一种零碳源投加的沼液脱氮方法及其应用与流程

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种零碳源投加的沼液脱氮方法及其应用。

背景技术：

厌氧消化作为城市有机废弃物处理的主流技术，在实现有机废弃物无害化、稳定化处理的同时，还可产生大量高品质生物能，不仅能改善生态环境，还可缓解石油、天然气等不可再生能源日渐贫乏之困境。厌氧消化系统虽可以高效脱碳，但体系中会积累氮，通常以氨氮的形态呈现，从而导致沼液氨氮浓度较高，c/n比较低，可生化性较差。

当前，传统的生物脱氮技术是应用最广泛的沼液脱氮技术，即通过硝化-反硝化实现总氮的去除，充足的碳源和高活性的硝化、反硝化菌种是这一工艺的关键，而沼液较低的碳氮比无法满足系统对有机碳源的需求，需额外投加昂贵的碳源以保证脱氮的效果，既浪费了有机资源，增加了总体生态环境负担，又提高了厌氧消化的运行成本，降低了经济效益。厌氧氨氧化技术虽然可以在不投加碳源的条件下去除氨氮，但厌氧氨氧化菌生产缓慢、世代周期长，对外界环境比较敏感，且厌氧氨氧化工艺的启动和运行控制困难，这些短板限制了其工程应用。因此高效、简单及低廉实现沼液中总氮的去除是目前厌氧消化工艺发展的瓶颈问题。

发明专利“低cn高氨氮废水单级自养生物脱氮的装置与方法”(专利号为：cn201110004481.x)，采用短程硝化+厌氧氨氧化的工艺，短程硝化与厌氧氨氧化反应于同一反应器中，氨氮、亚硝态氮浓度对厌氧氨氧化菌的抑制作用比较强烈，且该工艺参数控制比较复杂，对于没有经验的运行人员来说，达标运行的风险比较大。

发明专利“一种生猪养殖废水沼液脱氮方法”(专利号为：cn201610765504.1)通过顺序投加cao无机物、聚乙二醇-200和聚乙二醇-400的混合物、阴离子聚丙烯酰胺三种药剂，从而实现氨氮的去除，该工艺的本质是加碱吹脱，不仅需要投加各类药剂，而且还需消耗大量曝气，环境不友好，处理成本高。

发明专利“一种污泥厌氧消化的高效原位沼液脱氮方法”(专利号为：cn201810037890.1)通过沼液亚硝化后，再与脱水污泥混合进行反硝化，反硝化后输送至厌氧消化体系完成厌氧消化产气过程。与厌氧消化后污泥相比，脱水污泥的反硝化菌类活性低，因此该反硝化的停留时间较长，占地面积较大，同时反硝化过程中残留的亚硝态氮对厌氧消化系统中产甲烷菌活性具有严重的抑制作用，增大了厌氧消化酸化风险。

但上述方法均不可避免的存在问题或不足。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种零碳源投加的沼液脱氮方法，以解决上述问题中的至少一种。

本发明的第二目的在于提供一种零碳源投加的沼液脱氮方法在污水处理领域中的应用。

第一方面，本申请提供了一种沼液脱氮方法，包括以下步骤：

a.将厌氧消化后沼液进行短程硝化得到亚硝化后沼液；

b.厌氧消化后污泥与亚硝化后沼液混合进行反硝化；

c.将步骤b得到的反硝化后混合液进行固液分离；

步骤c完成后，将固液分离得到的沼液部分进行排放，部分进行短程硝化后返回至步骤b，重复步骤b和步骤c，完成脱氮处理。

作为进一步技术方案，所述厌氧消化后沼液包括污泥厌氧消化后沼液、畜禽粪便厌氧消化后沼液或餐厨垃圾厌氧消化后沼液中的至少一种。

作为进一步技术方案，所述厌氧消化后沼液的氨氮含量为600～3000mg/l；

作为进一步技术方案，所述短程硝化包括曝气；

优选地，所述短程硝化中沼液溶氧控制在0.3～0.5mg/l；

优选地，所述短程硝化的时间为8～24h。

作为进一步技术方案，所述厌氧消化后污泥的固含率为5wt％～10wt％，优选为8wt％；

优选地，所述厌氧消化后污泥的温度为35～45℃。

作为进一步技术方案，所述厌氧消化后污泥与亚硝化后沼液混合的体积比为(1:1)～(3:1)。

作为进一步技术方案，所述厌氧消化后污泥与亚硝化后沼液混合后的温度为30～35℃。

作为进一步技术方案，在搅拌的条件下进行反硝化；

优选地，所述搅拌的转速为80～120r/min，优选为100r/min；

优选地，搅拌的方式包括间歇式搅拌；

优选地，所述间歇式搅拌包括：搅拌8-12min，停止16-24min，优选为搅拌10min，停止20min。

作为进一步技术方案，所述反硝化的时间为32-48h。

第二方面，本申请提供了一种沼液脱氮方法在污水处理领域中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明提供的沼液脱氮方法，首先将厌氧消化后沼液进行短程硝化得到亚硝化后沼液，将沼液中的氨氮转化为亚硝态氮；然后将厌氧消化后污泥与亚硝化后沼液混合进行反硝化，该过程利用原料自有温度，无需加热，将混合液中的亚硝态氮转化为氮气；最后将固液分离得到的沼液部分进行排放，部分进行短程硝化后重复进行以上反硝化过程，进一步将低其氨氮含量。

