CN111039399A - 一种用于污水反硝化复合碳源配方及其制备方法 - Google Patents

Abstract

微生物反硝化已经成为目前最有效脱氮方式之一且在污水处理领域也有着非常广泛的应用，不同外加碳源对反硝化过程的影响不同，目前一般使用单一的断链碳源，存在价格高、存储运输困难、效率低等问题。为此本发明提供一种用于污水反硝化复合碳源配方，其特征在于，含有按质量百分比计的以下成分：三水乙酸钠5‑20%、葡萄糖20‑30%、红糖5‑10%、乳糖5‑10%、水30‑70%和反硝化菌液0.2‑1%；及其制备方法。结合反硝化菌液，大幅度提升了反硝化的效率；适用的pH值及COD值范围较大，适用于不同的污水；可生化性较高，能有效降低出水COD值；成本较传统的反硝化碳源低、效率高、无毒、化学性质稳定、制备方便。

Description

一种用于污水反硝化复合碳源配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种用于污水反硝化复合碳源配方及其制备方法。

背景技术

目前，随着人民群众不断增强的环保意识及城市化进程的不断加快，氮磷的排放标准也趋于日益严格。微生物反硝化已经成为目前最有效脱氮方式之一且在污水处理领域也有着非常广泛的应用。污水反硝化处理技术是一种利用反硝化细菌在缺氧条件下（溶解氧<0.5mg/L）将硝酸盐还原成气态氮即利用NO₂ ^-和NO₃ ^-为呼吸作用的最终电子受体，把硝酸还原成氮气（N₂），称为反硝化作用或脱氮作用：NO₃ ^- →NO₂ ^- →N₂↑。能进行反硝化作用的只有少数细菌，这类微生物群称为反硝化菌。大部分反硝化细菌是异养菌，例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为氮源和能源，进行无氧呼吸。该类有机物被成为反硝化碳源，该碳源可作为硝态氮还原所需要的电子供体、也可同化合成细胞及脱氧或转化为细胞储藏碳。

截止日前，国内外对外加反硝化碳源进行了一系列的研究，发现不同外加碳源对反硝化过程的影响不同。按照碳源对反硝化速率的影响，碳源一般可以分为以下三种类型：第一类是易于生物降解的有机物，如甲醇、乙醇、乙酸、乙酸钠和葡萄糖等；第二类为缓慢生物降解的有机物，如蛋白质和淀粉等；第三类为细胞质，微生物会利用细胞成分进行内源反硝化。这三类碳源的可生化降解利用速率不一样，其反硝化的效果也不一样。一般而言，可生化降解性好的短链有机物分子反硝化的速率也最快，即是最好的反硝化电子供体。然而，甲醇、乙醇等短链醇类物质作为碳源时，其成本相对较高、且属于危险化学品，其生产、运输、储存和使用等过程均容易产生安全问题，因此不能在产业上大规模推广使用。乙酸因气味大和成本高因而也未能大规模在市场上推广使用。此外，乙酸钠（一般使用三水乙酸钠）由于其含有结晶水，导致能被反硝化利用的碳氢含量较低（约20%）而且其运输费用相对较高。相比较前几类碳源而言，葡萄糖性价比相对较高，然而其使用过程中容易产生亚硝态氮积累的现象，且使用过程中易出现污泥膨胀等缺陷。

综上所述，使用单一成分的碳源时有很大的限制。因此，开发出一种低成本和高效率的复合反硝化碳源对降低污水处理成本和提高反硝化效率意义重大。

发明内容

为了解决目前碳源配方配方成分单一，成本高、效率低及使用不便等技术问题，本发明提供一种反硝化复合碳源配方及其制备方法。

一种用于污水反硝化复合碳源配方，其含有按质量百分比的以下成分：三水乙酸钠5-20%、葡萄糖20-30%、红糖5-10%、乳糖5-10%、反硝化菌液0.2-1%和29-64.8%的水。

