一種硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效能硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥的制備方法，利用自建構(gòu)的上升流式顆粒污泥反應(yīng)器，在特定的配方及水力條件下，可重復(fù)制備獲得。在缺氧條件下利用此硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥，可將硝酸鹽高效還原為氮?dú)?，同時(shí)硫化物氧化為硫酸鹽，出水不含亞硝酸鹽、一氧化二氮等反硝化中間產(chǎn)物，無剩余污泥，無二次污染。本發(fā)明為含氮廢水的處理提供了優(yōu)質(zhì)高效的新方法，處理工藝不產(chǎn)生剩余污泥，避免了二次污染，減少了構(gòu)筑物占地面積，降低了投資運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢的工藝目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展和豐富了生物同步脫氮除硫工藝。
【專利說明】一種硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]近代制革，醫(yī)藥，食品加工等行業(yè)的發(fā)展，伴隨著大量含硫含氮廢水的產(chǎn)生，在水資源日益緊缺以及污染嚴(yán)重的環(huán)境背景下，對含硫含氮廢水進(jìn)行高效處理的需求越來越強(qiáng)烈。
[0003]含硫廢水具有一定的生物毒性和腐蝕性，對處理微生物的耐受性以及設(shè)備的質(zhì)量要求較高，容易逸散出難聞的H2S氣體，對環(huán)境和人體產(chǎn)生較強(qiáng)的危害。當(dāng)水體中受到氮磷等營養(yǎng)元素的污染時(shí)，容易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，發(fā)生水華或赤潮現(xiàn)象。
[0004]一般來說，廢水的脫氮除硫工藝大多是分開進(jìn)行，不僅造成了復(fù)雜的廢水處理系統(tǒng)，還增加了廢水處理成本。傳統(tǒng)的活性污泥法工藝在處理污水中的有機(jī)污染物時(shí)，有很大部分轉(zhuǎn)化為剩余污泥，尤其是異養(yǎng)微生物生長繁殖迅速，導(dǎo)致剩余污泥量的急劇攀升，當(dāng)污泥處理處置能力不足時(shí)，將對環(huán)境造成二次污染。
[0005]為解決剩余污泥的問題，自養(yǎng)微生物逐漸被關(guān)注并應(yīng)用于廢水處理工藝。雖然自養(yǎng)微生物的微生物產(chǎn)率較低，但其與異養(yǎng)微生物的競爭力以及本身活性較低，使得自養(yǎng)微生物的生物量很難提升，從而影響了微生物的處理效率。另外，某些自養(yǎng)反硝化菌，如ΑΝΑΜΜ0Χ在脫氮過程中需要亞硝酸鹽的參與，同時(shí)中間產(chǎn)物一氧化二氮也會在水體中大量積累，二者均具有生物毒性，易造成二次污染，影響了其工藝的推廣。
[0006]考慮到自養(yǎng)微生物可利用基質(zhì)底物范圍廣，近些年來，以還原性硫化物(HS' S2_、s0> SO32'S2O廣等)為電子供體，無機(jī)碳CO2或hco3_為碳源的自養(yǎng)反硝化過程得到了廣泛的研究，為實(shí)現(xiàn)以廢治廢，同步脫氮除硫工藝的發(fā)展和創(chuàng)新，提供了新方向。
[0007]然而，同其他自養(yǎng)微生物一樣，微生物活性及其生物量是制約其處理效率的重要因素。一方面，硫化物本身所具有的生物毒性會抑制反硝化過程中還原酶的活性，導(dǎo)致中間產(chǎn)物的積累；另一方面，硫化物對于硫絲狀菌的生長促進(jìn)作用，容易引起污泥膨脹等廢水生物處理工藝中較難解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于發(fā)展同步脫氮除硫工藝，為含硫含氮廢水的處理提供新方法。首先本發(fā)明提供一種硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥，所述反硝化顆粒污泥的制備方法為在缺氧，溫度為25~30°C，pH為7.2~?.5的條件下，內(nèi)循環(huán)為5-10Q，采用上升流式缺氧顆粒污泥反應(yīng)器，接種生活污水廠二沉池的絮狀污泥，加入微量元素營養(yǎng)液，培養(yǎng)后即得。
[0009] 每升所述的微量元素營養(yǎng)液，包括0.5 g的ZnS04、2 g的CaCl2、2.5 g的MnCl2.4H20、0.5 g 的(NH4) 6Μο7024.4Η20、0.I g 的 CuS04.5H20 和 0.5 g 的 CoC12.6H20、3.8 g的FeCl2*4H20，以及50mL的濃鹽酸。
[0010]一種上述的硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥在處理廢水中的應(yīng)用。
