[發明專利]一種零價鐵混養反硝化耦合改性生物炭兩級PRB地下水脫氮方法及反應器

有效

• 申請號: 202110563450.1
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113307447B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 薛罡;宋賓學;陳紅;錢雅潔;張艾;李響;高品;張羽;王錚;曾琳;賈林春;徐磊;王曉暖;何月玲;張承基;于鑫;孫蘇陽;陳鈺婷;陸曉峰
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F103/06;C02F101/16
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種零價鐵混養反硝化耦合改性生物炭兩級PRB地下水脫氮方法及反應器。本發明的脫氮方法包括：含有NO₃??N的地下水首先經設置聚乙烯網袋包裹的Fe⁰(鐵刨花)填料的一級PRB反應器處理，通過自養及異養共存的混養反硝化菌進行脫氮將大部分NO₃??N還原為N₂去除，然后再通過設有改性生物炭填料的二級PRB反應器將剩余NO₃??N吸附去除。本發明通過投加碳源與Fe⁰形成混養反硝化脫氮作用，可解決零價鐵易鈍化及自養反硝化菌生長速率慢的問題，易于操作管理、運行成本較低。

技術領域

本發明涉及一種零價鐵混養反硝化耦合改性生物炭兩級PRB地下水脫氮方法及反應器，屬于地下水修復技術領域。

背景技術

地下水是水資源的重要組成部分，由于其水量穩定、水質優良，是農業灌溉、工業生產和城市生活的重要水源。然而工業廢水排污及農業化肥、農藥的過度使用，使地下水中硝態氮污染普遍存在。飲用硝酸鹽含量超標的地下水會引發高鐵血紅蛋白血癥、肝癌和胃癌等疾病，造成較大的生態環境及健康風險。如何有效削減地下水中的NO₃^--N，成為當前亟待解決的問題。

按NO₃^--N去除原理的不同，脫氮技術大體上分為三類：物理處理技術、化學處理技術和生物處理技術，其中物理、化學處理技術因成本較高而在工程應用中受限。相比而言，生物脫氮技術是成本較低的地下水脫氮技術。對于低C/N的地下水脫氮，尚需補充足夠的有機碳源實現異養反硝化，碳源投加是反硝化脫氮的主要成本。以無機電子供體替代反硝化碳源、降低反硝化脫氮成本，成為低C/N地下水脫氮發展趨勢。基于低價鐵為電子供體的自養反硝化技術具有成本低且反應過程中基本無副產物等優勢，已成為含NO₃^--N地下水脫氮的主流技術之一。但零價鐵作為電子供體存在鈍化和團聚作用傾向且易板結，阻礙反應進程，導致脫氮效率下降；同時鐵自養反硝化菌生長速率慢，受水溫、pH等環境因素影響較大。為了解決以上問題，在鐵自養反硝化體系中外加有機碳源形成混養反硝化體系，既能減緩鐵的鈍化又能促進自養菌的生長。值得注意的是，即使經混養反硝化脫氮后，出水中依然會有少量NO₃^--N殘留，需要進一步處理方能實現地下水中硝酸鹽的徹底去除。生物質通過熱處理制備的生物炭，具有較大的比表面積和豐富的官能團，對水中的污染物具有良好吸附作用，通過金屬離子改性生物炭，可獲得對NO₃^--N良好吸附效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：地下水的自養反硝化脫氮中采用零價鐵作為電子供體存在鈍化和團聚作用傾向且易板結，阻礙反應進程，導致脫氮效率下降；同時鐵自養反硝化菌生長速率慢，受水溫、pH等環境因素影響較大成本高、效率低以及脫氮不完全等問題。

為了解決以上技術問題，本發明提供了一種零價鐵混養反硝化耦合改性生物炭兩級可滲透反應墻(PRB)地下水脫氮方法，包括以下步驟：

步驟1)：在一級PRB反應區設置聚乙烯網袋包裹的鐵刨花Fe⁰填料，以城市污水處理廠剩余污泥作為種泥，接種至一級PRB反應區中，含NO₃^--N地下水連續進水10-15日，使鐵刨花填料表面形成附著反硝化菌的生物膜，完成一級PRB的啟動；

步驟2)：含NO₃^--N地下水通過穿孔墻進入一級PRB反應區，同時在進水處投加有機碳源，利用聚乙烯網袋及鐵刨花Fe⁰上附著的異養及自養反硝化菌進行反硝化脫氮，將地下水中大部分NO₃^--N還原成N₂；