CN102826649A - 一种利用缓释固体碳源进行生物脱氮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种利用缓释碳源对受硝酸盐污染水体进行反硝化脱氮的方法，包含以下步骤：向受硝酸盐污染的水体中添加木薯酒糟对污水进行脱氮处理。本发明操作特别方便，只需根据水体中硝酸盐浓度，按比例加入一定量的木薯酒糟即可。它主要通过木薯酒糟在水中缓慢释放有机碳作为微生物反硝化的碳源，达到生物脱氮的目的，而且失去释碳功能的木薯酒糟可在环境中自然降解，不会造成二次污染。

Description

一种利用缓释固体碳源进行生物脱氮的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及一种利用缓释固体碳源进行受硝酸盐污染水体生物脱氮的方法。
背景技术
目前，全球越来越多的国家地表及地下水体受到严重的硝酸盐污染，而人们的饮用水源多为地下水及地表水，因此这在很大程度上威胁了人们的饮水安全。人体长期摄入过量的硝酸盐会引起高铁血红蛋白症，甚至癌症。美国环境保护协会已经给出标准要求饮用水中硝酸盐浓度应低于10mg/L。目前，去除水体中的硝态氮有很多种方法，例如：离子交换法、反渗透法及生物脱氮法等等。在众多脱氮方法中，生物脱氮因其安全、高效、低成本等优势最受关注。
生物脱氮是在反硝化微生物的作用下将硝酸根逐步还原为氮气的过程（NO3 -→NO2 -→NO→N2O→N2），该过程是在一系列的酶解反应下进行的（见文献Process Biochemistry,2006,41:1289–1295）。在整个脱氮过程中，硝态氮作为电子受体需要有机碳向其提供电子，但是由于碳源不足，造成反硝化效果不理想。长久以来，为了提高反硝化的效果，人们常添加甲醇、乙酸等液态碳源作为补充碳源。这些液态碳源具有快速释放且易于被微生物利用等优点，但它存在投加量难以控制、投加次数频繁、易造成二次污染等问题。
固体碳源因具有缓慢释放、一次投加后可持续提供碳源、能使反硝化过程持久进行等优点，更适合作为受硝酸盐污染水体反硝化的碳源。固态碳源有很多种，包括，人工合成的大分子材料（见文献Bioresource Technology,2011,102:8835-8838）；天然的纤维素材料如棉花、甘草、树皮（见文献Process Biochemistry,2006,41:1539-1544）等。其中，人工合成的固态碳源其颗粒度较好且释碳量较易控制，可以获得较好的脱氮效果，但其生产成本较高。
木薯作为一种经济作物，其淀粉含量非常高，是工业生产酒精的一种重要原料。木薯酒糟作为木薯制备酒精的废弃物，其产量巨大，主要成分为纤维素、木质素等有机物（见文献Bioresource Technology,2000,74:81-87）。但到目前为止，未见将其用作为生物反硝化脱氮缓释固体碳源的报道。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种使受硝酸盐污染水体的生物脱氮方法，该方法利用木薯酒糟作为生物反硝化的固体碳源，使受硝酸盐污染水体生物脱氮，同时也为大量的木薯酒糟提供一条资源化利用的途径。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种含硝酸盐污水的生物脱氮方法，包含以下步骤：向受硝酸盐污染的水体中添加木薯酒糟进行脱氮处理。
所述的受硝酸盐污染的水体未处理前其硝酸盐浓度为2～80mg/L。
所述的木薯酒糟的加入量与受硝酸盐污染的水体中硝态氮的质量比为3:1～150:1，优选为15:1～25:1（即优选木薯酒糟的最佳投加量为：15～25g木薯酒糟/g NO3 -—N）。
所述的脱氮处理的处理时间为6-18天
所述的脱氮处理的处理时间为14天。
所述的脱氮处理的温度为5~30℃，优选为20℃。
本发明是将木薯酒糟用于受硝酸盐污染的天然河道水体中，所有的受硝酸盐污染的水体都可以，包括地下水。
本发明的生物反硝化脱氮是利用反硝化微生物的脱氮反硝化作用，将硝酸盐作为电子受体，将硝酸根逐步还原为氮气去除，NO3 -→NO2 -→NO→N2O→N2。主要的反硝化微生物是异样型微生物，需要利用外界提供的碳源，而木薯酒糟正是利用其缓释型为其持续缓慢的提供碳源，从而实现脱氮作用，并克服了传统液态碳源频繁投加的缺点。
本发明的有益效果是：本发明操作特别方便，只需根据水体中硝酸盐浓度，加入一定量的木薯酒糟即可。它主要通过木薯酒糟在水中缓慢释放有机碳作为微生物反硝化的碳源，达到生物脱氮的目的。
（1）为生物脱氮法治理水体中硝酸盐污染提供了一种优良的固体碳源，该碳源克服了液态碳源需要频繁投加等缺点。通过一次投加本发明的固体碳源，可以缓慢、持续的释放有机物质，保证高效、持续的脱氮效果。另外，检测发现结束后最终COD浓度也较低，且在其失去释碳功能后，可在环境中自然降解，不会造成二次污染。
（2）提供了一条资源化利用木薯酒糟的新途径，避免了资源的浪费并减轻其对环境的污染。
（3）处理后木薯酒糟不需要分离，因为酒糟属于纤维素类物质，失去释碳功能后可在自然界中自然分解，故无需分离。
具体实施方式
下面结合实例作进一步详细说明，应当理解下面所举的实施例只是为了解释说明本发明，并不包括本发明的所有内容。
实施例1
按0.02g/L的投加量将木薯酒糟（元素成分为C32.33%、N0.6%、H5.16%）投入到硝态氮浓度为2.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为10:1），置于20℃环境中。经过14天后，测得硝态氮浓度为0.25mg/L、亚硝态氮为0、COD为29mg/L，最终脱氮率为87.5%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约22倍。
实施例2
按0.15g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为10.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为15:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为0.47mg/L、亚硝态氮为0、COD为33mg/L，最终脱氮率达95.3%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约24倍。
实施例3
按0.25g/L的投加量将木薯酒糟投入硝态氮浓度为10.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为25:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为0.38mg/L、亚硝态氮为0、COD为34.8mg/L，最终脱氮率达96.2%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约24倍。
实施例4
按0.5g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为10.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为50:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为0.015mg/L、亚硝态氮为0、COD为52.8mg/L，最终脱氮率达99.8%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约25倍。
实施例5
按1.0g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为10.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为100:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为0mg/L、亚硝态氮为0、COD为66.4mg/L，表明硝态氮全部去除。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约25倍。
实施例6
按1.5g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为10.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为150:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为0mg/L、亚硝态氮为0、COD为104.4mg/L，表明硝态氮全部去除。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约25倍。
实施例7
按0.25g/L的投加量将木薯酒糟投入硝态氮浓度为10.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为25:1），置于5℃环境中，经过14天后，测得硝态氮浓度为1.5mg/L、亚硝态氮为0、COD为31.5mg/L，最终脱氮率达85%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约21倍。
