一种基于电气石载体的生物强化反应器脱氮工艺的制作方法

1.本发明涉及污水脱氮技术领域，具体是涉及一种基于电气石载体的生物强化反应器脱氮工艺。


背景技术：

2.sbr是序批式间歇活性污泥法的简称，sbr的运行有别于传统活性污泥法，一般采用多个sbr反应器并联间歇运行的方式；对于单一sbr反应器，每个运行周期包括5个阶段：进水期、反应期、沉淀期、排水排泥期、闲置期；sbr存在的问题是反应器操作困难，工作繁琐，启动慢，因此导致脱氮除磷效能得到限制。
3.a2/o工艺亦称a-a-o工艺，是应用最广泛的脱氮除磷工艺，按实质意义来说，本工艺应为厌氧-缺氧-好氧法，生物脱氮除磷工艺的简称；现有技术下的a2/o工艺tn去除率通常为58～78％。
4.另外当前废水深度脱氮过程中还存在碳源不足、电子供体缺乏的问题；因此脱氮功能酶活性较低，导致亚硝酸积累，造成tn去除率较低。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：采用电气石载体提高生物脱氮功能酶活性，提供充足的电子供体，并且提供一种启动快、工艺简单的脱氮工艺，提高tn去除率。
6.本发明的技术方案是：一种基于电气石载体的生物强化反应器脱氮工艺，包括以下步骤：
7.s1：混合充氧
8.首先将活性污泥置于第一阶段反应装置内，然后向第一阶段反应装置内通入待处理污水，采用搅拌组件对其进行混合搅拌，同时从第一阶段反应装置底端通入压缩空气，进行曝气充氧，使第一阶段反应装置内溶解氧浓度为0.05～0.5mg/l；
9.s2：加入电气石载体进行第一阶段处理
10.向第一阶段反应装置内投加粒径为2～8mm的电气石载体，投加量为0.5～2.5g/l；再次采用搅拌组件对混合物进行搅拌，使电气石载体分散均匀，得到混合电气石载体的待处理污水；间隔30～60min搅拌5～8min，待处理污水的停留时间为10～24h；
11.s3：沉淀分离
12.在沉淀池内经过静置沉淀使电气石载体与污水分离；电气石载体二次回收投加进第一阶段反应装置内；
13.s4：进行第二阶段处理
14.将步骤s3得到的污水通入第二阶段反应装置，使污水通过均匀设置在第二阶段反应装置内的处理格栅，使处理格栅上负载电气石载体对污水进行处理；其水力停留时间为60～180min；
15.s5：水质检测
16.采用水质检测装置检测处理后的水质情况，符合标准则进行排放；若不符合标准利用循环泵组通入第二阶段反应装置再次进行处理。
17.进一步地，所述电气石载体的制备方法为：
18.(1)将电气石块破碎研磨得到粒径的为20～80μm的电气石粉末；
19.(2)将制备得到的电气石粉末与粉煤灰，以及黏土按照质量比1～2：0.8～1.2：0.5～0.8混合，放入去离子水中，固液比为15～30g/l；然后超声处理30～60min，并持续搅拌；其中粉煤灰粒径为40～100μm；
20.(3)对上述混合溶液进形抽滤，对得到的固体材料；将得到的固体材料压制成粒径为3～8mm的电气石载体；然后在800～1050℃温度下加热20～40min。
21.电气石能够通过自身的氧化还原能力来传递电子，参与到微生物的胞外电子传递过程，从而加速电子传递速率，使污染物的降解速率得到显著提高。如果直接将电气石粉末直接作为氧化还原载体，由于粒径较小易流失，在生物水处理过程中，需要定期的投加，导致处理成本提高；因此通过粉煤灰负载形成粒径较大的电气石载体，不仅能够提高反应装置在启动器、运行期氮素的去除效率，还能够缩短反应时间；使得氨氮和总氮的达标排放。
22.更优的，所述电气石载体的制备方法为：
