CN112551689A - 一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：7～67％多元醇，3～62％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。本发明提供的一种用于生物反硝化脱氮的高效复合碳源，避免了单一碳源对系统微生物菌群的破坏，综合了多元醇和糖蜜的优点，既解决了多元醇(例如甘油)作为碳源脱氮反硝化速率慢的问题，也可以提供比糖蜜更高的COD含量以及更低的氮含量，同时具有更好的流动性，增加投加便利性，便于储存、运输和使用。

Description

一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源。

背景技术

含有氮化合物的污水未经脱氮处理任意排放会给环境造成危害，主要会造成：缓流水体的富营养化，氮化合物是植物性营养物，排放湖泊、水库一类的缓流水体，会使水中的藻类异常增殖；农业灌溉用水中，T-N含量如超过1mg/L，作物吸收过剩的氮，能够产生贪青倒伏现象。所以含有氮化合物的污水在排放或利用前应进行脱氮处理。

目前脱氮技术可分为物理化学脱氮和生物脱氮两种技术，物理化学脱氮如吹脱塔等通常比较昂贵，生物脱氮工艺因其廉价高效的表现，得到了广泛应用。生物脱氮技术主要是指反硝化脱氮技术，即硝酸氮和亚硝酸氮在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮的过程。反硝化菌属于异养型兼性厌氧的细菌，在厌氧条件下，以亚硝酸盐氮和硝酸盐氮为电子受体，以碳源为电子供体。可能有两种转化途径，即：同化反硝化(合成)，最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分；另一为异化反硝化(分解)，最终产物是气态氮。

碳源作为反硝化过程中必不可少的物质，碳源的种类及C/N比直接关系着反硝化的速率和脱氮效果。通常每去除1mg的N需要消耗6～8mg的COD(即化学需氧量，ChemicalOxygen Demand，是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量)。然而，碳源不足问题一直困扰着我国现行污水厂处理出水氨氮的达标排放，这种情况在低温季节更加严重。为保证反硝化的顺利高效进行，需要投加外加碳源。研究表明，不同碳源的反硝化速率、反硝化效能以及代谢产物的种类有很大的差别。因而反硝化外加碳源的选择必须考虑多方面的因素，包括脱氮效果、运行成本、投加条件及可能对出水水质和污泥产物的影响等。

传统有机碳源物质包括醇类，醇类又分为一元醇与多元醇，一元醇即在分子内仅含有一个羟基的醇，如甲醇、乙醇等。甲醇、乙醇的缺点是：分解中会产生其他副产物，比如乙醛或甲醛，对水质造成危害需要额外处理，也会使成本增加；另外，一元醇还有易燃的缺点，甲醇还具有毒性。多元醇即分子中含有二个或二个以上羟基的一大类醇类，如乙二醇或甘油(丙三醇)等。甘油具有很高的黏度，在低温条件下会对碳源的添加造成困难。另外，使用甘油作为碳源对硝酸盐的分解速度低于其他碳源。甘油的优点是较高的COD含量、不含氮、pH中性，无有害物质。另外，甘油原料属于可再生材料，产量丰富、单位COD价格便宜。

糖蜜也可作为外加碳源使用。糖蜜是指制糖工业的副产品，总糖量为40～50％，是结晶糖分离后的剩余物，按制糖原料不同可分为蔗糖糖蜜、葡萄糖糖蜜、果糖糖蜜等。糖蜜中，还含有钙、镁、钾、铁、维生素和蛋白质。糖蜜作为碳源具有以下优点：COD含量可以被快速降解；无有害物质；原材料属可再生原料，来源丰富，单位COD价格相对便宜。糖蜜作为碳源也具有缺点：一般为黏稠状液体，不利于自动输送。另外，糖蜜由于含有蛋白质具有相对较高的总氮含量，相对较低的COD含量。

