CN108751407A - 低碳氮比污水反硝化脱氮过程中的一种补充碳源制备方法 - Google Patents

低碳氮比污水反硝化脱氮过程中的一种补充碳源制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可生化处理的低碳氮比污水反硝化脱氮过程中添加的补充碳源的制备方法，可以降低传统添加的碳源成本高的缺陷。所述制备方法包括步骤：农业秸秆剪切到一定长度后浸泡于水中，在厌氧条件一定温度下发酵数天获得发酵液，该发酵液可作为可生化处理的低碳氮比污水反硝化脱氮过程中添加的补充碳源。与传统添加的补充碳源如甲醇、乙酸和乙酸钠等相比，农业秸秆发酵液作为补充碳源其成本更低，从而降低了污水处理的成本。与此同时也使得农业秸秆废弃物获得了资源化利用，减轻了秸秆处理处置不当带来的环境污染问题。

Description

低碳氮比污水反硝化脱氮过程中的一种补充碳源制备方法
技术领域
本发明属于水污染治理领域，具体涉及新开发的一种可生化性的低碳氮比污水在脱氮的反硝化过程中添加的补充碳源的制备方法。
背景技术
水体富营养化在中国正呈现蔓延趋势，是一种非常严重且难以处理的水污染问题。通过适当的废水处理来阻止氮、磷等营养元素过量排入自然水体，是防止水体富营养化的根本方法。因此生活污水和工业废水在排入自然水体前需要进行脱氮除磷的处理。
对于氮元素的去除，目前,国内外的城市污水处理厂多采用生物法进行脱氮处理，该方法的原理是按以下步骤完成：1）生活污水中的氮元素多以有机氮（如蛋白质、氨基酸、胺类化合物、硝基化合物等）和氨态氮（NH3和NH4 +）形式存在，有机氮化合物在氨化菌作用下，转化为氨态氮，2）氨态氮在好氧环境下由硝化菌作用转化为硝态氮（NO2 -和NO3 -），3）硝态氮在缺氧环境下由反硝化菌作用转化为气态氮（N2）而从水体中排出，但在反硝化过程中需要消耗碳源，碳源不足会严重影响污水的脱氮效果。然而我国城市污水处理厂由于污水中碳氮比（五日生化需氧量与总氮含量之比，BOD5/TN）普遍偏低（小于4），存在反硝化脱氮碳源不足的问题，通常需要外加碳源来提高污水厂的脱氮效果。目前应用较多的是在活性污泥法缺氧池中投加甲醇、乙酸、乙酸钠等提高碳氮比，增强污水的脱氮效果。但这些外加碳源经济成本过高，不宜规模化推广。因此寻找其他碳源代替传统碳源成为目前的研究热点。在利用污水处理厂产生的剩余污泥厌氧发酵上清液作为污水脱氮的碳源方面，前人已经进行了大量研究工作。研究发现污泥在厌氧发酵产酸阶段会产生大量的挥发性脂肪酸（包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和乳酸等低分子量的脂肪酸），正是这些挥发性脂肪酸作为优质的外加碳源提高了污水脱氮效果。这些挥发性脂肪酸作为脱氮的外加碳源时与甲醇、乙酸、乙酸钠等传统碳源相比效率接近，有时甚至更高。但研究发现虽然剩余污泥厌氧发酵产酸过程中会产生大量的优质碳源挥发性脂肪酸，但同时也会释放出大量的氨氮。当此发酵液作为外加碳源对低碳氮比污水进行脱氮处理时，将进一步增加污水处理的氮负荷，影响污水脱氮效果。
发明内容
木质纤维素类生物质主要组成成分为淀粉、木质纤维素等，在降解过程中能产生含碳高而含氮、磷低的溶解性有机物，因此与剩余污泥的厌氧发酵液作补充碳源相比，木质纤维素类生物质的厌氧发酵液能够更好地满足污水脱氮处理对外加碳源的要求。农村地区普遍存在的秸秆废弃物就是木质纤维素类生物质，如果能将这些农业秸秆用作污水脱氮的补充碳源，不仅能减轻和消除水体氮的污染，而且对于开发秸秆废弃物的利用途径具有极大的现实意义。已有研究报道利用秸秆做补充碳源来促进污水脱氮的研究中，秸秆投加方式都是直接投加进污水中。但这种投加方式存在一些问题函待解决,如碳源的释放量不能得到有效控制而导致出水化学需氧量（COD）超标、投入污水中的秸秆需要定期捞出而增加污水处理成本、需要较长的水力停留时间等。为了克服这些问题，需对秸秆作碳源的投加方式进行改进，有效的控制碳源的释放量。因此本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉、添加的碳源量可控、碳源中氮元素含量低的污水反硝化补充碳源的制备方法。
