一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统及方法，属于废水处理技术领域。本发明专利技术所述去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统包括铁屑和黄色食氢菌(Hydrogenophaga flava)；所述铁屑的粒径为0.1～0.8cm；所述黄色食氢菌(Hydrogenophaga flava)的保藏编号为CGMCC NO.1.8793。本发明专利技术所述系统能够高效去除低碳氮比废水中硝酸盐，成本低、能耗低且安全。

An iron coupling autotrophic denitrification system and method for the removal of nitrate from wastewater with low C / N ratio

【技术实现步骤摘要】
一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统及方法
本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统及方法。
技术介绍
硝酸盐污染主要来源于农业活动(过度使用的化肥、养殖场废水等)、家庭生活(厨余垃圾渗滤液、生活污水、排泄物等)、工业生产(工厂尾水不达标排放)等。并且，硝酸盐是硝化作用的最终产物，因此氮循环的失衡也可能导致硝酸盐的积累。近些年来，我国许多污水厂尾水中硝酸盐都是氮的主要形态，流入地表水中会引起水体富营养化，藻类迅速繁殖，水体溶解氧下降，水生生物的大量死亡。而作为饮用水源的地表水或地下水中超标的硝酸盐甚至会危害人体健康。研究表明，硝酸盐与高铁血红蛋白血症(蓝婴综合症)密切相关；除此之外，硝酸盐的过度摄入被证实还会增加非霍奇金淋巴瘤和胃癌的患病风险，并可能导致孕妇流产、胚胎畸形、冠状动脉疾病、卵巢癌、甲状腺功能亢进等。许多国家建立了饮用水中硝酸盐浓度的标准。美国国家环境保护局(USEPA)规定了硝酸盐最高污染物限值为10mgN/L；世界卫生组织(WHO)以及欧洲经济共同体(EEC)建立了11.3mgN/L的标准。我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定硝酸盐浓度必须低于10mgN/L(地下水源限制时为20mgN/L)。除此之外，虽然目前没有明确硝酸盐在污水厂尾水排放中的限值，然而硝酸盐作为总氮的重要组成部分，它的含量也受到了限制。我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准规定总氮的限值为15mgN/L，一级B标准规定总氮的限值为20mgN/L。然而，硝酸盐氮污染情况不容乐观。2017年我国生态环境部发布的《中国生态环境状况公报》显示，硝酸盐氮为地下水水质超标指标之一。低碳氮比(C/N)污水是一种常见的污水类型，这类污水通常有机物含量较低，氮含量较高，由于碳源不足给传统的生物脱氮带来了一定的困难，导致脱氮不完全。通常情况下，受到点源面源污染的地表水、地下水、污水处理厂进水及尾水、工业高氮废水都可能属于低C/N废水。受污染的地表水、地下水、污水厂尾水COD/TN通常小于3。根据反应机理的不同，硝酸盐的去除大体上可以分为物理法、化学法与生物法。物理化学法主要包括了离子交换、反渗透、电渗析、吸附等方法，而生物法根据碳源与电子供体的差别可以分为异养反硝化与自养反硝化。离子交换、反渗透、电渗析、吸附等物理化学方法虽然操作简便，但这些技术本质上只是硝酸盐的分离与转移，并没有实际上去除硝酸盐污染物，并且这些技术往往价格昂贵，可能带来二次污染，限制了它们的大规模应用，使它们无法成为主流的脱氮技术。生物反硝化是目前为止应用最为广泛的硝酸盐去除方法，相比起物理化学方法，它具有效率高、成本低的特点。异养反硝化菌需要有机物作为电子供体和碳源，然而在低C/N污水中，由于有机物的缺乏，使传统的异养反硝化无法顺利进行。补充异养反硝化所需要的有机物可能会导致二次污染以及资源的浪费。自养反硝化菌利用无机物作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，获得能量以供细胞生长。它们以二氧化碳或碳酸盐等无机碳为碳源，不需要额外提供有机碳源。由于自养反硝化菌生长速度缓慢，产生较少的生物堆积，可以有效避免细菌堵塞的现象。近年来，作为自养反硝化的一种形式，氢自养反硝化由于清洁无毒得到了越来越多研究学者的关注。氢气的供应是氢自养反硝化中最大的挑战之一，由于氢气具有易燃易爆的特点，给存储及运输带来了一定的危险性，所以直接给反应器提供大量的氢气并不是一种最佳的选择。而如果通过电解水直接原位生产氢气又需要额外大量的能量供应，增加了运行的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统及方法。本专利技术所述系统能够高效去除碳氮比废水中硝酸盐，成本低、能耗低且安全。