本申請?zhí)峁┮环N包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝。
本申請?zhí)峁┮环N包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，采用如下的技術(shù)方案：一種包含人工濕地處理的污水凈化脫氮工藝，包括如下步驟：(1)將污水導入沉淀池內(nèi)，經(jīng)過靜置沉淀后得到沉淀物和氨氮余水；(2)在接觸氧化池中向氨氮余水中投放硝化細菌、反硝化細菌和芽孢桿菌，在填料上完成掛膜，通過控制曝氣量實現(xiàn)同步硝化反硝化，同步去除氨氮和部分總氮的去除，得到硝態(tài)氮余水；(3)將硝態(tài)氮余水導入硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地，收集硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地的出水，得到脫硝余水；所述硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地包括交替設(shè)置的A段和B段，所述A段填充有硫自養(yǎng)填料，并投放有硫自養(yǎng)菌，所述硫自養(yǎng)填料的組分包括硫單質(zhì)和碳酸鈣，所述B段填充有種植基質(zhì)，所述種植基質(zhì)中種植有濕地植物；(4)將脫硝余水導入強化除磷水平潛流人工濕地，經(jīng)過強化除磷水平潛流人工濕地的凈化后進行出水排放。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請先對污水進行了靜置沉淀處理，得到氨氮余水，然后在氨氮余水中投放硝化細菌、反硝化細菌和芽孢桿菌。硝化細菌能夠?qū)钡嗨械陌钡D(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，而反硝化細菌能夠?qū)⑾鯌B(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣。芽孢桿菌能夠?qū)τ袡C物進行降解，降低有機物的分子量，使有機物更容易被利用。當污水中可被反硝化細菌直接利用的有機物不足以支持反硝化反應(yīng)的進行時，芽孢桿菌的降解作用能夠使得反硝化細菌對有機物的利用率得到提高，促進了反硝化反應(yīng)的進行，有助于得到硝態(tài)氮濃度較低的硝態(tài)氮余水，減小了后續(xù)步驟的硝態(tài)氮處理壓力。在硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地中，硫自養(yǎng)菌能夠利用A段的硫單質(zhì)進行生長繁殖，并將硝態(tài)氮余水中剩余的大部分硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣，無需額外消耗碳源。碳酸鈣能夠消耗硫自養(yǎng)菌產(chǎn)生的氫離子，有助于維持濕地pH值的穩(wěn)定。A段和B段的交替設(shè)置能夠減少硫單質(zhì)的流失，同時也增加了美觀性和施工布局的靈活性，有助于維持硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地的長期運行。濕地填料表面可以附著水質(zhì)凈化微生物，結(jié)合濕地植物根系的吸收作用有助于對殘留的污染物進行吸收，實現(xiàn)深度凈化。
經(jīng)過固定化高效微生物接觸氧化池和所述硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地的連續(xù)處理之后，得到的脫硝余水中的氨氮含量與導入的污水相比顯著下降，并且硝態(tài)氮濃度也維持著相對較低的水平，后續(xù)再經(jīng)過除磷處理即可進行出水排放。本申請的污水凈化脫氮工藝在有機物不足的情況下增加了反硝化細菌對有機物的利用率，而且通過硫自養(yǎng)菌和硫自養(yǎng)填料的配合實現(xiàn)了對硝態(tài)氮的二次去除，克服了污水中的有機物濃度對反硝化反應(yīng)造成的限制，有助于充分改善出水質(zhì)量。
作為優(yōu)選，所述B段的種植基質(zhì)包括堿性火山巖。
通過采用上述技術(shù)方案，堿性火山巖不僅能夠作為濾料使用，而且同樣能夠消耗硫自養(yǎng)菌產(chǎn)生的氫離子，有助于減少氫離子對濕地植物的根系造成的影響，有助于維持濕地植物的正常生長環(huán)境。
