[发明专利]一种菹草发酵液在提高污水处理反硝化脱氮能力中的应用

说明书

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种菹草发酵液在提高污水处理反硝化脱氮能力中的应用。

背景技术

近年来，太湖流域河流水质全年综合评价结果显示，85.2％的监测断面水质无法达到Ⅲ类要求，大部分为Ⅴ类和劣Ⅴ类。其中主要的超标污染物为氨氮、高锰酸盐指数、溶解氧、五日生化需氧量、石油类、总磷和化学需氧量。上游入湖河流和湖荡地区水质持续恶化直接导致太湖入湖污染物总量不断增加。受入湖污染物增加的影响，太湖水体中的TP、TN含量在近年来基本呈持续上升趋势，蓝藻水华暴发，春季菹草大量生长，影响湖水水质。因此，保护太湖水环境的关键是从源头将进入太湖的污染物截留，重点控制入湖河流排入湖区的污染物总量。

目前，太湖流域共有城镇污水处理厂近200座，均执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A排放标准。但一级A排放标准(TN15mg/L，NH₃-N5(8)mg/L，TP0.5mg/L)仍然是大大超过地表水环境质量标准(地表水Ⅴ类水湖泊标准TN2mg/L，NH₃-N2mg/L，TP0.4(湖泊0.2)mg/L)。面对太湖水体富营养化日趋严重的现状，大量排放的污水处理厂尾水若不经过深度处理直接排放，将对入湖河道的水质产生极大影响，继而加剧太湖水体氮、磷污染程度，威胁饮用水安全。同时，对尾水进行深度处理、回用也是解决太湖流域水资源短缺、开辟第二水资源、减少新鲜水用量的有力措施，是城市可持续发展的必然要求，具有显著的环境、经济和社会效益。

常用的污水处理厂尾水深度处理技术主要有物化法(过滤法、吸附法等)、生物法(生物反应器、生物滤池、人工湿地等)和膜分离法(反渗透、微滤、纳滤等)，其中人工湿地技术因其投资和维护费用低、氮磷去除效果好、二次污染小且兼具景观效果等优点而被广泛应用。

对污水厂尾水进行水质分析，发现其氮素高度硝化、碳源严重不足。调查还显示，太湖流域的城镇污水厂中有将近50％的污水处理厂进水碳源不足。而碳源是反硝化过程中的电子供体，是制约反硝化作用的关键因素，要实现污水厂尾水的深度处理，必须添加足够的外加碳源，保证一定的碳氮比才能使反硝化过程顺利完成。

传统的反硝化外加碳源以液态有机物为主，包括葡萄糖、甲醇、乙醇和乙酸等。但脱氮成本高，且甲醇等碳源有一定毒性，会对环境造成潜在危险。近年来，国内外许多研究者通过多种途径寻找低毒、廉价的新型碳源来代替传统碳源。

污水处理厂尾水功能湿地处理过程中，湿地种植了大量富含纤维素类物质的水生植物，这些植物在收割后经过厌氧发酵可以产生大量挥发性脂肪酸(VFAs)和其他营养元素，是优良的潜在外加碳源。

以功能湿地中大量种植的水生植物为原料，通过厌氧发酵将植物体中富含的纤维素类物质转化为挥发性脂肪酸(VFAs)和其他营养元素，作为反硝化外加碳源，实现污水厂尾水的深度脱氮处理，同时可解决人工湿地植物收割后的处置问题，实现水生植物的资源化利用，重要的研究意义和应用价值。

已有的研究结果表明，微生物的硝化反硝化作用是自然界氮素循环的重要途径之一。反硝化作用是在无氧或低氧条件下，微生物将硝态氮和亚硝态氮转化成氮气并释放到大气中的过程。

反硝化脱氮的主要影响因素有溶解氧(DO)、pH、温度、碳源等。

(1)溶解氧(DO)一般认为，溶解氧保持在0.5mg/L以下时，反硝化作用才能正常进行。这是因为O₂接受电子的能力高于NO₂^--N和NO₃^--N，当同时存在分子态氧和硝酸盐时，反硝化细菌优先进行有氧呼吸。

(2)pH反硝化作用的最佳pH是7～8。

(3)温度反硝化作用的最佳温度是15～30℃。对于温度的降低，反硝化细菌比硝化细菌更加敏感。当出现季节性降温时，反硝化过程将先于硝化过程而受到抑制，此时需要外加碳源来改善脱氮效果。此外，温度对微生物活性也会产生显著影响，进而影响反硝化效果。

(4)碳源碳源是反硝化过程中的电子供体，同时也是微生物生长和繁殖所需能量的主要来源。碳源不足将直接影响反硝化作用，添加外加碳源是提高反硝化脱氮效率的有效方法之一。外加碳源的种类和投加量均会对反硝化效率产生显著影响。