一种促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂技术领域
本发明涉及一种促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂。
背景技术
随着经济快速发展和社会不断推进，氮素化合物被过量的排放到水体中，使得藻类及其
它微生物过度繁殖，造成了水体的富营养化，严重地污染了水体环境，危害了人类及水生生
物的健康。随着水体富营养化问题的日益严重，世界范围内对污水处理排放标准的要求也日
趋严格，高硝氮、低碳废水如尼龙废水、电镀废水等工业废水并不适合采用传统的脱氮工艺
进行处理，部分反硝化耦合厌氧氨氧化作为生物脱氮的新方法备受关注，该工艺具有污泥产
量少、能耗少、投资低等优点。
然而，部分反硝化耦合厌氧氨氧化的前提是在反硝化过程中将硝酸盐转化为亚硝酸盐，
实现亚硝酸盐的积累，进而与NH4+耦合进行厌氧氨氧化作用，最终产生氮气和一部分NO3--N。
在反硝化过程中会出现多种中间产物，如NO2--N、NO、N2O等，因此，研究部分反硝化中
亚硝酸盐积累过程十分必要。
中国专利CN103601286A公开了一种在硝酸盐还原过程中实现亚硝酸盐积累的方法，目
的是通过控制外部条件来实现部分反硝化中亚硝酸盐积累，但该专利中通过控制反应器污泥
浓度、碳源、C/N比，以pH的变化来指示反应过程，管理困难，控制条件复杂，且积累结果
往往不稳定，这对厌氧氨氧化应用的推广有着极大的限制。因此，目前工业应用上亟需一种
促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂，使得亚硝酸盐积累效果明显。
发明内容
本发明的目的是克服现有反硝化中亚硝酸盐积累方法存在如污水处理厂pH控制困难，
低C/N的制约使得C/N控制复杂，碳源种类单一，温度差异较大等不足，提供一种促进生物
反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂。
本发明的技术方案概述如下：
一种促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂，按重量由下述组份组成：铜0-2份，铁
2-4份，锰2-4份，钴2-4份，镍0-2份，所述铜和镍不同时为0。
优选的铜为2份，铁为4份，锰为4份，钴为4份，镍为2份。
本发明具有以下优点：
(1)本发明的药剂的原料可以通过购买得到，途径多，且价格低廉；
(2)本发明的药剂本身无副作用，对环境影响小，在C/N为2-4下，简单投加既可达到
明显的亚硝酸盐促进效果，简单易操作；
(3)本发明的药剂的配制、使用及保存简单方便，随用随取，既节省了基建费用，又节
省能源，全程无动力消耗；
(4)实验证明，投加本发明的药剂后，反硝化中亚硝酸盐明显积累。药剂可广泛应用在
高硝氮、低C/N的生活污水和工业废水中，实现亚硝酸盐明显积累，进而与厌氧氨氧化联合，
实现高效脱氮。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
一种促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂，按重量由下述组份组成：铁2μg
(FeSO4·7H2O，9.93μg)，锰2μg(MnCl2·4H2O，7.2μg)，钴2μg(CoSO4·7H2O，9.53μg)，
镍1μg(NiCl2·6H2O，4.05μg)。
实施例2
一种促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂，按重量由下述组份组成：铜2μg
(CuSO4·5H2O，7.81μg)，铁4μg(FeSO4·7H2O，19.86μg)，锰4μg(MnCl2·4H2O，14.4μg)，
钴4μg(CoSO4·7H2O，19.06μg)，镍2μg(NiCl2·6H2O，8.10μg)。
实施例3
一种促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂，按重量由下述组份组成：铜1μg
(CuSO4·5H2O，3.91μg)，铁3μg(FeSO4·7H2O，14.90μg)，锰3μg(MnCl2·4H2O，10.8μg)，
钴3μg(CoSO4·7H2O，14.30μg)。
实施例1-3的一种促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂制备：
