CN114772718A

CN114772718A - 一种低cn比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺

Info

Publication number: CN114772718A
Application number: CN202210249128.6A
Authority: CN
Inventors: 黄琼; 安国芳; 梁竞元; 郭禹辰; 朱杰; 孙月吟; 杨波; 陶涛
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2022-03-14
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2042-03-14
Also published as: CN114772718B

Abstract

本发明公开一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，包括如下步骤：S1:以100体积份计算，分别称取10～30％的聚乙二醇、20～40％的糖类物质，15～25％的多元醇，10～20％的有机酸盐，5～10％的柠檬酸，1～2％的生长因子，0.5～1％的乳化剂备用。S2：将S1中称取的糖类物质、多元醇、有机酸盐和柠檬酸依次加入到40～60℃水中搅拌8‑15分钟，混合均匀。S3：将S1中称取的聚乙二醇缓慢加入到S2得到的溶液中，搅拌至聚乙二醇完全溶解后加入氨基酸和乳化剂，混合均匀，然后将混合液放入48‑52℃的恒温水浴中，边加热边搅拌，持续25‑36分钟。S4：将S3得到的溶液静置，过滤，得到澄清油状的溶液。本发明提供的复合碳源不仅可以避免单一碳源影响反硝化段的细菌生物量，破坏群落结构的多样性。

Description

一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺

技术领域

本发明涉及一种复合碳源生产工艺，具体是一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺。

背景技术

近年来，随着人民生活水平的不断提升，城市污水的排放量也不断增大，而国家日益重视环境保护，统筹经济与环境保护协调发展，对污水处理厂进行了更严格的监测，提出了更高的排放标准，这就迫使污水处理厂提高其脱氮的效果。城镇污水处理厂总氮去除工艺选择中，生物脱氮法是目前最经济有效的方式，主要是利用微生物在缺氧条件下进行反硝化脱氮，反硝化细菌利用碳源作为电子供体，将水中的硝态氮和亚硝态氮还原成氮气，达到脱氮的效果。反硝化过程是决定总氮去除程度的关键环节，在反硝化过程中需要足量的碳源以供给厌氧微生物维持自身生命体存活，这要求水中的C/N比应该保持在5以上，方可达到显著的脱氮效率。国外一些学者观察到，将C/N比从0.3增加到3.5时，TN(总氮)的去除率从31％提升到50％。在废水处理工程实际运行中，碳源不足是污水处理中的常见问题，废水在C/N比较低时，微生物因碳源不足而无法进行反硝化作用，因此为提高脱氮效果，添加低成本高效碳源至关重要。

反硝化滤池外加碳源的研究有很多，关于碳源种类的选择，许多科研人员开展了添加甲醇、葡萄糖、乙酸等液态碳源进行反硝化的研究探索，发现水溶性碳源因具有易溶解、反应速度快等特点而得到广泛应用。因此大多数污水厂反硝化脱氮工艺中均采用这些小分子醇类和糖类物质作为碳源。经研究发现，甲醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖的脱氮效果均很好，目前外加碳源主要以这些液态有机物为主，其中乙酸钠虽然药剂成本最高，污泥产率高，但仍然是现今污水处理厂使用最广泛的碳源，因其易被反硝化菌利用、响应速度快、脱氮效果好。甲醇药剂成本低，脱氮效果好，产泥量较小，但甲醇响应时间较慢，应急投加效果往往不佳，且其具有毒性，长期作为碳源，对尾水排放具有一定的影响，同时甲醇属于易燃、易爆物质，其运输、储存、投加有特殊要求，建设成本会较高，且一旦管理不当发生爆炸事故，后果不堪设想，使用甲醇时需综合考虑甲醇运输路线、管理水平等因素。乙酸的凝固点低至16.6℃，冬季低温会凝固，适合温度高的南方城市使用。葡萄糖药剂成本较低，但脱氮效果相对较差，污泥产量高导致反冲洗周期短，执行一级A排放标准的污水处理厂若对反硝化滤池脱氮负荷要求不高，碳源投加量较少，可以选择投加葡萄糖。此外对于某些专利产品，其价格相对于乙酸钠有一定的优势，但其应用还不够成熟，且专利产品采购来源受限。

近些年来，国内外研究学者发现，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，因此以传统碳源为主要原料的新型复合碳源成为目前最具广泛应用潜力的外加碳源，其能使脱氮系统的处理效果、成本投入、管理运营、环境安全性、微生物物种丰富度及多样性等多个方面得到优化，是一个能够实现快速广泛应用的研究方向，具有较高的发展前景，值得关注，尤其是基于总氮排放的严格标准和巨大的碳源市场，新型碳源的开发逐渐受到广泛重视。一些生物公司开始研发高效复合碳源，如某公司研制的生物发酵复合碳源，以多种农业生物质为原料，利用特定酶进行水解发酵后提纯浓缩，再通过复配形成高效碳源；另一公司研制的多核复合型碳源，以淀粉为底物水解并添加益生因子等，形成的由多种低分子糖、酸、醇和微生物益生因子组成的多核复合型碳源。市面上复合碳源的核心为不同分子量及结构的碳源组分和微生物益生因子，声称在使用中能够提高反硝化菌群的多样性和活性，从而提高脱氮效果，降低运行成本。

