專利名稱：以木屑為碳源固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下水處理技術(shù)領(lǐng)域，確切地說是一種以木屑為碳源固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法。具體是應(yīng)用復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器(HABR)，選擇木屑與硫磺作為HABR兩級隔室中的反應(yīng)底物及生物膜載體，利用HABR分格結(jié)構(gòu)及推流流態(tài)實現(xiàn)固相異養(yǎng)反硝化與單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化的集成。
背景技術(shù)：
由于化學(xué)肥料、污水下滲以及垃圾糞便的污染，硝酸鹽氮已經(jīng)成為地下水中的一種主要污染物。過量的硝酸鹽容易使嬰兒患上高鐵血紅蛋白癥，同時硝酸鹽、亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝胺會產(chǎn)生“三致”作用，對人體健康構(gòu)成威脅。
生物反硝化法仍是最具競爭力的地下水硝酸鹽脫氮方法。由于低碳高氮的水質(zhì)特點，應(yīng)用傳統(tǒng)異養(yǎng)型生物反硝化去除硝酸鹽時碳源嚴重不足，必須外加液相碳源，成本增加的同時極易造成二次污染，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和維護提出較高要求。針對此問題，單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化、利用天然木質(zhì)纖維素類固態(tài)物質(zhì)的固相異養(yǎng)反硝化受到了研究者越來越多的關(guān)注。硫單質(zhì)作為電子供體成本低、無毒、不溶于水并且常態(tài)下穩(wěn)定，這些優(yōu)點使它成為理想的地下水中硝酸鹽反硝化電子供體。然而其反硝化過程效率較低，并產(chǎn)生SO42-導(dǎo)致水中硫酸鹽超標；同時會產(chǎn)生H+消耗堿度，通常需加石灰石(CaCO3)調(diào)節(jié)pH，使出水硬度偏大。利用低成本的天然木質(zhì)纖維素物質(zhì)作為碳源與生物膜載體的固相反硝化，其釋碳規(guī)律一直是研究的焦點。天然木質(zhì)纖維素類固體碳源中纖維素與半纖維素、木質(zhì)素共存，木質(zhì)素與半纖維素以價鍵結(jié)合形成一個十分致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將纖維素緊緊包裹，屏蔽了纖維素酶吸附纖維素分子。通常認為厭氧產(chǎn)甲烷條件下木質(zhì)素很難降解，若選擇棉花、麥桿、稻草等纖維素含量高的碳源，雖然反硝化菌可利用碳源多，但極易造成二次污染。高木質(zhì)素含量的木屑由于碳釋放量不足導(dǎo)致脫氮性能較差，但無二次污染的弊端，比較符合緩釋碳源的定義。木屑作為碳源的固相反硝化作用若能集成其他自養(yǎng)反硝化過程大幅提高脫氮效果，其也是很好的碳源選擇。整體來看，相比液相碳源，單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化與固相反硝化都存在著反硝化速率低、需要較長的水力停留時間等問題。異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化大大緩解了硫自養(yǎng)反硝化本身存在的硫酸鹽與堿度的問題，與單獨異養(yǎng)反硝化比也降低了碳源需求量，但畢竟仍需外加液相碳源。固相異養(yǎng)與電化學(xué)產(chǎn)氫自養(yǎng)集成反硝化由于成本、管理維護問題限制了其在實際中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出以木屑為碳源固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法。為達到上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案采用復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器(HABR)，選擇木屑與硫磺顆粒作為反應(yīng)底物及生物膜載體，分格填加在HABR兩級隔室內(nèi)，水沿導(dǎo)流板上下折流前進，依次通過兩個隔室，地下水中硝酸鹽通過各反應(yīng)室并與其中的微生物充分接觸而得到去除，設(shè)想利用HABR獨特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)實現(xiàn)固相異養(yǎng)與單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化的集成。在填充木屑的隔室內(nèi)，木屑作為碳源與生物膜載體，在纖維素降解菌以及異養(yǎng)反硝化菌協(xié)同作用下實現(xiàn)固相反硝化作用，同時為后續(xù)硫自養(yǎng)反硝化提供堿度；在填充硫磺顆粒的隔室內(nèi)，硫磺顆粒表面附著生物膜內(nèi)的硫自養(yǎng)反硝化菌進一步加大硝酸鹽去除負荷。本發(fā)明具有如下優(yōu)點
提出的固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化的設(shè)想，不但從根本上解決了傳統(tǒng)異養(yǎng)一硫自養(yǎng)集成反硝化仍需外加液相碳源的問題、避免了固相異養(yǎng)與零價鐵產(chǎn)氫自養(yǎng)反硝化集成、固相異養(yǎng)與電化學(xué)產(chǎn)氫自養(yǎng)反硝化集成各自存在的弊端，而且利用HABR獨特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)優(yōu)化不同菌群生長。
