一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法技术

本发明专利技术公开了一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法，涉及废水脱氮技术领域。具体是将以硫酸亚铁作为絮凝剂处理后的絮凝工艺的出水，作为Feammox生物脱氮工艺的进水；硫酸亚铁在絮凝过程中消耗水中的氧，能为Feammox生物脱氮反应提供厌氧条件；同时，硫酸亚铁在絮凝过程中氧化形成三价铁，能为Feammox生物脱氮反应提供电子受体，通过Feammox生物脱氮反应对含氮废水进行脱氮处理。本发明专利技术提出的铁絮凝与Feammox耦合的方法，可为解决现有技术中Feammox对外源可利用性Fe(III)的需求提供了新的思路；该耦合工艺为全程自养型脱氮过程，操作简单、易于改造升级，尤其适用于低C/N污废水的深度脱氮，应用前景广阔。应用前景广阔。应用前景广阔。

A biological nitrogen removal method coupled with iron flocculation process

【技术实现步骤摘要】
一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法。

技术介绍

[0002]碳源缺乏条件下去除水中的氮一直是水处理的难点。传统异养反硝化脱氮需依赖外部碳源投加实现总氮深度去除，运行成本高，降碳需求迫切。近年来发展迅速的厌氧氨氧化(Anammox)受到广泛关注，Anammox是以亚硝酸根(NO2‑
)作为电子受体将铵(NH
4+
)氧化为氮气(N2)的自氧生物脱氮过程，可大大节省能源消耗。但Anammox功能菌所需环境条件苛刻、世代周期长，且需要NO2‑
的提前累积，增加了工艺运行与控制难度，极大地限制了其规模化应用。随着含氮废水排放量的日益增加和排放标准的日益严格，简单、高效、低成本的脱氮技术已经成为水处理领域的迫切需求。
[0003]异化铁还原氨氧化反应(Feammox)是一种广泛存在于自然环境中的自氧生物脱氮途径。Feammox是在厌氧条件下由微生物介导的氨氧化协同铁还原的过程，以三价铁Fe(III)为电子受体，以NH
4+
为电子供体，将NH
4+
氧化为N2、NO2‑
或硝酸根(NO3‑
)(方程1
‑
3)。该过程无需碳源、污泥产量低、不产生温室气体，且Feammox功能菌对环境的适应能力很强，优势显著。此外，Feammox还可与硝酸盐依赖性铁氧化(NDFO)、Anammox等多种自养生物脱氮途径偶联，实现NH
4+
、NO2‑
和NO3‑
的彻底脱除，构建完全自氧型生物脱氮工艺。
[0004][0005][0006][0007]Feammox脱氮过程的核心是Fe(III)及其与NH
4+
之间的电子转移效率，Fe(III)的可利用性和还原率直接影响Feammox反应速率。尽管Fe元素在自然环境中含量丰富，但在中性条件下Fe(III)通常都是以不溶或难溶的铁氧化物形态存在，生物可利用性很差，极大地限制了Feammox功能菌丰度活性及脱氮效率。要实现Feammox对NH
4+
的持续氧化，需要持续不断的向反应体系中投加生物可利用的Fe(III)，这在实际应用中是不现实的，从而制约了Feammox工艺的规模化应用。
[0008]絮凝是水处理工艺流程中必不可少的关键单元，该单元常设置在污废水二级生物处理之后，以去除悬浮物和磷。铁盐絮凝剂具有混凝过程快、絮体沉降性能好、安全无毒等优点，是目前最常用的絮凝剂之一。在实际应用中，由于废水水质的波动、絮凝沉淀过程的不充分、操作条件的变化等因素，铁絮凝处理后的出水中通常会有一定量的絮凝剂残留，这些絮凝剂残留大多为溶解性的Fe(III)水解产物，更易于被微生物利用。如若将铁絮凝过程与Feammox生物脱氮耦合，利用絮凝过程中残留的Fe(III)作为Feammox脱氮过程的电子受体，可在成本及工艺复杂性最小的基础上为Feammox反应提供稳定的底物来源，保持Feammox自养脱氮的持续性；此外，该耦合技术无需碳源，且操作简单、易于改造升级，可放在常规生物处理工艺之后，对污废水生化尾水进行深度脱氮，应用前景广阔。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法。该方法将铁絮凝与Feammox脱氮工艺耦合，以Feammox为主要脱氮途径，利用铁絮凝过程中的残留Fe(III)为Feammox提供稳定的底物来源，实现Feammox对废水中NH
4+
的持续氧化去除。
[0010]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0011]本专利技术提供了一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法，具体如下：将以硫酸亚铁作为絮凝剂处理后的絮凝工艺的出水，作为Feammox生物脱氮工艺的进水；硫酸亚铁在絮凝过程中消耗水中的氧，能为Feammox生物脱氮反应提供厌氧条件；同时，硫酸亚铁在絮凝过程中氧化形成三价铁离子，能为Feammox生物脱氮反应提供电子受体，通过Feammox生物脱氮反应对含氮废水进行脱氮处理。
