[发明专利]一种适用于低碳氮比再生水的强化脱氮除磷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于低碳氮比再生水的强化脱氮除磷方法，特别涉及利用改进的三维电极生物膜工艺对低碳氮比再生水中氮磷的高效去除，属于环境工程技术领域。

背景技术

污水再生回用是解决水资源危机的必然途径。根据已有研究基础，由于受污水处理技术限制，传统的生物脱氮除磷组合方法运行控制条件复杂，常常不能保证很好的脱氮除磷效果，部分再生水厂出水中总氮和总磷含量均不能稳定达到《城市污水再生利用 景观环境用水水质》标准的要求；另外，由于再生水标准要求偏低，即使达标也不能完全确保回用水的生态安全，特别是回用于景观补水和地下水回灌时，较高的氮磷对水环境生态系统会造成严重影响。我国目前66%以上的湖泊、水库处于富营养化的水平，其中重富营养和超富营养的占22%，使得富营养化成为我国湖泊目前与今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究表明，对于湖泊、水库等封闭性水域，当水体内无机态总氮含量大于0.2mg/L，总磷大于0.01mg/L时，就有可能引起水华现象的发生。然而污水厂二级出水碳氮比普遍偏低，在深度脱氮方面存在着碳源不足的问题。污水厂在脱氮除磷方面，一般通过生物除磷能将出水总磷控制在1mg/L以下，通过化学除磷可将出水总磷控制在0.5mg/L以下，但其深度去除受限制。因此，再生水处理的关键是开发低碳氮比条件下的强化脱氮除磷技术，其对推动再生水回用和维系生态安全具有十分重要的意义。

三维电极生物膜工艺是电化学作用和生物反硝化作用相耦合的一种脱氮过程。在直流电的作用下，反应器内阴极产生的氢为细菌提供电子受体，使水中的硝酸盐氮还原；阳极发生氧化反应生成CO₂,既可为细菌提供碳源，又可对体系的平pH起到缓冲作用，为反硝化过程提供有利的中性环境和缺氧环境。微弱电流的刺激作用还可以强化微生物代谢和传质过程，促进生物反应进程，提高污染物的去除率。其次，反应器中存在自养反硝化和异养反硝化两种生物脱氮除磷过程。通过自养反硝化菌利用阴极产生的氢气进行自养反硝化，节省有机碳源，适合污水厂二级出水碳氮比低的特点。

目前，国内外对三维电极生物膜工艺的研究尚处于实验研究阶段，其研究主要集中在低碳氮比水质水体中氨氮和硝酸盐氮的去除率上。在三维电极生物膜法中，电极与填料的选择对反硝化效果有重要影响。常用的填充介质为无烟煤和活性炭颗粒，或者活性炭和玻璃珠的混合物。海绵铁作为填料的研究主要集中在去除地下水中的硝酸盐氮以及机污染物和高浓度废水上。氢自养反硝化菌可以利用铁腐蚀产生的氢气进行自养反硝化，从而将硝酸盐降解为无害的氮气，而且微生物可以提高铁腐蚀产氢的性能。一般自养反硝化脱氮需要较长的水力停留时间，增加氢的产量能提高硝酸盐的去除率并缩短水力停留时间。国内也有许多研究表明，在适当的条件下，海绵铁对硝酸盐具有较高的去除率，海绵铁可以作为填料应用于生物反应当中，以增加对水中污染物的去除效果。

因此，三维电极生物膜工艺作为新型的处理工艺，仍存在着一些方面需要优化，如合理地选择电极材料、填料和反应器的空间布置方式以及节约电耗等；海绵铁在硝酸盐氮去除上也存在着由于腐蚀产氢量不足而限制自养反硝化过程的问题。

发明内容

本发明提出一种适用于低碳氮比再生水的强化脱氮除磷方法，该方法针对污水厂二级出水碳氮比偏低，深度生物脱氮需要外加碳源的问题。具体内容是优化填料为海绵铁和活性炭复合填料，并在阴阳极复加黏胶基活性炭纤维。海绵铁具有比表面积大、比表面能高的特点，具有较强的电化学富集、氧化还原、物理吸附以及絮凝沉淀性能，海绵铁的疏松结构等特征可用作生物膜的载体，适合硝化菌、反硝化菌的固着生长，可以形成硝化和反硝化过程所需的宏观与微观环境，同时海绵铁具有还原性，能够提供生物反硝化过程所需的电子供体，将海绵铁与活性炭复合作为三维电极生物膜工艺的填料可以有效防止海绵铁的板结问题，并且海绵铁与活性炭颗粒之间会形成大量微原电池，促进海绵铁的腐蚀产生氢和铁离子，从而强化反硝化脱氮除磷过程。海绵铁复合填料应用于三维电极生物膜工艺可以提供更多的氢，两者可以达到很好的协同作用，从而提高硝酸盐氮和磷的去除率并且缩短水力停留时间。因此，本发明方法有很好的应用前景。

该方法采用的技术方案是复合填料由海绵铁颗粒和活性炭颗粒复配而成，按体积比计，海绵铁颗粒与活性炭颗粒配比为1:6-1:4，填料粒径为3-4mm。