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1、(10)申请公布号 CN 102295353 A (43)申请公布日 2011.12.28 CN 102295353 A *CN102295353A* (21)申请号 201110234430.6 (22)申请日 2011.08.16 C02F 3/34(2006.01) C02F 3/30(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 白晓慧 蒯林萍 (74)专利代理机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 31236 代理人 郭国中 (54) 发明名称 实现污水同步脱氮除磷的方法 (57) 摘要 一种实现污水同步脱氮除磷的方。
2、法， 步骤如 下 ：（1） 以厌氧活性污泥作为菌种来源， 从中筛选 出能够利用单质铁进行自养反硝化的目标菌种 ； （2） 将可生化处理污水经预处理后， 进入好氧硝化 池进行有机物、 有机氮和氨氮的氧化处理 ；（3） 将 经过上述处理后的污水引入混合溶液呈缺氧状态 的反硝化池， 在其中添加单质铁和可利用单质铁 的反硝化细菌 ； 运行初期， 反硝化池间歇运行， 待 反硝化运行稳定后， 连续运转 ； 4） 反硝化池后设 置沉淀池以除去反应中形成的磷酸铁沉淀和悬浮 固体完成污水处理。本发明引入单质铁作为电子 供体， 硝酸盐作为电子受体， 将生物脱氮和化学除 磷有机结合， 同步实现了脱氮除磷。 (51)。
3、Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 CN 102295356 A1/1 页 2 1. 一种实现污水同步脱氮除磷的方法， 其特征在于， 包括如下步骤 ： 步骤一， 从厌氧活性污泥中筛选目标菌种， 所述目标菌种以单质铁作为最终电子供体， 以 NO3 作为电子受体， 能够进行自养反硝化作用 ； 步骤二， 对可生化处理污水进行预处理后， 进入好氧硝化池进行有机物、 有机氮和氨氮 的氧化处理 ； 步骤三， 将经过步骤二处理后的污水引入混合液呈缺氧状态的反硝化池， 所述反硝化 池中微生物处理方式采用生物膜法， 添加单。
4、质铁和步骤一中所获得的目标菌种 ； 运行初期， 反硝化池间歇运行， 待反硝化运行稳定后， 实现连续运转 ； 步骤四， 步骤三处理后的污水经过沉淀池以除去磷酸铁沉淀和悬浮固体， 完成污水处 理。 2. 根据权利要求 1 所述的实现污水同步脱氮除磷的方法， 其特征在于， 所述步骤二中 的氧化处理采用生物膜法进行微生物处理。 3. 根据权利要求 1 所述的实现污水同步脱氮除磷的方法， 其特征在于， 所述步骤三中 添加的单质铁为机械加工过程产生的废铁屑。 4. 根据权利要求 1 所述的实现污水同步脱氮除磷的方法， 其特征在于， 所述步骤一中 筛选自养反硝化目标菌种的具体方法为 ： 第一步， 采用液体培。
5、养基， 其中加入还原性铁粉做成选择性培养基， 加入活性污泥的悬 浊液以富集目标菌种 ； 第二步， 在第一步中的选择性培养基中加入琼脂粉做成固体培养基， 将第一步中获得 的富集后的目标菌种进一步在固体培养基上分离纯化， 至长出大小、 形状均一的单菌落 ； 第三步， 将第二步中所得到的纯化后的目标菌种再次培养于液体培养基中， 分别置于 严格厌氧和兼性厌氧条件下， 并对其反硝化能力做以初步检测 ； 第四步， 将第三步所得的目标菌种保存于液体培养基中， 作为接种微生物。 5. 根据权利要求 4 所述的实现污水同步脱氮除磷的方法， 其特征在于， 所述液体培养 基具体成份如下 ： NaNO3 250mg/。