[0011]再提供一種同步脫氮除硫的廢水處理的方法，在缺氧的條件下加入上述的硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥，并維持硫化物與硝酸鹽之間的硫氮質(zhì)量比在1.5~2。
[0012]本發(fā)明首先，構(gòu)建上升流式缺氧顆粒污泥反應(yīng)器水處理系統(tǒng)(圖1)，進(jìn)行含硫氮廢水處理。所述廢水以硫化物，硝酸鹽為主要污染物，硫化物與硝酸鹽之間的硫氮質(zhì)量比
1.5^2左右。
[0013]然后，培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)高效的硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥。接種的絮狀污泥直接在較高濃度上述廢水下進(jìn)行馴化，馴化過程完全不投加有機(jī)碳源，在缺氧條件下，逐步淘汰弱化異養(yǎng)微生物，篩選富集優(yōu)質(zhì)自養(yǎng)微生物，實(shí)現(xiàn)完全的硫自養(yǎng)反硝化工藝環(huán)境。
[0014]其次，在上述過程中，控制維持pH在7.2^7.5，溫度在25~30°C，內(nèi)循環(huán)為5-10Q，投加適量微量元素營養(yǎng)液。每升微量元素液內(nèi)含有0.5 g的ZnS04、2 g的CaCl2、2.5 g的MnCl2.4H20、0.5 g 的(NH4) 6Μο7024.4Η20、0.I g 的 CuS04.5H20 和 0.5 g 的 CoC12.6H20、3.8 g的FeCl2*4H20，以及50mL的濃鹽酸。
[0015]最后，完成上述步驟后。在本發(fā)明應(yīng)用的上升流式缺氧顆粒污泥反應(yīng)器水處理系統(tǒng)中，高效優(yōu)質(zhì)的硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥，以硫化物為電子供體，硝酸鹽為電子受體，將硫化物轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)??？刂埔欢ǖ倪M(jìn)水條件，廢水中硫化物去除率為100%，氮的去除率可達(dá)99%以上。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明成功培養(yǎng)了高效優(yōu)質(zhì)的硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥，其生長迅速，抗水力沖擊能力強(qiáng)，處理效率高，無剩余污泥，設(shè)備占地面積小，投資運(yùn)行成本低。應(yīng)用于含硫氮的廢水處理中，能將硝酸鹽高效還原為氮?dú)?，同時(shí)硫化物氧化為硫酸鹽，出水不含亞硝酸鹽，一氧化二氮等反硝化中間產(chǎn)物，無二次污染，是一種新型以廢治廢，同步脫氮除硫的經(jīng)濟(jì)高效水處理技術(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明方法中所構(gòu)建的上升流式缺氧顆粒污泥反應(yīng)器水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明方法中成功培養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥的部分顯微鏡照片。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。除非特別說明，本發(fā)明采用的試劑、設(shè)備和方法為本【技術(shù)領(lǐng)域】常規(guī)市購的試劑、設(shè)備和常規(guī)使用的方法。
[0020]實(shí)施例1，一種硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥的培養(yǎng)
上升流式缺氧污泥反應(yīng)器啟動(dòng)初期接種來自生活污水處理廠二沉池的新鮮絮狀污泥以及用其靜態(tài)培養(yǎng)2個(gè)月的自養(yǎng)反硝化污泥。實(shí)驗(yàn)初期進(jìn)水硝酸鹽濃度維持在70 mg/L(以N計(jì))，以較高濃度硫化物(140 mg/L,以S計(jì))快速篩選出硫自養(yǎng)反硝化功能菌種。同時(shí)，進(jìn)水投加一定量的微量元素營養(yǎng)溶液(單獨(dú)投放，不與進(jìn)水混合)，但不投加任何有機(jī)碳源，有利于自養(yǎng)菌的生長。
[0021] 在培養(yǎng)期間，反應(yīng)器的上升流速逐漸從0.4 m/h提高到2.5 m/h,以保證一定的水力沖刷條件(內(nèi)循環(huán)為5-10Q)，在反應(yīng)器啟動(dòng)40天左右出現(xiàn)顆粒污泥，此時(shí)可認(rèn)為硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥馴化培養(yǎng)成功，80天左右污泥的污泥體積指數(shù)SVI3(I/SVI5約為1.02，可認(rèn)為完全顆?；瓿?。
