[发明专利]亚硝化菌－厌氧氨氧化菌固定化与中温污水处理工艺

说明书

(一)技术领域

本发明涉及生物脱氮污水处理工艺，特别是一种亚硝化菌-厌氧氨氧化菌固定化与中温(20～25℃)污水处理工艺。

(二)背景技术

早在1975年Voet就发现在硝化过程中亚硝酸盐积累的现象并首次提出了短程硝化反硝化生物脱氮(Short cut nitrificationdenitrification，SHARON)机理，也可称为不完全或称简捷硝化-反硝化生物脱氮，其方法就是将硝化过程控制在HNO₂阶段而终止，随后进行反硝化。SHARON工艺是荷兰Delft技术大学开发的脱氮新工艺，其基本原理是简捷硝化-反硝化，即将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后对亚硝酸根进行反硝化，即：NH₄⁺→NO₂^-→N₂。而这种废水处理方法的特点使氨氮的亚硝化成为可能。通过这一途径脱氮，优点是十分明显的：不仅能大大节省曝气量，而且能大大减少反硝化阶段中碳源的投加，反应器的体积也能相应减少，但是该工艺方案的运行温度为30～35℃(高温)，只适用于特定的污水处理。在中温(20～25℃)下实现亚硝酸盐的稳定积累未见报道。

近年来脱氮工艺研究中，研究人员发现了厌氧氨氧化工艺——ANAMMOX工艺(Anaerobic Ammonium Oxidation)。研究表明，NO₂^-作为电子受体进行如下反应：

NH₄⁺+NO₂^-→N₂+2H₂O    ΔG＝-358kJ·mol^-1

根据化学热力学理论，上述反应的ΔG＜0，说明反应可自发进行。厌氧氨氧化过程的总反应是一个释放能量的反应，从理论上讲，可以提供能量供微生物生长。研究表明，厌氧氨氧化菌属光敏性微生物，光能抑制其活性，在pH6.7～8.3范围内，当温度从15℃升到30℃时，厌氧氨氧化速率随之增大，但升至35℃时，反应速率下降，最适温度在30℃左右。Jetten等认为，厌氧氨氧化反应的温度范围为20～43℃，最佳温度为40℃。而有研究认为，厌氧氨氧化菌本身不具有增殖能力。有研究人员在30℃采用生物膜法在厌氧折流板反应器中长达110d的启动运行后，获得了除氮率90％以上的处理效果。但在20～25℃的中温下实现厌氧氨氧化的快速启动未见报道。

近年来，欧洲的学者在生物脱氮方面又取得了突破性的进展，在SHARON工艺和ANAMMOX工艺基础上提出了SHARON--ANAMMOX联合工艺。

SHARON工艺的原理可用以下方程式表示：

NHX₄⁺+HCO₃^-+0.75O₂→0.5NH₄⁺+0.5NO₂^-+CO₂+1.5H₂O

根据上述两方程式可以得到SHARON-ANAMMOX联合工艺的方程式：

2NH₄⁺+2HCO₃^-+1.5O₂→2CO₂+N₂+5H₂O

污水经SHARON过程进行氨氮的亚硝化，将50％NH₄⁺-N转化为NO₂^--N，然后出水进行ANAMMOX过程，剩余的NH₄⁺和生成的等摩尔量的N₂^-经厌氧氨氧化菌(自养菌)作用生成N₂逸出，这样就完成了污水脱氮而且无需再添加碳源。SHARON-ANAMMOX生物脱氮技术问世仅有几年的时间，目前只有荷兰鹿特丹的Dokhaven污水厂用该技术处理其泥区的废水。目前投入运行的SHARON工艺运行温度为30～35℃，但对于水量较大的城市污水和绝大多数工业废水无法达到并维持30～35℃的水温进行处理。

(三)发明内容