2.本发明提供的沼液脱氮方法，其中，反硝化过程利用厌氧消化污泥自身的温度，无需曝气、加热，操作简单易行可控；厌氧消化后污泥残留挥发性脂肪酸和内碳源比较充足，用于反硝化时，无需投加额外碳源，更容易被反硝化菌利用，反应速率快，停留时间短，占地面积小，节省基建和运行费用；厌氧消化后污泥与经短程硝化的沼液混合进行反硝化，污泥原有的结构被破坏，强化了内碳源的释放，满足脱氮碳源需求，实现快速脱氮的同时，显著改善了污泥的脱水性能，降低了后续脱水成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的厌氧消化后污泥反硝化沼液期间各价态氮的含量变化；

图2为本发明实施例2提供的厌氧消化后污泥反硝化沼液期间各价态氮的含量变化；

图3为本发明实施例3提供的厌氧消化后污泥反硝化沼液期间各价态氮的含量变化；

图4为本发明提供的沼液脱氮方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要说明的是，本申请中的“厌氧消化后沼液”为有机废弃物经过厌氧消化处理后得到的沼液。

第一方面，本申请提供了一种沼液脱氮方法，包括以下步骤：

a.将厌氧消化后沼液进行短程硝化得到亚硝化后沼液；

b.厌氧消化后污泥与亚硝化后沼液混合进行反硝化；

c.将步骤b得到的反硝化后混合液进行固液分离；

步骤c完成后，将固液分离得到的沼液部分进行排放，部分进行短程硝化后返回至步骤b，重复步骤b和步骤c，完成脱氮处理。

本发明提供的沼液脱氮方法，首先将厌氧消化后沼液进行短程硝化得到亚硝化后沼液，将沼液中的氨氮转化为亚硝态氮；然后将厌氧消化后污泥与亚硝化后沼液混合进行反硝化，该过程利用原料自有温度，无需加热，将混合液中的亚硝态氮转化为氮气；由于反硝化作用，污泥中的内碳源被释放并消耗，污泥原有结构遭到破坏，改善了污泥的脱水性能，强化了混合液固液分离效果；最后将固液分离得到的沼液部分进行排放，部分进行短程硝化后重复进行以上反硝化过程，进一步将低其氨氮含量。

当本发明的沼液脱氮方法循环起来后，如图4所示，将污水厂脱水污泥进行预处理，置于污泥厌氧消化罐中进行厌氧消化，然后将得到的厌氧消化后污泥与经过短程硝化得到的亚硝化后沼液混合，置于储泥池中进行反硝化，反硝化结束后使用脱水机进行固液分离，再将固液分离得到的沼液部分进行排放，部分进行短程硝化后返回至储泥池与厌氧消化后污泥混合进行循环脱氮。

本发明提供的沼液脱氮方法，其中，反硝化过程利用厌氧消化污泥自身的温度，无需曝气、加热，操作简单易行可控；厌氧消化后污泥残留挥发性脂肪酸和内碳源比较充足，用于反硝化时，无需投加额外碳源，更容易被反硝化菌利用，反应速率快，停留时间短，占地面积小，节省基建和运行费用；厌氧消化后污泥与经短程硝化的沼液混合进行反硝化，污泥原有的结构被破坏，强化了内碳源的释放，满足脱氮碳源需求，实现快速脱氮的同时，显著改善了污泥的脱水性能，降低了后续脱水成本。

在一些优选的实施方式中，所述厌氧消化后沼液包括但不限于污泥厌氧消化后沼液、畜禽粪便厌氧消化后沼液或餐厨垃圾厌氧消化后沼液中的至少一种，或者本领域技术人员所熟知的其他厌氧消化后沼液。

在一些优选的实施方式中，所述厌氧消化后沼液的氨氮含量为600～3000mg/l，例如可以为，但不限于600mg/l、1200mg/l、1800mg/l、2400mg/l或3000mg/l。

在一些优选的实施方式中，所述短程硝化包括但不限于曝气，例如还可以采用溶氧与曝气连锁的方式。

优选地，所述短程硝化中沼液溶氧控制在0.3～0.5mg/l，例如可以为，但不限于0.3mg/l、0.35mg/l、0.4mg/l、0.45mg/l或0.5mg/l。在此溶氧范围内更有利于沼液中氨氮的亚硝化反应。

优选地，所述短程硝化的时间为8～24h，例如可以为，但不限于8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h或24h。

在沼液温度为25～30℃，控制溶氧为0.3～0.5mg/l，反应时间为8～24h的条件下，可实现85％～90％氨氮转化为亚硝态氮。

在一些优选的实施方式中，所述厌氧消化后污泥的固含率为5wt％～10wt％，例如可以为，但不限于5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％，优选为8wt％。