[0022]實(shí)施例2采用附圖中的上升流式缺氧污泥反應(yīng)器廢水處理系統(tǒng)，接種生活污水廠二沉池絮狀污泥，培養(yǎng)出硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥并處理人工模擬廢水。
[0023]上升流缺氧污泥反應(yīng)器內(nèi)徑為18.9 cm,總高度為117.0 cm，有效反應(yīng)高度106.9cm，反應(yīng)器有效反應(yīng)體積為30 L，反應(yīng)溫度由恒溫?fù)u床的水循環(huán)管路控制在25~30 °C。反應(yīng)器上部設(shè)有兩個(gè)三相分離器，進(jìn)行氣、液、固分離，另外設(shè)置回流管路，反應(yīng)生成的氣體通過堿性吸收液后進(jìn)行收集。
[0024]以人工廢水作為進(jìn)水，其中主要包括Na2S*9H20、2.0 g/L的NaHC03、0.505 g/L的KN03、1.5 g/L的KH2PO4和0.21 g/L的MgCl2。在反應(yīng)器初始階段，進(jìn)水S/N的質(zhì)量比率保持2左右，水力停留時(shí)間為20 h，回流比為5，運(yùn)行時(shí)間25天。平均脫氮效率達(dá)到99.8%，反硝化效果明顯且無亞硝酸鹽及N2O的積累，進(jìn)水硫化物去除率達(dá)到100%。
[0025]第二階段保持進(jìn)水成分不變，將水力停留時(shí)間縮短到8h，因此處理系統(tǒng)的總氮和總硫負(fù)荷會相應(yīng)增加，但運(yùn)行半個(gè)月后，處理效果與第一階段基本相同。
[0026]第三實(shí)驗(yàn)階段水力停留時(shí)間保持不變?nèi)詾?h，回流比改為10，降低進(jìn)水S/N比率到1.7左右，運(yùn)行時(shí)間為40天，此時(shí)的平均脫氮效率為89.8%，出水含有硝酸鹽與亞硝酸鹽平均濃度分別為4.48 mg-N/L和11.3 mg-N/L ;硫化物去除率仍為100%。
[0027]第四實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)一步縮短水力停留時(shí)間為5h，此時(shí)總硫和總氮負(fù)荷相應(yīng)增加，一個(gè)月內(nèi)平均脫氮效率為90.8%，出水含有硝酸鹽與亞硝酸鹽平均濃度分別為1.77 mg-N/L和14.5 mg-N/L ;出水硫化物平均為0.23 mg-S/L。
[0028]第五個(gè)實(shí)驗(yàn)階段，保持其他條件不變，進(jìn)水S/N比率繼續(xù)降低到1.5左右，運(yùn)行20天的平均脫氮效率為79.5%，出水含有硝酸鹽與亞硝酸鹽平均濃度分別為10.3 mg-N/L和12.1 mg-N/L ;出水硫化物平均濃度為0.34 mg-S/L,出現(xiàn)硫代硫酸鹽，其平均濃度為0.2mg-S/Lο
[0029] 最終上升流式缺氧污泥反應(yīng)器在其他條件不變，S/N比率維持在2左右，水力停留時(shí)間保持在5 h，回流比為10，長期運(yùn)行直達(dá)穩(wěn)定，穩(wěn)定后硝酸鹽平均去除率在99%以上，出水不含亞硝酸鹽，硫化物的平均去除率及硫酸鹽轉(zhuǎn)換率為100%，而且硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥粒徑保持在1400 μ m左右。
【權(quán)利要求】
1.一種硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥，其特征在于，所述硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥的制備方法為在缺氧，溫度為25~30°C，pH為7.1~?.5，內(nèi)循環(huán)5~10Q的條件下，采用上升流式缺氧顆粒污泥反應(yīng)器，接種生活污水廠二沉池的絮狀污泥，加入微量元素營養(yǎng)液，培養(yǎng)后即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥，其特征在于，每升所述的微量元素營養(yǎng)液，包括 0.5 g 的 ZnS04、2 g 的 CaCl2、2.5 g 的 MnCl2*4H20、0.5 g 的(NH4) 6Μο7024.4Η20、0.1 g 的 CuSO4AH2O 和 0.5 g 的 CoC12.6H20、3.8 g 的 FeCl2.4H20，以及 50mL 的濃鹽酸。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥在處理廢水中的應(yīng)用。
4.一種同步脫氮除硫的廢水處理的方法，其特征在于，在缺氧的條件下加入權(quán)利要求1所述的硫自養(yǎng)反硝化顆粒 污泥，并維持硫化物與硝酸鹽之間的硫氮質(zhì)量比在1.5~2。
【文檔編號】C02F3/28GK104071892SQ201410248398
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】呂慧, 陳光浩 申請人:中山大學(xué)