[發明專利]一種PHBV-硫鐵礦物兼養反硝化生物膜反應器及其應用

在審

• 申請號: 202010800187.9
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112047565A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 汪魯
• 申請（專利權）人: 青島清澤環保有限公司
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F101/10;C02F101/16
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 盛君梅

本發明公開了一種基于PHBV和硫鐵礦物協同的廢水同步脫氮除磷的方法，包括：1)生物膜反應器構建：將填料PHBV、黃鐵礦和菱鐵礦顆粒按照一定比例混合均勻后填充到反應器中；2)生物膜反應器啟動：將異養和硫自養反硝化菌均勻接種到生物膜反應器內，反應器按照序批式進行掛膜啟動；3)生物膜反應器運行：根據待處理廢水的水質選擇合適的運行參數，廢水流經成功掛膜啟動的生物膜反應器后，出水排放至受納水體。本發明還公開了基于PHBV和硫鐵礦物協同的廢水同步脫氮除磷的生物膜反應器。本發明擺脫了對水溶性有機碳源的依賴，克服了單獨的固態有機碳源異養反硝化和硫自養反硝化的不足，突破了生物膜法除磷性能差的瓶頸。

技術領域：

本發明涉及污水生物處理領域，具體涉及一種PHBV-硫鐵礦物兼養反硝化生物膜反應器及其應用于低碳氮比廢水同步脫氮除磷的工藝。

背景技術：

隨著我國社會經濟的高速發展，廢水的產量日益增加。巨量廢水若不經有效處理就排入受納水體，會導致水體中氮、磷元素濃度過高，造成嚴重的水體富營養化，致使河湖水華和海域赤潮頻發，最終對水域環境和人類健康造成嚴重威脅。隨著人們對水環境保護重視程度的日益提升，對廢水中總氮和總磷去除的要求也越來越嚴格。傳統的廢水生物脫氮工藝主要通過好氧硝化將氨氮轉化為硝酸鹽氮，繼而通過異養反硝化將硝酸鹽氮轉化為氣態氮，最終實現廢水中總氮的去除。然而，日益嚴格的總氮排放標準對現行生物脫氮工藝提出了嚴峻挑戰，尤其是對低碳氮比廢水(例如二沉出水、垃圾滲瀝液、海水養殖廢水等)的脫氮處理。

在關于低碳氮比廢水脫氮的科學研究與工程實踐中，生物膜法受到了廣泛關注與應用。以污水處理廠二沉出水為例，通常采用反硝化濾池對其進行深度脫氮處理。然而，二沉出水中可生物降解的有機物含量很低，難以滿足異養反硝化對有機碳源的需求。為了解決這一問題，通常向反應器內添加甲醇、乙醇、乙酸鈉、葡萄糖等水溶性有機物作為異養反硝化的電子供體和碳源。有機碳源添加量需要精準控制，添加過量會導致水體的二次污染，添加不足則影響異養反硝化脫氮效果，這不僅會增加廢水處理成本，還會導致過程控制復雜化。

針對這一問題，國內外研究者從兩個不同的角度尋找解決方案。第一，以固態難溶性的有機物代替水溶性有機物作為異養反硝化菌的緩釋碳源和電子供體。異養反硝化固態有機碳源可以分為天然高分子有機物(如木屑、棉花、稻草等)和人工合成高分子聚合物(如聚羥基脂肪酸酯、聚已酸內酯等)兩類。利用固態有機碳源的異養反硝化過程具有較高的脫氮效能，甚至可以與某些水溶性有機碳源相媲美。然而，該方法仍然存在溶解性有機碳過量釋放、出水色度升高、氨氮和亞硝酸鹽氮積累等問題。第二，以自養反硝化取代異養反硝化。自養反硝菌可以利用還原態無機物作為電子供體，以無機碳(CO₂、HCO₃^-、CO₃^2-)作為碳源，將硝酸鹽氮還原為氣態氮。氫氣、還原態硫(單質硫、硫化物、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、黃鐵礦等)、硫氰酸鹽、亞砷酸鹽、還原態鐵(零價鐵、亞鐵鹽等)、二價錳等均可以作為自養反硝化的電子供體。其中，國內外對基于還原態硫的自養反硝化過程研究較多，并且已經在固定床反應器、流化床反應器等生物膜工藝中有所應用。雖然硫自養反硝化擺脫了對有機碳源的依賴，但是仍存在反硝化效能較低、對環境條件要求較為苛刻、抗沖擊負荷能力較弱等不足。