專利名稱：一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，本發(fā)明利用硫化亞鐵作為自養(yǎng)脫氮硫桿菌的硫源，在能夠利用脫氮硫桿菌穩(wěn)定高效脫氮的同時結(jié)合鐵離子化學(xué)除磷，達到同步脫氮除磷，適用于含氮磷污水的處理、水體富營養(yǎng)化控制和受污染水體的修復(fù)。
背景技術(shù)：
近年來，由于人類活動的加劇，大量氮、磷等污染物排入水體，導(dǎo)致受納水體富營養(yǎng)化日益嚴(yán)重。水體富營養(yǎng)化引起藻類以及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，使魚類或其他生物大量死亡、水質(zhì)惡化，從而影響到水體正常服務(wù)功能的發(fā)揮，甚至威脅到供水安全。大量研究和實踐表明，為了控制水體富營養(yǎng)化的發(fā)生和發(fā)展，氮、磷等污染物的去除是根本。因此，經(jīng)濟可行的脫氮除磷技術(shù)的研究和應(yīng)用就具有重要的意義。同步脫氮除磷是現(xiàn)代廢水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢。目前研究和應(yīng)用較多的是生物同步脫氮除磷技術(shù)，主要有A2/0、改進的Bardenpho、UCT、MUCT、VIP等連續(xù)流工藝，還有通過對曝氣方式的控制實現(xiàn)厭氧與好氧環(huán)境在時間上交替出現(xiàn)的間歇曝氣工藝，如氧化溝、SBR及其改良工藝等。它們是將眾多復(fù)雜生物過程耦合于一個系統(tǒng)中，利用反硝化作用脫氮，利用微生物對磷的過量吸收作用除磷，但這也不可避免地會產(chǎn)生各過程間的矛盾關(guān)系，如聚磷菌與硝化菌對溶解氧、泥齡的競爭，聚磷菌與反硝化菌對碳源的競爭等，因此其同步脫氮除磷效果并不太理想。針對這一問題，目前國內(nèi)外有很多將生物脫氮與化學(xué)除磷結(jié)合的研究， 如生物濾池、活性污泥脫氮等與投加混凝劑除磷相結(jié)合，取得了較好的脫氮除磷效果?？梢娚锩摰c化學(xué)除磷結(jié)合是獲得良好脫氮除磷效果的重要途徑。雖然傳統(tǒng)的生物異養(yǎng)反硝化脫氮是十分有效的，但是，當(dāng)污水中的有機碳不足或者是沒有有機碳的時候，常常需要投放甲醇等有機物來提供異養(yǎng)反硝化所需的足夠的碳源，在進水水質(zhì)波動情況下容易造成碳源投放不足或者過量，影響出水水質(zhì)。此外，異養(yǎng)反硝化脫氮的現(xiàn)有工藝也存在著流程復(fù)雜，控制困難，運行成本高等問題。目前，國內(nèi)外較多的是硫磺/石灰石自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)(SLAD)，其中，石灰石主要用來中和硫自養(yǎng)反硝化過程中產(chǎn)生的酸，也可以為細菌提供無機碳源。然而該系統(tǒng)也存在自身的缺點，主要是消耗大量的石灰石，出水硬度和硫酸鹽濃度高，同時雖然系統(tǒng)有較多鈣離子產(chǎn)生，但是由于出水呈中性，因而SLAD并沒有很好的除磷效果。此外，也有采用黃鐵礦-石灰石體系進行脫氮除磷的污水處理方法，如中國專利申請?zhí)?01010524339. 3，申請公布日為2011年2月16日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為黃鐵礦作為生化填料脫氮除磷的方法，其步驟為(I)反應(yīng)器填料制備將粒徑<25mm的黃鐵礦與粒徑 <25mm的石灰石、方解石或白云石按重量比3 10 1混合均勻后，直接置于反應(yīng)器中；(2)反應(yīng)器的啟動以厭氧污泥為菌種，利用脫氮硫桿菌培養(yǎng)液培養(yǎng)微生物，并使所培養(yǎng)微生物在填料表面形成生物膜，當(dāng)脫氮效果保持穩(wěn)定時，完成啟動；(3)反應(yīng)器的運行向完成啟動的反應(yīng)器中通入待處理水，使微生物與處理水充分接觸，進水PH值為5 9，反應(yīng)溫度控制為2(T40°C，處理后的廢水排出。該發(fā)明中使用了石灰石、方解石或白云石，增加了運行成本， 且對出水水質(zhì)有影響，出水水質(zhì)的硬度較高；該發(fā)明將脫氮硫桿菌以黃鐵礦為硫源進行同步脫氮除磷，但是，以黃鐵礦為硫源的硫自養(yǎng)反硝化菌的脫氮速率低，導(dǎo)致處理時間長，設(shè)備的運行效率低下。目前，還有采用鐵自養(yǎng)反硝化工藝對污水進行同步脫氮除磷的方法公開，如中國專利申請?zhí)?01110234430.6，申請公布日為2011年11月28日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為實現(xiàn)污水同步脫氮除磷的方法。