[发明专利]一步去除废水中碳氮污染物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水的处理方法，属水处理技术领域，尤其是涉及一种利用异养硝化-好氧反硝化细菌一步脱氮除碳的废水处理技术。 

背景技术

水体中存在的各类有机碳等耗氧污染物和无机氮磷等营养物质是导致天然水体丧失其功能的主要原因。耗氧污染物需要消耗水中的溶解氧，导致水体缺氧，进而发生腐败发酵，细菌滋长，产生黑臭。而过多的氮、磷的摄入是引起水体富营养化的“元凶”，富营养化水体不仅影响水体的使用功能，而且危害人类健康。因此，人们一直致力于开发各种各样的污水处理技术来控制这两类污染物对环境造成的危害。 

活性污泥法是处理各种污水最广泛使用的方法。在此过程中，有机物经异养微生物的氧化分解后，其中一部分碳、氮、磷、硫等物质经同化作用，合成为微生物的细胞组成部分，并以剩余污泥的形式排放；其余的大部分有机碳经异化作用氧化为二氧化碳得以去除，这一过程中产生的能量是异养微生物的生长、代谢所必需的。然而，传统的以去除有机污染物(COD)为主要目的的二级生化处理技术难以达到理想的氮素去除的目的，氮素的去除率仅为20-30％。因此，必须进一步改善二级处理的流出水质，进行深度脱氮处理。 

生物脱氮技术是目前应用最广的废水脱氮技术，是指在微生物的作用下将有机氮和氨态氮转化为N₂的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。硝化反应是在好氧条件下，将NH₄⁺转化为NO₂^-和NO₃^-的过程。此作用是由亚硝酸菌和硝酸菌两种菌共同完成的。其反应如下： 

总反应式为： 

一般认为，硝化细菌是化能好氧自养型细菌，生长率低，世代周期长，对环境条件的变化较为敏感。 

反硝化反应是在无氧条件下，反硝化细菌将NO₂^-和NO₃^-还原为氮气的过程。反应如下： 

总反应式为： 

反硝化细菌属异养型兼性厌氧菌，主要有变形杆菌属(Proteobacteria)、微球菌属(Micrococcus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、芽胞杆菌属(Bacillaceae)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、黄杆菌属(Flavobacterium)等兼性细菌，它们在自然界中广泛存在。 

基于上述原理，人们开发出典型的两段式生物脱氮工艺——基于活性污泥法的A/O工艺，即前置反硝化工艺，反硝化、硝化和有机物去除分别在两个反应器内进行，其流程图见图8所示。 

这种传统硝化反硝化工艺在废水脱氮方面起到了一定的作用，但仍然存在着许多问题。 

(1)硝化菌群增殖速度慢，且世代时间长，难以维持较高的生物浓度；造成系统水力停留时间较长，有机负荷较低，增加了基建投资和运行费用； 

(2)传统工艺中的反硝化过程需要一定量的有机物，而废水中的 COD经过曝气后大部分已被去除，因此反硝化过程往往需要外加碳源，增加运行费用； 

(3)为中和硝化过程中产生的酸度，需要加碱中和，增加处理成本； 

(4)抗冲击能力弱，高浓度氨氮和亚硝酸盐进水会抑制硝化菌的生长； 

(5)系统为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥回流和硝化液回流，增加了动力消耗及运行费用。 

因传统硝化-反硝化工艺存在上述缺陷，难以消除环境中愈加严重的氮素污染的沉重压力，许多国家加强了对生物脱氮的研究，并在理论和技术上都取得了重大突破，开发出一系列的新型脱氮工艺，如SHARON工艺¹、CANON工艺²和OLAND工艺³。