一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源及其制备方法，该复合碳源主要用于低c/n比污水生物脱氮所需补充碳源，属于水处理技术领域。


背景技术：

2.随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，城市污水的排放量逐渐增加，水污染状况日趋严重。大量未经处理的污水排入河道，导致水体中的cod、nh3‑
n、tp 等污染物严重超标，易造成水体富营养化并致使河流水体黑臭现象的发生，破坏水环境生态系统，其中由氮、磷排放所引起的水体富营养化问题尚未得到有效遏制。目前，污水脱氮除磷的方法众多，生物法因高效、能耗低和二次污染小等特点而成为当前最有效的污水处理方法之一。生物脱氮除磷工艺因结构简单，工艺技术成熟、工程设计经验丰富，运行控制简便且具有同步脱氮除磷等优点在污水处理领域有着广泛的应用。
3.反硝化是污水处理中最常用的生物脱氮工艺，即在缺氧条件下，反硝化菌将no3‑
n 或者no2‑
n 还原为 n2，同时利用有机碳的过程。但实际处理过程中，常常因污水中碳源不足而面临总氮去除率低、出水难以达标等难题。理论上还原1g 硝态氮至氮气需要2.86g bod5碳源有机物，以实际污水作为碳源，由于只有部分快速可降解的 bod5 可作为反硝化碳源，实际 c/n 比需求相对较高，一般城市污水c/n比需要达到8。目前我国城市污水的 c/n比尤其是南方地区仅在6 左右，而反硝化依赖碳源有机物，如在工艺运行中碳源过低则会严重影响反硝化效率，因此外加碳源是生物法脱氮的重要影响因素。
4.目前，生物脱氮的外加碳源种类较多，但是不同碳源其性质和代谢途径存在着差异。按照类型可以分为以下两类：(1) 传统型外加碳源：传统型外加碳源主要以乙酸钠、乙酸、甲醇、乙醇、葡萄糖等简单有机物为主。简单有机物作为异养微生物生长所需的有机碳源，由于其分子量低，代谢途径简单，更有利于微生物对碳源的利用。一般而言，碳源分子量越小，微生物越易吸收利用。但甲醇存在易燃、毒性高以及不能被所有细菌消化，反应时间缓慢等缺点，乙醇可作为甲醇的替代品，但其去除率低于甲醇；乙酸属于《危险化学品名录》中规定的危险化学品，存在安全性问题，因此可采用乙酸钠作为碳源，乙酸钠认为是比较合适的外加碳源，但乙酸钠和葡萄糖等有机物价格高昂，产泥率高，废水中na
+
离子浓度增加，易给环境造成潜在危害，且葡萄糖易出现亚硝态氮的累积现象。
5.(2) 新型外加碳源：新型碳源包括纤维素类、垃圾渗滤液、水解酸化液、可生物降解的和经过特殊处理的有机物、剩余污泥等碳源。纤维素类碳源主要包括麦秆、棉花、腐朽木及甘草等天然植物。纤维素代谢途径复杂，在生物脱氮反应过程中能持续释放碳源且价格低廉。可生物降解的和经过特殊处理的有机碳源以聚己内酯、可降解餐盒、纸、聚乙烯醇等为主，此类碳源结构复杂，分子量大。相比简单的传统型有机碳源，复杂的新型有机碳化合物既能根据微生物的需求提供碳源，又能作为微生物的附着载体，从而提高微生物的密度及活性。但该类碳源成分复杂，且温度、碳源浓度等会对污水脱氮造成较大影响，用于污
水脱氮反应时的可控性较差，同时可能在污水处理过程中带来新的污染问题。污泥池中的水解液是污泥中的有机物经微生物作用下产生，其中的vfa能作为反硝化碳源，起到以废治废的功效。实验发现，vfa中不同类型的有机物反硝化速率也不同，混合类型的vfa比单一类型的反硝化速率要高。为此研究人员分别对初沉池污泥和二沉池污泥的水解液作为碳源进行比较后发现，初沉池污泥水解液不能完全还原硝态氮，效率低，二沉池污泥水解液能完全还原硝态氮，效率高。不同的污泥，水解条件的不同，所产生的vfa成分也不同，从而导致反硝化程度也不同。而且，污泥在水解时会出现氮磷的释放，这部分氮磷作为碳源回到污水处理系统时，会增加氮磷的浓度，垃圾渗滤液亦如此。上述问题的存在，制约着污泥水解液和垃圾渗滤液作为碳源的应用。活性污泥中的微生物衰老后，亦会溶解出一定的有机物，有关学者对这有机物作为碳源进行了研究后发现，该产物脱氮率仅有15%，所以在污水脱氮过程中外加新型碳源仍处于研究阶段。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源及其制备方法，该复合碳源可满足微生物群中处于不同生长阶段的微生物所需营养，实现废水高效脱氮，从而解决现有技术中低温季节碳源不足，碳源价格昂贵、长期投加单一碳源影响反硝化段的细菌微生物以及反硝化细菌群落结构多样性等技术问题；且复合碳源无有害物质，价格便宜，可克服现有碳源不足。
