[发明专利]一种用于源分离尿液污水的高效生物硝化方法

说明书

本发明的一种用于源分离尿液污水的高效生物硝化方法，属于污水处理及氮素回收技术领域；本方法的工艺步骤为：在反应池底部布置曝气出口后，将生物填料装入筐体后整体浸入反应池中，在接种好氧活性污泥并通过稀释的尿液污水逐步驯化后，污泥硝化效率逐渐升高，最终可直接处理实际尿液污水；运行阶段污水通过连续或间歇方式进入反应池，保持曝气的连续工作，并通过潜水泵或外加循环泵的方式保持反应池水的充分混合；本工艺方法可长期保持反应器的稳定运作，可直接处理尿液体积分数最高达到40％的污水，运行期间TOC去除率可达95‑98％，氨氮转化率可达72‑99％；处理后的出水含大量硝酸盐，配合其他矿质营养元素可直接用作植物培养液。

技术领域

本发明属于污水处理及氮素回收领域，具体涉及一种将尿液污水中有机污染物降解并将氨氮转化为硝酸盐回收领域。

背景技术

本发明涉及一种将尿液污水中有机污染物降解并将氨氮转化为硝酸盐回收的技术，目的在于将尿液污水中的营养物质回收利用，使其无害化的同时产生附加价值，为生活污水处理与氮素回收领域提供新思路。

随着生活水平的提高，社会对良好生态环境的需求更加显著，因此以低消耗方式对污水进行无害化、资源化处理成为水处理领域的重点。污水的一大主要来源是人们生活产生的市政污水，其中的主要污染物包括有机物以及氮、磷等无机营养成分。污水中营养成分过高会导致水体富营养化，使水质迅速恶化。当前主流的生活污水处理技术目标为去营养化，氮经过硝化-反硝化过程转化为氮气，磷通过微生物富集作用随底泥离开水体；由于反硝化过程大多由异养微生物在缺氧环境下利用碳源作为电子给体，硝酸根作为电子受体完成，使得此工艺对于碳源需求较高。根据运营经验，进水的碳氮比为4-5:1时脱氮的效率最高，但实际情况中，我国市政污水中碳氮比普遍无法达到这一比例，使得大多数情况下需要投入额外的碳源(甲醇、乙酸钠等)促进反硝化过程以使出水水质达标，使其占据了污水处理厂运营成本中的较大部分。但另一方面，污水中的营养物质有回收利用的潜力，而去营养化处理则使污水丧失了资源化的潜力，因此若可以利用特定工艺将污水中的营养物质进行资源化处理，则可以在将其无害化的同时产生附加价值，降低运营成本。

我们认为，有效的处理技术结合污水的分流处理是实现高效营养回收的关键。市政污水中无机营养物质主要来自尿液，其含氮量可达8000mg/L，氮素存在形式以尿素为主，尿素易由微生物降解生成氨氮。当前，尿液在污水中所占据的体积分数不到2％，其包含的氮素却超过70％，因此在污水处理流程的前段将尿液与其他污水分离可极大减轻污水主体的污染程度，进而降低整体处理成本。而尿液污水中包含的大量氨氮通过硝化作用得到的硝酸根是优质的无机肥料，是植物生长必需的营养物质，因此通过对尿液污水进行硝化处理后将硝酸盐回收在农业领域具有应用价值，与传统工艺相比又可省去后续的反硝化过程，节约碳源投入，实现物质的高效利用，提高工艺的可持续性。传统农业生产中，人与牲畜的排泄物均可作为肥料的原料，因此对含尿液污水进行生物处理并再利用在技术方面与社会接受度方面均具有可行性。

对尿液污水进行硝化处理以实现营养回收是对当前营养回收技术的一项补充。目前用于尿液污水营养回收的主要技术包括：物理方法，如利用某些改性沸石对氨氮进行选择性吸附，利用吹脱促使氨气挥发并通过吸收液回收；化学方法，如生成鸟粪石沉淀法，通过向污水中加入镁盐与氨氮、磷酸根按1:1:1的化学计量比生成鸟粪石(MgNH₄PO₄·6H₂O)。生物方法，通过微生物燃料电池、微生物电解池等工艺在处理污染物的同时回收部分氮素。这些方法具有各自的优势特点，但其原理均未实现氮素形态的转化，其回收的氮素形式基本为氨氮。植物对不同形态的氮肥利用途径不同，一般而言，尿素、铵盐等适合以缓释的方式长效作用，而硝酸盐则更易被植物直接吸收，适合在特定生长时期施用。以硝酸盐形式回收氮素可与当前已有的营养回收技术实现互补。