[发明专利]一种生物制氢耦合反硝化实现同时产氢和脱氮的污水处理方法

说明书

本发明公开了一种生物制氢耦合反硝化实现同时产氢和脱氮的污水处理方法，包括接种污泥和反应器运行等步骤。其中，接种污泥是将同时包含反硝化微生物和制氢微生物的污泥接种到厌氧反应器中，使反应器中MLSS为15～20g/L；反应器运行是将有机污水泵入厌氧反应器中，控制反应器运行温度为25～37℃，运行pH为4～10，氧化还原电位为‑200～‑500mV，水力停留时间为4～12h，直至完成污水处理。本发明中的方法解决了反硝化过程中碳源不足的问题，提高了暗发酵生物制氢过程的产氢性能，减少了暗发酵生物制氢过程碱度投加量，能够降低反硝化脱氮过程的运行成本。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种生物制氢耦合反硝化实现同时产氢和脱氮的污水处理方法。

背景技术

有机污水暗发酵生物制氢是在无光和厌氧的条件下，利用产氢污泥中微生物的代谢作用，将污水中有机物转化为氢气，达到污水净化和能源回收双重功效的过程。与传统产甲烷发酵过程相比，暗发酵生物制氢过程回收气体为氢气，氢气燃烧产物是水，不会造成温室效应或环境污染。反硝化过程通常为异养反硝化微生物将污水中硝酸根转换为氮气实现脱氮，具有较高的脱氮效率，被广泛应用于污水脱氮过程中。

然而暗发酵生物制氢过程和反硝化过程均有待进一步改进。暗发酵生物制氢过程存在以下不足：第一，挥发性脂肪酸的累积会抑制氢化酶的活性，抑制氢气的生成；第二，系统中氢分压较高，抑制氢气的释放，降低系统产氢性能；第三，暗发酵制氢过程会消耗系统碱度，降低系统pH，为维持适宜pH需额外投加碱度，增加了运行成本。反硝化过程存在以下不足：第一，反硝化微生物大多为异养型，在污水处理过程中，常存在反硝化碳源不足的问题，需额外投加碳源，增加了运行成本；第二，反硝化过程会产生碱度，增加系统pH值，需投加药剂以维持系统适宜pH，增加了运行成本。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种生物制氢耦合反硝化实现同时产氢和脱氮的污水处理方法，该方法可有效解决反硝化过程中碳源不足的问题，同时可提高暗发酵生物制氢过程的产氢性能，并减少暗发酵生物制氢过程中的碱度投加量，能大幅降低反硝化脱氮过程的运行成本。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种生物制氢耦合反硝化实现同时产氢和脱氮的污水处理方法，包括以下步骤：

(1)接种污泥：将经过曝气预处理的污泥接种于厌氧反应器中，污泥同时包含反硝化微生物和制氢微生物；

(2)启动运行：将有机污水泵入厌氧反应器中，控制反应器运行温度为25～37℃，运行pH为4～10，氧化还原电位为-200～-500mV，水力停留时间为4～12h，直至完成污水处理；所述有机污水至少含有硝酸根、易降解的有机物以及供微生物代谢用的微量元素，其进水COD为4000～10000mg/L，COD/NO₃^--N值为20～200。

本发明中，在厌氧反应器中会发生以下两种反应：

(1)水解酸化微生物+产氢微生物+碱度+有机物→挥发性脂肪酸+醇+氢气(暗发酵生物制氢过程)；

(2)硝酸根+反硝化微生物+挥发性脂肪酸→氮气+碱度(反硝化脱氮过程)；

暗发酵生物制氢过程产生的挥发性脂肪酸为反硝化过程提供了较好的碳源，解决了反硝化碳源不足问题，提高了经济性；同时，反硝化过程消耗暗发酵制氢过程累积的挥发性脂肪酸，有利于解除挥发性脂肪酸对氢化酶活性的抑制作用，促进氢气的生成，提高系统产氢性能；而且反硝化过程会产生碱度，碱度增加，而增加的碱度可供暗发酵制氢过程消耗，节约了暗发酵制氢过程碱度投加量，提高了经济性；另外，反硝化过程产生的氮气会降低系统氢分压，有利于污泥释放氢气，系统产氢性能进一步提高。