[發明專利]一種基于S-Fe協同自養反硝化去除水中硝酸鹽的方法及系統裝置

在審

• 申請號: 201610335350.2
• 申請日: 2016-05-19
• 公開（公告）號: CN107399829A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 韓勇;張麗麗;宗躍強;霍珊
• 申請（專利權）人: 江蘇東材新材料有限責任公司;北京化工大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;C02F3/30;C02F3/28
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 張文祎,趙曉丹

技術領域

本發明涉及微生物化能自養反硝化去除水中硝酸鹽氮的方法，屬于水處理技術的應用領域。更具體的涉及利用S、Fe協同化能自養反硝化將NO^3--N還原為N₂，利用膜截留微生物實現固液分離，實現高效自養反硝化。

背景技術

水資源是人類賴以生存的重要資源，但是，近年來隨著人口的大量增長和經濟的迅速發展，導致水中硝酸鹽污染問題日益嚴重。長期飲用被硝酸鹽污染的水源，會導致高鐵血紅蛋白癥，由硝酸鹽轉變成的亞硝酸胺等具有致癌、致畸、致突變等作用。隨著硝酸鹽污染問題的日益嚴重，“肥水井”現象不斷增加，繼而引發農作物的病、蟲、害。此外，水中的硝酸鹽污染加劇了水體的富營養化，致使水體的透明度降低，水生生物的大量死亡。所以，水中硝酸鹽的出去已經成為亟待解決的環境問題。

生物反硝化是利用微生物的代謝作用將硝酸鹽徹底還原為氮氣，具有操作簡單、反應條件溫和、運行費用低等優點，是水中去除硝酸鹽的主流方法。根據利用碳源的不同可以分為異養反硝化和自養反硝化。異養反硝化以有機化合物為營養源，微生物增殖迅速，反應速率快，但剩余污泥量大，且需要額外投加有機碳源，不適合低碳/氮比廢水反硝化。自養反硝化是微生物利用低價態硫或氫等作為電子供體，以無機碳為營養源，將硝酸鹽徹底還原為氮氣。自養反硝化過程細胞增殖慢，剩余污泥量小，無二次污染，因而受到廣泛的研究與應用。氫氣是一種易燃氣體，在儲藏及運輸過程中均存在一定的危險，使用費用高，使氫自養反硝化的應用受到了制約。硫自養反硝化所用到的硫磺廉價易得，在實際工程中已有廣泛應用，微生物在將硝酸鹽還原為氮氣的同時低價態硫被氧化為硫酸根，因而在處理中、高濃度的硝酸鹽廢水時，易導致出水硫酸根超標。此外，硫自養反硝化過程持續產酸，為維持反應體系pH值恒定需要額外消耗堿度。

因此，需要提供一種不需要額外消耗堿度并且顯著降低硫酸根生成量的去除水中硝酸鹽的方法以及所采用的系統裝置。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種基于S-Fe協同自養反硝化去除水中硝酸鹽的方法。該方法有效克服了現有方法的缺陷，協同S、Fe自養反硝化過程，集成流化床和膜生物反應器的優點，建立了一種安全高效的水中脫氮新方法，能夠達到不需要額外消耗堿度并且顯著降低硫酸根生成量的目的。

本發明的另一個目的在于提供一種基于S-Fe協同自養反硝化去除水中硝酸鹽的系統裝置。

本發明提供一種S-Fe協同自養反硝化去除水中硝酸鹽氮方法和系統裝置。自養微生物是以無機碳為碳源，可有效避免有機碳源消耗，減少剩余污泥產量和二氧化碳排放。同時，Fe自養反硝化是一個產堿的過程，可以為S自養反硝化過程提供堿度，從而維持體系pH值恒定。Fe作為電子供體可分擔S的負荷，顯著降低硫酸根的生成量。因此，將S-Fe協同自養反硝化用于去除低碳/氮比水中硝酸鹽具有良好的應用前景。

為達到上述第一目的，本發明采用下述技術方案：

一種基于S-Fe協同自養反硝化去除水中硝酸鹽的方法，所述方法包括將含有硝酸鹽的廢水用硫磺粉末、鐵粉末和反硝化細菌在缺氧或厭氧的反應器內處理，并通過膜組件分離出水的步驟。

優選地，所述硫顆粒和鐵顆粒的加入比例為1:1～1:4，該比例的確定需要考慮盡量避免硫或鐵的量對微生物生長的影響及限制。

優選地，所述膜組件為中空纖維膜，膜絲為超濾膜或者微濾膜。超濾膜和微濾膜可以很好的達到截留微生物的作用，避免出水微生物污染。

優選地，所述廢水根據硝酸鹽濃度由低到高在反應器內的水利停留時間為20min～4h。

優選地，所述硫磺粉末、鐵粉末和反硝化細菌在反應器內通過攪拌形成流化狀態。流化態可以加強傳質作用，提高硫顆粒、鐵顆粒的利用率。

本發明的技術原理是：在缺氧/厭氧條件下，鐵、硫氧化脫氮菌利用無機碳化合物作為碳源，分別以硫磺和鐵為電子供體，以硝酸根或亞硝酸根為電子受體，將硫氧化為硫酸鹽、將零價鐵氧化為二價鐵和三價鐵離子的同時，將硝酸根或亞硝酸根還原為氮氣。

本發明還提供了一種實現上述過程的系統裝置。

一種基于S-Fe協同自養反硝化去除水中硝酸鹽的系統裝置，所述系統裝置包括密閉厭氧/缺氧反應器3、水箱1和液封裝置2；所述密閉厭氧/缺氧反 應器3內設有電動攪拌機4和膜組件5；所述水箱中的含有硝酸鹽的廢水通過管道經進水蠕動泵6泵入密閉厭氧/缺氧反應器3進行處理，隨后經出水蠕動泵9泵出；出水口與出水蠕動泵9之間設有真空壓力表7；所述密閉厭氧/缺氧反應器3內產生的氣體通過出氣管經液封裝置2排出。