锰循环耦合反硝化同步去除难降解有机物的方法及反应器技术

本发明专利技术公开了一种锰循环耦合反硝化同步去除难降解有机物的方法及反应器，包括污泥的富集培养、生物菌剂的制备、固定化材料预处理、固定化材料的制备、生物菌剂挂膜和反应器运行。本发明专利技术将锰氧化和锰还原串联，利用改性玉米芯所负载的MnO2作为锰氧化物来源，构建Mn(II)和Mn(IV)的循环体系，通过微生物驱动锰氧化还原循环耦合反硝化，高效去除水体中的硝酸盐和难降解有机物。本发明专利技术可连续运行，具有新型、高效、绿色、无二次污染等特点。无二次污染等特点。无二次污染等特点。

【技术实现步骤摘要】
锰循环耦合反硝化同步去除难降解有机物的方法及反应器


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种锰循环耦合反硝化同步去除难降解有机物的方法及反应器。

技术介绍

[0002]水污染是世界范围内的主要环境问题之一。近几十年来，由于人类活动的影响，水体中多种污染物共存的现象越来越普遍。一般而言，受污染水体中含有重金属、无机盐如硝酸盐，以及大量难降解有机物。这些有毒物质随着水流不断迁移转化，进一步渗透到土壤甚至地下水中，对人体健康、水生态环境构成严重威胁。
[0003]在众多水处理技术中，利用微生物的新陈代谢作用降解污染物的生物修复技术应用较为广泛。然而发展至今，微生物易受到生长环境的限制，大量投加甲醇、乙酸等碳源导致成本较高等局限性依然存在。此外，现有水处理技术难以兼顾同时去除硝酸盐和难降解有机物的处理效果，处理工艺运行费用较高，占地面积较大，易造成二次污染。
[0004]由锰氧化物介导的生物脱氮技术受到广泛专注。通过锰氧化还原循环耦合反硝化，可以提高生物途径的反应速度，显著减少微生物对有机碳的需求。在现有传统的反硝化工艺受到低碳氮比限制时，该方法具有潜在的应用价值，并可为当前水处理方法提供新的思路。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种锰氧化还原循环耦合反硝化去除水体中硝酸盐和难降解有机物污染的方法及反应器，该方法将锰氧化和锰还原串联，利用改性玉米芯所负载的MnO2作为锰氧化物来源，构建Mn(II)和Mn(IV)的循环体系，通过微生物驱动锰氧化还原循环耦合反硝化，高效去除水体中的硝酸盐和难降解有机物。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0007]本专利技术一方面，提供了一种锰循环耦合反硝化同步去除难降解有机物的方法，包括：
[0008]步骤(a)，密闭厌氧条件下，将水库沉积物、MM培养液和MnO2按照质量比为(30
‑
60)：(160
‑
200)：(1
‑
5)混匀，通入氮气并密封，进行污泥富集培养；
[0009]步骤(b)，将富集培养的污泥与MM培养液按照质量比为(3～5):1混合，分别加入MnO2粉末和Mn(Ⅱ)储备液中，连续通入氮气孵育；当检测到加入有MnO2粉末的污泥上层清液Mn
2+
增多，且加入有Mn(Ⅱ)储备液上层清液的污泥Mn
2+
减少，将两种污泥按照体积比1:1混合，得到复合生物菌剂；
[0010]步骤(c)，将干玉米芯预处理，加入预处理后的干玉米芯加入聚吡咯改性液中，振荡摇晃，静置浸泡，洗涤，干燥，得到聚吡咯改性玉米芯；
[0011]步骤(d)，将聚吡咯改性玉米芯加入氯化锰溶液中，再缓慢加入KMnO4溶液，氯化锰
溶液与KMnO4溶液质量比为(20
‑
30)：(16
‑
20)；调节pH值，稀释洗涤，放置至干燥，得MnO2负载玉米芯固定化材料；
[0012]步骤(e)，按体积比为1:2将MnO2负载玉米芯固定化材料与复合生物菌剂的混合液浸泡获得生物菌剂填料，加入MM培养液，室温下挂膜；
[0013]步骤(f)，将挂膜后的MnO2负载玉米芯固定化材料放入反应器，对进水中硝酸盐和难降解有机物去除。
[0014]步骤(a)中，富集培养包括：通入5
‑
10L/min氮气，每次5min；7天为一个培养周期，每个周期不断用MM培养液更换上清液，采用转速为70
‑
150r/min的摇床，富集2
‑
3周，当硝酸盐去除率在70％以上时富集培养结束。
[0015]步骤(a)中，MM培养液包括：以质量浓度计，CH3COONa 0.1
‑
0.2g/L，NaHCO
3 0.5
‑
0.8g/L，NaNO
3 0.1
‑
0.3g/L，C6H
12
O6·
H2O 0.05
‑
0.08g/L，KH2PO
4 0.05
‑
0.08g/L，K2HPO
4 0.15
‑
0.20g/L，MgCl
2 0.05
‑
0.08g/L，CaCl2·
7H2O 0.07
‑
0.10g/L，微量元素溶液Ⅰ1mL，蒸馏水1000mL，pH值＝7.0。
