一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，强泌碳型改性生物炭作为处理剂强化人工湿地进行反硝化脱氮，将强泌碳型改性生物炭与基质混合填入人工湿地床体中，或直接作为填料柱嵌入人工湿地床体中进行,所述的强泌碳型改性生物炭是以湿地植物为原料，经低温干馏后然后负载亚铁得到；反硝化脱氮处理温度为0‑40℃，pH为6‑8，人工湿地污水总氮含量为5‑60mg/L。本发明专利技术利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮取得了意料不到的效果，应用时通过简便的负载Fe(II)，Fe(II)可作为电子供体将电子转移给高价氮(如NO

Method for strengthening artificial wetland denitrification by utilizing strong carbon type modified biological carbon

The invention relates to a method of modifying the biochar enhanced denitrification in constructed wetlands with high urinary carbon, strong secretion of carbon modified biochar as treatment agent to strengthen the artificial wetland denitrification, the strong carbon urinary modified biochar mixed with matrix filled with artificial wetland system, or directly as the packing column is inserted in the wetland bed was carried out in the strong secretion of the carbon modified biochar is a wetland plant as raw material by low-temperature carbonization and ferrous load; denitrification treatment temperature is 0 DEG C for 6 pH 40, 8, the total nitrogen content of wastewater wetland is 5 60mg/L. The invention uses the strong carbon type modified biological carbon to strengthen the constructed wetland to remove nitrogen, and the effect is unexpected. When applied, the electron is transferred to the high valence nitrogen (such as NO) by the simple load Fe (II) and Fe (II) as an electron donor

【技术实现步骤摘要】
一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法
本专利技术涉及一种人工湿地脱氮方法，具体是一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地化学与微生物反硝化脱氮的方法，属于环境工程污水处理

