基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法及其系統的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法及其系統，以聚羥基共聚酯和陶?；旌虾笞鳛榉磻鞯倪^濾介質，采用底部進水，上部出水的形式進行污水的反硝化脫氮，反硝化系統包括反應器，反應器內部由下到上分別為進水區(qū)、過濾區(qū)及出水區(qū)，進水區(qū)連接進水管，過濾區(qū)內填充由聚羥基共聚酯和陶?；旌闲纬傻倪^濾介質，出水區(qū)連接出水管，進水區(qū)、過濾區(qū)及出水區(qū)上分別設有液體取樣口，過濾區(qū)上還設有過濾介質取樣口，出水區(qū)設置溫度計、溶解氧檢測口，出水區(qū)的上方設有收集氣體的集氣囊。與現有技術相比，本發(fā)明處理效果好，同時具有經濟、環(huán)境和社會效、/-偵。
【專利說明】基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法及其系統

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種反硝化脫氮方法及其系統，尤其是涉及一種基于聚羥基共聚酯的 反硝化脫氮方法及其系統，屬于水處理【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 低碳氮比城市污水處理時出水氮不能達標排放的一個重要原因是進水碳源，特別 是脫氮微生物需要的優(yōu)質碳源不足。雖然可以通過加入甲醇、葡萄糖等外碳源解決該問題， 但這會消耗人類有限的有機資源，特別是糧食資源，并且增加了污水處理的成本，導致出水 的COD濃度增加，不利于城市污水廠的運營。在傳統的異養(yǎng)反硝化系統中，在進水水質波動 情況下，投加乙醇、甲醇等液態(tài)有機物易造成碳源投加不足或者過量，影響出水水質，同時 碳源的大量消耗會帶來很高的運行成本，響應時間慢，具有毒性等缺點，部分研究者轉而采 用一些低廉的固體有機物作為碳源，如報紙、棉花等。固體碳源反硝化的優(yōu)勢是可以減低運 行成本。但是由于這些材料含有一些水溶性的有機物，在水中會不斷地溶出，碳源的釋放量 不能得到反硝化生物膜的有效控制。此外，這些固體碳源成分復雜，因此存在污染水質的危 險，在運行一定周期以后脫氮效果都會出現不同程度的退化。
[0003] 中國專利CN 102992479A公布了一種利用聚羥基丁酸戊酸共聚酯去除水中硝酸 氮的方法，將粒徑為0. 2cm?0. 4cm的PHBV顆粒加入到固定床反應器中，填充率為35%? 60% ;反應器不加任何污泥接種，直接加入地下水啟動；初始水力停留時間HRT為48h，待出 水硝酸氮濃度不高于于5mg/L，逐漸降低HRT。該發(fā)明中固體碳源反應器不加污水處理廠的 污泥而是用地下水直接馴化啟動，可以避免污水廠污泥中致病菌的引入，尤其適用于地下 水和飲用水的脫氮處理；可生物降解固體PHBV的碳源釋放具有緩釋性能，可以避免液體碳 源投加不易控制的問題，出水質量好；PHBV既作為生物膜的載體又作為反硝化的碳源，反 應器操作運行簡單，容易控制。但是，該專利在處理水的過程中需要的碳源較多，同時其出 水的氮濃度較高，出水效果較差。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種處理效果好、具 有經濟、環(huán)境和社會效益的基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法及其系統。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0006] -種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法，以聚羥基共聚酯和陶粒混合后作為反 應器的過濾介質，采用底部進水，上部出水的形式進行城市污水廠尾水的反硝化脫氮；
[0007] 所述的聚羥基共聚酯具體為聚羥基鏈烷酸酯，為一種微生物轉化產物，從微生物 菌體中回收所得；聚羥基鏈烷酸酯，可以為微生物提供碳源與合適的營養(yǎng)物質，如氮、磷等， 促進微生物生長和繁殖。聚羥基鏈烷酸酯在環(huán)境溫度下，可被土壤或水中的微生物分解為 二氧化碳和水。同時，也可以通過厭氧消化產生沼氣，回收作為能源。
[0008] 聚羥基鏈烷酸酯是通過以下途徑得到的：當微生物含量達到所需數量，營養(yǎng)物質 被削減，從而產生非平衡狀態(tài)。在非平衡的生長狀態(tài)下，微生物通過一系列的酶途徑開始轉 化胞外碳源，將其以聚合物的形式儲存在細胞內作為能源。在通常情況下，80%到90%的細 胞可以儲存該類共聚酯作為能源。當細胞內的聚合物達到最大水平時，轉化過程中止，同時 共聚酯從細胞內析出。
