本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种来源于农业衍生物的碳源溶液及其制备方法和应用。
背景技术：
《水污染防治行动计划》(水十条)及国家十三五环保规划提出：到2020年全国七大重点流域水质优良(达到或优于ⅲ类)比例总体达到70％以上，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10％以内。不断提高的环境标准对污水处理提出了更高的要求，即生活污水处理出水全面执行一级a排放标准，更有甚出水将达到地表水准ⅳ类或准ⅲ类标准。
我国污水普遍存在有机物含量偏低，氮磷含量偏高特点，采用常规脱氮工艺无法满足反硝化阶段对碳源的需求，导致反硝化过程受阻，并抑制异养好氧菌增殖，使得氨氮的同化作用下降，大大影响了污水处理的脱氮效果。实践证明，投加碳源是污水处理中解决这类问题的主要手段，甲醇、葡萄糖、蔗糖、醋酸、醋酸钠等是污水处理厂最常用的外加碳源。
甲醇具有高cod当量且保质期厂，然而其易燃，蒸气能与空气形成爆炸混合物，爆炸极限6.0％-36.5％，有毒可直接侵害人的肢体细胞组织，特别是侵害视觉神经网膜，致使失明。因此甲醇的存储、加药系统及安全措施投入的成本较高、且存在安全隐患。高浓度醋酸同样存在易燃易爆的危险性，因此通常采用20％-30％的醋酸或醋酸钠作为碳源，其cod当量仅为300000mg/l左右，且温度降低情况下会产生结晶，影响系统运行。葡萄糖和蔗糖常采用工业级，内含大量难于生物利用的杂质，其纯度和cod当量大大降低，温度降低时也会产生结晶，影响系统运行。此外，污水系统投加上述碳源，微生物需要一定的适应期。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种来源于农业衍生物的碳源溶液及其制备方法和应用，以解决现有技术中碳源存在的安全隐患或成本高的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种来源于农业衍生物的碳源溶液。该碳源溶液包括以下质量百分含量的组分：农业衍生物碳源材料20～30％；溶解及冰点降低剂40％～55％；ph调节剂0～2％；促进剂0～1％；水20～30％。
进一步地，农业衍生物碳源材料是由农业产品在加热、酸或酶的作用下发生分解和水解后得到的碳源材料，包括葡萄糖、蔗糖、乳糖、糖蜜、果糖、麦芽糖、糊精类、淀粉类、糖浆的一种或多种。
进一步地，溶解及冰点降低剂是动植物脂制皂的副产物，包括乙二醇、甘油类中的一种或多种。
进一步地，ph调节剂是植物形成的天然有机酸，包括乙酸、柠檬酸、苹果酸、延胡索酸和珑拍酸中的一种或多种。
进一步地，促进剂是短链醇类物质，包括甲醇、乙醇、丙醇类及丁醇类物质中的一种或多种。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述任一种碳源溶液的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将农业衍生物碳源材料、溶解及冰点降低剂和水三者以任意顺序相互混合，边加入边搅拌至完全混合均匀，得到混合液；再将促进剂缓慢加入到混合液中，搅拌均匀；以及将ph调节剂加入到混合液内，调节混合液ph至4.5-5.8，搅拌均匀，得到碳源溶液。
根据本发明的又一方面，提供了一种上述任一种碳源溶液的在废水处理中的应用。
进一步地，应用包括：在生化碳源不足的情况下作为补充碳源、反硝化过程中碳源不足时作为补充碳源、污水处理系统启动时作为投加碳源、好氧或厌氧系统运行异常时作为微生物碳源。
本发明来源于农业衍生物的碳源溶液至少具有以下优点：1)cod当量可以高达1000000mg/l以上，是污水厂常规所用碳源的3倍以上；2)属于安全、稳定、环境友好的非危险性碳源；3)凝固点低(可低于-18℃)，应用地域范围广；4)可全部被生物利用，且活性污泥的适应期短，脱氮效果更好。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
针对现有技术中碳源存在的安全隐患或成本高的技术问题，本发明提出了下列技术方案。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种来源于农业衍生物的碳源溶液。该碳源溶液包括以下质量百分含量的组分：农业衍生物碳源材料20～30％；溶解及冰点降低剂40％～55％；ph调节剂0～2％；促进剂0～1％；水20～30％。该碳源溶液无腐蚀性，不可燃，冬季不结晶，可全部被生物利用，属于非危险性碳源。解决了传统甲醇/乙醇具有危险性、乙酸/乙酸钠/工业葡萄糖当量cod低而杂质高、传统碳源北方冬季易结晶的问题。