技术介绍
人工湿地作为一种由植物、基质、微生物等组成的独具特色的复合生态污水处理技术，在发展中地区污水处理厂达标尾水深度治理中具有突出的应用优势，逐步成为污水深度净化常用的新兴方法之一。然而，由于达标尾水中碳氮比低、硝态氮含量高，人工湿地反硝化脱氮效果往往受到抑制。另外，我国每年产生的湿地植物生物质面积达五千余万公顷，湿地植物除了一部分被湿地动物所摄食，进入生物链，大部分植物直接枯萎死亡，大量湿地植物如得不到及时清除，腐败后分解，再次释放到湿地水体中，有的地方甚至采取焚烧的做法，影响了大气环境质量。高价值资源化技术的缺失导致巨大的资源浪费和潜在的二次污染风险。随着污水中总氮排放标准的日益加严，如何将人工湿地高效反硝化脱氮与植物资源化利用有机结合是亟待解决的难题。有研究将湿地植物直接填埋入湿地提供碳源，但是难以控制植物腐烂时间，且极易出现湿地堵塞，出水色度加大等问题；中国专利文献CN103936161A”公开了一种利用植物碳源强化人工湿地对低碳高氮污水脱氮的方法和系统，它利用植物水解液作为湿地有机碳源、强化污水脱氮效率的方法，但该种方法操作复杂，且存在水解废弃物，没有实现植物的最大化利用。生物炭(Biochar)，是由生物质在低氧环境下炭化产生的一类含碳量极其丰富、紧密堆积的片层状多孔环境功能材料。近年来生物炭在温室气体N2O减排、土壤改良修复、污染物吸附等方面展现出巨大的应用潜力，受到广泛关注。生物炭制备简便，无需活化，成本仅为活性炭的1/6左右。生物炭在人工湿地系统中的引入，能够为同时实现植物资源化利用与湿地效果的提升提供潜在的解决方案。中国专利文献CN104761057A公开了一种生物炭模块化复合垂直流人工湿地系统，将生物炭添加入垂直流人工湿地的概念，但是该专利没有针对性提出生物炭的制备方法、生物炭碳源释放特性以及微生物——生物炭脱氮机制。当前生物炭多作为吸附剂或土壤改良剂使用，反硝化强化脱氮应用鲜有报道，且当前生物炭大多在高温下制备，大部分有机物气化，提供碳源的能力极为有限。因此，研发新型高泌碳型湿地基质，在促进湿地反硝化脱氮效果的同时实现湿地植物资源化高效利用，具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，处理效率高。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，强泌碳型改性生物炭作为处理剂强化人工湿地进行反硝化脱氮，将强泌碳型改性生物炭与基质混合填入人工湿地床体中，或直接作为填料柱嵌入人工湿地床体中进行,所述的强泌碳型改性生物炭是以湿地植物为原料，经低温干馏后然后负载亚铁得到；反硝化脱氮处理温度为0-40℃，pH为6-8，人工湿地污水总氮含量为5-60mg/L。本专利技术优选的，反硝化脱氮处理温度为10-30℃，pH为6-7，人工湿地污水总氮含量为20-40mg/L。本专利技术优选的，强泌碳型改性生物炭与基质的混合的体积比1:20～1:2，进一步优选的，强泌碳型改性生物炭与基质的混合的体积比1:10～1:3，最为优选的，强泌碳型改性生物炭与基质的混合的体积比1:3。本专利技术优选的，所述的基质为砾石、建筑废砖或石英砂中的一种或两种以上混合。本专利技术优选的，强泌碳型改性生物炭与基质混合后的总覆盖面积占湿地总面积的1/3～2/3，强泌碳型改性生物炭与基质混合填充后的孔隙率为20～50％；优选的，强泌碳型改性生物炭与基质混合填充后的孔隙率为30～40％。本专利技术优选的，直接作为填料柱是将生物炭填充至填料柱内，然后将填料柱垂直嵌入人工湿地床体中，生物炭总体积与湿地体积比为1:20～1:4；所述填料柱为穿孔柱，孔径为0.5～1cm，开孔率40％～80％。进一步优选的，填料柱覆盖面积占湿地表面积的1/20～2/3。本专利技术优选的，所述的强泌碳型改性生物炭是按以下方法制备得到：(1)、以湿地植物为原料，将湿地植物洗净，粉碎成直径为1～3cm的块状，风干至恒重；(2)、将步骤(1)处理后的湿地植物在惰性气体保护下，通过干馏方式，在低温下进行快速碳化处理，得到生物炭；所述干馏温度为250～400℃，升温速率为5～10℃/min，干馏时间30～60min；(3)、负载改性处理：将步骤(2)制得的生物炭与0.5～3mol/L的氯化亚铁溶液混合，静置12～16h进行负载亚铁，负载后的生物炭用去离子水洗涤至中性，然后于100～120℃厌氧环境中干燥6～12h，得到强泌碳型改性生物炭。本专利技术优选的，步骤(1)中原料的选用湿地植物的根或茎。本专利技术优选的，步骤(1)湿地植物为湿地常用植物芦竹、水织锦、杞柳等中的一种或两种以上混合。本专利技术优选的，步骤(2)所述的惰性气体为氮气。本专利技术优选的，步骤(2)干馏温度为250～300℃，升温速率为5～8℃/min，干馏时间40～60min。最为优选的，步骤(2)干馏温度为300℃，升温速率为5～8℃/min，干馏时间60min。本专利技术优选的，步骤(3)氯化亚铁溶液的浓度为1～3mol/L，最为优选的，氯化亚铁溶液的浓度为3mol/L。本专利技术优选的，步骤(3)负载时间为12h。本专利技术优选的，步骤(3)厌氧干燥温度100～110℃，干燥时间8～12h，最为优选的，步骤(3)厌氧干燥温度105℃，干燥时间12h。本专利技术利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法取得了意料不到的效果。本专利技术所用原料及设备均为现有技术。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)、本专利技术利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮取得了意料不到的效果，应用时通过简便的负载Fe(II)，Fe(II)可作为电子供体将电子转移给高价氮(如NO3-，NO2-)，在自身被氧化的同时可以将高价态氮还原为氮气，实现化学反硝化脱氮过程。同时微生物也可以分别以亚铁和硝酸盐作为电子供体和受体，将亚铁氧化为三价铁，同时还原硝酸盐，从而将NO3-转化为N2。另外，当反应体系中NO3-消耗完时，微生物还可以利用生物炭释放的有机物将Fe(III)还原为Fe(II)，从而实现铁-氮的氧化还原循环。(2)、本专利技术使用的强泌碳型改性生物炭在低温下干馏制备，其有机碳溶出能力大大高于当前高温下(>400℃)制备的生物炭。图1是不同温度下干馏法制备的芦竹生物炭有机碳溶出曲线，由图可以看出在低温300℃下制备的芦竹生物炭用去离子水按照1:20的比例进行有机碳溶出测定，其有机碳浓度高达135mg/L(2700mg/kg)，是污水处理厂一级A标准COD出水浓度(50mg/L)的近3倍，因此，对于低碳氮比废水的强化脱氮，该部分有机碳将起到重要作用。随着温度升高，生物炭中有机碳溶出量大幅减少，因此高温生物炭对于释放碳源促进反硝化的作用十分有限。(3)、大量报道表明生物炭在土壤中可缓解温室气体N2O释放，本专利技术中将强泌碳型改性生物炭应用于人工湿地污水深度脱氮处理，既起到固碳减排的作用，又能通过促进反硝化进程缓解人工湿地N2O释放。本专利技术以简单的方法提升了低碳氮比污水中反硝化脱氮的效率，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，强泌碳型改性生物炭作为处理剂强化人工湿地进行反硝化脱氮，将强泌碳型改性生物炭与基质混合填入人工湿地床体中，或直接作为填料柱嵌入人工湿地床体中进行,所述的强泌碳型改性生物炭是以湿地植物为原料，经低温干馏后然后负载亚铁得到；反硝化脱氮处理温度为0‑40℃，pH为6‑8，人工湿地污水总氮含量为5‑60mg/L。