23.所述电气石载体的制备方法为：
24.(1)将壳聚糖粉末与去离子水或体积浓度为2％的乙酸按照质量比1:2～3混合，然后在60～80℃下条件水浴加热30～60min，使壳聚糖溶为胶状；
25.(2)向胶状的壳聚糖内加入电气石粉末和体积浓度为95％的无水乙醇，然后搅拌30～60min，混合均匀，得到混合物a；其中，电气石粉末、壳聚糖以及无水乙醇的质量比为2～3：1：3；
26.(3)将得到的混合物a滴加到质量浓度为15～35％的氢氧化钠溶液内，滴加过程中以20～60r/min的速度持续搅拌；然后过滤、在-50～-30℃下冷冻干燥8～12h制备得到粒径为2～6mm的电气石载体。
27.上述制备方法制备的电气石载体对于电气石自发电极特性的释放具有一定程度的阻碍作用，因此影响电气石作为电子供体的效能，使得电气石不能完全被释放并产生作用；经过探究，采用壳聚糖混合电气石粉末滴加进氢氧化钠溶液中制备得到电气石载体，其对于电气石自发电极特性的释放阻碍作用大大降低，从整体上能够有效提高脱氮效能。
28.在相同投加量下，此方法电气石载体的投加可获得较大的活性污泥增殖率，比上述方法增加了4.3％。进一步对生物脱氮关键酶活性产生积极影响，能够显著提高了活性污泥中硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶的相对活性，且分别增加了31％和35.1％。
29.进一步地，步骤s1中，所述活性污泥浓度为2000～3000mg/l；第一阶段反应装置整体温度在15℃～28℃。
30.15℃～28℃为常温下的反应温度，在此温度下整个装置具有较优良的脱氮效能，tn去除率可达到83～98％，大大高于常规处理装置a2/o工艺62～78％的tn去除率。
31.进一步地，所述第一阶段反应装置包括反应池，设置在所述反应池底部的曝气装置，设置在所述反应池内部的氧浓度检测装置，以及多组设置在所述反应池内部的搅拌装置。
32.第一阶段反应装置包括反应池，设置在所述反应池底部的曝气装置，设置在所述
反应池内部的氧浓度检测装置，以及多组设置在所述反应池内部的搅拌装置。曝气装置与搅拌装置上下对应设置能够在进行增高氧浓度同时进行高效的搅拌使污泥与电气石载体能够形成良好的接触，有利于提高生物脱氮关键酶活性。
33.进一步地，所述第二阶段反应装置包括处理圆管，以及均匀间隔设置在所述处理圆管内的处理格栅；所述处理圆管并排设置且相邻的处理圆管首尾连通组成“s”型处理通道；
34.所述处理格栅包括安装圆环，设置在所述安装圆环两侧的过滤网，填充在所述两侧过滤网中间的电气石载体；所述过滤网上的网孔大小为0.5～2mm。“s”型处理通道能够形成封闭的厌氧处理环境，通过电气石载体的均匀间隔设置能够对污水进行二次有效处理，进一步提高tn的去除率。
35.进一步地，所述处理格栅之间夹设有粒径为6～10mm的改性陶粒。
36.将陶粒、粒径为10～30μm的电气石粉末、以及粒径为10～30μm的稀土磁粉按照质量比为2～3：1：0.5混合，在200～300℃下加热60～100min后，自然冷却得到负载电气石粉末的改性陶粒。
37.通过陶粒对电气石粉末进行负载并且设置在电气石载体之间，能够为生物膜的形成提供更多的含有电气石的载体，并且陶粒易得，成本低廉，在提高脱氮效率的同时，使制备载体的成本得到控制，有利于大规模应用，实用性强。
