公布日：2023.03.28
申请日：2022.11.10
分类号：C02F3/30(2023.01)I
摘要
本发明提出了一种通过内源异养硝化途径强化高碳氮比废水生物脱氮的方法。针对传统生物脱氮工艺自养硝化速率低，硝化菌易受有机物抑制；以及利用外碳源的异养硝化菌与其他异养菌存在碳源竞争的突出问题。所述方法通过构建内碳源驱动的内源异养硝化途径，强化生物脱氮系统的硝化过程与脱氮效能。在序批式反应器的厌氧运行时段，废水中的有机物被内源异养硝化菌与反硝化聚糖菌转化为内碳源PHAs储存在胞内；随后在好氧时段，内源异养硝化菌利用厌氧段储存的内碳源进行内源异养硝化作用，与系统中留存的自养硝化菌协同，将NH4+‑N氧化为NOx–‑N；同时，NOx–‑N通过内源好氧反硝化与缺氧反硝化协同作用被还原为N2，从而实现内碳源驱动的内源同步硝化反硝化脱氮过程。
权利要求书
1.一种通过内源异养硝化途径强化高碳氮比废水生物脱氮的方法，其特征在于，包括：将高碳氮比废水通入序批式反应器中，序批式反应器在预设范围的有机负荷和氮负荷下，采用厌氧-好氧的运行模式交替运行；在厌氧时段，使用搅拌装置在序批式反应器中搅拌第一预设时长，废水中的有机物被内源异养硝化菌和反硝化聚糖菌转化为内碳源PHAs储存在胞内；在好氧时段，采用曝气装置向序批式反应器中曝气第二预设时长，并通过气体流量计控制溶解氧浓度维持在预设浓度范围内；内源异养硝化菌利用厌氧时段储存的内碳源PHAs进行内源异养硝化作用，与序批式反应器中留存的自养硝化菌协同，将NH4+-N氧化为NOx–-N；同时，NOx–-N通过内源异养硝化菌和反硝化聚糖菌的好氧、缺氧内源协同反硝化作用被还原为N2去除，从而实现内碳源驱动的内源同步硝化反硝化脱氮过程；反应结束后，序批式反应器进行沉淀，以预设的排水比排水，并在序批式反应器中的污泥浓度超过预设值时进行排泥。
2.根据权利要求1所述的通过内源异养硝化途径强化高碳氮比废水生物脱氮的方法，其特征在于，序批式反应器的有机负荷为0.3-0.5kgCOD/(kgMLSS·d)，氮负荷为0.02-0.04kgNH4+-N/(kgMLSS·d)。
3.根据权利要求1所述的通过内源异养硝化途径强化高碳氮比废水生物脱氮的方法，其特征在于，厌氧时段的搅拌时长为60-120min，好氧时段的曝气搅拌时长为80-160min；好氧时段，气体流量计控制序批式反应器中的溶解氧浓度维持在3-5mg/L。
4.根据权利要求1所述的通过内源异养硝化途径强化高碳氮比废水生物脱氮的方法，其特征在于，在序批式反应器完成厌氧-好氧交替运行后，沉淀60-90min,并以0.5排水比进行排水，再闲置0-40min后进入下一周期，通过排泥将序批式反应器中的污泥浓度控制在3000-4000mgMLSS/L。
发明内容
针对传统生物脱氮工艺自养硝化速率低，硝化菌易受有机物抑制；以及利用外碳源的异养硝化菌与其他异养菌存在对碳源竞争的突出问题，本发明提供了一种通过内源异养硝化途径强化高碳氮比废水生物脱氮的方法。
