本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有高效脫氮效果的污水處理劑。
背景技術(shù)：
氮是水環(huán)境中一個很重要的污染因子，隨著石化、食品和制藥等工業(yè)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，城市污水、工業(yè)污水和垃圾滲透液中的氮含量急劇上升，氮在污水中的主要存在形態(tài)有分子態(tài)氮、有機態(tài)氮、氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，而在未處理的原廢水中，有機態(tài)氮和氨態(tài)氮是氮的主要存在形式；經(jīng)二級生化處理后出水中氨態(tài)氮和硝態(tài)氮是氮的主要存在形式。據(jù)報道，城市生活污水、工業(yè)廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水中均含有大量的氮素污染物。因此，廢水的脫氮處理已經(jīng)成為環(huán)境工作者研究的熱點，脫氮處理有生物法和物理化學(xué)方法，物理化學(xué)方法主要有空氣吹脫法、選擇性離子交換法、折點氯化法、磷酸銨鎂沉淀法等，但上述方法成本高，容易造成二次污染，因此，其推廣受到限制。而生物脫氮法具有經(jīng)濟、有效、易操作、無二次污染等特點，被公認為具有發(fā)展前途的方法。脫氮一般包括硝化和反硝化，先是異養(yǎng)型細菌把有機氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，氨態(tài)氮被自養(yǎng)型硝化菌氧化為亞硝態(tài)氮氮，亞硝態(tài)氮再被自養(yǎng)型硝化菌氧化為硝態(tài)氮，最后異養(yǎng)型反硝化菌將亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮從污水中去除。然而生物脫氮過程存在以下矛盾：硝化菌是嚴格好氧菌，硝化反應(yīng)需要好樣環(huán)境，而反硝化菌是兼性厭氧菌，需要在缺氧環(huán)境下進行。其次，硝化反硝化對有機物的存在也是矛盾的，自養(yǎng)硝化菌在大量有機物存在時，對氧氣和營養(yǎng)物的競爭不如好氧異養(yǎng)菌，而反硝化反應(yīng)由需要有機物充當(dāng)電子供體來完成脫氧過程。上述矛盾進一步加重了污水的脫氮難度。不僅如此，傳統(tǒng)的生物脫氮工藝，如A/O法，A2/O法等硝化階段進行曝氣通常需要消耗大量的能量，為中和硝化過程中產(chǎn)生的酸度，需加堿中和，增加處理費用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有高效脫氮效果的污水處理劑，將該處理劑投加在污水處理系統(tǒng)中可以大大提高生物脫氮效率。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種具有高效脫氮效果的污水處理劑，它是由膨潤土和葡萄籽單寧組成，其重量比為1～3：0.5～1.8。
傳統(tǒng)硝化作用由氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)共同完成。亞硝酸鹽氧化菌NOB將亞硝酸鹽進一步氧化成硝酸鹽。亞硝酸氧化還原酶(Nor)在硝化反應(yīng)過程中可以將亞硝態(tài)氮氧化成硝態(tài)氮，在反硝化過程中還可以將NO還原成N2。亞硝酸氧化還原酶(Nor)可以分為兩種，一種是異源二聚體寡聚酶，該酶有兩個亞基，NorB和NorC，NorB是具有催化活性的亞基，可以將釋放出的電子通過細胞色素c氧化酶，傳遞給O2，并產(chǎn)生ATP，這種酶在硝化過程中發(fā)揮作用；另一種是單體酶，但是它的電子供體是對苯二酚，也不能氧化細胞色素c，消耗ATP，產(chǎn)生NAD(P)H,這種酶在反硝化過程中發(fā)揮作用。也就是說，在硝化過程中，亞硝酸鹽氧化菌獲取能源的方式為通過NorB基因編碼的亞硝酸氧化還原酶(Nor)將亞硝態(tài)氮氧化成硝態(tài)氮。在好氧段中投加膨潤土和葡萄籽單寧，其重量比為1～3：0.5～1.8，可以分解NorB，起到滅活異源二聚體寡聚酶活性的作用，通過切斷亞硝酸鹽氧化菌生長繁殖所需能量的獲取路徑，使得亞硝酸鹽無法進一步氧化為硝酸鹽，而進入反硝化過程時，亞硝酸鹽氮可直接還原成N2，有效縮短了脫氮時間。另外，膨潤土和葡萄籽單寧的添加又不會影響單體酶的活性，即不會影響反硝化過程中NO還原成N2。