38.进一步地，所述第一阶段反应装置、第二阶段反应装置内污水均带负电荷，且电动电位为-40～-20mv；污水ph值至6～8。反硝化途径中反硝化菌会优先利用有机碳源作为电子供体，当有机物耗尽之后，电气石作为电子供体，可以为反硝化细菌持续而稳定的提供电子，从而促进硝酸盐还原为亚硝酸盐，提高了硝酸盐还原率；电动电位的合适数据有利于对生物脱氮关键酶提供有效的微电场刺激环境，从而使得生物脱氮关键酶的活性提高。
39.本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于电气石载体的生物强化反应器脱氮工艺，主要包括对活性污泥电气石载体充氧后混合，进行第一阶段混合处理，然后分离污泥与污水，对污水进行第二阶段的脱氮处理；由于弱电场能够刺激微生物生长代谢，电气石的压电性导致每个电气石颗粒在溶液中均相当于一个点电源，因此随着电气石颗粒投加量的增加，活性污泥的活性随之增加，当达到刺激微生物生长的最佳剂量时，活性污泥的活性达到最大；因此两个阶段的反应装置均能够获得较快的启动速度；通过采用电气石载体提高生物脱氮功能酶活性，提供充足的电子供体，最终有效提高tn去除率。
40.本发明还提供了两种不同的电气石载体制备方案，电气石能够通过自身的氧化还原能力来传递电子，参与到微生物的胞外电子传递过程，从而加速电子传递速率，使污染物的降解速率得到显著提高。如果直接将电气石粉末直接作为氧化还原载体，由于粒径较小易流失，在生物水处理过程中，需要定期的投加，导致处理成本提高；通过电气石载体的制备能够对电气石进行二次回收，进行循环利用，有效减小处理成本。
附图说明
41.图1是本发明实施例1反应池与处理圆管的结构示意图；
42.图2是本发明实施例1处理格栅的结构示意图；
43.其中，1-反应池、2-曝气装置、10-氧浓度检测装置、11-搅拌装置、30-处理圆管、
31-处理格栅、310-安装圆环、311-过滤网。
具体实施方式
44.实施例1：
45.一种基于电气石载体的生物强化反应器脱氮工艺，包括以下步骤：
46.s1：混合充氧
47.首先将活性污泥置于第一阶段反应装置内，然后向第一阶段反应装置内通入待处理污水，采用搅拌组件对其进行混合搅拌，同时从第一阶段反应装置底端通入压缩空气，进行曝气充氧，使第一阶段反应装置内溶解氧浓度为0.05mg/l；
48.所述活性污泥浓度为2000mg/l；第一阶段反应装置整体温度在15℃。
49.s2：加入电气石载体进行第一阶段处理
50.向第一阶段反应装置内投加粒径为2mm的电气石载体，投加量为0.5g/l；再次采用搅拌组件对混合物进行搅拌，使电气石载体分散均匀，得到混合电气石载体的待处理污水；间隔30min搅拌5min，待处理污水的停留时间为10h；
51.s3：沉淀分离
52.在沉淀池内经过静置沉淀使电气石载体与污水分离；电气石载体二次回收投加进第一阶段反应装置内；
53.s4：进行第二阶段处理
54.将步骤s3得到的污水通入第二阶段反应装置，使污水通过均匀设置在第二阶段反应装置内的处理格栅，使处理格栅上负载电气石载体对污水进行处理；其水力停留时间为60min；所述第一阶段反应装置、第二阶段反应装置内污水均带负电荷，且电动电位为-40mv；污水ph值至6。
55.s5：水质检测
56.采用水质检测装置检测处理后的水质情况，符合标准则进行排放；若不符合标准利用循环泵组通入第二阶段反应装置再次进行处理。
57.所述电气石载体的制备方法为：
58.(1)将电气石块破碎研磨得到粒径的为20～30μm的电气石粉末；
59.(2)将制备得到的电气石粉末与粉煤灰，以及黏土按照质量比1：0.8：0.5混合，放入去离子水中，固液比为15g/l；然后超声处理30min，并持续搅拌；其中粉煤灰粒径为40～50μm；
