一种对短程硝化-反硝化工艺的强化方法与流程

本发明属于对含氮废水的水处理领域，涉及对短程硝化-反硝化工艺的强化方法，尤其是基于铁碳微电解球作为驱动剂的feammox-ndfo耦合体系对短程硝化-反硝化工艺的强化方法。

背景技术：

1、随着农业和工业活动的迅速升级，氨氮引起的直接或者间接污染导致的水环境富营养化以及癌症以及蓝婴综合症等相关人类疾病变得越来越普遍，因此，为了保护生态系统和公众健康，需要从废水中去除氨氮，目前，有多种脱氮技术正在使用。然而，多种因素限制了传统物理化学脱氮方法的大规模应用，典型问题包括反渗透的非选择性拦截、离子交换和电渗析的成本高、吸附技术效率低、化学脱氮技术不成熟等。生物脱氮工艺能够完全消除氮素并形成无害的最终产品，以及运行成本低、效率高、环境友好，总体而言，生物脱氮被认为是最有前途的脱氮方法之一。其中，传统的硝化反硝化技术已成熟用于处理高碳氮比(c/n)废水。然而，当 bod5/tn低于2.47时，通常需要额外的碳源来支持反硝化过程，既增加了运行成本，又增加了水体二次污染的风险。换句话说，缺乏有机碳源是传统反硝化工艺的瓶颈。

2、短程硝化-反硝化（pdn）是通过亚硝酸盐途径进行的反硝化过程，与传统的硝化和反硝化工艺相比，pdn工艺需要更少的氧气将氨氮氧化为亚硝酸盐，然后使用更少的有机碳源用于亚硝酸盐的反硝化。理论上，与硝化反硝化工艺相比较，pdn工艺能够在有氧阶段降低25%的曝气量，在缺氧阶段减少40%的电子供体需求，co2排放量减少20%，硝化过程污泥产量减少33∼35%以及反硝化过程污泥产量减少55%。因此，pdn被报道为一种低成本的脱氮新技术，特别是在处理高氨氮以及低碳氮比的废水。对于pnd工艺，亚硝酸盐的成功且稳定积累是实现pnd的关键过程，而亚硝酸盐氧化菌的存在使得在驱动pnd过程中还需要面对亚硝酸盐的进一步氧化。也就是说，有效抑制抑制亚硝酸盐氧化菌是pnd过程顺利进行的关键。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的问题，提供一种基于铁碳微电解球作为驱动剂的feammox-ndfo耦合体系对短程硝化-反硝化工艺的强化方法。该方法能够在减少曝气和碳源投加量的基础上能够有效降低主流pnd工艺的脱氮压力以及提高出水水质。此外，由于feammox过程(铁氧化异化亚硝酸盐自养生物脱氮技术)和ndfo过程（硝酸盐依赖的铁氧化过程）单独进行，因此也可以通过调整污泥浓度来随时响应进水水质的阶段性变化。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种基于铁碳微电解球作为驱动剂的feammox-ndfo耦合体系对短程硝化-反硝化工艺的强化方法，主要包括以下步骤：

4、步骤s1.在a池和b池中分别投加500~1500 g的铁碳微电解球；

5、步骤s2.将污水排入b池进行feammox处理，降低进水氨氮浓度和短程硝化所需的曝气量；

6、步骤s3.将步骤s2中经过feammox处理的污水排入短程硝化池进行短程硝化处理，为反硝化池提供no2––n和部分副产物no3––n；

7、步骤s4.将步骤s3中经过短程硝化处理后的污水排入反硝化池进行反硝化处理；

8、步骤s5.将步骤s4中经过反硝化处理后的污水排入a池进行ndfo处理，在减少前期碳源的投加的基础上进一步降低出水氮素浓度；

9、步骤s6.如果出水水质达标，则直接在a池中进行泥水分离。

10、步骤s7.如果出水总氮浓度开始提升，则将ndfo污泥和步骤s5中的经过ndfo处理的污水一同排入过渡沉淀池，然后静置沉淀排出上清液，该步骤可为feammox污泥排入a池以及为活化零价铁做准备；

11、步骤s8. 待步骤s7中的ndfo污泥和步骤s5中的经过ndfo处理的污水彻底排入过渡沉淀池后将b池中的feammox污泥排入a池，用于亚铁的再生以及活化零价铁；

12、步骤s9.待步骤s8中的feammox污泥彻底排入a池后将步骤s7中的ndfo污泥排入b池，用以消耗前期feammox过程产生的亚铁，以及继续为后续的feammox过程提供电子受体；

13、步骤s10.将污水排入a池进行feammox处理，降低进水氨氮浓度和短程硝化所需的曝气量；

14、步骤s11.将步骤s9中经过feammox处理的污水排入短程硝化池进行短程硝化处理，为反硝化池提供no2––n和部分副产物no3––n；

15、步骤s12.将步骤s10中经过短程硝化处理后的污水排入反硝化池进行反硝化处理；

16、步骤s13.将步骤s11中经过反硝化处理后的污水排入b池进行ndfo处理，在减少前期碳源的投加的基础上进一步降低出水氮素浓度；

17、步骤s14.如果出水水质达标，则直接在b池中进行泥水分离。

18、步骤s15.如果出水总氮浓度开始提升，则将ndfo污泥和步骤s13中的经过ndfo处理的污水一同排入过渡沉淀池，然后静置沉淀排出上清液。该步骤可为feammox污泥排入b池以及为活化零价铁做准备；