优选的，农业衍生物碳源材料是由农业产品在加热、酸或酶的作用下发生分解和水解后的碳源材料，包括葡萄糖、蔗糖、乳糖、糖蜜、果糖、麦芽糖、糊精类、淀粉类、糖浆的一种或多种。
其中，农业衍生物碳源材料是本领域常规采用的碳源材料，如葡萄糖。
优选的，溶解及冰点降低剂是动植物脂制皂的副产物，包括乙二醇、甘油类中的一种或多种，此种溶解及冰点降低剂的加入不会引入不安全的物质，而且能够降低碳源溶液的凝固点低(可低于-18℃)，扩大应用地域范围。
优选的，ph调节剂是植物形成的天然有机酸，包括乙酸、柠檬酸、苹果酸、延胡索酸和珑拍酸中的一种或多种。此类植物形成的天然有机酸能够较好的调节碳源溶液的ph，且安全，环境友好。ph控制在4.5～5.8有助于反硝化脱氮反应的进行，反硝化脱氮过程会使碱度增高，该ph调节剂可实现酸碱中和。
促进剂在本发明中起到促进反硝化菌群的多样性的作用，优选的，促进剂是短链醇类物质，包括甲醇、乙醇、丙醇类及丁醇类物质中的一种或多种
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种上述任一种碳源溶液的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将农业衍生物碳源材料、溶解及冰点降低剂和水三者以任意顺序相互混合，边加入边搅拌至完全混合均匀，得到混合液；再将促进剂缓慢加入到混合液中，搅拌均匀；以及将ph调节剂加入到混合液内，调节混合液ph至4.5-5.8，搅拌均匀，得到碳源溶液。该制备工艺简单，环境友好，容易实现。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种上述任一种碳源溶液的在废水处理中的应用，在生化碳源不足的情况下有效补充碳源、反硝化过程中碳源不足时有效补充碳源、污水处理系统启动时投加碳源、好氧或厌氧系统运行异常时提供高效的微生物碳源、提升生化系统微生物代谢环境的b/c比、提升生化系统的抗冲击能力。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
1、准备原料：按1:1的比例准备葡萄糖和蔗糖共计30％；溶解及冰点促进剂甘油40％；ph调节剂乙酸1％；促进剂甲醇1％；水28％。
2、碳源溶液制备：将溶解及冰点促进剂溶于水中，搅拌均匀；在缓慢加入葡萄糖和蔗糖，搅拌均匀；将促进剂加入到混合液中，搅拌均匀；最后加入ph调节剂，搅拌均匀，得到冰点在-18℃以下的cod当量≥1000000mg/l的稳定的碳源溶液。
实施例2
1、准备原料：按1:1:2的比例准备糖蜜、麦芽糖和麦芽糊精共20％；溶解及冰点促进剂乙二醇55％；ph调节剂柠檬酸0.5％；促进剂乙醇0.5％；水24％。
2、碳源溶液制备：将溶解及冰点促进剂溶于水中，搅拌均匀；在缓慢加入糖蜜、麦芽糖和麦芽糊精，搅拌均匀；将促进剂加入到混合液中，搅拌均匀；最后加入ph调节剂，搅拌均匀，得到冰点在-18℃以下的cod当量≥1000000mg/l的稳定的碳源溶液。
实施例3
1、准备原料：麦芽糊精计30％；溶解及冰点促进剂甘油40％；ph调节剂0％；促进剂0％；水30％。
2、碳源溶液制备：将溶解及冰点促进剂溶于水中，搅拌均匀；在缓慢加入葡萄糖和蔗糖，搅拌均匀；将促进剂加入到混合液中，搅拌均匀；最后加入ph调节剂，搅拌均匀，得到冰点在-18℃以下的cod当量≥1000000mg/l的稳定的碳源溶液。
实施例4
本实施例涉及实施例1制备的农业衍生物的碳源溶液在生化性碳源不足的环境下有效补充碳源中的用途，农业衍生物的碳源溶液的投加量(体积比)为：根据进水cod：
实施例5
本实施例涉及实施例2制备的农业衍生物的碳源溶液在反硝化过程中碳源不足需要有效补充碳源中的用途，农业衍生物的碳源溶液的投加量为：根据去除的tn与碳源溶液＝1g：(0.15-4)g。反硝化反应池进水cod为100mg/l，tn为40mg/l时，向反硝化反应池中投加本发明所述的农业衍生物碳源溶液60mg/l，则反硝化反应池出水cod＜30mg/l，tn＜10mg/l。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1)源于农业衍生物的碳源溶液的cod当量可以高达1000000mg/l以上，是污水厂常规所用碳源的3倍以上；
2)源于农业衍生物的碳源溶液属于安全、稳定、环境友好的非危险性碳源；
3)源于农业衍生物的碳源溶液的凝固点低(可低于-18℃)，应用地域范围广；
4)来源于农业衍生物的碳源溶液可全部被生物利用，且活性污泥的适应期短，比常规碳源如甲醇可缩短30％，脱氮效果更好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。