本发明的技术方案包括：本发明提供了一种通过内源异养硝化途径强化高碳氮比废水生物脱氮的方法，包括：将高碳氮比废水通入序批式反应器中，序批式反应器在预设范围的有机负荷和氮负荷下，采用厌氧-好氧的运行模式交替运行；在厌氧时段，使用搅拌装置在序批式反应器中搅拌第一预设时长，废水中的有机物被内源异养硝化菌和反硝化聚糖菌转化为内碳源PHAs储存在胞内；在好氧时段，采用曝气装置向序批式反应器中曝气第二预设时长，并通过气体流量计控制溶解氧浓度维持在预设浓度范围内；内源异养硝化菌利用厌氧时段储存的内碳源PHAs进行内源异养硝化作用，与序批式反应器中留存的自养硝化菌协同，将NH4+-N氧化为NOx–-N；同时，NOx–-N通过内源异养硝化菌和反硝化聚糖菌的好氧、缺氧内源协同反硝化作用被还原为N2去除，从而实现内碳源驱动的内源同步硝化反硝化脱氮过程；反应结束后，序批式反应器进行沉淀，以预设的排水比排水，并在序批式反应器中的污泥浓度超过预设值时进行排泥。
进一步地，序批式反应器的有机负荷为0.3-0.5kgCOD/(kgMLSS·d)，氮负荷为0.02-0.04kgNH4+-N/(kgMLSS·d)。
进一步地，厌氧时段的搅拌时长为60-120min，好氧时段的曝气搅拌时长为80-160min；进一步地，好氧时段，气体流量计控制序批式反应器中的溶解氧浓度维持在3-5mg/L。
进一步地，在序批式反应器完成厌氧-好氧交替运行后，沉淀60-90min,并以0.5排水比进行排水，再闲置0-40min后进入下一周期，通过排泥将序批式反应器中的污泥浓度控制在3000-4000mgMLSS/L。
本发明的主要优势为：1)硝化效能高、能耗低、投资运行成本低传统的生物硝化过程：一方面，通过自养硝化途径，自养硝化速率低，反应器停留时间长；另一方面，由于自养硝化菌在高有机负荷反应器中的生长受到有机物的显著抑制，故为了避免有机物对硝化过程的影响，生物硝化池采用低有机负荷运行，导致反应器池容增大。本发明通过构建内源异养硝化途径，在高碳氮比废水中，通过有机物驱动的异养硝化可大幅提升硝化速率，大幅提高了反应器的有机负荷和氮负荷，缩短停留时间，降低能耗，减小池容，投资运行成本显著降低。
2)碳源利用率高、系统鲁棒性强利用污水液相中外碳源的异养硝化菌，难于避免与其他异养菌之间的碳源竞争。在高碳氮比废水中，非功能性异养菌可能占据生态位优势，对异养硝化功能菌群产生抑制。本发明所提出的内碳源驱动的内源异养硝化过程在厌氧时段将进水中的有机物转化为内碳源储存在内源异养硝化菌胞内，提高了内源异养硝化菌对碳源的竞争力，从而有利于实现更稳定高效的生物脱氮过程。
3)多路径耦合实现内源同步硝化反硝化过程，缩短了脱氮工艺流程在序批式反应器厌氧时段，废水中的有机物被内源异养硝化菌与反硝化聚糖菌转化为内碳源PHAs储存在胞内；随后在好氧时段，内源异养硝化菌利用厌氧段储存的内碳源进行内源异养硝化作用，与系统中留存的自养硝化菌协同，将NH4+-N氧化为NOx–-N；同时，内源异养硝化菌和反硝化聚糖菌通过内源好氧反硝化、缺氧反硝化协同作用将NOx–-N还原为N2去除，从而实现内碳源驱动的内源同步硝化反硝化脱氮过程，缩短了脱氮流程，降低运行管理的复杂性。
4)有利于缓解生物脱氮与生物除磷的泥龄矛盾传统的生物脱氮与生物除磷之间存在泥龄的矛盾：自养硝化菌需要较长的泥龄来完成富集，而聚磷菌则需要较短的泥龄来实现高效除磷。本发明所提出的内源异养硝化菌可利用有机物实现快速富集，因而可适应较短的泥龄，缓解生物脱氮与生物除磷之间的泥龄矛盾，提高系统同步脱氮除磷效能。
综上所述，本发明结合内碳源转化功能菌对污水碳源的高利用率与异养硝化功能菌高效稳定的氮代谢潜能，提出通过内源异养硝化途径强化高碳氮比废水生物脱氮的方法，为污水生物脱氮开辟了新路径，对于推动生物脱氮技术的发展具有重要的理论价值与实际意义。
（发明人：石烁辉;刘轶;张影;刘石虎;庞子山;周健;曹猛;樊星;宋玲;林鸿;尹兴新;李千一）