【技术特征摘要】
1.一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，强泌碳型改性生物炭作为处理剂强化人工湿地进行反硝化脱氮，将强泌碳型改性生物炭与基质混合填入人工湿地床体中，或直接作为填料柱嵌入人工湿地床体中进行,所述的强泌碳型改性生物炭是以湿地植物为原料，经低温干馏后然后负载亚铁得到；反硝化脱氮处理温度为0-40℃，pH为6-8，人工湿地污水总氮含量为5-60mg/L。2.根据权利要求1所述的利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，其特征在于，反硝化脱氮处理温度为10-30℃，pH为6-7，人工湿地污水总氮含量为20-40mg/L。3.根据权利要求1所述的利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，其特征在于，强泌碳型改性生物炭与基质的混合的体积比1:20～1:2，进一步优选的，强泌碳型改性生物炭与基质的混合的体积比1:10～1:3，最为优选的，强泌碳型改性生物炭与基质的混合的体积比1:3。4.根据权利要求1所述的利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，其特征在于，所述的基质为砾石、建筑废砖或石英砂中的一种或两种以上混合。5.根据权利要求1所述的利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，其特征在于，强泌碳型改性生物炭与基质混合后的总覆盖面积占湿地总面积的1/3～2/3，强泌碳型改性生物炭与基质混合填充后的孔隙率为20～50％；优选的，强泌碳型改性生物炭与基质混合填充后的孔隙率为30～40％。6.根据权利要求1所述的利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法，其特征在于，直接作为填料柱是将生物炭填充至填料柱内，然后将填料柱垂直嵌入人工湿地床体中，生物炭总体积与湿地体积比为1:20～1:4；所述填料柱为穿孔柱，孔径为0.5～1cm，开孔率40％～80％。7.根据权利要求1所述的利用强泌碳型改性生物炭强化人...

【专利技术属性】
技术研发人员：范金林，沈友豪，陈婷，张建，张成禄，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37