[0009] 所述的聚羥基鏈烷酸酯比重為1.2?L 3,屈服應力為31-36MPa，抗張強度為 25?35MPa，斷裂延伸率為1. 8?2. 2%，楊氏模量為2800-3500,彎曲模量為3520-4170,維 卡軟化溫度為165?168°C，缺口沖擊為20?25J/m，DSC熔點為170-176°C。
[0010] 所述的聚羥基共聚酯與陶粒的重量比3 : 7?7 : 13。
[0011] 所述的污水中主要污染物為cod、nh3-n、no3--n、no 2--n、tn和T0C，各污染物濃度分 別為 15 ?25mg/L、0 ?I. 8mg/L、12 ?33mg/L、0 ?I. 7mg/L、10 ?20mg/L、10 ?25mg/L 和 5 ?10mg/L〇
[0012] 所述的污水在過濾介質中的停留時間為1?16h，優(yōu)選為7?9h，更優(yōu)選為8h。
[0013] 在進水前，向反應器內接種污水廠沉池污泥。
[0014] 進行污水反硝化脫氮的溫度為27?30°C。
[0015] 一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮系統，包括反應器，反應器內部由下到上分 別為進水區(qū)、過濾區(qū)及出水區(qū)，所述的進水區(qū)連接進水管，所述的過濾區(qū)內填充由聚羥基共 聚酯和陶?；旌闲纬傻倪^濾介質，所述的出水區(qū)連接出水管，所述的進水區(qū)、過濾區(qū)及出水 區(qū)上分別設有液體取樣口，用于實時監(jiān)測水質數據，所述的過濾區(qū)上還設有過濾介質取樣 口，以監(jiān)測過濾介質的使用情況，所述的出水區(qū)設置溫度計以監(jiān)測水溫、溶解氧檢測口監(jiān)測 溶解氧濃度，所述的出水區(qū)的上方設有收集氣體的集氣囊。
[0016] 所述的進水區(qū)、過濾區(qū)及出水區(qū)的高度比為1 : 5 : 2。
[0017] 所述的過濾介質在過濾區(qū)內的填充率為30?34%。
[0018] 本發(fā)明中的碳源聚羥基共聚酯是基于污水有機碳微生物轉化而成的產物，是微生 物在非平衡生長狀態(tài)下（如缺乏氮、磷、鎂）細胞內合成的一種熱塑性聚酯，在生物體內主 要作為細胞內碳源和能源的貯存物質存在。與一般合成高分子不同，它不以石油、天然氣為 原料，各種有機物，如食品廠工業(yè)廢物、廢棄的蔬菜、植物殘骸等都可以作為微生物合成聚 羥基共聚酯的原料，通過生物等協同作用，將混合有機物轉化為短鏈脂肪酸，經過發(fā)酵等微 生物代謝作用而形成。
[0019] 本發(fā)明中的聚羥基共聚酯是回收污水中有機物組分資源化所得，雖不溶解但可以 被微生物降解，既可以作為電子供體，同時還可以作為生物膜的載體，對于廢水中硝酸鹽的 去除及動力學特征的研究有著重要的意義。
[0020] 本發(fā)明中，以基于污水有機碳微生物轉化產物所得的反硝化碳源聚羥基共聚酯作 為電子供體以及生物膜載體進行反硝化，有效地將高分子材料學中的高新技術成果與水處 理的基本原理相結合。工藝不需要額外加可溶碳源，解決了傳統工藝中所存在的外加碳源 投加難以控制的弊端，給反硝化生物創(chuàng)造一個穩(wěn)定、易于維護的生存環(huán)境。并且對人體無 害，在所給定的條件下不會向水中浸出有毒有害物質，不產生對人體有害的代謝副產物。
[0021] 通過聯合運用微生物生理生態(tài)調控技術，結合污水預處理工藝單元的創(chuàng)新改進， 一方面為反硝化創(chuàng)造條件，另一面使污水中有機物定向轉化為脫氮微生物優(yōu)質碳源，從而 實現低碳氮比污水內部碳源有效利用同時實現污水高效生物處理的目的。
[0022] 與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：
[0023] (1)本發(fā)明采用基于污水有機碳微生物轉化產物，即聚羥基共聚酯作為一種反硝 化碳源，具有生物降解性好、無毒、二次污染小等特點。以構建基于污水有機碳微生物轉化 產物制備碳源實現資源回收利用并滿足環(huán)境質量需求的新型污水處理工藝流程及配套技 術為基本出發(fā)點，研發(fā)基于微生物轉化的反硝化碳源聚羥基共聚酯對低碳氮比污水反硝化 脫氮效果的影響。
[0024] (2)利用污水中蘊含的有機物（碳源）進行資源化回收與利用，與單純的污水處理 工藝相比，污水資源化技術既可以去除污水中的有機污染物，消減污水排放對環(huán)境的污染 負荷及對自然循環(huán)的干擾，又可以回收有用的資源產品，創(chuàng)造經濟、環(huán)境和社會效益。
[0025] (3)本發(fā)明實現了污水的有機碳的資源化，可廣泛適用于反硝化濾池或地下水原 位反硝化處理系統的高效脫氮處理工藝中，得到反硝化速率達到最大時的最佳工藝條件。
