[發明專利]自養異養協同生物反硝化法脫氮用材料及制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010464300.0
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111362405B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 陳方鑫;馮傳平;郝彥;彭彤;唐晟曄
• 申請（專利權）人: 北京淶澈科技發展有限公司;安徽淶澈水務科技有限公司
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F101/16
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 朱健;陳國軍

本發明公開了一種自養異養協同生物反硝化法脫氮用材料及制備方法與應用，涉及微生物法水處理技術領域，為解決現有自養或異養脫氮技術存在的問題，本發明提供的自養異養協同生物反硝化法脫氮用材料包括含硫物質、農林廢棄物有機物和礦物粘合劑，并通過特殊熱處理工藝制備改材料，所制備的材料彌補了自養與異養反硝化各自自身的缺陷，能夠保證脫氮系統長期穩定運行，脫氮效率高。

技術領域

本發明涉及微生物法水處理技術領域，具體涉及一種自養異養協同生物反硝化法脫氮用材料及制備方法與應用。

背景技術

自然水體中氮、磷化合物濃度過高引發水中藻類大量繁殖，是造成水體富營養化現象的關鍵原因。過度繁殖的藻類大量死亡后腐爛變質，使得水體水質急劇惡化。如2007年，太湖流域藍藻瘋狂生長，無錫全城供水中斷長達一周，造成數十億元的經濟損失。當飲用水水源地受到含氮物質污染時，使得進入給水處理廠的原水中藻類濃度大幅升高，從而造成水體色度、濁度增加，并產生不良氣味。常規給水處理工藝很難將這種受污染的水源水處理成達標的出廠自來水，因而給水廠必須對現有的運行工藝進行升級改造，使給水處理工藝的成本大幅上升，增大了工藝運行的復雜性。此外，藻類產生的各種有機物質還會在給水處理及其消毒的過程中轉化成有毒有害的副產物，破壞飲用水水質，嚴重損害人民群眾的身體健康。

硝酸鹽形態穩定，在飲用水中的含量過高會對人體造成危害。硝酸鹽進入人體后經硝酸鹽還原酶作用生成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽會對人體產生嚴重的危害，使亞鐵血紅蛋白（正常）轉變成高鐵血紅蛋白而失去運氧機能，造成機體組織缺氧，使皮膚黏膜青紫，潛伏期僅為 0.5 h 至 1 h，癥狀為頭暈、惡心、嘔吐、全身無力、皮膚發紫，嚴重者會因呼吸衰竭而死。這種危害對嬰兒特別是 6 個月以下的新生兒尤甚，能引起嬰兒高鐵血紅蛋白癥，俗稱“藍嬰病”。

為進一步降低污水含氮量，我國污水排放標準中有關含氮污染物的排放標準愈發嚴格。我國飲用水中NO₃^--N濃度上限為10 mg/L，北京市更是在2012年7月實施的地方污水排放標準中規定，經城鎮污水處理廠處理后排入地表I、II、III類水體的出水TN濃度不得高于10 mg/L，嚴于現行的一級A排放標準，部分污水現行污水處理單元僅需要增加以反硝化工藝為主的深度處理單元以滿足排放要求，如何高效、節能、無污染的進行深度脫氮處理成為亟待解決的環境問題。

微生物法去除硝酸鹽因其具有成本低，能耗小，出水穩定，產泥量低等特點日益受到廣泛學者的關注，根據微生物所需碳源不同，生物反硝化又分為異養反硝化和自養反硝化，其中異養反硝化需要投加有機碳源，反硝化速率快，但存在進水水質波動的情況下易造成投加量不足或過量，影響出水水質和二次污染風險同時存在堿度產量好污泥產量高的缺陷；硫自養反硝化只需投加無機碳源，污泥產量低，但需要堿性材料維持反硝化系統的pH和大量硫酸鹽生產。

為解決現有微生物法反硝化存在的上述問題，協同反硝化體系逐漸成為了新的研究熱點。自養-異養協同反硝化體系具有如下優點：1. 異養反硝化呼吸作用產生的無機碳，可作為自養菌的碳源；2. 自養反硝化產生的酸能與異養反硝化產生的堿中和，維持反應環境pH平衡；3.異養反硝化啟動塊，彌補自養反硝化啟動慢的缺點；4.自養反硝化污泥產率低，緩解了異養反硝化污泥量大的缺點。現有的自養異養協同生物反硝化體系將異養和自養反應系統分離，這將增加工藝成本，或是直接將碳源投加到自養反硝化體系中，而分別投加碳源和硫源會因堵塞現象和投加方式產生額外的人工維護成本，無法實現經濟高效深度脫氮的技術要求。然而人們對自養異養協同生物反硝化法脫氮用材料的研究非常有限，且還僅停留在實驗室階段，單就實驗室階段的公開數據看，目前的此類材料均不適用于大規模生產和使用，且普遍存在材料不利于微生物掛膜、原材料昂貴或加工成本昂貴、工藝過于復雜或對設備/環境要求嚴格導致不能實現大規模工業化生產線生產、加工工藝過于簡單導致材料不穩定進而造成體系不能長期穩定運行、需要額外投加碳源或硫源、由于材料自身生物質特性及加工工藝的缺陷導致的水質二次污染或污泥產量高等問題。因此，開發一種價格低廉、操作簡單、穩定高效的自養異養協同生物反硝化法脫氮用材料十分必要。