60.(3)对上述混合溶液进形抽滤，对得到的固体材料；将得到的固体材料压制成粒径为3mm的电气石载体；然后在800℃温度下加热20min。
61.如图1、2所示，实施例1采用的第一阶段反应装置包括反应池1，设置在所述反应池1底部的曝气装置2，设置在所述反应池1内部的氧浓度检测装置10，以及3组设置在所述反应池1内部的搅拌装置11。
62.所述第二阶段反应装置包括处理圆管30，以及均匀间隔设置在所述处理圆管30内的处理格栅31；所述处理圆管30并排设置且相邻的处理圆管30首尾连通组成“s”型处理通道；
63.所述处理格栅31包括安装圆环310，设置在所述安装圆环310两侧的过滤网311，填
充在所述两侧过滤网311中间的电气石载体；所述过滤网311上的网孔大小为0.5mm。
64.其中，氧浓度检测装置10、搅拌装置11均采用现有市售组件且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
65.实施例2：
66.与实施例1不同的是：
67.一种基于电气石载体的生物强化反应器脱氮工艺，包括以下步骤：
68.s1：混合充氧
69.首先将活性污泥置于第一阶段反应装置内，然后向第一阶段反应装置内通入待处理污水，采用搅拌组件对其进行混合搅拌，同时从第一阶段反应装置底端通入压缩空气，进行曝气充氧，使第一阶段反应装置内溶解氧浓度为0.5mg/l；
70.所述活性污泥浓度为3000mg/l；第一阶段反应装置整体温度在18℃。
71.s2：加入电气石载体进行第一阶段处理
72.向第一阶段反应装置内投加粒径为8mm的电气石载体，投加量为2.5g/l；再次采用搅拌组件对混合物进行搅拌，使电气石载体分散均匀，得到混合电气石载体的待处理污水；间隔60min搅拌8min，待处理污水的停留时间为14h；
73.s3：沉淀分离
74.在沉淀池内经过静置沉淀使电气石载体与污水分离；电气石载体二次回收投加进第一阶段反应装置内；
75.s4：进行第二阶段处理
76.将步骤s3得到的污水通入第二阶段反应装置，使污水通过均匀设置在第二阶段反应装置内的处理格栅，使处理格栅上负载电气石载体对污水进行处理；其水力停留时间为180min；所述第一阶段反应装置、第二阶段反应装置内污水均带负电荷，且电动电位为-20mv；污水ph值至8。
77.s5：水质检测
78.采用水质检测装置检测处理后的水质情况，符合标准则进行排放；若不符合标准利用循环泵组通入第二阶段反应装置再次进行处理。
79.所述电气石载体的制备方法为：
80.(1)将壳聚糖粉末与去离子水按照质量比1:2混合，然后在60℃下条件水浴加热30min，使壳聚糖溶为胶状；
81.(2)向胶状的壳聚糖内加入电气石粉末和体积浓度为95％的无水乙醇，然后搅拌30min，混合均匀，得到混合物a；其中，电气石粉末、壳聚糖以及无水乙醇的质量比为2：1：3；
82.(3)将得到的混合物a滴加到质量浓度为15％的氢氧化钠溶液内，滴加过程中以20r/min的速度持续搅拌；然后过滤、在-30℃下冷冻干燥8h制备得到粒径为6mm的电气石载体。
83.实施例3：
84.一种基于电气石载体的生物强化反应器脱氮工艺，包括以下步骤：
85.s1：混合充氧
86.首先将活性污泥置于第一阶段反应装置内，然后向第一阶段反应装置内通入待处理污水，采用搅拌组件对其进行混合搅拌，同时从第一阶段反应装置底端通入压缩空气，进
行曝气充氧，使第一阶段反应装置内溶解氧浓度为0.25mg/l；
87.所述活性污泥浓度为2500mg/l；第一阶段反应装置整体温度在28℃。