本发明解决上述技术问题所提出的技术方法是利用农业秸秆制备一种可生化处理的低碳氮比污水脱氮反硝化过程中添加的补充碳源。所述农业秸秆是常见的农业作物收割后除去食用部分后的剩余固体物质。具体方法为：将农业秸秆剪切成一定长度（1-10cm），加入自来水或待生化处理的低碳氮比污水中在一定温度（25-55℃）和厌氧条件下浸泡发酵一段时间（1-15天），其发酵液中的挥发性脂肪酸含量高而氮、磷元素含量低，该发酵液可以作为污水脱氮反硝化过程中的一种优质补充碳源。该浸泡液具有投加量可控性好、成本低廉、无毒害等特点，若将其作为污水处理厂的低碳氮比污水脱氮的补充碳源,不仅可解决因采用甲醇等传统碳源而造成的毒性高、处理成本昂贵等问题,又可对秸秆进行资源化利用，减少秸秆焚烧带来的大气污染问题。
具体实施方式：
实施例1：
本实施例中所使用的农业秸秆为玉米秸秆。具体步骤如下：
1）玉米秸秆剪至1-2cm左右，称取玉米秸秆150克，分别加入自来水1升，配成固体浓度为5%的发酵物料，在35℃下进行厌氧发酵，发酵7天。2）在2L的烧杯中进行脱氮的反硝化过程实验。烧杯中加入含NO3 - 而不含碳源的污水，然后接种含反硝化菌的污泥，利用磁力搅拌使溶液完全混合，保持污水中溶解氧含量在整个实验过程中在0.2～0.5mg.L-1范围内。在室温下(25℃左右），将1)中产生的玉米秸秆发酵液作为外加碳源投入上述溶液中，投加量按照化学需氧量与总氮的浓度之比（COD/TN）为6-8的比例投加，进行反硝化脱氮实验。反应4小时后，NO3 - 的去除率达到95-100%。实验结果显示玉米秸秆发酵液是一种优质的反硝化脱氮的外加碳源。
实施例2：
本实施例中所使用的农业秸秆为油菜秸秆。具体步骤如下：
1）油菜秸秆剪至1-2cm左右，称取油菜秸秆60克，分别加入自来水1升，配成固体浓度为5%的发酵物料，在35℃下进行厌氧发酵，发酵7天。2）在2L的烧杯中进行脱氮的反硝化过程实验。烧杯中加入含NO3 - 而不含碳源的污水，然后接种含反硝化菌的污泥，利用磁力搅拌使溶液完全混合，保持污水中溶解氧含量在整个实验过程中在0.2～0.5mg.L-1范围内。在室温下(25℃左右），将1)中产生的油菜秸秆发酵液作为外加碳源投入上述溶液中，投加量按照化学需氧量与总氮的浓度之比（COD/TN）为6-8的比例投加，进行反硝化脱氮实验。反应4小时后，NO3 - 的去除率达到96%。实验结果显示油菜秸秆发酵液是一种优质的反硝化脱氮的外加碳源。

Claims (8)

1.一种可生化处理的低碳氮比污水在反硝化脱氮过程中添加的补充碳源的制备方法，包括以下步骤：农业秸秆剪切到一定长度后浸泡于水中，在厌氧条件一定温度下发酵数天获得发酵液，该发酵液中含有乙酸、丙酸、丁酸和乳酸等低分子量的挥发性脂肪酸，该发酵液可作为可生化处理的低碳氮比污水反硝化脱氮过程中需要添加的补充碳源。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：可生化处理的污水是指五日生化需氧量（BOD5）与化学需氧量（COD）之比（BOD5/COD）大于0.2的污水。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：低碳氮比污水是指五日生化需氧量与总氮（TN）含量之比（BOD5/TN）小于4的污水。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：农业秸秆是农业作物收割后除去食用部分后的剩余固体物质。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：浸泡秸秆的水可以是自来水，也可以是待处理的污水。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：厌氧条件是指浸泡秸秆的水中溶解氧含量低于0.5mg/L。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：厌氧发酵的温度在25-55℃之间。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：厌氧发酵的天数在1-15天之间。
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