[發明專利]同步脫氮去除難降解有機物的光芬頓廢水處理方法和裝置

在審

• 申請號: 202310524995.0
• 申請日: 2023-05-10
• 公開（公告）號: CN116354490A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 張莉;司光超;高景峰;楊嘉春
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/30;C02F3/30;C02F3/34;C02F101/16;C02F101/30
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 廖慧敏

本發明提出了一種同步脫氮去除難降解有機物的光芬頓廢水處理方法和裝置，所述方法包括如下步驟：將廢水、Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;加入到含有光芬頓催化劑和厭氧氨氧化菌的反應器中，在光照條件下進行反應，去除廢水中的氮素和難降解有機物。本申請通過光芬頓實現難降解有機物的去除，通過以Anammox為核心的多物種群落脫氮并強化降碳，提出了一種更可持續的方法用于處理高含氮量、難降解有機物廢水。

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，具體涉及一種同步脫氮去除難降解有機物的光芬頓廢水處理方法和裝置。

背景技術

廢水中含有大量難降解有機物，如垃圾滲濾液、畜牧廢水和制藥廢水，由于這些化合物的毒性和環境持久性在廢水處理中引起了廣泛的關注。芬頓反應結合生物法處理被認為是有效去除難降解有機物及氨氮的理想方法。在傳統的芬頓反應中，Fe(II)被用作催化劑，與過氧化氫(H₂O₂)反應生成羥基自由基(·OH)，能將復雜的有機化合物降解為小分子物質，改善生物降解性和降低生物毒性。然而，以FeSO₄為催化劑的芬頓反應面臨著Fe(III)去除、鐵泥產生及pH調節的弊端。此外，傳統生物脫氮工藝需要消耗大量的溶解氧、碳源，運行成本高昂。

基于固體鐵催化劑的光芬頓結合生物處理技術無疑是上述問題的最佳解決方案。光芬頓技術可利用太陽能加快Fe(III)/Fe(II)氧化還原循環，實現低劑量催化劑持續催化H₂O₂生成·OH，提高催化效率并節約藥劑成本。相比于溶解性FeSO₄，固體鐵催化劑克服了pH調節和污泥處置的弊端，工業規模應用中可節約20-30％的運行成本。厭氧氨氧化(Anammox)是一種可供選擇的脫氮策略，在生物脫氮領域得到了廣泛的關注。與傳統脫氮工藝相比，厭氧氨氧化工藝具有曝氣需求量低、脫氮途徑短、無需外加碳源和溫室氣體產量低等優勢，可減少90％的運行費、節省50％的空間面積。

發明內容

為了結合光芬頓反應和厭氧氨氧化的優勢，本發明提出了光芬頓-Anammox一段式脫氮降碳體系，通過光芬頓實現難降解有機物的去除，以Anammox為核心的多物種群落脫氮并強化降碳，形成了一種更可持續的方法用于處理高含氮量、難降解有機物廢水。

本發明采用如下技術方案實現：

一種同步脫氮去除難降解有機物的光芬頓廢水處理方法，包括如下步驟：

將廢水、H₂O₂通入光芬頓催化劑和厭氧氨氧化菌混合形成反應體系，反應體系在光照條件下進行反應，去除廢水中的氮素和難降解有機物；

所述廢水中的氨態氮與亞硝態氮的摩爾比值為1-1.3。

可選地，所述廢水經過短程硝化處理和/或短程反硝化處理使所述廢水中的氨態氮與亞硝態氮的摩爾比值達到1-1.3。

Anammox的基質為氨氮和亞硝酸鹽，以氨氮為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，兩者以1:1.32的比例反應生成氮氣(1NH₄⁺+1.32NO₂^-+0.066HCO₃^-+0.13H⁺→1.02N₂+0.26NO₃^-+0.066CH₂O_0.5N_0.15+2.03H₂O)，因此應維持氨氮和亞硝酸鹽的摩爾比為1-1.3。然而，實際廢水中的亞硝酸鹽含量很低，所以要對廢水進行短程硝化或者短程反硝化處理，以達到該比例。

可選地，所述光芬頓催化劑為NH₂-MIL-101(Fe)催化劑；