一种用于污水反硝化复合碳源配方，其COD≥200000 mg/L。

一种用于污水反硝化复合碳源配方，其pH值为5-9。

一种用于污水反硝化复合碳源配方，其BOD/COD≥0.3。

所述葡萄糖和所述红糖为液态或固态。

一种用于制备上述的用于污水反硝化复合碳源配方的方法，包括以下步骤：

（1）将称量好的三水乙酸钠和葡萄糖加入1/3-2/3的水中，搅拌得到乙酸钠和葡萄糖的混合液，加热至50-60℃，持续搅拌0.5-1小时；

（2）往上述步骤中所得的混合液中加入称量好的红糖、乳糖及剩余的1/3-2/3的水，在50-60℃下搅拌0.5-1.5小时至形成均匀混合液；

（3）往上述步骤中所得的混合液中加入反硝化菌液，在室温下搅拌0.3-1小时至形成均匀混合液，并控制溶液pH值5-9。

本发明的有益效果为：

（1）本发明首次结合反硝化菌液，大幅度提升了反硝化的效率；

（2）本发明运用复合碳源，适用的pH值及COD值范围较大，适用于不同的水质，如生活污水、市政污水、屠宰废水、工业废水、煤化工废水等；

（3）可生化性较高，能有效降低出水COD值，污泥菌种适应快，反硝化脱氮好；

（4）成本较传统的反硝化碳源低、效率高、无毒、化学性质稳定、制备方便，兼具单一碳源（如乙酸钠和葡萄糖等）优点，是一种经济高效的微生物反硝化碳源配方。

具体实施方式

一种用于污水反硝化复合碳源配方，其含有按质量百分比的以下成分：三水乙酸钠5-20%、葡萄糖20-30%、红糖5-10%、乳糖5-10%、反硝化菌液0.2-1%和29-64.8%的水。

一种用于污水反硝化复合碳源配方，其COD≥200000 mg/L。

一种用于污水反硝化复合碳源配方，其pH值为5-9。

一种用于污水反硝化复合碳源配方，其BOD/COD≥0.3。

所述葡萄糖和所述红糖为液态或固态。

其中，三水乙酸钠为易于被生物降解的有机物；葡萄糖为易于被生物降解的碳源，方便运输、存储和使用，性价比较高；红糖的主要成分为蔗糖，除此之外，还含有丰富的维生素和微量元素，为微生物提供生长繁殖所需要的营养；乳糖的水解产物有利于微生物对微量元素的吸收利用，加快微生物的生长繁殖速度；硝化菌液能增加污水中反硝化细菌的数量，配合适宜的碳源，能有效地促进整体反硝化过程。

一种用于制备上述的任一种用于污水反硝化复合碳源配方的方法，包括以下步骤：

（1）将称量好的三水乙酸钠和葡萄糖加入1/3-2/3的水中，搅拌得到乙酸钠和葡萄糖的混合液，加热至50-60℃，持续搅拌0.5-1小时，优选加入1/2的水，把固体分步溶解有利于固体充分溶解；

（2）往上述步骤中所得的混合液中加入称量好的红糖、乳糖及剩余的1/3-2/3的水，在50-60℃下搅拌0.5-1.5小时至形成均匀混合液；

（3）往上述步骤中所得的混合液中加入反硝化菌液，在室温下搅拌0.3-1小时至形成均匀混合液，并控制溶液pH值5-9。

实施例1

用于污水反硝化复合碳源配方：三水乙酸钠15%、葡萄糖25%、红糖7%、乳糖7%、水45.6%，反硝化菌液0.4%

下表-1为某煤化工废水指标。

表-1 某煤化工环保污水水质指标

如表-1所示，该厂进水含氮化合物主要为氨氮，浓度为31.45mg/L，有机氮含量极其少。经过好氧段后，氨氮几乎全部脱除，消化液回流至缺氧区脱除总氮。由结果可以看出，缺氧段出水及二沉池出水总氮分别为18.03 mg/L及17.28 mg/L，目前达标的标准为15 mg/L。根据现场资料，该厂出水总氮主要为硝态氮，故选择厌氧段为生物强化工段，以好氧段出水为实际回流液，厌氧段污泥为强化对象，选择缺氧条件探究工艺，设计如下两个小试处理组：