优选地，所述厌氧消化后污泥的温度为35～45℃，例如可以为，但不限于35℃、37℃、39℃、41℃、43℃或45℃。

通常情况下，厌氧消化后污泥的固含率在8wt％左右，温度约40℃，使用时无需加热或者保温。

在一些优选的实施方式中，所述厌氧消化后污泥与亚硝化后沼液混合的体积比为(1:1)～(3:1)，例如可以为，但不限于1:1、2:1或3:1。

在一些优选的实施方式中，所述厌氧消化后污泥与亚硝化后沼液混合后的温度为30～35℃，例如可以为，但不限于30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃。在30～35℃范围内，有利于亚硝态氮反硝化为氮气。

在一些优选的实施方式中，在搅拌的条件下进行反硝化。

优选地，所述搅拌的转速为80～120r/min，例如可以为，但不限于80r/min、90r/min、100r/min、110r/min或120r/min，优选为100r/min；

优选地，搅拌的方式包括间歇式搅拌。

优选地，所述间歇式搅拌包括：搅拌8-12min，停止16-24min，优选为搅拌10min，停止20min。

在一些优选的实施方式中，所述反硝化的时间为32-48h，例如可以为，但不限于32h、34h、36h、38h、40h、42h、44h、46h或48h。

在本发明中，通过对反硝化进一步优化和调整，可使得混合液中的99％以上的亚硝态氮反硝化为氮气。

第二方面，本申请提供了一种沼液脱氮方法在污水处理领域中的应用。

本发明利用高浓度厌氧消化后污泥中的高活性反硝化菌和充足的内碳源，沼液经过短程消化后，与厌氧消化后污泥按比例进行混合，无需投加碳源，不用进行保温，在实现反硝化脱氮的同时，降低消化后污泥残留有机物和内碳源，又可改善污泥的脱水性能，成本低廉，操作简单，能够应用于污水处理领域。

下面通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

实施例1

一种零碳源投加的沼液脱氮方法，其中沼液来自某污泥厌氧消化处理厂，其水质指标如表1所示，沼液温度为25～30℃，处理步骤如下：

将沼液置于亚硝化反应池中，在温度为25～30℃、溶氧为0.3～0.5mg/l的条件下处理8h，沼液中90％的氨氮转化为亚硝态氮，此时沼液中的亚硝态氮的浓度为585mg/l。然后将亚硝化后的沼液与厌氧消化后污泥按照体积比为1:1混合，输送至反硝化反应池中，在30～35℃和间歇搅拌(搅拌转速为100r/min；搅拌10min，停止20min)条件下反硝化处理32h，得到亚硝态氮的浓度降至0.1mg/l的混合液，反应期间各价态氮的变化如图1所示，最后经过脱水步骤完成沼液脱氮。

表1污泥厌氧消化处理厂沼液性质

实施例2

一种零碳源投加的沼液脱氮方法，其中沼液来自某畜禽粪便厌氧消化处理厂，其水质指标如表2所示，沼液温度为25～30℃，处理步骤如下：

将沼液置于亚硝化反应池中，在温度为25～30℃、溶氧为0.3～0.5mg/l的条件下处理16h，沼液中88％的氨氮转化为亚硝态氮，此时沼液中的亚硝态氮的浓度为1408mg/l。然后将亚硝化后的沼液与厌氧消化后污泥按照体积比为2:1混合，输送至反硝化反应池中，在30～35℃和间歇搅拌(搅拌转速为800r/min；搅拌8min，停止24min)条件下反硝化处理36h，得到亚硝态氮的浓度降至1.3mg/l的混合液，反应期间各价态氮的变化如图2所示，最后经过脱水步骤完成沼液脱氮。

表2畜禽粪便厌氧消化处理厂沼液性质

实施例3

一种沼液脱氮方法，其中沼液来自某餐厨垃圾厌氧消化处理厂，其水质指标如表3所示，沼液温度为25～30℃，处理步骤如下：

将沼液置于亚硝化反应池中，在温度为25～30℃、溶氧为0.3～0.5mg/l的条件下处理24h，沼液中85％的氨氮转化为亚硝态氮，此时沼液中的亚硝态氮的浓度为2465mg/l。然后将亚硝化后的沼液与厌氧消化后污泥按照体积比为3:1混合，输送至反硝化反应池中，在30～35℃和间歇搅拌(搅拌转速为120r/min；搅拌12min，停止16min)条件下反硝化处理48h，得到亚硝态氮的浓度降至1.2mg/l的混合液，反应期间各价态氮的变化如图3所示，最后经过脱水步骤完成沼液脱氮。

表3餐厨垃圾厌氧消化处理厂沼液性质

从实施例1-3可以看出，污泥厌氧消化处理厂沼液、畜禽粪便厌氧消化处理厂沼液或者餐厨垃圾厌氧消化处理厂沼液中的氮主要是以氨氮的形式存在，本发明的处理方法首先将沼液中的氨氮经过短程硝化转化成亚硝态氮，然后再将亚硝化后的沼液与厌氧消化后污泥混合并进行反硝化，从图1～图3中可以看出，随着反硝化反应的进行，混合液中的亚硝态氮逐渐降低，基本实现了对亚硝态氮的去除。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。