[0026] (4)反應器內填充率為30%?34%，與專利0附02992479八相比較小，在處理相同 水量的條件下，可以需要更少的碳源，從而更為經濟。此外，本專利水力停留時間為8h時， 達到最大的反硝化速率，出水中COD濃度16?23mg/L，氨氮0. 2?0. 3mg/L，總氮0. 06? I. 10mg/L，NCV-N 含量為 0· 1 ?0· 35mg/L，NCV-N 含量約為 0· 2 ?0· 3mg/L。由此可見，出 水硝態(tài)氮濃度明顯低于專利CN102992479A各工況下的出水，去除率更高，出水效果更優(yōu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的反硝化系統結構示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明的反硝化系統在不同HRT工況下的反硝化速率效果圖；
[0029] 圖3為實施例中有無碳源聚羥基共聚酯情況下在HRT = 8h下出水TN和N03-N濃 度效果圖。

【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031] 實施例1
[0032] -種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮系統，如圖1所示，包括反應器，反應器內部 由下到上分別為進水區(qū)1、過濾區(qū)2及出水區(qū)3,進水區(qū)1連接進水管4,過濾區(qū)2內填充由 聚羥基共聚酯和陶粒混合形成的過濾介質，聚羥基共聚酯具體為聚羥基鏈烷酸酯，為一種 微生物轉化產物，從微生物菌體中回收所得；聚羥基共聚酯與陶粒的重量比3 : 7,過濾介 質在過濾區(qū)內的填充率為33%。
[0033] 出水區(qū)3連接出水管5,進水區(qū)1、過濾區(qū)2及出水區(qū)3上分別設有液體取樣口 9， 用于實時監(jiān)測水質數據，過濾區(qū)2上還設有過濾介質取樣口 10,以監(jiān)測過濾介質的使用情 況，出水區(qū)3設置溫度計6以監(jiān)測水溫、溶解氧檢測口 7監(jiān)測溶解氧濃度，出水區(qū)3的上方 設有收集氣體的集氣囊8。
[0034] 濾柱直徑8cm，進水區(qū)高10cm，過濾區(qū)高50cm，出水區(qū)高20cm。此外，為控制溫度 保持在28度左右，濾柱周圍將加裝保溫絲。
[0035] 本系統處理的污水中主要污染物為COD、NH3-N、NCV-N、NCV-N、TN和T0C，各污染 物濃度分別為 15 ?25mg/L、0 ?I. 8mg/L、12 ?33mg/L、0 ?I. 7mg/L、10 ?20mg/L、10 ? 25mg/L 和 5 ?10mg/L。
[0036] 本系統共運行1年時間，考察8個不同水力停留時間工況（lh、2h、4h、6h、8h、12h、 14h和16h)下系統的運行性能（見圖2)。經過填充有混合聚羥基共聚酯和陶粒濾池的反 硝化處理后，反硝化速率由 I. SmgNL-V1 (Ih)、I. (2h)增長至 I. (4h)、 達到最高 LSOmgNL-1IT1(Sh)而后降低至 I. ^zmgNL-1Ir1 (12h)、 I. OmgNL-V1 (14h)、0. (16h)。在 HRT = 8h 的工況下，反硝化速率最高，為 I. SOmgNdT1。出水中TN濃度為0· 06?L 10mg/L，可達到地表水IV類標準（< L 5mg/ L)。
[0037] 在陶粒的空白對照組中，在HRT = 8h的工況下，反硝化速率僅為0. (^mgNL^T1。其 中，出水NO3--N含量為15. 1?17. 2mg/L，TN濃度為16. 4?19. 2mg/L (見圖3)。與空白組 相比，以基于污水有機碳微生物轉化產物聚羥基共聚酯利用的反硝化脫氮工藝在HRT = 8h 的工況下，碳源可以得到充分的利用，出水中COD濃度16?23mg/L，氨氮0. 2?0. 3mg/L， 總氮 0· 06 ?I. 10mg/L，NCV-N 含量為 0· 1 ?0· 35mg/L，NCV-N 含量約為 0· 2 ?0· 3mg/L。 出水水量穩(wěn)定，水力條件良好，不曾出現堵塞等問題，滿足地表水IV類標準。
[0038] 實施例2
[0039] 相對于實施例1而言，過濾介質中，聚羥基共聚酯與陶粒的重量比7 : 13,過濾介 質在過濾區(qū)內的填充率為30%。在進水條件不變的情況下，出水中COD濃度16?20mg/L， 氨氮 0· 2 ?0· 25mg/L，總氮 0· 06 ?I. 30mg/L，NCV-N 含量為 0· 1 ?0· 45mg/L，NCV-N 含量 約為0. 25?0. 35mg/L。出水水量穩(wěn)定，水力條件良好，不曾出現堵塞等問題，滿足地表水 IV類標準。
[0040] 實施例3