膨潤土的吸附能力極強，可以吸附亞硝酸氧化菌，還可以吸附葡萄籽單寧，從而將葡萄籽單寧和亞硝酸氧化菌粘接在一起，使得葡萄籽單寧較好的發(fā)揮切斷亞硝酸氧化菌繁殖的效果。
作為優(yōu)選，膨潤土和葡萄籽單寧的重量比為1：1.8，此時亞硝態(tài)氮的固定效果最好。
該污水處理劑應(yīng)該投放于以下生物處理工藝中生物池的好氧段。具體的是，污水經(jīng)預(yù)處理后，依次經(jīng)過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經(jīng)分配井同時流入好氧段和缺氧段，好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，剩余的出水進入二沉池進行沉淀分離，出水經(jīng)排放口排出；在好氧段中投加上述污水處理劑，投放量為0.5～5kg/噸污水。
當(dāng)進水氨氮＞100mg/L時，污水處理劑的投放量為4～5kg/噸污水；當(dāng)50mg/L≤進水氨氮≤100mg/L時，投放量為3～4kg/噸污水；當(dāng)進水氨氮＜50mg/L時，污水處理劑的投放量為0.5～3kg/噸污水。
污水預(yù)處理包括粗格柵以及曝氣沉砂池處理，粗格柵可以攔截較大直徑的懸浮物(SS)，曝氣沉砂池可以沉淀污水中的砂子。
在上述處理工藝中，初沉池的出水分配至好氧段和缺氧段，缺氧段分配60～80％，好氧段分配20～40％，進入缺氧段的污水配比高，有機物含量多，反硝化菌大量繁殖；進入好氧段的污水配比較少，有機物含量相對較少，可以增強硝化細菌，尤其增強氨氧化菌的競爭力和繁殖能力，產(chǎn)生大量亞硝酸鹽。由于初沉池的出水流入，缺氧段中反硝化菌大量繁殖，好氧段的出水流入缺氧段后，在大量反硝化菌的作用下，大量的亞硝酸鹽直接還原成N2，脫氮速率極快，極大的提高了脫氮效果。缺氧段的出水一部分回流至好氧段，可將缺氧段無法處理的氨氮回流至好氧段氧化成亞硝態(tài)氮，進一步提高系統(tǒng)的脫氮效果。缺氧段出水的回流率為40～50％。
好氧段的DO為0.8～1.0mg/L。由于好氧段的硝化反應(yīng)為短程硝化，只需將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，而不需進一步氧化成硝態(tài)氮，因此，好氧段需氧量大大降低，可以降低能耗。
缺氧段的DO為0.2～0.5mg/L。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
1)在好氧段投加具有高效脫氮效果的污水處理劑，可截斷亞硝酸鹽氧化菌獲取能源的方式，使得亞硝酸鹽氧化菌無法正常繁殖，最終導(dǎo)致亞硝酸鹽無法進一步氧化為硝酸鹽，從而實現(xiàn)短程硝化。
2)由于好氧段的硝化反應(yīng)為短程硝化，只需將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，而不需進一步氧化成硝態(tài)氮，因此，好氧段需氧量大大降低，可以降低能耗。
3)好氧段的硝化產(chǎn)物為亞硝酸，而亞硝酸值比硝酸的pH值高，不容易導(dǎo)致好氧段中pH值急劇降低，因而也無需向好氧段中加堿調(diào)節(jié)pH值。
4)缺氧段中適宜pH值為7～8，缺氧段中反硝化菌的大量繁殖，再加之反硝化菌只需亞硝態(tài)氮還原成N2，硝化菌可以在較短的時間內(nèi)將好氧段產(chǎn)生的亞硝態(tài)氮還原成N2，因此，就避免出現(xiàn)亞硝酸過量導(dǎo)致缺氧段中pH值上升，而需要額外投加堿來調(diào)節(jié)pH值。
具體實施方式
以下具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但不作為對本發(fā)明的限定。
實施例1