88.s2：加入电气石载体进行第一阶段处理
89.向第一阶段反应装置内投加粒径为5mm的电气石载体，投加量为1.3g/l；再次采用搅拌组件对混合物进行搅拌，使电气石载体分散均匀，得到混合电气石载体的待处理污水；间隔45min搅拌7min，待处理污水的停留时间为24h；
90.s3：沉淀分离
91.在沉淀池内经过静置沉淀使电气石载体与污水分离；电气石载体二次回收投加进第一阶段反应装置内；
92.s4：进行第二阶段处理
93.将步骤s3得到的污水通入第二阶段反应装置，使污水通过均匀设置在第二阶段反应装置内的处理格栅，使处理格栅上负载电气石载体对污水进行处理；其水力停留时间为120min；所述第一阶段反应装置、第二阶段反应装置内污水均带负电荷，且电动电位为-30mv；污水ph值至7.5。
94.s5：水质检测
95.采用水质检测装置检测处理后的水质情况，符合标准则进行排放；若不符合标准利用循环泵组通入第二阶段反应装置再次进行处理。
96.所述电气石载体的制备方法为：
97.(1)将壳聚糖粉末与体积浓度为2％的乙酸按照质量比1:3混合，然后在80℃下条件水浴加热60min，使壳聚糖溶为胶状；
98.(2)向胶状的壳聚糖内加入电气石粉末和体积浓度为95％的无水乙醇，然后搅拌60min，混合均匀，得到混合物a；其中，电气石粉末、壳聚糖以及无水乙醇的质量比为3：1：3；
99.(3)将得到的混合物a滴加到质量浓度为35％的氢氧化钠溶液内，滴加过程中以60r/min的速度持续搅拌；然后过滤、在-50℃下冷冻干燥12h制备得到粒径为2mm的电气石载体。
100.实施例3采用的第一阶段反应装置包括反应池1，设置在所述反应池1底部的曝气装置2，设置在所述反应池1内部的氧浓度检测装置10，以及3组设置在所述反应池1内部的搅拌装置11。
101.所述第二阶段反应装置包括处理圆管30，以及均匀间隔设置在所述处理圆管30内的处理格栅31；所述处理圆管30并排设置且相邻的处理圆管30首尾连通组成“s”型处理通道；
102.所述处理格栅31包括安装圆环310，设置在所述安装圆环310两侧的过滤网311，填充在所述两侧过滤网311中间的电气石载体；所述过滤网311上的网孔大小为0.5～2mm。
103.所述处理格栅31之间夹设有粒径为8mm的改性陶粒。
104.所述改性陶粒的制备方法为：
105.将陶粒、粒径为10～20μm的电气石粉末、以及粒径为10～20μm的稀土磁粉按照质量比为3：1：0.5混合，在300℃下加热100min后，自然冷却得到负载电气石粉末的改性陶粒。
106.试验例：
107.采用上述实施例1～3的方法及现有技术(中国发明专利cn101723554b)的方法作
为对照组，对化肥厂排出的污水进行处理，污水中tn浓度为125mg/l，cod浓度为460mg/l，对两次处理排出后的tn浓度进行检测，并记录数据如下表1：
108.表1：实施例1～3及对照组的污水处理结果
[0109][0110]
对比表1中的数据能够看出本发明提供的脱氮处理工艺能够有效提高生物脱氮关键酶活性，显著提高了活性污泥中硝酸盐还原酶(nar)、亚硝酸盐还原酶(nir)等酶的相对活性，进而提高nh
4 -n氧化速率和no
3-‑
n生成速率；通过提供充足的电子供体，加快反应器启动时间，提高tn去除率，最终得到实施方便、效果优良的生物脱氮工艺。
[0111]
通过对比能够看出实施例3为本发明公开方案中的最佳实施方案，通过改性陶粒的加入能够进一步提高电气石载体的含量，从而进一步提高处理效能。