作為優(yōu)選，在所述脫氮工藝的步驟(2)中，還向固定化高效微生物接觸氧化池內(nèi)的氨氮余水中投放反硝化助劑，反硝化助劑的組分包括輔助碳源、載鐵活性炭和海綿鐵，所述載鐵活性炭為表面負載有硫酸亞鐵的活性炭顆粒。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請將載鐵活性炭和海綿鐵共同投放到了固定化高效微生物接觸氧化池內(nèi)的氨氮余水中，載鐵活性炭會在氨氮余水中釋放硫酸亞鐵，而海綿鐵能夠抑制亞鐵離子的氧化。亞鐵離子能夠促進反硝化作用的進行，從而改善了反硝化處理的效果，有利于充分去除氨氮余水中的硝態(tài)氮，并且降低了硫自養(yǎng)菌的反硝化壓力，有利于硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地的長期運行。
作為優(yōu)選，所述載鐵活性炭按照如下方法制備：(1)將硫酸亞鐵和水混合，得到硫酸亞鐵溶液，備用；(2)將活性炭投入硫酸亞鐵溶液中浸泡100-140min，然后過濾回收活性炭并進行真空干燥，得到載鐵活性炭。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請在硫酸亞鐵溶液中浸泡活性炭，活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)能夠?qū)α蛩醽嗚F進行吸附，同時活性炭表面也會攜帶硫酸亞鐵溶液。經(jīng)過真空干燥之后，活性炭表面攜帶的硫酸亞鐵溶液中的硫酸亞鐵負載到了活性炭表面，得到了載鐵活性炭。
作為優(yōu)選，制備所述載鐵活性炭的步驟(2)中，所述活性炭與硫酸亞鐵溶液的重量比為1:(60-120)。
通過采用上述技術(shù)方案，優(yōu)選了活性炭與硫酸亞鐵溶液的重量比，在該重量比范圍內(nèi)，在活性炭發(fā)生吸附之后，硫酸亞鐵的濃度產(chǎn)生的變化相對較小，有助于充分增加活性炭表面攜帶的硫酸亞鐵總量。
作為優(yōu)選，所述硫酸亞鐵溶液的濃度為0.050-0.075mol/L。
通過采用上述技術(shù)方案，優(yōu)選了硫酸亞鐵溶液的濃度，有助于在節(jié)約硫酸亞鐵的前提下充分改善載鐵活性炭釋放硫酸亞鐵的效果。
作為優(yōu)選，所述載鐵活性炭的用量為海綿鐵重量的125-155％。
通過采用上述技術(shù)方案，優(yōu)選了載鐵活性炭的用量，有助于在節(jié)約載鐵活性炭的前提下充分改善對硝態(tài)氮的去除效果，降低了硫自養(yǎng)菌的反硝化壓力，有利于硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地的長期運行。
作為優(yōu)選，所述輔助碳源的組分包括酶解玉米芯粉，所述酶解玉米芯粉由纖維素酶對玉米芯粉進行酶解后得到。
通過采用上述技術(shù)方案，酶解玉米芯粉與玉米芯粉相比，由于玉米芯粉經(jīng)過了酶解，因此玉米芯粉多糖的分子量減小，使得輔助碳源更容易被反硝化細菌所利用，有助于改善反硝化細菌的反硝化效果。
作為優(yōu)選，所述酶解玉米芯粉按照如下方法制備：將玉米芯粉和纖維素酶混合并攪拌，得到混合料，然后在50-60℃將混合料和酸性緩沖液混合并保溫儲存20-24h，然后對混合料進行烘干和研磨，得到酶解玉米芯粉。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請優(yōu)選了酶解玉米芯粉的制備工藝，有助于改善對玉米芯粉進行酶解的效果。
作為優(yōu)選，所述混合料中的纖維素酶含量為800-1000U/g。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請優(yōu)選了混合料中的纖維素酶含量，有助于在節(jié)約纖維素酶的前提下改善對玉米芯粉進行酶解的效果。
綜上所述，本申請具有以下有益效果：1、本申請的污水凈化脫氮工藝在有機物不足的情況下增加了反硝化細菌對有機物的利用率，而且通過硫自養(yǎng)菌和硫自養(yǎng)填料的配合實現(xiàn)了對硝態(tài)氮的二次去除，克服了污水中的有機物濃度對反硝化反應(yīng)造成的限制，有助于充分改善出水質(zhì)量。
2、本申請將載鐵活性炭和海綿鐵共同投放到了固定化高效微生物接觸氧化池內(nèi)的氨氮余水中，載鐵活性炭會在氨氮余水中釋放硫酸亞鐵，而海綿鐵能夠抑制亞鐵離子的氧化。亞鐵離子能夠促進反硝化作用的進行，從而改善了反硝化處理的效果，有利于充分去除氨氮余水中的硝態(tài)氮，降低了硫自養(yǎng)菌的反硝化壓力，有利于硫自養(yǎng)反硝化潛流濕地的長期運行。
3、本申請通過酶解的方式降低了玉米芯粉多糖的分子量，進而使得輔助碳源更容易被反硝化細菌所利用，有助于改善反硝化細菌的反硝化效果。
（發(fā)明人：章文軍;陳春林;王來芳;忻蔣慧;黃全雨;軒換玲;趙少康;劉曉揚）