目前对于新型复合碳源的研究还不是很多，其优化配方、作用效果及最优工况还需要进一步研究。在实际工程中，某种碳源的选择需综合考虑处理效果与运行成本，投加量需根据出水TN标准、进水DO(溶解氧)浓度、水力负荷、温度等因素综合确定。对于长期低碳氮比污水，可以选择以传统碳源为基础开发的新型复合碳源。应用各种新型碳源时，不仅需要考虑其高效、低耗、价廉，更应注意新型碳源的环境安全性、可靠性，坚决防止和杜绝二次污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，复合碳源的主要成分是高分子有机物聚乙二醇、各种糖类、多元醇、有机酸盐、柠檬酸，也加入了一些生长因子、添加剂，以有利于微生物的生长，同时制得的液体碳源便于运输和投加。在制得新型复合碳源后，以工业上常用的乙酸钠、葡萄糖等单一碳源为对照，检验其在硝酸盐去除性能上的差异，然后在某污水处理厂进行工程应用验证，进一步确定新型复合碳源在实际工程应用中的总氮去除效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，生产工艺包括如下步骤：

S1:以100体积份计算，分别称取10～30％的聚乙二醇、20～40％的糖类物质，15～25％的多元醇，10～20％的有机酸盐，5～10％的柠檬酸，1～2％的生长因子，0.5～1％的乳化剂备用。

S2：将所述S1中称取的糖类物质、多元醇、有机酸盐和柠檬酸依次加入到40～60℃水中搅拌8-15分钟，混合均匀。

S3：将所述S1中称取的聚乙二醇缓慢加入到S2得到的溶液中，搅拌至聚乙二醇完全溶解后加入氨基酸和乳化剂，混合均匀，然后将混合液放入48-52℃的恒温水浴中，边加热边搅拌，持续25-36分钟。

S4：将所述S3得到的溶液静置，过滤，得到澄清油状的溶液，即为制得的新型复合碳源。

进一步的，所述聚乙二醇为PEG600。

进一步的，所述的糖类物质为糖蜜、单糖、多糖中的两种或两种以上的混合物。

进一步的，所述糖蜜为甘蔗糖蜜或甜菜糖蜜。

进一步的，所述单糖为葡萄糖、果糖中的至少一种。

进一步的，所述多糖为淀粉。

进一步的，所述有机酸盐为乙酸钠、丙酸钠、柠檬酸钠或柠檬酸钾中的至少一种。

进一步的，所述生长因子为维生素、氨基酸中的至少一种。

本发明的有益效果：

1、本发明生产工艺添加了高分子聚合物聚乙二醇，但固体碳源投加不方便，因此采用了水溶性聚乙二醇600作为碳源，研制出液体碳源，使其能够由泵自由输送，便于运输、投加及储存；

2、本发明生产工艺加入的柠檬酸也可作为碳源，其能够形成更薄的生物膜，也能够更好地避免反应器堵塞。随着生物柴油产业的发展，产生了较大量以甘油为主要成分的副产物，而将该副产物作为碳源应用于污水处理，能够快速启动反硝化反应，同时还可以作为反硝化工艺的除磷碳源。目前，常用的单一外加碳源存在经济性、安全性、应用范围和效率等方面的缺陷，而复合碳源能够降低碳源的投加量，提高碳源的性价比和安全性。

附图说明

图1是本发明复合碳源与其他物质的脱氮反硝化速率对比图。

具体实施方式

下面将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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，生产工艺包括如下步骤：

S1:以100体积份计算，分别称取10％的聚乙二醇、25％的甘蔗糖蜜、15％的葡萄糖、25％的丙三醇、10％的柠檬酸钠、5％的柠檬酸、1％氨基酸、0.5％乳化剂备用。

S2：将S1中称取的甘蔗糖蜜、葡萄糖、丙三醇、柠檬酸钠、柠檬酸依次加入到40～60℃水中搅拌8分钟，混合均匀。

S3：将S1中称取的聚乙二醇缓慢加入到S2得到的溶液中，搅拌至聚乙二醇完全溶解后加入氨基酸和乳化剂，混合均匀，然后将混合液放入48℃的恒温水浴中，边加热边搅拌，持续25分钟。

S4：将S3得到的溶液静置，过滤，得到澄清油状的溶液，即为制得的新型复合碳源。

实施例2：一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，生产工艺包括如下步骤：

S1:以100体积份计算，分别称取30％的聚乙二醇、10％的甘蔗糖蜜、10％的葡萄糖、15％的丙三醇、20％的柠檬酸钠、5％的柠檬酸、1％氨基酸、0.5％乳化剂备用。

