[发明专利]一种低碳氮比污水的生物脱氮方法及其专用装置

说明书

技术领域

本发明属于环境工程水处理领域，涉及剩余污泥水解酸化产物经除磷脱氨后作为有机碳源应用于低碳氮比污水的处理并提高生物脱氮效率的方法及其专用装置。

背景技术

低碳氮比污水是一类有机物浓度偏低，氮含量较高的污水，许多地区的生活污水，垃圾渗滤液，部分工业废水等都属于这类污水。低碳氮比污水中有机质缺乏使得这类污水在生物处理系统中有机碳源不足，导致总氮去除率偏低。传统生物脱氮需要足够数量的有机质，而这类污水中本身含有的有机质较少，无法满足反硝化所需的碳源要求。外加有机碳源是一类重要的提高低碳氮比污水生物脱氮效果的方法。

目前，外加有机碳源以甲醇、乙醇、乙酸钠等为主，但由于这类有机碳源成本高，有些甚至有毒性，在实际生产中没有被广泛运用。寻找合适的外加有机碳源成为关注的热点。

城市污泥经水解酸化可产生较多的溶解性有机物，在水解与发酵细菌作用下，将碳水化合物、蛋白质与脂肪水解并发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸和甘油等，水解阶段产生的小分子化合物在发酵细菌的细胞内转化为更为简单的以挥发性脂肪酸(VFAs)为主的末端产物，并分泌到细胞外。VFAs中的乙酸和丙酸是增强生物脱氮的有利基质，拥有比甲醇和乙醇更高的反硝化速率。

国内吴一平等以初沉污泥厌氧水解/酸化产物为反硝化的碳源研究脱氮速率，发现初沉污泥水解产物的脱氮速率分别为城市污水脱氮速率的3倍，是投加甲醇脱氮速率的1.33倍；高永青等研究了剩余污泥酸化液用作A²/O系统的补充碳源时的反硝化速率和系统的脱氮除磷能力；Tong等利用回收氮磷后的剩余污泥水解酸化液作为外加碳源研究了SBR反应器生物脱氮除磷性能，在酸化液流量∶进水流量为1∶35时，TN和P的去除率分别为83.2％和92.9％，同时比较了出水COD中的主要成分；Zheng等研究了在低溶解氧条件下，外加污泥水解酸化液能够提高SBR反应器生物脱氮效果，TN去除率从61％上升至81％，但出水COD会有所上升，在54mg/L左右。

国外大多数的研究中利用污水处理厂的初沉污泥水解发酵产酸，也有对初沉污泥与剩余污泥的混合污泥和高浓度污水的水解酸化研究。Elefsiniotis等研究初沉污泥厌氧消化产生的VFAs的反硝化速率，结果显示挥发酸中的小分子物质如甲酸、乙酸极易被反硝化菌利用，平均反硝化速率为0.0111gNO_x^--N/(gVSS·d)，VFAs比其他有机质更适合作为碳源被微生物利用。Aravinthan等研究了不同的方法获得的污泥水解酸化产物用于反硝化速率的对比实验，在灭菌锅条件下碱性水解酸化液的反硝化速率最高，不同的处理方法对水解酸化液生物降解性能有重要的影响。

利用富含VFAs的水解酸化液作为有机碳源可以提高反硝化速率和总氮去除率，目前外加水解酸化液条件下的低碳氮比污水的生物脱氮集中在SBR和A²/O工艺形式，研究结果距离工业化生产还有一段距离，生物脱氮的效率并不高，存在产生二次污染的风险，尤其当COD/TN值很低(COD/TN＜2)时，生物脱氮效果并不理想，还不能满足城镇污水处理厂污染物排放标准中对TN、NH₄⁺-N和COD排放标准限值要求。

发明内容

发明目的：针对低碳氮比污水普遍存在碳源不足而造成污水生物处理工艺总氮去除率不高的难题，本发明的目的是提供一种低碳氮比污水的生物脱氮方法，以实现提高总氮去除率的目的。本发明的另一目的是提供上述低碳氮比污水的生物脱氮方法的专用装置。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种低碳氮比污水的生物脱氮方法，包括以下步骤：

(1)在水解酸化反应器中，加入剩余污泥，用浓度为3.5～4.5mol/L的NaOH溶液调节反应体系的pH值至9.0，180～240r/min搅拌反应20～24h，按投配率为5～10％取出反应液，再在5000×g离心力下离心30min，取其上清液，制得初级水解酸化液；其中，剩余污泥的VSS/TSS大于40％，含水率为95～97％；