0号空白组：目标水

1号处理组：1#目标水+缺氧污泥（客户提供）+复合碳源。

分别将两个处理组样品于30℃下厌氧培养，考察水利停留时间4h时，实验组脱氮情况，测定上清液中含氮指标。

表-2煤化工废水小试评价结果

注：1号投加的COD为102.3 mg/L，出水COD值为36.2 mg/L。

如表-2所示，驯化稳定后，复合碳源对该厂厌氧污泥的激活效果显著。投加复合碳源处理组1号比不投加复合碳源0号处理组总氮降低8.98 mg/L，低于排放标准（TN≤15 mg/L）。1号投加的COD为102.3 mg/L，出水COD值为36.2 mg/L。从以上小试结果可以得出复合碳源对该缺氧池污泥的反硝化有较好的强化作用，可以有效降低该缺氧段的总氮脱除。

实施例2

用于污水反硝化复合碳源配方：三水乙酸钠10%、葡萄糖30%、红糖10%、乳糖7%、水42.3%，反硝化菌液0.7%

下表3为某市政废水指标，具体如下表所示：

表-3 某市政污水处理厂污水水质指标

如表3所示，该厂生化段进水含氮化合物主要为氨氮，总氮含量为29.80 mg/L。经过氧化沟处理后，出水以硝态氮为主，总氮浓度为15.66 mg/L（达标的标准为15 mg/L）。出水COD浓度为39.13 mg/L。

根据现场资料，该厂出水总氮主要为硝态氮，故选择厌氧段为生物强化工段，以好氧段出水为实际回流液，厌氧段污泥为强化对象，选择缺氧条件探究工艺，设计如下两个小试处理组：

0号空白组：目标水

1号处理组：1#目标水+缺氧污泥（客户提供）+复合碳源。

将两个处理组样品于5℃下厌氧培养（北方冬天污水厂现场实际温度），考察水利停留时间1.64 h时，实验组脱氮情况，测定上清液中含氮指标。

表-4 某市政污水处理厂污水5℃小试评价结果

注：1号投加的COD为98.6 mg/L，出水COD值为41.1 mg/L。

如表4所示，5℃下处理，复合碳源对该厂厌氧污泥的激活效果显著。投加复合碳源处理组1号比不投加复合碳源0号处理组总氮降低5.14 mg/L，低于排放标准（TN≤15 mg/L）。从以上小试结果可以得出复合碳源对该缺氧池污泥的反硝化有较好的强化作用，且在温度低至5℃条件下可以有效降低该缺氧段的总氮。

实施例3

用于污水反硝化复合碳源配方：三水乙酸钠7%、葡萄糖30%、红糖5%、乳糖10%、水47.5%，反硝化菌液0.5%

下表5为某电镀废水指标，具体如下表所示：

表-5 某电镀污水处理厂污水水质指标

如表-5所示，该厂进水中总氮主要为氨氮、硝态氮，其中综合废水中贡献总氮最多，浓度为370.70 mg/L；其次为含铬废水，浓度为81.75 mg/L；含镍废水经过前端处理后总氮约为55.08 mg/L；生化段进水主要为回调池进水与含铬进生化废水，经过A/O处理后，出水总氮浓度为86.00 mg/L。出水COD浓度为51.17 mg/L，出水pH偏低为5.93。

根据现场资料，该厂出水总氮主要为硝态氮，故选择厌氧段为生物强化工段，以好氧段出水为实际回流液，厌氧段污泥为强化对象，选择缺氧条件探究工艺，设计如下两个小试处理组：