[0016]微量元素溶液Ⅰ包括：以质量浓度计，0.5
‑
0.8g/L MgSO4·
7H2O、1.0
‑
1.2g/L EDTA、0.2
‑
0.5g/L ZnSO4、0.1
‑
0.2g/L MnCl2·
4H2O、0.5
‑
0.8g/L FeSO4·
7H2O、0.5
‑
0.8g/L CuSO4·
5H2O、0.2
‑
0.5g/L CoCl2·
6H2O。
[0017]步骤(b)中，Mn(Ⅱ)储备液为质量浓度为0.05
‑
0.08g/L的MnCl2·
4H2O；
[0018]加入有MnO2粉末的污泥上层清液Mn
2+
增多15
‑
20mg/L，加入有Mn(Ⅱ)储备液的污泥上层清液Mn
2+
减少15
‑
20mg/L；
[0019]孵育包括连续通入氮气20
‑
30min，密封，在25
‑
30℃下孵育48
‑
72h。
[0020]步骤(c)中，天然玉米芯预处理，包括用浓度为0.5
‑
0.8mol/L的NaOH溶液浸泡8～24h，再用水洗涤至中性，50
‑
70℃下干燥24
‑
36h。
[0021]步骤(c)中，聚吡咯改性液为每100mL去离子水中加入1.5
‑
4.0mL吡咯和15
‑
17gFeCl3溶液；将预处理的干玉米芯放入聚吡咯改性液中，振荡摇晃5
‑
10min，静置浸泡4h，洗涤2～3次，50
‑
70℃干燥12
‑
24h。
[0022]步骤(d)中，MnO2负载玉米芯固定化材料，包括用1g/L NaOH将pH值调节至5.5
±
0.1，震荡1
‑
3min，用稀释后的乙醇洗涤3
‑
5次，60
‑
80℃下放置36
‑
48小时。
[0023]步骤(e)中，在室温下挂膜7
‑
10天，当硝酸盐去除率在70％以上，有机物去除率在90％以上时，挂膜结束。
[0024]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰循环耦合反硝化同步去除难降解有机物的方法，其特征在于，包括：步骤(a)，密闭厌氧条件下，将水库沉积物、MM培养液和MnO2粉末按照质量比为(30
‑
60)：(160
‑
200)：(1
‑
5)混匀，通入氮气并密封，进行污泥富集培养；步骤(b)，将富集培养的污泥与MM培养液按照质量比为(3～5):1混合，分别加入MnO2粉末和Mn(Ⅱ)储备液中，连续通入氮气孵育；当检测到加入有MnO2粉末的污泥上层清液Mn
2+
增多，且加入有Mn(Ⅱ)储备液上层清液的污泥Mn
2+
减少，将两种污泥按照体积比1:1混合，得到复合生物菌剂；步骤(c)，将干玉米芯预处理，加入预处理后的干玉米芯加入聚吡咯改性液中，振荡摇晃，静置浸泡，洗涤，干燥，得到聚吡咯改性玉米芯；步骤(d)，将聚吡咯改性玉米芯加入氯化锰溶液中，再缓慢加入KMnO4溶液，氯化锰溶液与KMnO4溶液质量比为(20
‑
30)：(16
‑
20)；调节pH值，稀释洗涤，放置至干燥，得MnO2负载玉米芯固定化材料；步骤(e)，按体积比为1:2将MnO2负载玉米芯固定化材料与复合生物菌剂的混合液浸泡获得生物菌剂填料，加入MM培养液，室温下挂膜；步骤(f)，将挂膜后的MnO2负载玉米芯固定化材料放入反应器，对进水中硝酸盐和难降解有机物去除。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，富集培养包括：通入5
‑
10L/min氮气，每次5min；7天为一个培养周期，每个周期不断用MM培养液更换上清液，采用转速为70
‑
150r/min的摇床，富集2
‑
3周，当硝酸盐去除率在70％以上时富集培养结束。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MM培养液包括：以质量浓度计，CH3COONa 0.1
‑
0.2g/L，NaHCO
3 0.5
‑
0.8g/L，NaNO
3 0.1
‑
0.3g/L，C6H
12
O6·
H2O 0.05
‑
0.08g/L，KH2PO
4 0.05
‑
0.08g/L，K2HPO
4 0.15
‑
0.20g/L，MgCl20.05
‑
0.08g/L，CaCl2·
7H2O 0.07
‑
0.10g/L，微量元素溶液Ⅰ1mL，蒸馏水1000mL，pH值＝7.0；微量元素溶液Ⅰ包括：以质量浓度计，0.5
‑
0.8g/L MgSO4·
7H2O、1.0
‑
1.2g/LEDTA、0.2
‑
0.5g/L ZnSO4、0.1
‑
0.2g/L MnCl2·
4H2O、0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏俊峰，刘严，黄廷林，白一涵，高志宏，李天萌，王煜轩，王新杰，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：