S2：将S1中称取的甘蔗糖蜜、葡萄糖、丙三醇、柠檬酸钠、柠檬酸依次加入到40～60℃水中搅拌30分钟，混合均匀。

S3：将S1中称取的聚乙二醇缓慢加入到S2得到的溶液中，搅拌至聚乙二醇完全溶解后加入氨基酸和乳化剂，混合均匀，然后将混合液放入50℃的恒温水浴中，边加热边搅拌，持续30分钟。

实施例3：一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，生产工艺包括如下步骤：

S1:以100体积份计算，分别称取20％的聚乙二醇、15％甜菜糖蜜、15％的淀粉、20％的丙三醇、15％的柠檬酸钠、5％的柠檬酸，2％的维生素，1％的乳化剂。

S2：将S1中称取的甜菜糖蜜、淀粉、丙三醇、柠檬酸钠、柠檬酸依次加入到40～60℃水中搅拌15分钟，混合均匀。

S3：将S1中称取的聚乙二醇缓慢加入到S2得到的溶液中，搅拌至聚乙二醇完全溶解后加入氨基酸和乳化剂，混合均匀，然后将混合液放入52℃的恒温水浴中，边加热边搅拌，持续36分钟。

实施例4：一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，生产工艺包括如下步骤：

S1:以100体积份计算，分别称取18％的聚乙二醇，30％的甘蔗糖蜜，20％的丙三醇，8％的乙酸钠，8％的丙酸钠，8％的柠檬酸，1％的维生素，1％的氨基酸，0.5％的乳化剂。

S2：将S1中称取的甘蔗糖蜜、丙三醇、乙酸钠、丙酸钠、柠檬酸依次加入到40～60℃水中搅拌12分钟，混合均匀。

S3：将S1中称取的聚乙二醇缓慢加入到S2得到的溶液中，搅拌至聚乙二醇完全溶解后加入氨基酸和乳化剂，混合均匀，然后将混合液放入51℃的恒温水浴中，边加热边搅拌，持续35分钟。

实施例5：一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，生产工艺包括如下步骤：

S1:以100体积份计算，分别称取15％的聚乙二醇、10％甜菜糖蜜、10％的果糖、15％的丙三醇、15％的乙酸钠，5％的丙酸钠，10％的柠檬酸，2％的维生素，1％的乳化剂。

S2：将S1中称取的将甜菜糖蜜、果糖、丙三醇、乙酸钠、丙酸钠、柠檬酸依次加入到40～60℃水中搅拌9分钟，混合均匀。

S3：将S1中称取的聚乙二醇缓慢加入到S2得到的溶液中，搅拌至聚乙二醇完全溶解后加入氨基酸和乳化剂，混合均匀，然后将混合液放入49℃的恒温水浴中，边加热边搅拌，持续32分钟。

实施例1-5中的聚乙二醇均可以为PEG600。

本发明复合碳源与其他物质的脱氮反硝化速率对比图如图1所示，图中复合碳源1-复合碳源5分别表示实施例1-5中的复合碳源从图中可以看出，复合碳源1-复合碳源5的脱氮反硝化速率均能超过6mg/h.g,与价格较高的乙酸钠差别不大，复合碳源1-复合碳源5的脱氮反硝化速率远远超过葡萄糖、甘油和糖蜜，因此本发明多提供的复合碳源生产工艺能在保证脱氮反硝化速率的情况下降低生产升本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，生产工艺包括如下步骤：

S1：以100体积份计算，分别称取10~30%的聚乙二醇、20~40%的糖类物质,15~25%的丙三醇，10~20%的有机酸盐，5~10%的柠檬酸，1~2%的生长因子，0.5~1%的乳化剂备用；

S2：将所述S1中称取的糖类物质、丙三醇、有机酸盐和柠檬酸依次加入到40~60℃水中搅拌8-15分钟，混合均匀；

S3：将所述S1中称取的聚乙二醇缓慢加入到S2得到的溶液中，搅拌至聚乙二醇完全溶解后加入氨基酸和乳化剂，混合均匀，然后将混合液放入48-52℃的恒温水浴中，边加热边搅拌，持续25-36分钟；

2.根据权利要求1所述的一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，其特征在于，所述聚乙二醇为PEG600。

3.根据权利要求1所述的一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，其特征在于，所述的糖类物质为糖蜜、单糖、多糖中的两种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求3所述的一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，其特征在于，所述糖蜜为甘蔗糖蜜或甜菜糖蜜。

5.根据权利要求3或4所述的一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，其特征在于，所述单糖为葡萄糖、果糖中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，其特征在于，所述多糖为淀粉。

7.根据权利要求1所述的一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，其特征在于，所述有机酸盐为乙酸钠、丙酸钠、柠檬酸钠或柠檬酸钾中的至少一种。

8.根据权利要求1或3所述的一种低CN比污水生物脱氮外加新型复合碳源生产工艺，其特征在于，所述生长因子为维生素、氨基酸中的至少一种。