6、L, CaCl2 200mg/ L， MgSO4.7H2 O 200mg/L , K2HPO4 1000mg/ L， NaHCO3 2000mg/L , NaCl 1000mg/L , 微量元素 1mL/L。 权 利 要 求 书 CN 102295353 A CN 102295356 A1/4 页 3 实现污水同步脱氮除磷的方法 技术领域 0001 本发明涉及的是一种废水生物脱氮除磷技术领域的方法， 特别涉及的是引入单质 铁作为电子供体， 硝酸盐作为电子受体， 将生物脱氮和化学除磷有机结合， 同步实现脱氮除 磷的废水生物处理方法。 背景技术 0002 废水脱氮除磷可以通过生物法和化学法实现。 。
7、其中生物除磷主要通过厌氧条件下 磷的释放和好氧条件下生物过量吸收磷实现， 并在不同的反应构筑物或反应区域完成。生 物脱氮主要通过好氧条件下生物氧化氨氮为亚硝酸盐和硝酸盐， 在缺氧条件下， 通过兼性 反硝化菌利用有机碳源作为电子供体实现反硝化脱氮， 脱氮方法也是在不同反应构筑物或 反应区域完成。化学除磷主要通过添加铝盐或铁盐一类的化学药剂进行化学絮凝沉淀。常 规生物脱氮方法在处理过程中常常因为缺少电子供体而外加有机物如甲醇， 以便进行异养 反硝化， 这样就有可能造成二次污染。 而化学除磷通常在生物处理过程之后单独进行。 由于 传统污水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。
8、除磷效果。 而直接的化学除磷由于需要添加大量化学药剂而使运行成本大大提高， 与生物处理方法联 合也常常使运行方法更加复杂并增加成本。在当今污染严重而能源又短缺的形式下， 在借 鉴传统处理方法的基础上， 研究和开发一种高效、 实用的脱氮除磷新技术具有重要的现实 意义和应用价值。 0003 经对现有技术文献检索发现， 目前有关自养反硝化研究主要有硫自养和氢自养及 氨自养反硝化技术研究。 这些都主要针对脱氮技术而言， 而没有同时考虑除磷效果， 而控制 富营养化需要同时对氮磷进行控制， 单一控制水中氮素含量并不能保障富营养化的控制效 果。且引入硫和氢作为电子供体相较引入单质铁缺乏优势 （自养反硝化技术。
9、研究进展，化 工环保 2010， 30（3） ： 225） 。 发明内容 0004 本发明针对传统生物除磷脱氮方法控制复杂， 生物除磷效果不能得到稳定保证等 不足而提供一种实现污水同步脱氮除磷的方法， 该方法利用一种能够以单质铁作为电子供 体的自养反硝化细菌， 在其反硝化过程中， 硝酸根离子被还原为氮气， 单质铁被氧化为铁离 子， 同时， 铁离子和磷酸根离子结合为沉淀， 从而实现脱氮除磷的双重效果。 0005 本发明是通过以下技术方案实现的， 发明具体步骤如下 ： 步骤一， 从厌氧活性污泥中筛选目标菌种， 所述目标菌种以单质铁作为最终电子供体， 以 NO3 作为电子受体， 能够进行自养反硝化作。
10、用 ； 步骤二， 对可生化处理污水进行预处理后， 进入好氧硝化池进行有机物、 有机氮和氨氮 的氧化处理 ； 步骤三， 将经过步骤二处理后的污水引入混合液呈缺氧状态的反硝化池， 所述反硝化 池中微生物处理方式采用生物膜法， 添加单质铁和步骤一中所获得的目标菌种 ； 运行初期， 说 明 书 CN 102295353 A CN 102295356 A2/4 页 4 反硝化池间歇运行， 待反硝化运行稳定后， 实现连续运转 ； 步骤四， 步骤三处理后的污水经过沉淀池以除去磷酸铁沉淀和悬浮固体， 完成污水处 理。 0006 优选的， 所述步骤二中的氧化处理采用生物膜法进行微生物处理。 0007 优选的， 。
11、所述步骤三中添加的单质铁为机械加工过程产生的废铁屑。 0008 优选的， 所述步骤一中筛选自养反硝化目标菌种的具体方法为 ： 第一步， 采用液体培养基， 其中加入还原性铁粉做成选择性培养基， 加入活性污泥的悬 浊液以富集目标菌种 ； 第二步， 在第一步中的选择性培养基中加入琼脂粉做成固体培养基， 将第一步中获得 的富集后的目标菌种进一步在固体培养基上分离纯化， 至长出大小、 形状均一的单菌落 ； 第三步， 将第二步中所得到的纯化后的目标菌种再次培养于液体培养基中， 分别置于 严格厌氧和兼性厌氧条件下， 并对其反硝化能力做以初步检测 ； 第四步， 将第三步所得的目标菌种保存于液体培养基中， 作为。