該發(fā)明采用一種能夠利用單質(zhì)鐵作為電子供體的自養(yǎng)反硝化細菌，在其反硝化過程中，硝酸根離子被還原為氮氣，單質(zhì)鐵被氧化為鐵離子，同時，鐵離子和磷酸根離子結(jié)合為沉淀，實現(xiàn)脫氮除磷的雙重效果的方法。但是，該發(fā)明以單質(zhì)鐵為電子供體會產(chǎn)生大量的氫氧根，不利于系統(tǒng)持續(xù)進行，也會影響除磷效果，導(dǎo)致沒有很好的脫氮除憐效果。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明針對現(xiàn)有含氮磷廢水同步脫氮除磷方法中存在的效果差的問題，本發(fā)明提供了一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，本發(fā)明以硫化亞鐵作為脫氮硫桿菌的硫源，利用脫氮硫桿菌的生化特性和硫化亞鐵的性質(zhì)，通過脫氮硫桿菌在厭氧條件下以硝酸根為氧化劑氧化硫化亞鐵實現(xiàn)水中氮的去除，同時利用氧化產(chǎn)物鐵離子去除水中的磷，從而實現(xiàn)脫氮除磷一體化，脫氮除磷的效果顯著。技術(shù)方案
為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
本發(fā)明的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，其步驟為
(1)篩選脫氮硫桿菌從厭氧活性污泥中篩選目標(biāo)菌種，所述目標(biāo)菌種是以硫化物為最終電子供體，以NO3-作為電子受體，能夠利用硫化亞鐵中的硫源進行自養(yǎng)反硝化的脫氮硫桿菌；
(2)反應(yīng)器填料準(zhǔn)備將粒徑<25mm的硫化亞鐵直接置于反應(yīng)容器中；
(3)加入污水向步驟(2)中加入硫化亞鐵的反應(yīng)容器通入待處理污水，該待處理污水是PH值為5. (T9. O的含氮磷污水；
(4)自養(yǎng)反硝化過程在通入污水后的反應(yīng)容器中接種步驟(I)中所獲得的脫氮硫桿菌菌液，反應(yīng)容器在厭氧條件下，在1(T4(TC溫度下混合反應(yīng)2-飛d，脫氮硫桿菌在將硫化亞鐵氧化的同時將水中的N02—和N03—還原為N2,同時利用氧化產(chǎn)物鐵離子沉淀水中的磷， 實現(xiàn)同步脫氮除磷；
(5)固液分離將步驟(4)處理后的污水進行固液分離，污水中的氮、磷得以去除，即完成了污水處理。更進一步地，步驟(I)中篩選脫氮硫桿菌的步驟為第一步，采用液體培養(yǎng)基，加入?yún)捬趸钚晕勰嗟膽覞嵋阂愿患繕?biāo)菌種；第二步，經(jīng)5次富集培養(yǎng)后，在第一步中的液體培養(yǎng)基中加入瓊脂粉，該瓊脂粉的加入質(zhì)量為液體培養(yǎng)基質(zhì)量的2%，進行目標(biāo)菌種在固體培養(yǎng)基上分離純化，至長出大小、形狀均一的單菌落；第三步，將第二步所得到的純化后的目標(biāo)菌種再次培養(yǎng)于液體培養(yǎng)基中，置于厭氧條件下對其反硝化能力做以初步檢測；第四步，將第三步所得的目標(biāo)菌種保存于液體培養(yǎng)基中，即為脫氮硫桿菌菌液。更進一步地，篩選脫氮硫桿菌中使用的液體培養(yǎng)基具體成分如下=NaS2O3 · 5H20
O.5g/L、KNO3 O. 2g/L、KH2PO4 O. 2g/L、NaHCO3 0. I g/L, MgCl2 · 6H20 0. 05g/L、NH4Cl 0. 05g/ UFeSO4 · 7H20 0. 001g/L。更進一步地，步驟(4)中脫氮硫桿菌菌液的接種量不少于步驟(3)中加入的待處理污水體積的5%。優(yōu)選，步驟(4)中脫氮硫桿菌菌液的接種量為步驟(3)中加入的待處理污水體積的5 10%。更進一步地，所述的反應(yīng)容器為旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)器，在步驟(4)的自養(yǎng)反硝化過程中，旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)器的轉(zhuǎn)速為2(T25 r/min。更進一步地，步驟(4)中向反應(yīng)容器中充惰性氣體后密封，形成厭氧條件。更進一步地，步驟(4)的自養(yǎng)反硝化過程中，混合反應(yīng)的溫度為25 30°C，混合反應(yīng)時間為2 4d。本發(fā)明的原理是在厭氧條件下，脫氮硫桿菌以FeS中的硫為電子供體，廢水中的 Ν03_-Ν及Ν02_-Ν為電子受體，進行自養(yǎng)反硝化，在將FeS氧化的同時將水中的NO2 —和NO3 — 還原為N2,同時利用氧化產(chǎn)物鐵離子沉淀水中的磷，實現(xiàn)同步脫氮除磷。脫氮硫桿菌以FeS 為硫源自養(yǎng)反硝化的反應(yīng)方程式如下
