[發明專利]一種菹草發酵液在人工濕地脫氮中的應用

有效

• 申請號: 201410384106.6
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104118943A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 楊柳燕;陳乾坤;焦一瀅;張權;李麗;陳旭
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/34;C02F3/28
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬于環境工程領域，具體涉及一種菹草發酵液在人工濕地脫氮中的應用。

背景技術

近年來，太湖流域河流水質全年綜合評價結果顯示，85.2％的監測斷面水質無法達到Ⅲ類要求，大部分為Ⅴ類和劣Ⅴ類。其中主要的超標污染物為氨氮、高錳酸鹽指數、溶解氧、五日生化需氧量、石油類、總磷和化學需氧量。上游入湖河流和湖蕩地區水質持續惡化直接導致太湖入湖污染物總量不斷增加。受入湖污染物增加的影響，太湖水體中的TP、TN含量在近年來基本呈持續上升趨勢。因此，保護太湖水環境的關鍵是從源頭將進入太湖的污染物截留，重點控制入湖河流排入湖區的污染物總量。

目前，太湖流域共有城鎮污水處理廠近200座，均執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A排放標準。但一級A排放標準(TN?15mg/L，NH₃-N5(8)mg/L，TP?0.5mg/L)仍然是大大超過地表水環境質量標準(地表水Ⅴ類水標準TN?2mg/L，NH₃-N?2mg/L，TP?0.4(湖泊0.2)mg/L)。面對太湖水體富營養化日趨嚴重的現狀，大量排放的污水處理廠尾水若不經過深度處理直接排放，將對入湖河道的水質產生極大影響，繼而加劇太湖水體氮、磷污染程度，威脅飲用水安全。同時，對尾水進行深度處理、回用也是解決太湖流域水資源短缺、開辟第二水資源、減少新鮮水用量的有力措施，是城市可持續發展的必然要求，具有顯著的環境、經濟和社會效益。

目前常用的污水處理廠尾水深度處理技術主要有物化法(過濾法、吸附法等)、生物法(生物反應器、生物濾池、人工濕地等)和膜分離法(反滲透、微濾、納濾等)，其中人工濕地技術因其投資和維護費用低、氮磷去除效果好、二次污染小且兼具景觀效果等優點而被廣泛應用。

對污水廠尾水進行水質分析，發現其氮素高度硝化、碳源嚴重不足。調查還顯示，太湖流域的城鎮污水廠中有將近50％的污水處理廠進水碳源不足。而碳源是反硝化過程中的電子供體，是制約反硝化作用的關鍵因素，要實現污水廠尾水的深度處理，必須添加足夠的外加碳源，保證一定的碳氮比才能使反硝化過程順利完成。

傳統的反硝化外加碳源以液態有機物為主，包括葡萄糖、甲醇、乙醇和乙酸等。但脫氮成本高，且甲醇、乙醇、乙酸等碳源有一定毒性，會對環境造成潛在危險。近年來，國內外許多研究者通過多種途徑尋找低毒、廉價的新型碳源來代替傳統碳源。

人工濕地中種植了大量富含纖維素類物質的水生植物，這些植物在冬季收割后經過厭氧發酵可以產生大量揮發性脂肪酸(VFAs)和其他營養元素，是優良的潛在外加碳源。

以人工濕地中大量種植的水生植物為原料，通過厭氧發酵將植物體中富含的纖維素類物質轉化為揮發性脂肪酸(VFAs)和其他營養元素，作為反硝化外加碳源，實現污水廠尾水的深度脫氮處理，同時可解決人工濕地植物收割后的處置問題，實現水生植物的資源化利用，重要的研究意義和應用價值。

已有的研究結果表明，微生物的硝化反硝化作用是自然界氮素循環的重要途徑之一。反硝化作用是在無氧或低氧條件下，微生物將硝態氮和亞硝態氮轉化成氮氣并釋放到大氣中的過程。反硝化脫氮的主要影響因素有溶解氧(DO)、pH、溫度、碳源等。

(1)溶解氧(DO)一般認為，溶解氧保持在0.5mg/L以下時，反硝化作用才能正常進行。這是因為O₂接受電子的能力高于NO₂^--N和NO₃^--N，當同時存在分子態氧和硝酸鹽時，反硝化細菌優先進行有氧呼吸。

(2)pH反硝化作用的最佳pH是7～8。

(3)溫度反硝化作用的最佳溫度是15～30℃。對于溫度的降低，反硝化細菌比硝化細菌更加敏感。當出現季節性降溫時，反硝化過程將先于硝化過程而受到抑制，此時需要外加碳源來改善脫氮效果。此外，溫度對微生物活性也會產生顯著影響，進而影響反效果效果。

(4)碳源碳源是反硝化過程中的電子供體，同時也是微生物生長和繁殖所需能量的主要來源。碳源不足將直接影響反硝化作用，添加外加碳源是提高反硝化脫氮效率的有效方法之一。外加碳源的種類和投加量均會對反硝化效率產生顯著影響。