按照各实施例的配方称取各组分离子对应盐原料，放置在容器内，搅拌均匀，密封避光
保存。
实施例4
亚硝酸盐积累的效果实验
取城市污水，经检测，城市污水中硝酸盐氮的含量约为40mg/L。本实验采用人工配水：
NO3--N浓度为40mg/L，COD浓度为120mg/L，实施例1和2采用乙酸钠为碳源，实施例3
碳源为葡萄糖，各实施例的氮源均为硝酸钾。所配人工配水用来模拟生活污水，以期所得结
论与发明均适用于生活污水的范畴。
人工配水的配制方法：在一个容器中加入乙酸钠0.154克(或葡萄糖0.112克)和硝酸钾
0.288克，加入水至1L，使C/N摩尔比为3。
采用SBR反应器，有效容积为5L，周期2h，其中进水(人工配水)10min，搅拌60min，
沉淀30min，排水10min，闲置10min；搅拌转速为100r/min；一天运行12周期，每个周期
处理水量2.5L。向反应器内加入城市反硝化活性污泥，当进水与活性污泥在反应器内充分混
合反应时，反应器内混合液悬浮固体浓度MLSS为2000mg/L。通过系统排泥控制SBR反应
器污泥浓度。每周期进水投加实施例1中按各盐原料重量比例制备好的促进生物反硝化过程
中亚硝酸盐积累的药剂配方76.78μg。
系统稳定运行10d，定期检测出水NO3--N、NO2--N、COD浓度，见表1。
运行10d，出水NO2--N浓度平均为19.17mg/L，出水NO3--N浓度平均为4.97mg/L，出
水COD浓度平均为37.8mg/L。
表1实施例4各出水物质浓度
运行时间(d)
NO2--N浓度(mg/L)
NO3--N浓度(mg/L)
COD浓度(mg/L)
1
20.25
4.70
38
2
19.75
4.80
36
3
18.50
4.82
29
4
18.73
5.68
40
5
17.88
4.48
36
6
19.25
4.83
39
7
16.63
3.99
38
8
21.75
4.69
39
9
19.00
5.11
42
10
20.00
6.65
41
对照组采用SBR反应器，有效容积为5L，周期2h，其中进水(人工配水)10min，搅拌
60min，沉淀30min，排水10min，闲置10min；搅拌转速为100r/min。一天运行12周期，每
个周期处理水量2.5L。向反应器内加入城市反硝化活性污泥，当进水与活性污泥在反应器内
充分混合反应时，反应器内混合液悬浮固体浓度MLSS为2000mg/L。通过系统排泥控制SBR
反应器污泥浓度。进水未投加任何药剂。
系统稳定运行10d，定期检测出水NO3--N、NO2--N、COD浓度，见表2。
运行10d，出水NO2--N浓度平均为15.65mg/L，出水NO3--N浓度平均为5.08mg/L，出
水COD浓度平均为48.8mg/L。
表2对照组各出水物质浓度
运行时间(d)
NO2--N浓度(mg/L)
NO3--N浓度(mg/L)
COD浓度(mg/L)
1
15.75
5.54
48
2
15.38
4.86
51
3
15.13
5.70
47
4
16.13
4.90
45
5
14.38
4.76
52
6
15.38
4.81
44
7
16.75
5.01
49
8
16.38
4.99
51
9
15.13
5.12
49
10
16.13
5.14
52
实施例5
采用SBR反应器，有效容积为5L，周期2h，其中进水(人工配水)10min，搅拌60min，
沉淀30min，排水10min，闲置10min；搅拌转速为100r/min。一天运行12周期，每个周期
处理水量2.5L。向反应器内加入城市反硝化活性污泥，当进水与活性污泥在反应器内充分混
合反应时，反应器内混合液悬浮固体浓度MLSS为2000mg/L。通过系统排泥控制SBR反应
器污泥浓度。每周期进水投加实施例2中按各盐原料重量比例制备好的促进生物反硝化过程
中亚硝酸盐积累的药剂配方173.1μg。系统稳定运行10d，定期检测出水NO3--N、NO2--N、
COD浓度，见表3。
运行10d，出水NO2--N浓度平均为20.39mg/L，出水NO3--N浓度平均为2.75mg/L，出
水COD浓度平均为30.2mg/L。
表3实施例5各出水物质浓度
运行时间(d)
NO2--N浓度(mg/L)
NO3--N浓度(mg/L)
COD浓度(mg/L)
1
19.38
2.65
29
2
20.00
3.11
28
3
19.50
3.21
30
4
19.50
2.58
34
5
21.13
2.79
29
6
20.63
2.53
30
7
20.88
2.72
33
8
22.00
2.86
31
9
20.75