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#- ! J I有益效果
采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果
(1)本發(fā)明的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，生物脫氮與化學(xué)除磷自然耦合，實現(xiàn)了脫氮硫桿菌脫氮技術(shù)和鐵離子除磷技術(shù)的自然融合，硫化亞鐵作為硫源供脫氮硫桿菌脫氮的同時產(chǎn)生硫酸鐵、硫酸亞鐵，可作為混凝劑去除水中的磷，且硫化亞鐵來源廣，價格低廉，廢水處理成本低；
(2)本發(fā)明的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，脫氮除磷不需要外加碳源和除磷藥劑，反應(yīng)成本低，處理效果好；
(3)本發(fā)明去除廢水中的氮、磷，其去除率可分別達到70%和95%以上，處理后廢水中的氮磷含量達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。實施例I
本實施例中脫氮硫桿菌的分離篩選過程是以厭氧活性污泥作為菌種來源，從中篩選出能夠以硫化物為最終電子供體，以NO3-為電子受體，進行自養(yǎng)反硝化作用的目標(biāo)菌種，其具體過程如下
(O制備厭氧污泥的懸濁液，靜置后取上層液體。配制脫氮硫桿菌的培養(yǎng)基: NaS2O3 · 5H20 O. 5g/L、KNO3 O. 2g/L、KH2PO4 0. 2g/L、NaHCO3 0. I g/L, MgCl2 · 6H20 0. 05g/
5L、NH4Cl O. 05g/L、FeSO4 · 7H20 O. 001 g/L ；用 NaOH 和 HCl 溶液調(diào)整培養(yǎng)基最終 pH 至
7.00±0. 05。分裝培養(yǎng)基至150mL三角燒瓶，每IOOmL培養(yǎng)基接種5mL樣品，充二氧化碳氣體密封后，置于28°C恒溫水浴振蕩搖床中培養(yǎng)4天,搖床轉(zhuǎn)速為150r/min。以4天為周期, 取富集后的菌液5mL接種于新鮮培養(yǎng)基中，重復(fù)以上操作使菌種充分增殖。(2)經(jīng)5次富集培養(yǎng)后，配制脫氮硫桿菌的固體培養(yǎng)基，即在液體培養(yǎng)基配方中加入瓊脂粉，該瓊脂粉的加入質(zhì)量為液體培養(yǎng)基質(zhì)量的2%，取最后一次富集的菌液分別進行平板劃線，置于生化培養(yǎng)箱內(nèi)，溫度為28°C ;待平板長出菌落后，結(jié)合顯微鏡觀察，挑選優(yōu)勢菌落形態(tài)的單個菌落制成菌懸液再次進行平板劃線分離；反復(fù)分離篩選直至顯微鏡觀測確定為同一形態(tài)的細菌。將篩選出的菌株在4°C溫度的條件下保存待用。(3)目標(biāo)菌種的初步檢測，將所得菌種再次培養(yǎng)與液體培養(yǎng)基中，置于厭氧條件下，對其反硝化能力做以初步檢測。所述初步檢測具體過程如下用10個菌株的斜面培養(yǎng)物制備菌懸液，將菌懸液分別接種至新的脫氮硫桿菌培養(yǎng)基，每IOOmL培養(yǎng)基接種5mL菌懸液，每個菌懸液接種做10個平行，置于28°C恒溫水浴搖床中，搖床轉(zhuǎn)速為150r/min，每隔 24h取樣測硝酸鹽氮。培養(yǎng)基中硝酸鹽氮變化情況如下表所示。表I培養(yǎng)基中硝酸鹽氮變化情況
權(quán)利要求
1.一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，其步驟為(1)篩選脫氮硫桿菌從厭氧活性污泥中篩選目標(biāo)菌種，所述目標(biāo)菌種是以硫化物為最終電子供體，以NO3-作為電子受體，能夠利用硫化亞鐵中的硫源進行自養(yǎng)反硝化的脫氮硫桿菌；(2)反應(yīng)器填料準(zhǔn)備將粒徑<25mm的硫化亞鐵直接置于反應(yīng)容器中；(3)加入污水向步驟(2)中加入硫化亞鐵的反應(yīng)容器通入待處理污水，該待處理污水是PH值為5. (T9. O的含氮磷污水；(4)自養(yǎng)反硝化過程在通入污水后的反應(yīng)容器中接種步驟(I)中所獲得的脫氮硫桿菌菌液，反應(yīng)容器在厭氧條件下，在1(T4(TC溫度下混合反應(yīng)2-飛d，脫氮硫桿菌在將硫化亞鐵氧化的同時將水中的NO2 一和NO3 一還原為N2,同時利用氧化產(chǎn)物鐵離子沉淀水中的磷， 實現(xiàn)同步脫氮除磷；(5)固液分離將步驟(4)處理后的污水進行固液分離，污水中的氮、磷得以去除，即完成了污水處理。