其他可以作为外加碳源使用的还包括淀粉、乙酸盐、甲烷、天然气等，但是这些物质作为碳源有各自的缺点，如pH非中性，难以自动输送，储量较小，不可再生，价格昂贵等。

同时，根据国内外学者研究发现，长期投加单一碳源会影响反硝化段的细菌生物量，以及反硝化细菌群落结构多样性，因此开发高经济性，高效环保的复合碳源是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是，提供一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，从而解决现有技术中低温季节碳源更加不足、一些碳源价格昂贵、长期投加单一碳源影响反硝化段的细菌生物量以及反硝化细菌群落结构多样性等技术问题，所述复合碳源为无任何有害物质，价格便宜，可以克服现有碳源的缺点，本发明的主要原料为多元醇(丙三醇或乙二醇)和糖蜜，配以不同含量的水，调节粘稠度，使其可以由泵自动输送，特别适用于污水处理厂生物反硝化作为外加碳源使用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：7～67％多元醇，3～62％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。

前述的一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源中，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：10～60％多元醇，10～60％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。

前述的一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源中，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：20～50％多元醇20～50％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。

前述的一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源中，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：30～45％多元醇，30～45％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。

前述的一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源中，所述多元醇为丙三醇或乙二醇。

前述的一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源中，所述添加物为香料、表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。

前述的一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源中，所述香料为萜烯、柑橘、柠檬萜中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明避免了单一碳源对系统微生物菌群的破坏，有效维持了反硝化段的细菌生物数量以及反硝化细菌群落结构的多样性；综合了多元醇(丙三醇或乙二醇)和糖蜜的优点，既解决了甘油作为碳源脱氮反硝化速率慢的问题，也可以提供比糖蜜更高的COD含量以及更低的氮含量，同时具有更好的流动性，增加投加便利性，便于储存、运输和使用；同时大部分多元醇和糖蜜是工业常规物质，它们价格便宜、容易获取，从而降低了整个水处理的运营成本。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制。在附图中：

图1是本发明的一种实施例中不同碳源下的脱氮反硝化速率比较图；

图2是本发明的另一种实施例中不同碳源溶液粘度测量结果图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例1：一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，复合碳源原料包括：7～67％多元醇，3～62％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。所述添加物为香料、表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。香料为萜烯、柑橘、柠檬萜中的一种或多种。

本发明实施例2：一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：10～60％多元醇，10～60％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。所述添加物为香料、表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。香料为萜烯、柑橘、柠檬萜中的一种或多种。

本发明实施例3：一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：20～50％多元醇，20～50％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。所述添加物为香料、表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。香料为萜烯、柑橘、柠檬萜中的一种或多种。

本发明实施例4：一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：30～45％多元醇，30～45％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。所述添加物为香料、表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。香料为萜烯、柑橘、柠檬萜中的一种或多种。

本发明实施例5：一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，复合碳源原料包括：7～67％多元醇，3～62％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。多元醇为丙三醇。所述添加物为香料，香料为萜烯。

本发明实施例6：一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：10～60％多元醇，10～60％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。多元醇为乙二醇。所述添加物为表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。

本发明实施例7：一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：20～50％多元醇，20～50％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。多元醇为丙三醇。所述添加物为香料、表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。香料为柠檬萜。

本发明实施例8：一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：30～45％多元醇，30～45％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。多元醇为丙三醇或乙二醇。所述添加物为香料、表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。香料为萜烯、柑橘、柠檬萜中之中的两种或三种。