具體實施方式
采用復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器HABR，選擇木屑與硫磺顆粒作為反應(yīng)底物及生物膜載體，分格填加在HABR兩級隔室內(nèi)，水沿導(dǎo)流板上下折流前進，依次通過兩個隔室，地下水中硝酸鹽通過各反應(yīng)室并與其中的微生物充分接觸而得到去除，利用HABR獨特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)實現(xiàn)固相異養(yǎng)與單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化的集成，在填充木屑的隔室內(nèi)，木屑作為碳源與生物膜載體，在纖維素降解菌以及異養(yǎng)反硝化菌協(xié)同作用下實現(xiàn)固相反硝化作用，同時為后續(xù)硫自養(yǎng)反硝化提供堿度；在填充硫磺顆粒的隔室內(nèi)，硫磺顆粒表面附著生物膜內(nèi)的硫自養(yǎng)反硝化菌進一步加大硝酸鹽去除負荷。反應(yīng)中維持硫化物與硝酸鹽氮之間的摩爾比為I I. 5之間，控制產(chǎn)物為硫單質(zhì)與亞硝酸鹽，以實現(xiàn)厭
氧氨氧化的耦合。反應(yīng)中維持進水碳氮比在I 2之間，限制異養(yǎng)反硝化細菌的增殖。維持反應(yīng)溫度在25 -35°C之間。反應(yīng)器的選擇
試驗采用HABR厭氧折流板反應(yīng)器容積為2. 7L,有效體積為2. 4L,分為4個格室。每個格室的尺寸L X H X B=20 X 5 X 6. 75cm3，折板的有效高度為17cm，每個格室中間附有軟性填料。反應(yīng)器介質(zhì)及填充方式
將180g木屑和IOOOg硫磺分別填入反應(yīng)器的前兩格及后兩格隔室，取1.8L經(jīng)過馴化的污泥分別于木屑和硫磺在間歇反應(yīng)器內(nèi)浸泡48h進行接種，對反應(yīng)器進行連續(xù)動態(tài)掛膜馴化。啟動方式
保持中溫、PH中性條件，通過減少水力停留時間與提高進水基質(zhì)濃度相結(jié)合的方式逐步提聞硝酸鹽的容積負荷，進行系統(tǒng)啟動。
權(quán)利要求
1.一種基于固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法，其特征在于采用復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器HABR，選擇木屑與硫磺顆粒作為反應(yīng)底物及生物膜載體，分格填加在HABR兩級隔室內(nèi)，水沿導(dǎo)流板上下折流前進，依次通過兩個隔室，地下水中硝酸鹽通過各反應(yīng)室并與其中的微生物充分接觸而得到去除，利用HABR獨特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)實現(xiàn)固相異養(yǎng)與單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化的集成，在填充木屑的隔室內(nèi)，木屑作為碳源與生物膜載體，在纖維素降解菌以及異養(yǎng)反硝化菌協(xié)同作用下實現(xiàn)固相反硝化作用，同時為后續(xù)硫自養(yǎng)反硝化提供喊度；在填充硫橫顆粒的隔室內(nèi)，硫橫顆粒表面附著生物I吳內(nèi)的硫自養(yǎng)反硝化菌進一步加大硝酸鹽去除負荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽 的方法，其特征在于反應(yīng)中維持硫化物與硝酸鹽氮之間的摩爾比為I I. 5之間，控制產(chǎn)物為硫單質(zhì)與亞硝酸鹽，以實現(xiàn)與厭氧氨氧化的耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法，其特征在于反應(yīng)中維持進水碳氮比在I 2之間，限制異養(yǎng)反硝化細菌的增殖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法，其特征在于維持反應(yīng)溫度在25 35°C之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法，該方法應(yīng)用復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器(HABR)，選擇木屑與硫磺作為HABR兩級隔室中的反應(yīng)底物及生物膜載體，利用HABR分格結(jié)構(gòu)及推流流態(tài)實現(xiàn)異養(yǎng)自養(yǎng)反硝化的集成。在填充木屑的隔室內(nèi)，木屑作為碳源與生物膜載體，在纖維素降解菌以及異養(yǎng)反硝化菌協(xié)同作用下實現(xiàn)固相反硝化作用，同時為后續(xù)硫自養(yǎng)反硝化提供堿度；在填充硫磺顆粒的隔室內(nèi)，硫磺顆粒表面附著生物膜內(nèi)的硫自養(yǎng)反硝化菌進一步加大硝酸鹽去除負荷。本發(fā)明發(fā)展了異養(yǎng)自養(yǎng)集成反硝化工藝，為地下水硝酸鹽處理提供了新方法。
文檔編號C02F3/28GK102923854SQ201210438009
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者李軍, 李鳳丹, 陳東寧 申請人:沈陽建筑大學(xué)