[發明專利]一種強化厭氧微生物活性的納米磁鐵礦耦合廢水處理工藝

有效

• 申請號: 201710128119.0
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106882871B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 汪彩琴;朱亮;陳琳琳;高心怡;徐向陽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高;傅朝棟

技術領域

本發明涉及一種強化厭氧微生物活性的納米磁鐵礦耦合廢水處理工藝，其屬于水處理技術領域。

技術背景

厭氧生物處理無需供氧、能耗較小、運行成本低，而且能將廢水中的有機物轉換為甲烷、氫氣等生物能源，是實現廢水能源回收的核心技術。厭氧發酵過程需要多種厭氧微生物協同作用，但是厭氧菌彼此間平衡脆弱，加上對環境條件(溫度、pH、氧化還原電位、毒性物質等)敏感，一定的負荷沖擊下以及有毒物質的影響下，厭氧體系容易出現COD去除率下降、有機酸積累、厭氧污泥上浮或洗出等現象，嚴重時甚至導致厭氧系統的崩潰瓦解。

強化厭氧生物處理工藝已成為國內外研究熱點之一，許多研究者試圖通過改善反應器構型或者通過工藝強化(例如，加電、投加藥劑等)來加強厭氧體系的穩定性與高效性。但是由于操作水平的限制以及運行成本的制約，很多強化方法難以進行實際應用。因此，開發高效、簡易、經濟、安全的厭氧生物處理強化方法，對于難降解有機廢水的處理以及廢水能源回收具有較高的應用價值。

種間電子傳遞是微生物互營共生的限制性步驟。微生物種間直接電子轉移的提出，顛覆了之前“氫/甲酸轉移”在微生物種間電子傳遞占主導地位的觀點。本發明中導電性材料磁鐵礦材料的投加可以通過強化厭氧微生物種間電子傳遞，起到提高污染物去除效率和甲烷產率的作用。

發明內容

本發明的目的是在于解決厭氧生物處理系統處理難降解污染物性能差、容易出現不穩定以及體系酸化等問題。本發明通過制備納米磁鐵礦，并在厭氧生物體系中投加適量的自制納米磁鐵礦進行厭氧生物強化，據此提出了一種運行高效、操作簡便、使用安全、成本低廉的高效厭氧生物強化處理耦合工藝。

本發明采用的技術原理概括如下：

納米磁鐵礦的添加能通過強化微生物間的電子傳遞實現高效厭氧生物處理，主要因為：(1)納米磁鐵礦是導體，具有良好的導電性能。(2)納米磁鐵礦粒徑小，具有較大的比表面，可以實現與微生物的充分接觸。(3)納米磁鐵礦具有吸附架橋作用，能將游離的微生物和有機物質富集在一起，縮短微生物之間的距離。(3)納米磁鐵礦具有還原性，能調節厭氧體系的氧化還原電位(ORP)和pH，加強功能菌群的富集。(4)納米磁鐵礦釋放的Fe²⁺和Fe³⁺，是厭氧微生物合成電子傳遞相關輔酶所必需元素。(5)納米磁鐵礦具有一定磁性，可以改善生物磁場，促進厭氧功能菌的生長代謝。

本發明采用的具體技術方案如下：

強化厭氧微生物活性的納米磁鐵礦耦合廢水處理工藝，步驟如下：

首先，向待接種的厭氧污泥中加入納米磁鐵礦，并通過磁力攪拌使納米磁鐵礦與厭氧污泥充分混合均勻，得到接種厭氧污泥；

然后，向厭氧反應器中接種混合有納米磁鐵礦的厭氧污泥，通入廢水后進行氮吹處理，去除反應器中氧氣殘留的同時實現污泥和納米磁鐵礦的進一步均勻混合；

最后，調節廢水的pH值和溫度，保持反應器中的泥水均勻混合狀態對廢水進行處理。

所述的納米磁鐵礦的制備方法如下：

1)以去氧稀硫酸為溶劑配置鐵離子混合溶液，溶液中Fe³⁺與Fe²⁺摩爾比為2:1；

2)在鐵離子混合溶液中加入過量的去氧氫氧化鈉溶液，并通過磁力攪拌實現溶液充分混合；

3)將制得的混合溶液置于磁鐵上進行固液分離后，通過虹吸法將上清液去除，得到磁鐵礦沉淀；

4)將去氧稀硫酸加入磁鐵礦沉淀中，通過磁力攪拌充分混合；

5)重復步驟3)和4)若干次后，用去氧超純水對分離所得磁鐵礦進行洗滌，得到納米磁鐵礦。

上述方法中，可采用如下工藝參數：

所采用的納米磁鐵礦平均粒徑小于100nm。廢水處理過程中，pH值調節至6.8～7.2，溫度保持在35℃，進水中C:N:P＝100:5:1。混合均勻的廢水中，納米磁鐵礦的投加量為1.55g Fe/g MLVSS。待接種的厭氧污泥取自MLSS約為30g L^-1的上流式厭氧生物反應器。

本發明針對傳統厭氧生物處理系統易酸化、性能不穩定等問題，通過鐵鹽溶解、沉淀、分離、洗滌等步驟制備了平均粒徑小于100nm的納米磁鐵礦，以1.55gFe/g MLVSS的比例通過攪拌、氮吹等方法將其與厭氧污泥充分混合均勻，厭氧生物處理裝置在35℃恒溫條件下培養。利用該納米磁鐵礦良好的導電性以及高比表面積，明顯強化了厭氧微生物種間電子傳遞，其活性得到大幅提高，最終使厭氧生物處理工藝性能得到提升。