检测本发明不同碳源的脱氮反硝化速率。

使用的材料：

活性污泥：某污水处理厂缺氧污泥；

NO₃溶液：含有5mg/mL NO₃；

糖蜜溶液：锤度68％(糖含量40％)，32％水；

甘油溶液：70％甘油(丙三醇)，30％水；

混合液1：糖蜜：甘油＝80:20；

混合液2：糖蜜：甘油＝50:50；

混合液3：糖蜜：甘油＝20:80；

混合液4：糖蜜：甘油＝10:90；以上皆为体积百分比。

其他材料：200ml锥形瓶、硝酸盐测试管、亚硝酸盐测试管、分光光度计、离心机。

实施过程：

准备6个200mL锥形瓶，每个锥形瓶中装入199g污水厂缺氧污泥，污泥浓度为2.8g/L，再分别加入1mL NO₃溶液(其中含有5mg NO₃)，检测未加碳源前的初始NO₂和NO₃浓度之和。之后分别在每个锥形瓶中加入6种碳源，分别为甘油溶液、糖蜜溶液、混合液1、混合液2、混合液3及混合液4，每个碳源加入量为25μL，分析各个碳源在厌氧条件下脱氮反硝化速率。脱氮反硝化速率可以用单位时间内(h)单位体积(L)的混合液所去除的氮量(mg/L·h),或者用单位时间内(h)单位重量(g)的活性污泥所去除的氮量(mg/h·g)来表示，其中，去除的氮量＝亚硝酸盐氮浓度的减少量(mg/L)+硝酸盐氮浓度的减少量(mg/L)。

具体方法为：

盖上锥形瓶盖使其保持厌氧状态，使用磁搅拌棒使锥形瓶中活性污泥保持悬浮状态，30分钟后每15分钟取2mL样品并在6000转/分钟转速下离心5分钟。为加速沉淀可先加入20μL855BS絮凝剂。离心后使用分光光度法测量上清液的NO₂和NO₃浓度，计算NO₂和NO₃浓度之和，并画出总浓度随时间的变化回归直线，利用回归直线的斜率r与MLSS(硝态氮浓度)的比值可以得到不同碳源下的脱氮反硝化速率，不同碳源下的脱氮反硝化速率请见图1。结果显示混合液1、混合液2、混合液3、混合液4的脱氮反硝化速率低于纯糖蜜溶液，但相比于纯甘油溶液至少提高了20％。

本发明碳源的粘度测量：

使用材料：

糖蜜溶液：锤度68％(糖含量40％)，32％水；

甘油溶液：85％甘油含量，15％水；

混合液1：甘油：糖蜜＝50:50；

混合液2：甘油：糖蜜：水＝80:5:15；

混合液3：甘油：糖蜜：水＝8:90:2；以上皆为体积百分比。

其他材料：电子温度计、冰箱、500mL烧杯、美国Brookfield DV-E旋转粘度计、转子：S85。

实施过程：

1)将混合后的糖蜜溶液、甘油溶液、混合液1、混合液2、混合液3分别并放入冰箱中恒温处理；

2)估计被测溶液的粘度范围，然后根据量程表选择适当的转子；

3)将被测溶液装入烧杯并将转子浸入被测液体中；

4)通过电子温度计从-18℃开始，持续测量液体温度；

5)选择转子转速使粘度计处于最佳测量范围内；

6)通过测量数据得出一条粘度与温度关系的曲线；

7)测量5组溶液的粘度，测量结果在图2表示。

结果显示实施例2中的混合液1、混合液2、混合液3在-20～25℃条件下粘度均低于纯糖蜜溶液或纯甘油溶液，提高流动性作用明显。

Claims (9)

1.一种用于生物反硝化脱氮的复合碳源，其特征在于，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：7～67％多元醇，3～62％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。

2.根据权利要求1所述的用于生物反硝化脱氮的复合碳源，其特征在于，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：10～60％多元醇，10～60％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。

3.根据权利要求1所述的用于生物反硝化脱氮的复合碳源，其特征在于，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：20～50％多元醇，20～50％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。

4.根据权利要求1所述的用于生物反硝化脱氮的复合碳源，其特征在于，以100体积份计算，所述复合碳源原料包括：30～45％多元醇，30～45％糖蜜，30～32％水，0～5％添加物。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的用于生物反硝化脱氮的复合碳源，其特征在于，所述多元醇为丙三醇或乙二醇。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的用于生物反硝化脱氮的复合碳源，其特征在于，所述添加物为香料、表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的用于生物反硝化脱氮的复合碳源，其特征在于，所述添加物为香料、表面活性剂、防腐剂、乳化剂中的一种或多种。

8.根据权利要求6所述的用于生物反硝化脱氮的复合碳源，其特征在于，所述香料为萜烯、柑橘、柠檬萜中的一种或多种。

9.根据权利要求7所述的用于生物反硝化脱氮的复合碳源，其特征在于，所述香料为萜烯、柑橘、柠檬萜中的一种或多种。

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