[0041] 相對于實施例1而言，過濾介質中，聚羥基共聚酯與陶粒的重量比1 : 2,過濾介質 在過濾區(qū)內的填充率為34%。在進水條件不變的情況下，出水中COD濃度18?22mg/L，氨 氮 0· 26 ?0· 29mg/L，總氮 0· 5 ?I. 30mg/L，NCV-N 含量為 0· 2 ?0· 45mg/L，NCV-N 含量約 為0. 3mg/L。出水水量穩(wěn)定，水力條件良好，不曾出現堵塞等問題，滿足地表水IV類標準。
[0042] 上述的對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和使用發(fā)明。 熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般 原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領 域技術人員根據本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的 保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法，其特征在于，以聚羥基共聚酯和陶?；?合后作為反應器的過濾介質，采用底部進水，上部出水的形式進行城市污水廠尾水的反硝 化脫氮； 所述的聚羥基共聚酯具體為聚羥基鏈烷酸酯，為一種微生物轉化產物，從微生物菌體 中回收所得； 所述的聚羥基共聚酯與陶粒的重量比3 : 7?7 : 13。
2. 根據權利要求1所述的一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法，其特征在于，所 述的污水中主要污染物為COD、NH3-N、N0 3--N、N02--N、TN和TOC，各污染物濃度分別為15? 25mg/L、0 ?I. 8mg/L、12 ?33mg/L、0 ?I. 7mg/L、10 ?20mg/L、10 ?25mg/L 和 5 ?IOmg/ L0
3. 根據權利要求1所述的一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法，其特征在于，污 水在過濾介質中的停留時間為1?16h。
4. 根據權利要求3所述的一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法，其特征在于，污 水在過濾介質中的停留時間為7?9h。
5. 根據權利要求1所述的一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法，其特征在于，所 述的聚羥基鏈烷酸酯比重為1. 2?1. 3,屈服應力為31-36MPa，抗張強度為25?35MPa，斷 裂延伸率為1. 8?2. 2%，楊氏模量為2800-3500,彎曲模量為3520-4170,維卡軟化溫度為 165 ?168°C，缺口沖擊為 20 ?25J/m，DSC 熔點為 170-176°C。
6. 根據權利要求1所述的一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法，其特征在于，在 進水前，向反應器內接種污水廠沉池污泥。
7. 根據權利要求1所述的一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮方法，其特征在于，進 行污水反硝化脫氮的溫度為27?30°C。
8. -種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮系統，其特征在于，包括反應器，反應器內部由 下到上分別為進水區(qū)、過濾區(qū)及出水區(qū)，所述的進水區(qū)連接進水管，所述的過濾區(qū)內填充由 聚羥基共聚酯和陶?；旌闲纬傻倪^濾介質，所述的出水區(qū)連接出水管，所述的進水區(qū)、過濾 區(qū)及出水區(qū)上分別設有液體取樣口，所述的過濾區(qū)上還設有過濾介質取樣口，所述的出水 區(qū)設置溫度計、溶解氧檢測口，所述的出水區(qū)的上方設有收集氣體的集氣囊。
9. 根據權利要求8所述的一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮系統，其特征在于，所 述的進水區(qū)、過濾區(qū)及出水區(qū)的高度比為1 : 5 : 2。
10. 根據權利要求8所述的一種基于聚羥基共聚酯的反硝化脫氮系統，其特征在于，所 述的過濾介質在過濾區(qū)內的填充率為30 %?34%。
【文檔編號】C02F3/28GK104211169SQ201410452621
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】李思博, 張超杰, 陳銀廣, 周琪 申請人:同濟大學