实施例8
按0.25g/L的投加量将木薯酒糟投入硝态氮浓度为10.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为25:1），置于30℃环境中，经过14天后，测得硝态氮浓度为0.28mg/L、亚硝态氮为0、COD为36.5mg/L，最终脱氮率达97.2%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约24倍。
实施例9
按0.25g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为40.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为6.25:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为22.75mg/L、亚硝态氮为0、COD为36.32mg/L，最终脱氮率达43.1%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约11倍。
实施例10
按0.5g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为40.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为12.5:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为8.84mg/L、亚硝态氮为0、COD为43.3mg/L，最终脱氮率达77.9%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约19倍。
实施例11
按1.0g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为40.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为25:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为0.075mg/L、亚硝态氮为0、COD为64.8mg/L，最终脱氮率达99.8%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约25倍。
实施例12
按1.5g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为40.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为37.5:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为0.15mg/L、亚硝态氮为0、COD为114.4mg/L，最终脱氮率达99.6%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约25倍。
实施例13
按2.0g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为40.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为50:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为0.11mg/L、亚硝态氮为0、COD为153.2mg/L，最终脱氮率达99.7%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约25倍。
实施例14
按1.0g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为40.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为25:1），置于5℃环境中，经过14天后，测得硝态氮浓度为2.6mg/L、亚硝态氮为0、COD为52mg/L，最终脱氮率达93.5%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约23倍。
实施例15
按1.0g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为40.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为25:1），置于30℃环境中，经过14天后，测得硝态氮浓度为0mg/L、亚硝态氮为0、COD为68mg/L，表明硝态氮全部被去处。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约25倍。
实施例16
按0.24g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为80.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为3:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为50.38mg/L、亚硝态氮为0、COD为36.8mg/L，最终脱氮率达37%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约9倍。
实施例17
按1.5g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为80.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为18.75:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为6.37mg/L、亚硝态氮为0、COD为72.4mg/L，最终脱氮率达92.04%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约23倍。
实施例18
按2.0g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为80.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为25:1），其他操作同实施例1，经过14天后，测得硝态氮浓度为3.99mg/L、亚硝态氮为0、COD为76.4mg/L，最终脱氮率达95.01%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约24倍。
实施例19
按1.5g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为80.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为18.75:1），置于5℃环境中，经过14天后，测得硝态氮浓度为10.2mg/L、亚硝态氮为0、COD为65.4mg/L，最终脱氮率达87.25%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约22倍。
实施例20
按1.5g/L的投加量将木薯酒糟投入到硝态氮浓度为80.0mg/L的河道水模拟装置中（木薯酒糟与硝态氮的质量比为18.75:1），置于30℃环境中，经过14天后，测得硝态氮浓度为4.2mg/L、亚硝态氮为0、COD为75mg/L，最终脱氮率达94.75%。而不添加酒糟的对照组脱氮率为4%，效果提高了约24倍。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含硝酸盐污水的生物脱氮方法，其特征在于：包含以下步骤：向受硝酸盐污染的水体中添加木薯酒糟进行脱氮处理。
2.根据权利要求1所述的脱氮方法，其特征在于：所述的受硝酸盐污染的水体未处理前其硝酸盐浓度为2～80mg/L。
3.根据权利要求1所述的脱氮方法，其特征在于：所述的木薯酒糟的加入量与受硝酸盐污染的水体中硝态氮的质量比为3:1～150:1。
4.根据权利要求1所述的脱氮方法，其特征在于：所述的木薯酒糟的加入量与受硝酸盐污染的水体中硝态氮的质量比为15:1～25:1。
5.根据权利要求1所述的脱氮方法，其特征在于：所述的脱氮处理的处理时间为6-18天。
6.根据权利要求1所述的脱氮方法，其特征在于：所述的脱氮处理的处理时间为14天。
7.根据权利要求1所述的脱氮方法，其特征在于：所述的脱氮处理的温度为5~30℃。
8.根据权利要求1所述的脱氮方法，其特征在于：所述的脱氮处理的温度为20℃。 
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