一种提高硫自养反硝化滤池脱氮性能的方法

1.本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种通过添加内源磁性介质原位强化硫自养反硝化滤池脱氮性能的技术方法。


背景技术：

2.污水中氮污染物的过量排放容易引起地表水富营养化并且危害人体健康，为此我国针对污水中氮素制定了严格的排放标准。硫自养反硝化往往作为末端深度处理技术引起大家的关注。目前硫自养反硝化技术在实际应用中主要通过滤池的形式实现，填料载体被认为是滤池的核心和关键。
3.目前，研究公开的硫自养反硝化滤池载体填料有：硫磺 碳酸钙、硫磺 黄铁矿、硫磺 菱铁矿、硫磺 黄铁矿 菱铁矿等。为进一步提高以上复合填料系统的脱氮效率，研究者们主要通过粘结造粒、高温煅烧技术，增强以上复合填料的比表面积，提高微生物的负载量，进而提高脱氮效率。但是，这些方法无法提高硫自养反硝化菌的活性和增值速率。同时，粘结造粒和高温煅烧技术的高成本，限制了其在实际工程中的应用。因此，提高硫自养反硝化菌的活性和增殖速率，增强反硝化滤池的脱氮性能，缩短反硝化滤池的启动时间亟待解决。
4.针对以上问题，本研究提出了一种在已知的硫自养反硝化体系中添加磁性介质的方法。利用磁性介质的内源磁强化作用原位提高硫自养反硝化菌的活性和增殖速率，从而提高硫自养反硝化菌在滤池载体上的负载生物量，提升脱氮性能，缩短滤池的启动时间。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提高硫自养反硝化滤池的脱氮性能，缩短硫自养反硝化滤池的启动时间。
6.本发明提供了一种提高硫自养反硝化滤池脱氮性能的方法，其特征在于：通过在硫自养反硝化滤池中添加磁性介质，利用磁性介质的内源磁强化作用原位提高硫自养反硝化菌的活性和增殖速率，从而提高滤池的脱氮负荷，增强滤池的脱氮性能。
7.本发明所述磁性载体为惰性介质，不参与反应，种类包括但不限于磁铁矿、铝镍钴、铁氧体、钐钴、钕铁硼等具有磁性的材料及变体；
8.本发明所述磁性载体和硫自养反硝化滤池填料的混合方式可以为直接颗粒混合和与其他填料粘结造粒、高温煅烧混合等方式。其中，载体直接混合方式中磁性载体和硫自养反硝化滤池填料的粒径应该保持一致，优选粒径范围20-200目。
9.本发明所述磁性载体与硫自养反硝化滤池填料的体积比约为1～12：2，产生的磁场强度不小于5mgs。
10.本发明依托反硝化滤池实现，反硝化滤池的具体构造为：水箱1通过进水管2经过进水泵3与布水管5相连，布水管5安装在反硝化滤池8底部；支撑板6安装在反硝化滤池8内部布水管5的上端；出水管9安装于反硝化滤池8上端与循环水管10相连，并在远离循环水管
10一端安装出水阀门13；循环水泵11通过循环水管10连接水箱1和出水管9，具体见附图1。依托该反硝化滤池装置，本发明的技术实施步骤为：
11.步骤(1)将粒径相同的磁性载体与原有硫自养反硝化滤池填料按照1～12：2的体积混合，或者采用其他粘结造粒、高温煅烧方式制备新型填料，然后填充至反硝化滤池装置。
12.步骤(2)启动步骤(1)中的滤池。启动方式为通过外源接种硫自养反硝化菌液的方式进行快速挂膜。将硫自养反硝化菌液加入水箱1，关闭出水阀门14，打开循环阀门13、进水阀门4、循环水泵11和进水泵3，使步骤(2)中反硝化滤池中的菌液处于循环流动状态，进行载体挂膜，控制滤池中菌液的上升流速为0.0005～0.0300m/s、循环时间4-48小时。
13.步骤(3)在步骤(2)的基础之上，关闭循环阀门13和循环水泵11，打开进水阀门4、进水泵3和出水阀门14，连续处理废水。
14.本发明技术应用了内源磁场对脱氮硫杆菌的磁效应，这种内源磁场的磁效应应用机制和外源磁场完全不同。在内源磁场的条件下，硫自养反硝化滤池填料的矿物成分(例如：s、fe
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)易与生物膜外部内源磁性介质中的水接触，在能量场的激活过程中变成电离的水，使水瞬间磁化，加速了水磁化过程中的液面流动，搭建更多的物质传递通路，促进脱氮硫杆菌供体物质(例如：s)的传递和循环，增强脱氮硫杆菌的酶活性。
15.另外，内源磁性介质的加入，能够丰富微生物种间电子传递方式，促进微生物直接种间电子传递。内源磁性介质参与介导的微生物间电子传递无需能量载体的协助，依靠介质介导的信号分子实现电子传递，大大提高了胞外电子传递效率，进而提高脱氮硫杆菌的脱氮能力，这是区别外源磁场微生物磁效应的关键。
16.同时，磁性介质载体的填充比例决定了内源磁场发生的强度，在填充过程中，应控制合适的填充比例从而实现内源磁场强度不小于5gms；磁性介质载体的粒径决定了内源磁场的均一化程度和内源磁作用的效果，所以磁性介质载体和硫自养反硝化滤池填料的粒径应该保持一致，从而实现混合载体在反冲洗和混合过程之中的均一化程度。
17.除此之外，不同于外源磁场的单向磁场作用，内源磁场的多向磁场作用促进顺磁物质的多向传递和移动，增强顺磁物质的多向吸附，提高脱氮硫杆菌的增殖速率，促进生物膜的形成和生长，缩短硫自养反硝化滤池的启动时间。