2.根據(jù)權(quán)利書要求I所述的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，其特征在于，步驟 Cl)中篩選脫氮硫桿菌的步驟為第一步，采用液體培養(yǎng)基，加入?yún)捬趸钚晕勰嗟膽覞嵋阂愿患繕?biāo)菌種；第二步，經(jīng)5次富集培養(yǎng)后，在第一步中的液體培養(yǎng)基中加入瓊脂粉，該瓊脂粉的加入質(zhì)量為液體培養(yǎng)基質(zhì)量的2%，進行目標(biāo)菌種在固體培養(yǎng)基上分離純化，至長出大小、形狀均一的單菌落；第三步，將第二步所得到的純化后的目標(biāo)菌種再次培養(yǎng)于液體培養(yǎng)基中，置于厭氧條件下對其反硝化能力做以初步檢測；第四步，將第三步所得的目標(biāo)菌種保存于液體培養(yǎng)基中，即為脫氮硫桿菌菌液。
3.根據(jù)權(quán)利書要求2所述的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，其特征在于篩選脫氮硫桿菌中使用的液體培養(yǎng)基具體成分如下=NaS2O3 · 5H20 O. 5g/L、KNO3 O. 2g/L、KH2PO4O.2g/L、NaHCO3 0. lg/L、MgCl2 · 6H20 0. 05g/L、NH4Cl 0. 05g/L、FeSO4 · 7H20 0. 001 g/L
4.根據(jù)權(quán)利書要求I或2所述的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，其特征在于 步驟(4)中脫氮硫桿菌菌液的接種量不少于步驟(3)中加入的待處理污水體積的5%。
5.根據(jù)權(quán)利書要求4所述的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，其特征在于步驟(4)中脫氮硫桿菌菌液的接種量為步驟(3)中加入的待處理污水體積的5 10%。
6.根據(jù)權(quán)利書要求5所述的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，其特征在于所述的反應(yīng)容器為旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)器，在步驟(4)的自養(yǎng)反硝化過程中，旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)器的轉(zhuǎn)速為2(T25 r/ min0
7.根據(jù)權(quán)利書要求6所述的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，其特征在于步驟(4)中向反應(yīng)容器中充惰性氣體后密封，形成厭氧條件。
8.根據(jù)權(quán)利書要求7所述的一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，其特征在于步驟(4)的自養(yǎng)反硝化過程中，混合反應(yīng)的溫度為25 30°C，混合反應(yīng)時間為2 4d。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含氮磷污水同步脫氮除磷的方法，屬于污水處理領(lǐng)域。其步驟為(1)篩選脫氮硫桿菌從厭氧活性污泥中篩選利用硫化亞鐵中的硫源進行自養(yǎng)反硝化的脫氮硫桿菌作為目標(biāo)菌種；(2)反應(yīng)器填料準(zhǔn)備將粒徑＜25mm的硫化亞鐵直接置于反應(yīng)容器中；(3)加入污水向反應(yīng)容器通入待處理污水，該待處理污水是pH值為5.0~9.0的含氮磷污水；(4)自養(yǎng)反硝化過程反應(yīng)容器在厭氧條件下，在10~40℃溫度下混合反應(yīng)2-~6d，脫氮硫桿菌在將硫化亞鐵氧化的同時將水中的NO2－和NO3－還原為N2，同時利用氧化產(chǎn)物鐵離子沉淀水中的磷；(5)固液分離。本發(fā)明實現(xiàn)了脫氮硫桿菌脫氮技術(shù)和鐵離子除磷技術(shù)的自然融合，反應(yīng)成本低，處理效果好。
文檔編號C02F3/28GK102603064SQ201210095370
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者劉波, 張菁, 李 杰, 李睿華, 牛建敏, 王夏琳 申請人:南京大學(xué)