【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及废水处理，具体涉及一种基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法。
技术介绍
1、随着工业化和城市化的迅速发展，水体富营养化和氮污染问题日益严重。氮污染主要来源于农业排放(如化肥和农药)、工业废水以及生活污水。这些氮污染物进入水体后，会引起水体富营养化，导致藻类过度生长，破坏水生态系统，危及水生生物及人类健康。因此，研究和开发高效的脱氮技术具有重要的环境和社会意义。目前，常用的脱氮方法包括物理法、化学法和生物法。物理法如气提法和吸附法虽然简单易操作，但效率较低且成本较高。化学法如化学沉淀法和氧化还原法能快速去除氮污染物，但易产生二次污染，且药剂消耗大。生物法是目前应用最广泛的脱氮方法，主要包括异养反硝化和自养反硝化。异养反硝化需要外加有机碳源，操作成本较高且易引起污泥膨胀等问题。自养反硝化中自养反硝化菌则利用无机物作为能源和碳源，具有节约成本、环境友好等优点.
2、在自养反硝化方法中，黄铁矿(fes2)作为一种常见的硫化矿物，显示出了巨大的应用潜力。黄铁矿不仅在自然界中储量丰富，成本低廉，而且具有良好的环境相容性。黄铁矿自养反硝化是利用黄铁矿作为电子供体，通过微生物的代谢活动，将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气，实现脱氮目的。黄铁矿可以在有无微生物作用下，进行氧化溶解，产生二价铁离子和硫酸盐，从而被自养反硝化菌利用来去除硝酸盐。但是黄铁矿在厌氧环境下溶解缓慢，导致其生物利用率低下，使得自养反硝化反应速率相对较慢，需要较长的反应时间才能实现理想的脱氮效果。
3、因此本领域的技术人员致力于研究出一种环保
技术实现思路
1、黄铁矿在光照条件下能产生光电效应，即光照激发了黄铁矿中的电子，使其跃迁到导带中，形成自由电子。目前将黄铁矿光电效应与微生物自养反硝化协同应用于脱氮的相关研究相对较少。
2、本申请的专利技术人发现了黄铁矿的光电效应能在自养反硝化过程中发挥重要作用。在光照条件下，黄铁矿(fes2)吸收光子，产生光生电子(e-)和光空穴(h+)。光空穴(h+)具有强氧化性，可以氧化水生成羟基自由基(·oh)。这些自由基具有很高的氧化能力，可以氧化有机物，使其分解为小分子有机物，便于反硝化菌利用，从而还原硝氮。光生电子则可以增强黄铁矿在厌氧环境下的溶解，促进微生物的利用，也可以直接被硝酸盐捕获进行化学脱氮；其次，光子能促进光合细菌的生长，而光生电子可以作为部分非光合微生物的能量来源，促进其生长代谢；此外，光生电子还可以还原溶液或微生物胞外聚合物(eps)中的fe(ⅲ)，减少微生物的铁结壳，促进铁的转化，增强铁循环。
3、基于此，本申请开发了一种脱氮方法，其充分利用黄铁矿的光电效应，增强其在厌氧环境下的溶解，提高电子供给速率，促进微生物的代谢作用，从而实现高效脱氮。该方法克服了黄铁矿在厌氧环境下生物利用率低，自养反硝化速率缓慢等问题。
4、具体的，本申请提供了一种基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，包括：
5、s1、将经预处理的活性污泥接种到硝氮溶液中并进行曝气处理得到泥水混合液；
6、s2、向步骤s1得到的泥水混合液中加入经预处理的黄铁矿，在400-500nm范围可见光照射条件下，对微生物菌群进行培养；
7、s3、将步骤s2中得到的混合溶液进行静置，除去上清液，将含氮废水通入其中，在可见光照射条件下，通过化学氧化还原反应协同微生物作用去除含氮废水中的无机氮。
8、优选地，步骤s1中硝氮溶液中no3--n的浓度c通过以下公式确定：
9、
10、r：反硝化速率
11、k：最大反硝化速率
12、c：底物no3--n浓度
13、kd：反硝化过程的半饱和常数。
14、优选地，步骤s1中硝氮溶液含有5-100mg/l no3--n。
15、优选地，步骤s1中的曝气处理为曝n2处理，所述泥水混合液的溶解氧(do)＜0.5mg/l。
16、优选地，步骤s2中黄铁矿的预处理包括：将黄铁矿破碎至粒径为3-5mm，并通过水洗和酸洗去除表面的氧化膜。
17、优选地，步骤s2黄铁矿的投加量为5-20g/l，和/或照射在黄铁矿表面的光强度为5-30mw/cm2。
18、优选地，步骤s2中微生物菌群培养是在密闭厌氧的环境中进行，温度保持在25-35℃。
19、优选地，步骤s3中可见光照射条件通过以下一种或多种方式实现：led光源、太阳能光源和光纤传输光源。
20、优选地，步骤s3中，当含氮废水中有机碳与无机氮的比例(c/n)＜2.5时，添加以下一种或者多种碳源：乙酸、甲醇、葡萄糖和甘油。
21、优选地，所述含氮废水的处理方法采用连续或间歇进水的方式，水力停留时间(hrt)≥12h。
22、本申请的技术方案实现了以下技术效果：
23、1、本申请通过黄铁矿的光电效应及其与微生物的协同作用，有效提升了黄铁矿在厌氧环境下的溶解度和电子供给能力，从而显著提高其自养反硝化的速率，实现高效脱氮。
24、2、黄铁矿是一种在自然界中广泛存在的矿物，获取成本低廉，且不需要额外添加昂贵的化学药剂，大大降低处理成本。
25、3、本方法避免了传统化学脱氮方法中使用大量化学试剂可能带来的二次污染问题，采用天然黄铁矿和微生物代谢作用，过程绿色环保。
26、以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。
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1.一种基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤S1中硝氮溶液中NO3--N的浓度c通过以下公式确定：
3.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤S1中硝氮溶液含有5-100mg/L NO3--N。
4.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤S1中的曝气处理为曝N2处理，所述泥水混合液的溶解氧DO＜0.5mg/L。
5.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤S2中黄铁矿的预处理包括：将黄铁矿破碎至粒径为3-5mm，并通过水洗和酸洗去除表面的氧化膜。
6.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤S2黄铁矿的投加量为5-20g/L，和/或照射在黄铁矿表面的光强度为5-30mW/cm2。
7.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤
8.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤S3中可见光照射条件通过以下一种或多种方式实现：LED光源、太阳能光源和光纤传输光源。
9.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤S3中，当含氮废水中有机碳与无机氮的比例C/N＜2.5时，添加以下一种或者多种有机碳源：乙酸、甲醇、葡萄糖和甘油。
10.如权利要求8所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，所述含氮废水采用连续或间歇进水的方式，水力停留时间HRT≥12h。
...【技术特征摘要】
1.一种基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤s1中硝氮溶液中no3--n的浓度c通过以下公式确定：
3.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤s1中硝氮溶液含有5-100mg/l no3--n。
4.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤s1中的曝气处理为曝n2处理，所述泥水混合液的溶解氧do＜0.5mg/l。
5.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，步骤s2中黄铁矿的预处理包括：将黄铁矿破碎至粒径为3-5mm，并通过水洗和酸洗去除表面的氧化膜。
6.如权利要求1所述的基于黄铁矿光电效应强化自养反硝化脱氮方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋新山，侯肖肖，刘莹莹，慕凌云，黄威，曹新，许中硕，王宇晖，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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