[发明专利]一种微电场强化低碳脱氮新工艺

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理工艺领域，尤其是涉及一种微电场强化低碳高效绿色脱氮新工艺，特别适用于高氨氮、高有机物含量废水的处理。

背景技术

传统的好氧-厌氧生物脱氮工艺把硝化和反硝化作为两个独立的阶段分别安排在不同的反应器中(空间上)或者利用间歇的好氧和厌氧条件(时间上)实现氮素的脱除，因此往往造成脱氮系统复杂，能耗较大，并且在脱氮的同时需要排放大量的CO₂。随着低碳时代的到来，CO₂已成为一种污染物，因此国内外的专家学者都急需寻找一种低耗高效且CO₂排放量少的脱氮新工艺，用于解决水体富营养化污染问题。

同步硝化反硝化(SND)工艺是指在空间上没有明显缺氧和好氧分区或者在时间上没有缺氧/好氧交替的条件下，硝化和反硝化反应在空间和时间上同步进行的生物脱氮过程。与传统的生物脱氮相比，SND具有能缩短脱氮历程，节省碳源，降低动力消耗，提高处理能力，简化系统的设计和操作等优点，因而目前已成为一个研究热点。但是控制SND的关键因素为溶解氧(DO)、有机物含量以及生物膜传质特性，且这三个因素相互之间互有制约关系。在提高硝化、反硝化效率的同时还需要考虑两过程的动力学平衡，因此大大增加实际工程中对SND作用的调控难度，导致了在绝大多数的应用过程中SND的脱氮效率不高，一般仅为10％～20％左右，这也是SND脱氮功能虽然具有优越性能却无法广泛推广应用的主要原因。由此可见，要想提高SND效率，实现实时调控，就必须将这三个因素之间的制约关系简化，使调控具有可操作性。

电化学氢自养型反硝化工艺是一种近几年来迅速发展起来的有广阔应用前景的新型水处理技术，其基本思想是将电化学法与生物膜法相结合，采用在物理电极上进行微生物挂膜、微电流驯化等手段制得附有生物膜的电极，然后在电极间通以直流电进行电解，在电场作用下水合H⁺在阴极表面得到电子成为H原子，使得反硝化生物膜完成对硝酸盐的彻底还原。自1992年，梅勒等人在《Nature》上首次报道利用电极-生物反应器进行反硝化的实验研究以来(《利用催化酶去除水中的硝酸盐和亚硝酸盐》，1992，355：717-719.)，该技术被广泛应用于地下水、饮用水以及有机物浓度不高的废水中NO₃^-的处理，取得了较好的效果。

发明内容

本发明提供了一种反应时间短、能耗低、低碳排放、处理效果好、能将氨态氮直接转化成氮气的微电场强化低碳高效绿色脱氮新工艺。

一种微电场强化低碳脱氮新工艺，包括以下步骤：

1.厌氧发酵反应：待处理废水进入厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵反应处理，废水中的大部分有机物通过厌氧发酵转化为甲烷，大大降低了厌氧发酵单元出水的碳氮比，减少了CO₂的排放；厌氧发酵反应器出水C/N＜2.0。

根据废水中的有机物含量可选择不同的厌氧发酵反应器类型：当废水COD超过1000mg/L时选用上流式厌氧污泥床反应器(UASB)，当废水COD低于1000mg/L时选用填料式厌氧折流板反应器(CABR)。

2.自养型同步硝化反硝化脱氮反应：在处理来自厌氧发酵反应的出水前，先对复三维电极-生物膜反应器内的碳自养型硝化菌和氢自养型反硝化菌进行驯化，驯化过程为：在温度25～30℃、pH＝7.2～7.8、DO＝1.5～1.0mg/L、电流＝10～30mA条件下，根据脱氮速率20g N₂/m³/h、逐步减少外源碳的投加量和提高电流强度，使C/N比从6逐渐下降到2，碳自养型硝化菌和氢自养型反硝化细菌在微电极表面的混合附着固定。

该驯化过程利用改性涂膜活性炭颗粒作为载体，比表面积大、性能好、挂膜速度快，通过调控电流手段加速碳自养型硝化菌和氢自养反硝化菌在微电极上混匀附着挂膜，有利于实现硝化作用和反硝化作用在微电极上同步进行，提高电流利用率，加强脱氮效率。

当驯化阶段的废水C/N＜2以后，正式进入运行阶段。如实际处理过程中废水C/N＞2，则应先经过厌氧池厌氧发酵至C/N＜2时，再进入复三维电极-生物膜反应器反应处理。