7.为了解决以上技术问题，本发明提供一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源，该复合碳源按质量份数计包括：聚乙二醇：10
‑
15%，多元醇：10
‑
15%，葡萄糖：10
‑
20%，糖蜜：20
‑
25%，乙酸钠：5
‑
10%，乙酸钙：1
‑
3%，杀菌剂：0.2
‑
0.5%，消泡剂：0.1
‑
0.2%，余量为水，以上各组分之和为100%。
8.本发明进一步限定的技术方案是：进一步的，前述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源中，聚乙二醇为聚乙二醇600。
9.前述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源中，多元醇为丙三醇或乙二醇。
10.前述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源中，糖蜜为甘蔗糖蜜或甜菜糖蜜。
11.本发明还设计一种制备上述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源的方法，具体包括以下步骤：（1）按照质量比将葡萄糖、乙酸钠、乙酸钙分别溶于水中，充分混合搅拌均匀；（2）再按照质量比将多元醇、糖蜜、聚乙二醇、杀菌剂和消泡剂依次加入步骤（1）中，充分混合搅拌均匀即可得到复合碳源。
12.前述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源的的制备方法，步骤（2）中搅拌温度为20
‑
40℃之间，搅拌时间为20
‑
30分钟，搅拌转速为60
‑
80转/分钟。
13.本发明的有益效果是：本发明提供的一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源及其制备方法，该复合碳源因含有聚乙二醇、多元醇、葡萄糖、糖蜜和乙酸钠等丰富的多类型碳源可满足微生物群中处于不同生长阶段的微生物所需营养，实现废水高效脱氮，脱氮反硝化速率显著高于单一碳源。聚乙二醇600为乙二醇与环氧乙烷的缩合物，无毒、无刺激性，味微苦，具有良好的水
溶性，并与许多有机物组份有良好的相溶性，高cod可满足微生物脱氮反硝化补充碳源使用。糖蜜是一种粘稠、黑褐色、呈半流动的物体，糖蜜富含糖类、蛋白质，可为微生物生长提供能源和维生素，且糖蜜中泛酸含量较高，达37mg/kg，此外生物素含量也十分可观，因此单组分糖蜜亦可达到较高的脱氮反硝化效率(6.1mg/h
·
g)。同时碳源中添加一种抗凝固因子添加剂乙酸钙，从而确保反硝化碳源在低温条件下不结冰。最为重要的是，复合碳源避免了长期投加单一碳源影响反硝化段的细菌微生物以及反硝化细菌群落结构多样性等技术问题，复合碳源中无有害物质，且价格便宜，可克服现有碳源不足的问题，其复合碳源的脱氮反硝化速率均在6.3 mg/h
·
g，当甘蔗糖蜜和聚乙二醇600含量最高时，其复合碳源的脱氮反硝化速率最高，达6.5 mg/h
·
g。
14.本发明的主要原料为聚乙二醇600，多元醇，糖蜜、葡萄糖和乙酸钠，配以不同含量的水，调节粘稠度，使其可以由泵自动输送，特别适合污水处理厂生物反硝化外加碳源使用，使用方便。
附图说明
15.图1为本发明实施例含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源的脱氮反硝化速率对比图。
具体实施方式
16.以下通过附图和实施例进一步说明本发明：实施例1本实施例提供的一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源，该复合碳源按质量份数计包括：聚乙二醇600：15%，丙三醇：15%，葡萄糖：10%，甘蔗糖蜜：25%，乙酸钠：5%，乙酸钙：1%，杀菌剂：0.5%，消泡剂：0.2%，余量为水，以上各组分之和为100%。
17.上述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按照质量比将10%葡萄糖、5%乙酸钠、1%乙酸钙分别溶于28.3%的水中，充分混合搅拌均匀；（2）再按照质量比将15%丙三醇、25%甘蔗糖蜜、15%聚乙二醇600、0.5%杀菌剂和0.2%消泡剂依次加入步骤（1）中，搅拌温度为20℃，搅拌时间为30分钟，搅拌转速为80转/分钟，充分混合搅拌均匀得到复合碳源。