0号空白组：目标水

1号处理组：1#目标水+缺氧污泥（客户提供）+复合碳源。

将两个处理组样品于30 ℃下厌氧培养，考察水利停留时间10 h时，实验组脱氮情况，测定上清液中含氮指标。

表-6 某电镀厂污水处理厂小试评价结果

注：1号投加的COD为150.4 mg/L，出水COD值为43.2 mg/L。

如表-6所示，未投加复合碳源的0号处理组，出水总氮为85.00 mg/L，未达到排放标准（≤20 mg/L）；投加复合碳源的1号处理组，出水总氮为13.41 mg/L，达到排放标准（≤20 mg/L）。从以上小试结果可以得出复合碳源对该缺氧池污泥的反硝化有较好的强化作用，且在高毒性电池厂废水处理中可以有效降低该缺氧段的总氮。

实施例4

用于污水反硝化复合碳源配方：三水乙酸钠15%、葡萄糖15%、红糖10%、乳糖10%、水49.2%，反硝化菌液0.8%。

表-7 某屠宰污水处理厂污水水质指标

如表-7所示，该厂进水含氮化合物主要为氨氮，浓度为63.78 mg/L，有机氮含量极其少。经过好氧段后，氨氮几乎全部脱除，消化液回流至缺氧区脱除总氮。由结果可以看出，好氧段出水及二沉池出水总氮分别为32.7 mg/L及34.5 mg/L，目前达标的标准为15 mg/L。根据现场资料，该厂出水总氮主要为硝态氮，故选择厌氧段为生物强化工段，以好氧段出水为实际回流液，厌氧段污泥为强化对象，选择缺氧条件探究工艺，设计如下两个小试处理组：

0号空白组：目标水

1号处理组：1#目标水+缺氧污泥（客户提供）+复合碳源。

分别将两个处理组样品于30℃下厌氧培养，考察水利停留时间4h时，实验组脱氮情况，测定上清液中含氮指标。

表-8 某屠宰污水废水小试评价结果

注：1号投加的COD为112.5 mg/L，出水COD值为45.8 mg/L。

如表-8所示，未投加复合碳源的0号处理组，出水总氮为43.71 mg/L，未达到排放标准（≤15 mg/L）；投加复合碳源的1号处理组，出水总氮为11.58 mg/L，达到排放标准（≤15 mg/L）。从以上小试结果可以得出复合碳源对该缺氧池污泥的反硝化有较好的强化作用，且在屠宰废水处理中可以有效降低该缺氧段的总氮。

由表-1~表-8可知，本发明提供的用于污水反硝化复合碳源配方对市政、屠宰场、电镀及煤化工废水具有的良好的脱总氮效果并能有效降低出水的COD值。成本低，效率高，对污水处理领域有很高的实用价值。

Claims (6)

1.一种用于污水反硝化复合碳源配方，其特征在于，含有按质量百分比计的以下成分：三水乙酸钠5-20%、葡萄糖20-30%、红糖5-10%、乳糖5-10%、反硝化菌液0.2-1%和29-64.8%的水。

2.根据权利要求1所述的一种用于污水反硝化复合碳源配方，其COD≥200000mg/L。

3.根据权利要求1所述的一种用于污水反硝化复合碳源配方，其pH值为5-9。

4.根据权利要求1所述的一种用于污水反硝化复合碳源配方，其BOD/COD≥0.3。

5.根据权利要求1所述的一种用于污水反硝化复合碳源配方，所述葡萄糖和所述红糖为液态或固态。

6.一种用于制备权利要求1-5任一项所述的用于污水反硝化复合碳源配方的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将称量好的三水乙酸钠和葡萄糖加入1/3-2/3的水中，搅拌得到乙酸钠和葡萄糖的混合液，加热至50-60℃，持续搅拌0.5-1小时；

（2）往上述步骤中所得的混合液中加入称量好的红糖、乳糖及剩余的1/3-2/3的水，在50-60℃下搅拌0.5-1.5小时至形成均匀混合液；

（3）往上述步骤中所得的混合液中加入反硝化菌液，在室温下搅拌0.3-1小时至形成均匀混合液，并控制溶液pH值5-9。