[0012]作为优选，所述絮凝过程中硫酸亚铁的投加浓度为10
‑
1000mg/L。
[0013]作为优选，所述絮凝工艺的出水中，溶解氧浓度≤0.02mg/L，氧化还原电位为
‑
150
±
50mv。
[0014]作为优选，所述絮凝工艺包括搅拌速度为100
‑
250r/min的快搅阶段1.5
‑
2min、搅拌速度为40
‑
80r/min的慢搅阶段13
‑
18min和20
‑
35min的静置沉淀阶段。
[0015]作为优选，调节所述Feammox生物脱氮工艺的进水pH为4
‑
6.5。
[0016]作为优选，所述Feammox生物脱氮工艺基于厌氧折流板反应器实现；所述厌氧折流板反应器包括沿水流方向依次连通的第一反应室(10)、第二反应室(11)、第三反应室(12)和第四反应室(13)，顶部设有排气阀(14)，位于厌氧折流板反应器尾部的出水口能通过回流管路与第一反应室(10)和第二反应室(11)的底部连通。
[0017]进一步的，所述Feammox生物脱氮工艺具体如下：
[0018]1)对于絮凝剂投加量<100mg/L且氨氮含量为25
‑
50mg/L的厌氧折流板反应器进水，当所述出水口处的出水总氮去除率持续≥80％时，各反应室中全部保留接种含有Feammox功能菌的活性污泥；同时，调节厌氧折流板反应器进水的Fe(III)/NH
4+
当量比≥4；
[0019]2)对于絮凝剂投加量<100mg/L且氨氮含量为25
‑
50mg/L的厌氧折流板反应器进水，当第二反应室(11)出水的总氮去除率持续≤50％时，在第一反应室(10)和第二反应室(11)中保留接种含有Feammox功能菌的活性污泥，在第三反应室(12)和第四反应室(13)中改为接种含有NDFO功能菌的活性污泥，在厌氧折流板反应器内形成Feammox
‑
NDFO协同脱氮系统；同时，调节厌氧折流板反应器进水的Fe(III)/NH
4+
当量比≥3；
[0020]3)对于絮凝剂投加量为100
‑
1000mg/L且氨氮含量＞50mg/L的厌氧折流板反应器进水，在第一反应室(10)和第二反应室(11)中接种含有Feammox功能菌的活性污泥，在第三反应室(12)和第四反应室(13)中接种含有Anammox功能菌的活性污泥，在厌氧折流板反应器内形成Feammox
‑
Anammox协同脱氮系统；同时，调节厌氧折流板反应器进水的Fe(III)/NH
4+
当量比≥1.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法，其特征在于，将以硫酸亚铁作为絮凝剂处理后的絮凝工艺的出水，作为Feammox生物脱氮工艺的进水；硫酸亚铁在絮凝过程中消耗水中的氧，能为Feammox生物脱氮反应提供厌氧条件；同时，硫酸亚铁在絮凝过程中氧化形成三价铁，能为Feammox生物脱氮反应提供电子受体，通过Feammox生物脱氮反应对含氮废水进行脱氮处理。2.根据权利要求1所述的一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法，其特征在于，所述絮凝过程中硫酸亚铁的投加浓度为10
‑
1000mg/L。3.根据权利要求1所述的一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法，其特征在于，所述絮凝工艺的出水中，溶解氧浓度≤0.02mg/L，氧化还原电位为
‑
150
±
50mv。4.根据权利要求1所述的一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法，其特征在于，所述絮凝工艺包括搅拌速度为100
‑
250r/min的快搅阶段1.5
‑
2min、搅拌速度为40
‑
80r/min的慢搅阶段13
‑
18min和20
‑
35min的静置沉淀阶段。5.根据权利要求1所述的一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法，其特征在于，调节所述Feammox生物脱氮工艺的进水pH为4
‑
6.5。6.根据权利要求1所述的一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法，其特征在于，所述Feammox生物脱氮工艺基于厌氧折流板反应器(9)实现；所述厌氧折流板反应器(9)包括沿水流方向依次连通的第一反应室(10)、第二反应室(11)、第三反应室(12)和第四反应室(13)，顶部设有排气阀(14)，位于厌氧折流板反应器(9)尾部的出水口能通过回流管路与第一反应室(10)和第二反应室(11)的底部连通。7.根据权利要求6所述的一种与铁絮凝过程耦合的生物脱氮方法，其特征在于，所述Feammox生物脱氮工艺具体如下：1)对于絮凝剂投加量<100mg/L且氨氮含量为25
‑
50mg/L的厌氧折流板反应器(9)进水，当所述出水口处的出水总氮去除率持续≥80％时，各反应室中全部...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵华章，孙慧芳，刘思彤，李剑峰，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：