[發(fā)明專利]基于還原態(tài)Fe自養(yǎng)/木屑異養(yǎng)協(xié)同反硝化的人工濕地系統(tǒng)及其污水脫氮方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810650247.6
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108862574A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙聯(lián)芳;丁春運(yùn);包蕾;賀麗;朱夢晨;楊詩蕙;方艾倫
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F3/32;C02F3/34
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 沈進(jìn)

本發(fā)明公開了一種基于還原態(tài)Fe自養(yǎng)/木屑異養(yǎng)協(xié)同反硝化的人工濕地系統(tǒng)及污水脫氮方法，該人工濕地系統(tǒng)的填料組成為：沿水流方向依次設(shè)置普通填料層、協(xié)同反硝化填料層、石灰石填料層及卵石填料層。本發(fā)明還公開了一種利用所述人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行污水脫氮的方法，污水流經(jīng)協(xié)同反硝化填料層2時(shí)，自養(yǎng)反硝微生物以還原態(tài)Fe為電子供體，異養(yǎng)反硝化微生物以木屑分解的有機(jī)碳源為電子供體，將污水中的硝氮轉(zhuǎn)化為氣體去除，反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物如亞硝氮、氨氮產(chǎn)生量低，系統(tǒng)對TN的去除率高。本發(fā)明的人工濕地系統(tǒng)構(gòu)建簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、總氮去除率高、進(jìn)水硝氮濃度達(dá)到20?80mg/L，范圍大，適用于低C/N污水脫氮處理的工程應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及處理低C/N污水的一種基于還原態(tài)Fe自養(yǎng)/木屑異養(yǎng)協(xié)同反硝化的人工濕地系統(tǒng)及其污水脫氮方法。

背景技術(shù)

為了控制我國日趨嚴(yán)重的水體富營養(yǎng)化問題，污水脫氮已經(jīng)成為水處理領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)之一。人工濕地技術(shù)在污水脫氮除磷方面有獨(dú)特的效能，且具有高效低耗、景觀優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛用于處理生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)面源污水等各種污水。但是，人工濕地系統(tǒng)在處理低C/N污水時(shí)，會(huì)出現(xiàn)脫氮效率不佳的問題。為解決此問題，基于傳統(tǒng)的異養(yǎng)反硝化生物脫氮原理，通常采用的技術(shù)是向人工濕地系統(tǒng)中直接補(bǔ)充有機(jī)碳源。傳統(tǒng)液體有機(jī)碳源如甲醇、醋酸鈉等具有反應(yīng)速度快、高效的優(yōu)點(diǎn),但添加成本高；可生物降解多聚物有機(jī)碳源也存在投加成本高的問題；富含纖維素的植物碳源材料具有價(jià)廉易得，逐漸被用作強(qiáng)化脫氮的有機(jī)碳源應(yīng)用于人工濕地系統(tǒng)中。但由于植物材料的分解受多種因素如植物體成分、氣溫等的影響，有機(jī)碳源的釋放不易控制，會(huì)造成脫氮效果不穩(wěn)定或出水水質(zhì)二次污染的問題。

自養(yǎng)反硝化因無需額外添加碳源而日益受到研究者的重視。氫自養(yǎng)反硝化由于氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸存在一定危險(xiǎn)，且費(fèi)用較高，影響了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。硫自養(yǎng)反硝化由于硫磺原料價(jià)廉易得，具有一定的工程應(yīng)用優(yōu)勢。早在二十多年前即有國外研究者以硫磺作填料用于地下水硝酸鹽的反硝化脫氮處理，近年來也有將硫磺和石灰作為人工濕地填料進(jìn)行硫自養(yǎng)反硝化脫氮，但硫自養(yǎng)反硝化產(chǎn)物導(dǎo)致出水硫酸鹽含量偏高，且石灰石的使用會(huì)導(dǎo)致出水硬度大。

近年來國內(nèi)外研究者在地下水、沉積物等自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)一類鐵自養(yǎng)反硝化細(xì)菌，其能在厭氧條件下以NO₃^-作為電子受體，單質(zhì)鐵（Fe⁰）及各種形式的Fe²⁺化合物作為電子供體，將NO₃^-還原為N₂去除。中國發(fā)明專利CN201310139960.1公開了一株從自然環(huán)境中篩選出的鐵基質(zhì)自養(yǎng)反硝化微桿菌，并將其擴(kuò)培后附著于海綿鐵填料上，對較高濃度的硝氮（40mg/L）有較好的去除效果，且反應(yīng)過程中亞硝氮的產(chǎn)生量很少、未檢測出氨氮的生成，總氮的去除率高。該發(fā)明僅依靠鐵自養(yǎng)反硝化微生物作用脫氮，系統(tǒng)啟動(dòng)慢且硝氮的去除速率低，影響實(shí)際工程應(yīng)用。且單一的Fe自養(yǎng)反硝化會(huì)產(chǎn)生大量的堿度造成出水pH值升高。

為克服單一的硫自養(yǎng)、植物材料碳源異養(yǎng)反硝化脫氮中存在的問題，中國發(fā)明專利CN201410553821.8公開了一種植物碳源異養(yǎng)-硫自養(yǎng)混養(yǎng)反硝化的人工濕地系統(tǒng)和處理方法，該發(fā)明將一定粒徑的植物莖葉碎段、硫磺顆粒和碎石按一定比例混合作為人工濕地系統(tǒng)的反硝化填料層，通過異養(yǎng)反硝化與硫自養(yǎng)反硝化的耦合作用實(shí)現(xiàn)硝酸鹽氮的有效去除。該發(fā)明中采用植物莖葉碎段作有機(jī)碳源，因植物莖葉的分解速度較快，作為有機(jī)碳源容易失效，且其分解會(huì)導(dǎo)致其在作為填料時(shí)容易導(dǎo)致填料層塌陷。

綜上，現(xiàn)有技術(shù)中，有關(guān)于單獨(dú)采用植物碳源材料進(jìn)行異養(yǎng)反硝化，F(xiàn)e自養(yǎng)反硝化處理硝氮的報(bào)道，但是缺點(diǎn)在于單一的技術(shù)均存在各自的問題。目前，我國還未見采用基于還原態(tài)Fe自養(yǎng)/木屑異養(yǎng)協(xié)同反硝化脫氮人工濕地系統(tǒng)及方法的專利。

發(fā)明內(nèi)容