19、步骤s16. 待步骤s15中的ndfo污泥和步骤s13中的经过ndfo处理的污水彻底排入过渡沉淀池后将a池中的feammox污泥排入b池，用于亚铁的再生以及活化零价铁；

20、步骤s17.待步骤s16中的feammox污泥彻底排入b池后将步骤s15中的ndfo污泥排入a池，用以消耗前期feammox过程产生的亚铁，以及继续为后续的feammox过程提供电子受体；

21、步骤s18.按照步骤s2~s17的流程如此往复用以持续强化短程硝化-反硝化。

22、进一步优选地，所述的a池和b池分别投加了500~1500 g ,优选1000g的铁碳微电解球。启动前铁碳微电解球均经过了一系列的预处理用于减少表面的钝化层，而b池中的铁碳微电解球在预处理后进行了24小时加热处理(50℃)，用以形成新鲜的三价铁钝化层进而启动feammox过程。铁碳微电解球均通过载体球装载，并且每个空球装载50g的铁碳微电解球，装载后的铁碳微电解球通过尼龙绳/热熔胶悬挂/固定在sbr。其中，铁碳微电解球的粒径为2~5mm。

23、进一步优选地，所述的feammox污泥和ndfo污泥的投加量之比为1:1~9。其中，feammox污泥的mlvss（混合液挥发性悬浮固体浓度）不低于3500mg/l。

24、进一步优选地，所述的反应器均为sbr反应器，反应器配备机械搅拌以及内部反应区温度通过加热棒控制在30±1℃。

25、进一步优选地，所述的a池与短程硝化池之间、b池与短程硝化池之间、短程硝化池与反硝化池之间、反硝化池与a池、反硝化池与b池之间均设置蓄水桶，用于储蓄经过上一工艺处理的废水。设置蓄水桶的目的是方便前期各个工艺串联以及快速启动。

26、进一步优选地，所述的feammox污泥和ndfo污泥的交换频率根据出水水质决定。

27、本发明在短程硝化前设置铁氨氧化（feammox ）工艺以降低进水氨氮浓度和短程硝化所需的曝气量，以及在反硝化后设置亚铁型自养反硝化（ndfo）工艺减少前期碳源投加的基础上继续降低出水氮素浓度，此外，通过将ndfo污泥和feammox污泥定时调换以达到活化零价铁的目的，避免了持续补加fe（ⅱ）和fe（ⅲ）的同时还能维持feammox-ndfo耦合体系的正常运行，并最终实现对短程硝化-反硝化工艺的强化，以达到提高出水水质的目的。

28、本发明的有益效果在于：

29、1)本发明适用进水氨氮浓度较高，而碳氮比较低的工业或生活污水。前置feammox工艺能够有效降低短程硝化过程所需的曝气量以及进水水质波动产生的其他负面影响。考虑到低碳氮比进水条件和曝气过程存在的额外硝氮生成，在反硝化工艺后置自养ndfo工艺能够减少反硝化过程所需的有机碳源，有利于降低脱氮成本；

30、2)本发明采用了零价铁作为间接电子供体用以驱动ndfo过程，氢氧化亚铁的生成使得ndfo菌避免了传统ndfo工艺采用亚铁盐造成的细胞内的不可逆沉淀。ndfo过程生成的三价铁以及零价铁表层形成的钝化层可作为feammox过程的电子受体氧化氨氮。这种巧妙的耦合方式有效的解决了单独的feammox工艺和ndfo工艺在当前环境中所面临的重要挑战。例如单独的feammox工艺和单独的ndfo工艺需要间歇投加三价铁或者亚铁才能够持续有效的驱动feammox过程和ndfo过程，并且集中的铁盐投加不仅需要大量的资金投入，水解产生的氢氧化物沉淀还极其容易对微生物产生不可逆的氧化损伤和毒性，这在大量的实验研究中已经被证明。同时需要指出的是，适量的铁介入反而有利于提高常规硝化反硝化菌的代谢活性。

31、3)本发明涉及到的feammox-ndfo耦合体系中的feammox污泥和ndfo污泥是分开管理的，这种方式有利于通过单独调整feammox污泥和ndfo污泥的浓度来调整feammox和ndfo活性，能够在尽可能避免调整曝气量和有机碳源投加量的基础上有效面对阶段性的进水水质波动。

32、4) feammox-ndfo耦合体系在强化短程硝化-反硝化工艺脱氮的过程中具备极小的风险，因为短程硝化-反硝化工艺依旧是脱氮的主要工艺，而feammox-ndfo耦合体系作为辅助工艺辅助短程硝化-反硝化工艺脱氮，以此减少经济投入的同时提高出水水质。总的来说，feammox-ndfo耦合体系能够作为当前主流脱氮工艺向未来更为先进和更具大规模应用潜力的脱氮工艺之间过渡的纽带。

33、5) feammox-ndfo耦合体系在强化短程硝化-反硝化工艺脱氮的过程中还能够降低短程硝化-反硝化过程中的污泥的处置成本。这是因为反硝化污泥本身具备ndfo活性，能够在厌氧富铁环境中逐渐富集。当前，绝大多数的ndfo富集培养物是通过接种传统活性污泥驯化获得的。此外，也有相应的研究证明以亚硝化污泥做为接种污泥也有利于feammox菌的富集。因此，在短程硝化和反硝化过程中产生的多余污泥可以分别部分引入feammox污泥和ndfo污泥体系。