[發(fā)明專利]以木屑為碳源固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210438009.1
• 申請(qǐng)日: 2012-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN102923854A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李軍;李鳳丹;陳東寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽建筑大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/28
• 分類號(hào): C02F3/28;C02F101/16
• 代理公司: 沈陽杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 李宇彤

技術(shù)領(lǐng)域????

本發(fā)明涉及地下水處理技術(shù)領(lǐng)域，確切地說是一種以木屑為碳源固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法。具體是應(yīng)用復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器（HABR），選擇木屑與硫磺作為HABR兩級(jí)隔室中的反應(yīng)底物及生物膜載體，利用HABR分格結(jié)構(gòu)及推流流態(tài)實(shí)現(xiàn)固相異養(yǎng)反硝化與單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化的集成。

背景技術(shù)????

由于化學(xué)肥料、污水下滲以及垃圾糞便的污染，硝酸鹽氮已經(jīng)成為地下水中的一種主要污染物。過量的硝酸鹽容易使嬰兒患上高鐵血紅蛋白癥，同時(shí)硝酸鹽、亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝胺會(huì)產(chǎn)生“三致”作用，對(duì)人體健康構(gòu)成威脅。

生物反硝化法仍是最具競爭力的地下水硝酸鹽脫氮方法。由于低碳高氮的水質(zhì)特點(diǎn)，應(yīng)用傳統(tǒng)異養(yǎng)型生物反硝化去除硝酸鹽時(shí)碳源嚴(yán)重不足，必須外加液相碳源，成本增加的同時(shí)極易造成二次污染，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和維護(hù)提出較高要求。

針對(duì)此問題，單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化、利用天然木質(zhì)纖維素類固態(tài)物質(zhì)的固相異養(yǎng)反硝化受到了研究者越來越多的關(guān)注。

硫單質(zhì)作為電子供體成本低、無毒、不溶于水并且常態(tài)下穩(wěn)定，這些優(yōu)點(diǎn)使它成為理想的地下水中硝酸鹽反硝化電子供體。然而其反硝化過程效率較低，并產(chǎn)生SO₄^2-導(dǎo)致水中硫酸鹽超標(biāo)；同時(shí)會(huì)產(chǎn)生H+消耗堿度，通常需加石灰石（CaCO₃）調(diào)節(jié)pH，使出水硬度偏大。

利用低成本的天然木質(zhì)纖維素物質(zhì)作為碳源與生物膜載體的固相反硝化，其釋碳規(guī)律一直是研究的焦點(diǎn)。天然木質(zhì)纖維素類固體碳源中纖維素與半纖維素、木質(zhì)素共存，木質(zhì)素與半纖維素以價(jià)鍵結(jié)合形成一個(gè)十分致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將纖維素緊緊包裹，屏蔽了纖維素酶吸附纖維素分子。通常認(rèn)為厭氧產(chǎn)甲烷條件下木質(zhì)素很難降解，若選擇棉花、麥稈、稻草等纖維素含量高的碳源，雖然反硝化菌可利用碳源多，但極易造成二次污染。高木質(zhì)素含量的木屑由于碳釋放量不足導(dǎo)致脫氮性能較差，但無二次污染的弊端，比較符合緩釋碳源的定義。木屑作為碳源的固相反硝化作用若能集成其他自養(yǎng)反硝化過程大幅提高脫氮效果，其也是很好的碳源選擇。

整體來看，相比液相碳源，單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化與固相反硝化都存在著反硝化速率低、需要較長的水力停留時(shí)間等問題。

異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化大大緩解了硫自養(yǎng)反硝化本身存在的硫酸鹽與堿度的問題，與單獨(dú)異養(yǎng)反硝化比也降低了碳源需求量，但畢竟仍需外加液相碳源。固相異養(yǎng)與電化學(xué)產(chǎn)氫自養(yǎng)集成反硝化由于成本、管理維護(hù)問題限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容???

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出以木屑為碳源固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

采用復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器（HABR），選擇木屑與硫磺顆粒作為反應(yīng)底物及生物膜載體，分格填加在HABR兩級(jí)隔室內(nèi)，水沿導(dǎo)流板上下折流前進(jìn)，依次通過兩個(gè)隔室，地下水中硝酸鹽通過各反應(yīng)室并與其中的微生物充分接觸而得到去除，設(shè)想利用HABR獨(dú)特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)實(shí)現(xiàn)固相異養(yǎng)與單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化的集成。在填充木屑的隔室內(nèi)，木屑作為碳源與生物膜載體，在纖維素降解菌以及異養(yǎng)反硝化菌協(xié)同作用下實(shí)現(xiàn)固相反硝化作用，同時(shí)為后續(xù)硫自養(yǎng)反硝化提供堿度；在填充硫磺顆粒的隔室內(nèi)，硫磺顆粒表面附著生物膜內(nèi)的硫自養(yǎng)反硝化菌進(jìn)一步加大硝酸鹽去除負(fù)荷。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

???提出的固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化的設(shè)想，不但從根本上解決了傳統(tǒng)異養(yǎng)—硫自養(yǎng)集成反硝化仍需外加液相碳源的問題、避免了固相異養(yǎng)與零價(jià)鐵產(chǎn)氫自養(yǎng)反硝化集成、固相異養(yǎng)與電化學(xué)產(chǎn)氫自養(yǎng)反硝化集成各自存在的弊端，而且利用HABR獨(dú)特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)優(yōu)化不同菌群生長。????

具體實(shí)施方式

采用復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器HABR，選擇木屑與硫磺顆粒作為反應(yīng)底物及生物膜載體，分格填加在HABR兩級(jí)隔室內(nèi)，水沿導(dǎo)流板上下折流前進(jìn)，依次通過兩個(gè)隔室，地下水中硝酸鹽通過各反應(yīng)室并與其中的微生物充分接觸而得到去除，利用HABR獨(dú)特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)實(shí)現(xiàn)固相異養(yǎng)與單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化的集成，在填充木屑的隔室內(nèi)，木屑作為碳源與生物膜載體，在纖維素降解菌以及異養(yǎng)反硝化菌協(xié)同作用下實(shí)現(xiàn)固相反硝化作用，同時(shí)為后續(xù)硫自養(yǎng)反硝化提供堿度；在填充硫磺顆粒的隔室內(nèi)，硫磺顆粒表面附著生物膜內(nèi)的硫自養(yǎng)反硝化菌進(jìn)一步加大硝酸鹽去除負(fù)荷。

???反應(yīng)中維持硫化物與硝酸鹽氮之間的摩爾比為1～1.5之間，控制產(chǎn)物為硫單質(zhì)與亞硝酸鹽，以實(shí)現(xiàn)厭