污水經(jīng)粗格柵和曝氣沉砂池預(yù)處理后，依次經(jīng)過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經(jīng)分配井同時流入好氧段和缺氧段，60％分配至缺氧段，剩余的40％分配至好氧段；好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，回流率為40％，剩余的出水進入二沉池進行沉淀分離，出水經(jīng)排放口排出；在好氧段中投加具有高效脫氮效果的污水處理劑，其投加量為5kg/噸污水，膨潤土和葡萄籽單寧重量比為1：0.5；好氧段的DO為0.8mg/L；缺氧段的DO為0.2mg/L。
對比例1
污水經(jīng)粗格柵和曝氣沉砂池預(yù)處理后，依次經(jīng)過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經(jīng)分配井同時流入好氧段和缺氧段，60％分配至缺氧段，剩余的40％分配至好氧段；好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，回流率為40％，剩余的出水進入二沉池進行沉淀分離，出水經(jīng)排放口排出；好氧段的DO為3.5mg/L；缺氧段的DO為0.2mg/L。由于在處理過程中，系統(tǒng)中PH過低，需要投加堿液進行調(diào)PH.
實施例2
污水經(jīng)粗格柵和曝氣沉砂池預(yù)處理后，依次經(jīng)過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經(jīng)分配井同時流入好氧段和缺氧段，80％分配至缺氧段，剩余的20％分配至好氧段；好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，回流率為50％，剩余的出水進入二沉池進行沉淀分離，出水經(jīng)排放口排出；在好氧段中投加具有高效脫氮效果的污水處理劑，其投加量為0.5kg/噸污水，其中，膨潤土和葡萄籽單寧的重量比為3：1.8。好氧段的DO為1.0mg/L；缺氧段的DO為0.5mg/L。
實施例3
污水經(jīng)粗格柵和曝氣沉砂池預(yù)處理后，依次經(jīng)過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經(jīng)分配井同時流入好氧段和缺氧段，70％分配至缺氧段，剩余的30％分配至好氧段；好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，回流率為45％，剩余的出水進入二沉池進行沉淀分離，出水經(jīng)排放口排出；在好氧段中投加具有高效脫氮效果的污水處理劑，其投加量為2.5kg/噸污水，其中，膨潤土和葡萄籽單寧的重量比為1：1.8；好氧段的DO為0.9mg/L；缺氧段的DO為0.4mg/L。
將本發(fā)明實施例1污水處理工藝(投加污水處理劑)應(yīng)用于城市生活污水的處理，具體參數(shù)為：試驗規(guī)模Q＝100m3/d，初沉池的水力負荷為3m3/m3·d，初沉池水力停留時間為3h，生物池的容積總負荷為30kgCOD/m3·d，生物池水力停留總時間為8h，二沉池水力負荷為3m3/m3·d，二沉池的水力停留時間為3h。進出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果如下表：
進出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果
實施例1的出水完全達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準。
將對照例1的工藝(未投加污水處理劑)應(yīng)用于城市生活污水的處理，具體參數(shù)為：試驗規(guī)模Q＝100m3/d，初沉池的水力負荷為3m3/m3·d，初沉池水力停留時間為3h，生物池的容積總負荷為30kgCOD/m3·d，生物池水力停留總時間為18h，二沉池水力負荷為3m3/m3·d，二沉池的水力停留時間為3h。進出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果如下表：
進出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果