12、接种微生物。 0009 优选的， 所述液体培养基具体成份如下 ： NaNO3 250mg/L, CaCl2 200mg/ L， MgSO4.7H2O 200mg/ L , K2HPO4 1000mg/ L， NaHCO3 2000mg/ L , NaCl 1000mg/ L , 微量 元素 1ml/ L。 0010 本发明利用一种能够以单质铁作为电子供体的自养反硝化细菌， 在其反硝化过程 中， 硝酸根离子被还原为氮气， 单质铁被氧化为铁离子， 同时， 铁离子和磷酸根离子结合为 沉淀， 从而实现脱氮除磷的双重效果。 与异养反硝化相比， 由于异养反硝化需要有机碳如甲 醇等作为细菌的营养源及反硝化过。
13、程的电子供体， 产生的剩余污泥量大及水中残留的有机 物多， 所以需要后续处理 ； 而以铁作为电子供体的自养反硝化过程无需投加有机物， 所以不 需要处理残留的有机物， 多余的铁可以通过物理方法去除。此外， 铁的来源广泛， 利用铁作 为电子供体价格低廉， 可为废水的脱氮除磷节约成本。 附图说明 0011 图 1 为连续培养 20 天后培养基中硝酸根离子的变化情况图 ； 图为连续培养 20 天后培养基中总磷的变化情况图 ； 图为连续培养 20 天后培养基中铁离子的变化情况图 ； 图为中试验证中 COD 去除效果图 ； 图为中试验证中 NH3-N 去除效果图 ； 图为中试验证中 TN 去除效果图 ； 。
14、图为中试验证中 TP 去除效果图。 具体实施方式 0012 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。 以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明， 但不以任何形式限制本发明。 应当指出的是， 对本领域的普通技术 人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进。 这些都属于本发明 的保护范围。 0013 实施例 说 明 书 CN 102295353 A CN 102295356 A3/4 页 5 实施例 1 为实验室进行的模拟试验。过程如下 ： 1、 以单质铁作为电子供体的自养反硝化细菌的分离 ； 以厌氧活性污泥作为菌种来源， 从中筛选出能够以单质铁作为最终电子供体。
15、， 以 NO3 作为电子受体， 进行自养反硝化作用的目标菌种 ； 具体技术路线如下 ： （1） 、 采用液体培养基， 其中加入还原性铁粉做成选择性培养基， 加入活性污泥的悬浊 液以富集目标菌种。 液体培养基具体成分如下 ： NaNO3 250mg/L, CaCl2 200mg/L， MgSO4.7H2O 200mg/L , K2HPO4 1000mg/L， NaHCO3 2000mg/L , NaCl 1000mg/L , 微量元素 1mL/L。 0014 （2） 、 在液体选择培养基中加入适当琼脂粉做成固体培养基， 将富集后的目标菌种 进一步在固体培养基上分离纯化， 至长出大小、 形状均一的。
16、单菌落。 0015 实施例、 纯化后目标菌种的初步检测 将纯化后的目标菌种再次培养于液体培养基中， 分别置于严格厌氧和兼性厌氧条件 下， 并对其反硝化能力做以初步检测， 然后将所获得的目标菌种保存于液体培养基中， 作为 接种微生物。所述初步检测具体过程如下 ： 将获得的经过分离纯化后的自养反硝化菌株， 用接种环挑取适量接种于装有液体培养 基的小瓶中， 其中 NaNO3的浓度是 250 mg/L， 放入 36的恒温水浴和厌氧培养箱中分别进 行培养， 每隔一天取 3mL 的培养液至无菌的试管用以验证反硝化能力。培养基中硝酸根离 子的变化情况如图1所示， 培养基中总磷的变化情况如图2所示， 培养基中。