18.基于上述技术方案，与已有的公知技术相比,具有如下效果：
19.通过内源磁性介质的原位磁强化作用，提高硫自养反硝化菌的活性和增殖速率，提高硫自养反硝化滤池的脱氮负荷，实现硫自养反硝化滤池的快速启动。
20.加入的磁性介质成本低廉，不参与反应，无二次污染，可重复利用，大大减少污水处理成本。
21.该方法操作简单、安全经济，适合于实际工程应用，值得广泛推广。
附图说明
22.图1为本发明所述反硝化滤池的结构示意图。
23.附图标记注释：1-水箱、2-进水管、3-进水泵、4-进水阀门、5-布水管、6-支撑板、7-复合载体、8-反硝化滤池、9-出水管、10-循环水管、11-循环水泵、12-止回阀、13-循环阀门、14-出水阀门。
24.图2为本发明实施例1中实施例组、对照组进出水no
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n浓度和总氮去除率。
具体实施方式
25.实施例1：向硫磺 菱铁矿反硝化滤池添加磁铁矿提高系统脱氮能力
26.在本实施例中，选取天然磁铁矿作为本发明中的磁性载体，硫磺和菱铁矿作为本发明中的硫自养反硝化滤池填料。
27.步骤(1)将磁铁矿颗粒物(粒径20目)和硫磺(粒径20目)、菱铁矿(粒径20目)混合颗粒物按照1：1的体积混合，然后填充至反硝化滤池装置，其中磁铁矿颗粒物2l、硫磺颗粒物1.0l和菱铁矿颗粒物1.0l。由磁铁矿颗粒物、硫磺和菱铁矿混合颗粒物构成的复合载体7产生的磁场强度为30mgs。
28.步骤(2)启动步骤(1)中的滤池。将硫自养反硝化菌液加入水箱1，关闭出水阀门14，打开进水阀门4、循环阀门13、循环水泵11和进水泵3，硫自养反硝化菌液通过进水泵3的提升作用流经进水管2进入布水管5，由下而上流经并附着在复合载体7表面。反硝化滤池8中的菌液在循环水泵11的作用下处于循环流动状态，进行载体挂膜。滤池中菌液的上升流速为0.0030m/s、循环时间12小时。
29.步骤(3)在步骤(2)的基础上，关闭循环阀门13和循环水泵11，打开进水阀门4、进水泵3和出水阀门14，向水箱1通入待处理污水，污水经进水泵3提升由进水管2进入布水管5均匀布水，然后，污水由下向上流经复合载体7表面并与生长的微生物发生反硝化反应，最后从滤池顶部的出水管9流出。连续运行20天，分别每天对两系统进出水中no
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n、总氮浓度进行检测。
30.对照组采用石英砂作为非磁性介质添加至硫磺 菱铁矿混合填料滤池中。两体系的进出水no
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n浓度和总氮去除率见附图2，由附图2可得，实施例1体系的氮去除率在反应第8天达到稳态为96.58％-98.10％，且对照组体系的氮去除率在反应第12天才达到稳态71.97％-86.71％。添加磁性载体的反硝化滤池比不添加磁性载体的对照组系统的氮去除率提高14％-34％，缩短约1/3的滤池启动时间。
31.实施例2：向硫磺 石灰石反硝化滤池添加磁铁矿提高系统脱氮能力
32.在本实施例中，选取天然磁铁矿作为本发明中的磁性载体，硫磺和石灰石作为本发明中的硫自养反硝化滤池填料。
33.步骤(1)将磁铁矿颗粒物(粒径20目)和硫磺(粒径20目)、石灰石(粒径20目)混合颗粒物按照1：1的体积混合，然后填充至反硝化滤池装置，其中磁铁矿颗粒物2l、硫磺颗粒物1.0l和石灰石颗粒物1.0l。由磁铁矿颗粒物、硫磺和石灰石混合颗粒物构成的复合载体产生的磁场强度为30mgs。
34.步骤(2)启动步骤(1)中的滤池。将硫自养反硝化菌液加入水箱1，关闭出水阀门14，打开进水阀门4、循环阀门13、循环水泵11和进水泵3，硫自养反硝化菌液通过进水泵3的提升作用流经进水管2进入布水管5，由下而上流经并附着在复合载体7表面。反硝化滤池中的菌液在循环水泵11的作用下处于循环流动状态，进行载体挂膜。滤池中菌液的上升流速为0.0030m/s、循环时间12小时。
35.步骤(3)在步骤(2)的基础上，关闭循环阀门13和循环水泵11，打开进水阀门4、进水泵3和出水阀门14，向水箱1通入待处理污水，污水经进水泵3提升由进水管2进入布水管5
均匀布水，然后，污水由下向上流经复合载体7表面并与生长的微生物发生反硝化反应，最后从滤池顶部的出水管9流出。连续运行20天，分别每天对两系统进出水中no
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n、总氮浓度进行检测。
36.对照组采用石英砂作为非磁性介质添加至硫磺 石灰石混合填料滤池中。较对照组，实施例2体系的氮去除率提高19％，缩短约1/4的滤池启动时间。
37.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，并不用于限制本发明。