本专利技术提供了一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统，所述系统包括铁屑和黄色食氢菌Hydrogenophagaflava；所述铁屑的粒径为0.1～0.8cm；所述黄色食氢菌Hydrogenophagaflava的保藏编号为CGMCCNO.1.8793。优选的是，所述铁屑的使用时间为130～150d。优选的是，所述系统还包括铁屑填充装置。优选的是，所述铁屑填充装置中铁屑的填充体积百分含量为80～85％。本专利技术还提供了上述技术方案所述系统的制备方法，包括以下步骤：1)在污水中投放铁屑，得到含铁屑液体；2)将黄色食氢菌Hydrogenophagaflava菌液接种于步骤1)所述含铁屑液体中，浸泡7～15d，得到去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统。优选的是，所述投放的量为每升污水投放250g以上的铁屑。优选的是，所述黄色食氢菌Hydrogenophagaflava菌液的浓度为2×108～3×108细胞/mL。优选的是，所述黄色食氢菌Hydrogenophagaflava菌液的接种量为每升污水投放5mL以上。本专利技术还提供了上述技术方案所述系统或上述技术方案所述制备方法得到的系统在去除低碳氮比废水中硝酸盐的方法，包括以下步骤：将低碳氮比污水通入所述系统，保持水力停留时间为12～24h，污水中硝酸盐浓度为8～50mg/L。优选的是，所述碳氮比C/N小于3。本专利技术提供了一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统。本专利技术所述系统中的铁屑通过厌氧腐蚀产生氢气，摒弃了传统的氢气供应方法，避免了运输及存储氢气过程中可能发生的爆炸危险；同时避免了通过电解水直接原位生产氢气所需的额外能量供应。本专利技术所述系统中铁屑粒径更大，避免了应用纳米铁材料的易团聚及易堵塞的情况。本专利技术所述系统利用自养反硝化原理，避免了传统的异养反硝化中由于碳源不足需要额外供应有机物所造成的二次污染与资源浪费。综上所述，本专利技术所述系统具有以下优点：低成本(系统由铁屑与自养反硝化微生物构成，相较于纳米铁等材料的高成本，铁屑是一种工厂废料，成本低廉且易获取，免除了供氢的成本，大大降低了运行成本)；安全(摒弃了传统的氢气供应方法，避免了运输及存储氢气过程中可能发生的爆炸危险)；低能耗(摒弃了通过电解水原位生产氢气的方法，不需要额外的能量供应)。附图说明图1为本专利技术提供的去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统反应原理图；图2为本专利技术提供的去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统反应装置。生物保藏说明黄色食氢菌(Hydrogenophagaflava)，保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，保藏地址为：中国.北京.北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物所。保藏日期为2008年10月21日，保藏编号为CGMCCNO.1.8793。具体实施方式本专利技术提供了一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统，所述系统包括铁屑和黄色食氢菌(Hydrogenophaga本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统，其特征在于，所述系统包括铁屑和黄色食氢菌Hydrogenophagaflava；所述铁屑的粒径为0.1～0.8cm；所述黄色食氢菌Hydrogenophagaflava的保藏编号为CGMCC NO.1.8793。/n

【技术特征摘要】
1.一种去除低碳氮比废水中硝酸盐的铁耦合自养反硝化系统，其特征在于，所述系统包括铁屑和黄色食氢菌Hydrogenophagaflava；所述铁屑的粒径为0.1～0.8cm；所述黄色食氢菌Hydrogenophagaflava的保藏编号为CGMCCNO.1.8793。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述铁屑的使用时间为130～150d。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括铁屑填充装置。


4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述铁屑填充装置中铁屑的填充体积百分含量为80～85％。


5.权利要求1～4任一项所述系统的制备方法，包括以下步骤：
1)在污水中投放铁屑，得到含铁屑液体；
2)将黄色食氢菌Hydrogenophagaflava菌液接种于步骤1)所述含铁屑液体中，浸泡7～15d，得到去...

【专利技术属性】
技术研发人员：方涛，刘夏薇，唐巍，鲍少攀，
申请(专利权)人：中国科学院水生生物研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42