2.47
30
10
20.13
2.62
28
对照组采用SBR反应器，有效容积为5L，周期2h，其中进水(人工配水)10min，搅拌
60min，沉淀30min，排水10min，闲置10min；搅拌转速为100r/min。一天运行12周期，每
个周期处理水量2.5L。向反应器内加入城市反硝化活性污泥，当进水与活性污泥在反应器内
充分混合反应时，反应器内混合液悬浮固体浓度MLSS为2000mg/L。反应器内混合液悬浮固
体浓度MLSS为2000mg/L。通过系统排泥控制SBR反应器污泥浓度。进水未投加任何药剂。
系统稳定运行10d，定期检测出水NO3--N、NO2--N、COD浓度，见表4。
运行10d，出水NO2--N浓度平均为15.65mg/L，出水NO3--N浓度平均为5.08mg/L，出
水COD浓度平均为48.8mg/L。
表4对照组各出水物质浓度
运行时间(d)
NO2--N浓度(mg/L)
NO3--N浓度(mg/L)
COD浓度(mg/L)
1
15.75
5.54
48
2
15.38
4.86
51
3
15.13
5.70
47
4
16.13
4.90
45
5
14.38
4.76
52
6
15.38
4.81
44
7
16.75
5.01
49
8
16.38
4.99
51
9
15.13
5.12
49
10
16.13
5.14
52
实施例6
采用A/O反应器缺氧池进行反硝化反应。容积为10L，水力停留时间为1h，流量为
0.0028L/s。向A/O反应器缺氧池内加入城市反硝化活性污泥，当进水与活性污泥在反应器内
充分混合反应时，反应器内混合液悬浮固体浓度MLSS为2000mg/L。通过系统排泥控制A/O
反应器缺氧池污泥浓度。反应器进水水箱有效容积10L，盛有人工配水，可供1h进水，向水
箱中投加按实施例3各盐原料重量比例制备好的促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂
配方439.1μg。系统稳定运行10d，定期检测出水NO3--N、NO2--N、COD浓度，见表5。
系统稳定运行10d，出水NO2--N浓度平均为17.37mg/L，出水NO3--N浓度平均为
3.47mg/L，出水COD浓度平均为36.4mg/L。
表5实施例6各出水物质浓度
运行时间(d)
NO2--N浓度(mg/L)
NO3--N浓度(mg/L)
COD浓度(mg/L)
1
17.88
3.63
35
2
18.38
3.43
37
3
17.88
3.44
38
4
17.25
3.34
37
5
17.13
3.48
32
6
17.53
3.52
41
7
16.75
3.60
35
8
17.25
3.46
40
9
16.63
3.39
36
10
17.00
3.45
33
对照组采用A/O反应器缺氧池进行反硝化反应。容积为10L，水力停留时间为1h，流量
为0.0028L/s。向A/O反应器缺氧池内加入城市反硝化活性污泥，当进水与活性污泥在反应器
内充分混合反应时，反应器内混合液悬浮固体浓度MLSS为2000mg/L。通过系统排泥控制
A/O反应器缺氧池污泥浓度。反应器进水水箱有效容积10L，盛有人工配水，可供1h进水，
未向水箱中投加任何药剂。
系统稳定运行10d，定期检测出水NO3--N、NO2--N、COD浓度，见表6。
系统稳定运行10d，出水NO2--N浓度平均为14.89mg/L，出水NO3--N浓度平均为4.37mg/L，
出水COD浓度平均为46.1mg/L。
表6对照组各出水物质浓度
运行时间(d)
NO2--N浓度(mg/L)
NO3--N浓度(mg/L)
COD浓度(mg/L)
1
14.75
4.35
46
2
15.45
4.12
49
3
15.21
4.45
47
4
14.42
5.01
47
5
15.25
3.95
49
6
14.55
4.11
51
7
13.95
4.23
44
8
15.01
3.75
38
9
14.78
3.98
43
10
15.15
4.32
47
实施例4-6说明，投加本发明促进生物反硝化过程中亚硝酸盐积累的药剂后，反硝化系
统中亚硝酸盐积累量明显高于相应对照组的亚硝酸盐积累量，说明复合药剂对反硝化系统中
亚硝酸盐积累有明显促进作用。
以上通过实施例对本发明进行了示例性阐述，有助于理解本发明专利，但应该说明的是，
任何未背离本发明专利核心下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方
式，都包含在本发明的保护范围之内。