[发明专利]基于硫自养短程反硝化的污水生物脱氮方法及反应装置

说明书

本发明公开了一种基于硫自养短程反硝化的污水生物脱氮方法，包括：将硫代硫酸盐溶液从底部引入气提式升流式反应器；硫代硫酸盐在反应器中厌氧环境下驯化的硫氧化细菌的作用下分解成单质硫与亚硫酸盐；将含有氨氮和硝酸盐的污水从底部引入气提式升流式反应器；单质硫和亚硫酸盐分别与硝酸盐发生短程反硝化反应，生成的亚硝酸盐氮与氨氮在厌氧氨氧化菌的作用下生成氮气。本发明通过选用新的硫源，解决硫自养反硝化过程中硫化氢的毒性或硫单质反应速率低的问题；借助硫自养短程反硝化，为厌氧氨氧化提供稳定的亚硝酸盐氮，实现基于厌氧氨氧化的自养脱氮处理。

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，具体涉及一种基于硫自养短程反硝化的污水生物脱氮方法及反应装置。

背景技术

针对同时含有氨氮和硝酸盐的污水，传统工艺通常需要进行硝化与反硝化的组合技术。首先需要硝化细菌在曝气条件下将氨氮转化成硝酸盐氮，然后通过投加有机碳源进行反硝化，将硝态氮转化为氮气。

厌氧氨氧化细菌的发现开辟了新的氮循环途径，使得污水自养脱氮成为可能。与传统异养脱氮不同，厌氧氨氧化无需有机碳源作为反硝化脱氮过程的电子供体和生物合成用的碳源。厌氧氨氧化作为自养细菌是利用无机碳进行生物合成的；这个过程的好处是一方面不会产生大量的剩余污泥，同时可以将污水中的有机物最大程度地用于厌氧产甲烷作用，以提高污水中能量的回收率。另外，厌氧氨氧化自养脱氮可以减少对溶解氧的需求，因为仅需要将污水中一半的氨氮氧化成为亚硝态氮，而传统的异养生物脱氮需要将全部的氨氮氧化为硝态氮。

短程硝化与厌氧氨氧化的组合技术是目前实现污水厌氧氨氧化自养脱氮处理主要方法。其中短程硝化技术是将氨氮氧化成亚硝酸盐氮的技术。然而短程硝化技术会过度氧化将亚硝酸盐氮进一步氧化成了硝酸盐氮，从而影响提供亚硝酸的稳定性。另一方面，亚硝酸盐氮也可以通过短程反硝化过程来提供，有近年的研究报道表明在厌氧环境持留的生物膜可以进行短程反硝化，即可将硝态氮还原为亚硝态氮，并使反硝化过程出现亚硝态氮的累计，从而为厌氧氨氧化菌提供亚硝态氮。然而短程反硝化技术是基于异养反硝化细菌，在利用有机碳源做反硝化的过程中会产生过量污泥，过量占据厌氧氨氧化细菌的生存空间或影响传质过程，从而影响厌氧氨氧化的活性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于硫自养短程反硝化的污水生物脱氮方法及反应装置，利用硫化物来代替有机碳进行自养反硝化反应，将硝态氮转化为亚硝态氮，进而为厌氧氨氧化菌提供亚硝态氮。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于硫自养短程反硝化的污水生物脱氮方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、将硫代硫酸盐溶液从底部引入气提式升流式反应器；

步骤S2、硫代硫酸盐在反应器中厌氧环境下驯化的硫氧化细菌的作用下分解成单质硫与亚硫酸盐；

步骤S3、将含有氨氮和硝酸盐的污水从底部引入气提式升流式反应器；

步骤S4、单质硫和亚硫酸盐分别与硝酸盐发生短程反硝化反应，生成的亚硝酸盐氮与氨氮在厌氧氨氧化菌的作用下生成氮气。

在本发明提供的基于硫自养短程反硝化的污水生物脱氮方法中，步骤S4包括：

亚硫酸盐与硝酸盐发生快速短程反硝化反应，生成的亚硝酸盐氮与氨氮在厌氧氨氧化菌的作用下生成氮气；

单质硫与硝酸盐发生慢速短程反硝化反应，生成的亚硝酸盐氮与氨氮在厌氧氨氧化菌的作用下生成氮气。

在本发明提供的基于硫自养短程反硝化的污水生物脱氮方法中，在步骤S1中，硫代硫酸盐、氨氮、硝酸盐氮的摩尔比为0.8～2：1：1。

在本发明提供的基于硫自养短程反硝化的污水生物脱氮方法中，污水和硫代硫酸盐溶液在气提式升流式反应器中的水力停留时间为12-24h。