18.实施例2本实施例提供的一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源，该复合碳源按质量份数计包括：聚乙二醇600：10%，乙二醇：10%，葡萄糖：20%，甜菜糖蜜：20%，乙酸钠：10%，乙酸钙：3%，杀菌剂：0.2%，消泡剂：0.1%，余量为水，以上各组分之和为100%。
19.上述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按照质量比将20%葡萄糖、10%乙酸钠、3%乙酸钙分别溶于26.7%的水中，充分混合搅拌均匀；（2）再按照质量比将10%乙二醇、20%甜菜糖蜜、10%聚乙二醇600、0.2%杀菌剂和0.1%消泡剂依次加入步骤i中，搅拌温度为40℃之间，搅拌时间为20分钟，搅拌转速为60转/分钟，充分混合搅拌均匀得到新型复合碳源。
20.实施例3本实施例提供的一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源，该复合碳源按质量份数计包括：聚乙二醇600：15%，丙三醇：10%，葡萄糖：10%，甘蔗糖蜜：20%，乙酸钠：5%，乙酸钙：1%，杀菌剂：0.5%，消泡剂：0.2%，余量为水，以上各组分之和为100%。
21.上述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按照质量比将10%葡萄糖、5%乙酸钠、1%乙酸钙分别溶于28.3%的水中，充分混合搅拌均匀；（2）再按照质量比将10%丙三醇、20%甘蔗糖蜜、15%聚乙二醇600、0.5%杀菌剂和0.2%消泡剂依次加入步骤i中，搅拌温度为20℃之间，搅拌时间为30分钟，搅拌转速为80转/分钟，充分混合搅拌均匀得到新型复合碳源。
22.实施例4本实施例提供的一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源，该复合碳源按质量份数计包括：聚乙二醇600：10%，乙二醇：15%，葡萄糖：20%，甜菜糖蜜：25%，乙酸钠：10%，乙酸钙：3%，杀菌剂：0.2%，消泡剂：0.1%，余量为水，以上各组分之和为100%。
23.上述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按照质量比将20%葡萄糖、10%乙酸钠、3%乙酸钙分别溶于26.7%的水中，充分混合搅拌均匀；（2）再按照质量比将15%乙二醇、25%甜菜糖蜜、10%聚乙二醇600、0.2%杀菌剂和0.1%消泡剂依次加入步骤i中，搅拌温度为40℃之间，搅拌时间为20分钟，搅拌转速为60转/分钟，充分混合搅拌均匀得到新型复合碳源。
24.实施例5本实施例提供的一种含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源，该复合碳源按质量份数计包括：聚乙二醇600：12%，丙三醇：12%，葡萄糖：15%，甜菜糖蜜：23%，乙酸钠：8%，乙酸钙：2%，杀菌剂：0.4%，消泡剂：0.2%，余量为水，以上各组分之和为100%。
25.上述含聚乙二醇的污水生物脱氮复合碳源的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按照质量比将15%葡萄糖、8%乙酸钠、2%乙酸钙分别溶于27.4%水中，充分混合搅拌均匀；（2）再按照质量比将12%丙三醇、23%甜菜糖蜜、12%聚乙二醇600、0.4%杀菌剂和0.2%消泡剂依次加入步骤i中，搅拌温度为30℃之间，搅拌时间为25分钟，搅拌转速为70转/分钟，充分混合搅拌均匀得到新型复合碳源。
26.实施例1
‑
5中制备的复合碳源对应分别为复合碳源1、复合碳源2、复合碳源3、复合碳源4及复合碳源5，将实施例1
‑
5分别制备出的复合碳源1、复合碳源2、复合碳源3、复合碳源4及复合碳源5与单一碳源葡萄糖、甘油及糖蜜脱氮反硝化速率进行对比如图1所示的对比图，可见本发明的复合碳源脱氮反硝化速率显著高于单一碳源，效果好。
27.除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。