17、铁离子的变化如 图 3 所示， 由图可以得知 ： 通过对以单质铁作为电子供体的自养反硝化细菌的富集 培养， 从厌氧污泥中初步分离纯化出自养反硝化细菌， 并对其反硝化活性进行了检测， 通过 20天的连续培养， 检测到培养液中的硝酸盐氮去除率达到了55.26； 培养液中的总磷去除 率达到了54.07； 培养液中， 检测出了铁离子， 浓度达到1.51 mg/L， 整个过程中， 没有检测 到铵根离子。而空白试验中， 并没有检测出上述变化。对于反硝化的过程 ： 电子得失分析如下表 ： 从试验结果可以得出， NO3还原为N2的过程中转移了约8个电子， 根据PO43-可以和Fe3+ 结合为 FePO4， 可。
18、以得出结合的铁离子为 130.8mg/l， 培养基溶液中检测到铁离子为 1.5mg/ l， 因此被氧化的单质铁共有 132.3mg/l， 单质铁氧化为铁离子的过程中转移了约 7 个电子。 反应方程式为 ： 18H2O + 6NO3 + 10Fe 3N 2 + 10Fe 3+ + 36OH 可以认为这种自养反硝化细菌能够以单质铁作为电子供体进行反硝化作用， 单质 铁被氧化为铁离子， 硝酸根离子被还原为氮气， 同时， 生成的铁离子和磷酸根离子结合， 形 成磷酸盐沉淀物， 实现了脱氮除磷的双重效果。 0016 实施例 3、 中试验证 说 明 书 CN 102295353 A CN 102295356。
19、 A4/4 页 6 为了验证以单质铁为电子供体的脱氮除磷机制， 在无锡新区水厂进行了为期 6 个月、 （设计） 处理能力为 0.6m3/h 的现场中试。中试以污水处理站格筛过滤后的出水作为反应器 的进水， 将过滤后的出水用泵提升送至反应器试验装置， 经处理后排放到系统的管网。 0017 中试过程中采用的技术路线为 ： （） 、 将可生化处理污水根据废水水质特性经过去除悬浮物预处理后， 先进入好氧硝 化池进行有机物、 有机氮和氨氮的氧化处理， 好氧硝化池微生物处理方法采用生物膜法 ( 指好氧硝化池中微生物的存在形式 ) ； （） 、 将经过硝化处理的污水引入混合液呈缺氧状态的淹没生物膜反硝化池，。
20、 缺氧反 硝化池微生物处理方式采用生物膜法， 在该反应器中添加单质铁， 单质铁形式可以采用机 械加工过程产生的废铁屑， 以降低运行成本， 同时投加可利用单质铁的反硝化细菌。 运行初 期， 反硝化池间歇运行， 以富集反硝化菌并形成生物膜， 待反硝化运行稳定后， 实现连续运 转 ； （） 、 反硝化池后设置沉淀池以除去反应过程中形成的磷酸铁沉淀和其它悬浮固体完 成污水处理。 0018 在中试过程中， 一方面通过接种高活性的微生物以及添加生长因子营养液和单质 铁， 促进快速挂模成功并提供电子供体， 另一方面， 通过对填料表面生物膜生长情况的显微 观察， 并结合反应器出水 COD 浓度的检测， 来判断。
21、滤池挂模的成熟程度。 根据生物挂模成 熟度判断， 调整进水流量和回流比， 使系统能在较短时间内达到设计的运行负荷， 并能保持 稳定的处理效果。中试运行结果中 COD 去除效果如图所示， NH3-N 去除效果如图所示， TN 去除效果如图所示， TP 去除效果如图所示 ； 由图可知， 中试装置出水中的 COD 去除效果、 NH3-N 去除效果、 TN 去除效果、 TP 去除效果均较水厂一期工程污水有了很大的改 善。 说 明 书 CN 102295353 A CN 102295356 A1/4 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102295353 A CN 102295356 A2/4 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102295353 A CN 102295356 A3/4 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102295353 A CN 102295356 A4/4 页 10 图 7 说 明 书 附 图 CN 102295353 A 。