[发明专利]一种碳酸盐型氨氧化工艺及其强化技术

说明书

本发明公开一种碳酸盐型氨氧化工艺及其强化技术。本发明在废水中补充适量碳酸类化合物，作为氨氮自养氧化的电子受体和硝化细菌合成代谢的碳源；通过调控适宜的温度、pH值等环境因子，以及水力停留时间、污泥停留时间等工况条件，实现无氧条件下氨氮的硝化，氨氮稳定生成亚硝态氮和硝态氮；通过在上述体系中补充适量氧化还原介体，可提高氨氮硝化/氧化速率，硝化程度更彻底，产物以硝态氮为主。本发明全程无需曝气供氧，可大幅降低以硝化—反硝化过程为基础的后置式生物脱氮工艺的建设和运行费用。

技术领域

本发明属于环境保护污水生物脱氮领域，涉及一种碳酸盐型氨氧化工艺及其强化技术，具体地说是涉及一种利用碳酸盐为电子受体的氨氮厌氧氧化处理方法及电子介体强化工艺。

背景技术

废水生物脱氮过程中，氨氮的硝化过程至关重要，是确保传统A/O工艺、A²/O生物脱氮除磷工艺、短程硝化—反硝化工艺、硝化—内源反硝化脱氮工艺的基础。然而硝化过程需要维持较高的DO水平(NH₄⁺-N的氧当量为4.57g O₂/g NH₄⁺-N)，曝气能耗非常高，污水厂运行维护管理困难。

DO是以硝化-反硝化为基础的传统生物脱氮工艺的关键调控参数。硝化反应是需氧过程，当DO含量较高时，硝化反应较为活跃；而反硝化是厌/缺氧过程，DO浓度过高会抑制反硝化菌的活性。因此，体系DO的高低会影响硝化和反硝化进行的程度，进而影响脱氮效能。

厌氧氨氧化(Anammox)是在无氧条件下，利用NH₄⁺-N作为NO₂^--N反硝化的无机电子供体的节能脱氮技术。该过程无需消耗溶解氧和有机碳源，剩余污泥量低，是迄今最节能的新型生物脱氮方式，具有广泛的应用前景。然而，厌氧氨氧化菌为化能自养型微生物，产能低，世代时间长(约11d)，反应器启动过程慢。此外，大多数市政污水或工业废水中的氮素以NH₄⁺-N和NO₃^--N为主，厌氧氨氧化体系中难以维持较高含量的NO₂^--N。因此厌氧氨氧化的大规模工程应用受限。除NO₂^--N外，Anammox菌还可利用SO₄^2-、Fe(III)、Mn(IV)、V(V)、天然有机物NOM，乃至一氧化氮(NO)等作为电子受体进行NH₄⁺-N氧化，在海洋、土壤、地下水、地表水等环境以及污/废水中实现稳定脱氮。HCO₃^-/CO₃^2-广泛存在于污/废水中，亦可从工业废气中大量获取，如能作为NH₄⁺-N氧化的电子供体，则可大幅降低脱氮过程能耗。理论计算表明，以NH₄⁺-N为电子供体、HCO₃^-为电子受体的潜在氨氧化反应的标准摩尔Gibbs函数变大于零。氧化还原介体可起到传递自由电子的作用，能介导反硝化、偶氮染料、发酵产酸等诸多生化反应过程。因此，有可能通过向系统中外加氧化还原介体来提高碳酸盐型氨氮氧化速率。

综上，有必要在无氧/低氧条件下，开发高效、低耗、低成本的氨氧化技术，并选择适当的氧化还原介体提高厌氧氨氧化电子转移速率，从而降低体系中DO消耗，提高污水生物脱氮能力，使污水厂达到“节能降耗”、“提质增效”目标。

发明内容