CN102976488A - 一种利用零价纳米铁强化生物脱氮除磷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用零价纳米铁强化生物脱氮除磷的方法。包括以下步骤：1）在氩气保护下将NaBH4溶液逐滴加入到FeSO4溶液中反应得到纳米铁悬浮液；2）向含有废水和活性污泥的血清瓶中投加纳米铁悬浮液，使纳米铁的浓度为20～200mg/L，厌氧反应3h，好氧反应6h；3）固液分离，取出上清液，实现水体中氮和磷的去除。本发明利用纳米铁巨大的比表面积及强的还原活性强化生物脱氮除磷效果，从而弥补常规生物脱氮除磷工艺的缺陷，使得水质达标。本发明操作方便，效果优良，无二次污染，在污水处理中有非常广阔的应用前景。

Description

一种利用零价纳米铁强化生物脱氮除磷的方法
技术领域
本发明涉及一种利用零价纳米铁强化生物脱氮除磷的方法，属于水处理领域。
背景技术
水体富营养化问题是目前最为关注的全球环境问题之一，其危害诸多，主要有：使水质恶化，水体溶解氧量下降，鱼类及其他生物大量死亡，水体带有霉臭味等。研究表明，氮、磷是导致水体富营养化的主要原因，因此，为了控制氮磷等污染物的排放量，防止水体富营养化，各个国家对城市生活污水中氮磷的排放标准的日趋严格。我国现行标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准规定氨氮不应超过5mg/L，总氮不应超过15mg/L，总磷不应超过0.5mg/L。由此可见，我国的污水处理行业正面临着污水深度脱氮除磷的问题，如何经济、高效的去除污水中的氮磷已成为水体污染防治领域的研究热点。
目前，工程中广泛应用的生物脱氮除磷工艺仍然是建立在传统理论基础上的组合工艺，主要分为两大类：按空间分割的连续流活性泥法和按时间分割的间歇式活性污泥法。但是传统工艺中由于功能不同的微生物在同一个系统中混合生长，其对机制类型、环境条件的要求也不尽相同，硝化过程需要长污泥龄而生物除磷需要短污泥磷，厌氧阶段中硝酸盐的存在会抑制聚磷菌对磷的释放，而反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争又影响了聚磷菌在厌氧条件下的生存，使得生物脱氮除磷工艺往往很难达到同步高效脱氮除磷的效果。故加强新工艺的研究和开发、开发高效且稳定的脱氮除磷技术具有重要的理论意义和广阔的应用前景，也是目前国际污水处理领域研究的重点、难点和热点。
近年来，零价纳米铁作为一种具有极强还原活性和吸附能力的新型材料，被广泛的应用于废水处理领域。研究发现，将纳米铁应用于反硝化脱氮的纯培物体系中，将560mg/L的纳米铁加入到经过驯化后的真养产碱杆菌培养液中，可以将50mg/L的NO3 --N完全转化为N2而不产生NH4 +，说明NZVI可被用于强化生物脱氮。当磷酸盐浓度为5mg/L，纳米铁投加量为560mg/L时，磷酸盐最终的去除率可达到100%。因此，将纳米铁添加于脱氮除磷系统中，不失为一种实现同步脱氮除磷的好方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用零价纳米铁强化生物脱氮除磷的方法。本发明利用零价纳米铁巨大的比表面积以及强的还原活性强化生物脱氮除磷，从而达到修复污染的目的。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
利用零价纳米铁强化生物脱氮除磷的方法包括以下步骤：
1）在含有100ml去离子水的500ml三口烧瓶中，通氩气20min后，在氩气保护下将200mL浓度为0.4mol/L的NaBH4溶液逐滴加入到200ml浓度为0.2mol/L FeSO4溶液中，电子搅拌下，反应得到浓度为4.48g/L的纳米铁悬浮液；
2）向含有废水和活性污泥的血清瓶中投加纳米铁悬浮液，使纳米铁的浓度为20～200 mg/L，厌氧反应3h，好氧反应6h，废水的浓度为：COD=300 mg/L，NH4 +-N=25mg/L，NO3 --N=10mg/L，PO4 3--P=10mg/L； 
3）固液分离，取出上清液，实现水体中氮和磷的去除。
所述的活性污泥浓度约3000mg/L。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1.由于纳米铁粒径小，比表面积大，具有很强的吸附能力及反应活性，能有效去除水体中的磷酸盐及硝态氮，强化生物脱氮除磷使得水质达标，在污水处理中有非常广阔的应用前景。
2.纳米铁在水中厌氧腐蚀及好氧氧化过程中会产生铁离子，通过化学沉淀可以进一步提高磷酸盐的去除率。
3.铁离子的形成可以促进污泥絮体的形成，而铁-磷复合污泥已经被证实可以作为肥料进行综合利用。
4.纳米铁价格低廉，设备简单，操作方便，且不会造成二次污染，能有效解决常规生物脱氮除磷工艺不能同时达标的缺陷。
附图说明
图1(a)为本发明所采用的纳米铁的透射电镜图；
图1(b)为本发明所采用的纳米铁的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明所使用的零价纳米铁由实验室合成，纳米铁的制备在三口烧瓶中进行，在氩气保护下将NaBH4溶液逐滴加入到FeSO4溶液中，反应在电子搅拌下进行。所制得的纳米铁的透射电镜如图1（a）所示，可见纳米铁颗粒呈球形，粒径约30～80nm。图1（b）为新制备纳米铁的扫描电镜图，可见纳米铁颗粒呈链状团聚，这是由于纳米粒子受磁力以及表面张力等共同作用的结果。
实验在250ml血清瓶中进行，将废水、活性污泥及制备得到的纳米铁加入，用无氧去离子水稀释至200ml，以厌氧3h好氧6h的运行方式反应9h，定时取样测定水样中氮磷的浓度。
实施例1：
1）在含有100ml去离子水的500ml三口烧瓶中，通氩气20min后，在氩气保护下将200mL浓度为0.4mol/L的NaBH4溶液逐滴加入到200ml浓度为0.2mol/L FeSO4溶液中，电子搅拌下，反应得到浓度为4.48g/L的纳米铁悬浮液；
2）向含有废水和活性污泥的血清瓶中投加纳米铁悬浮液，使纳米铁的浓度为20mg/L，厌氧反应3h，好氧反应6h，废水的浓度为：COD=300 mg/L，NH4 +-N=25mg/L，NO3 --N=10mg/L，PO4 3--P=10mg/L；
3）固液分离，取出上清液，实现水体中氮和磷的去除。经检测，纳米铁的浓度为20 mg/L时，厌氧反应3h后，对NO3 --N的去除率达到94.85%，反应9h后，NH4 +-N 和PO4 3--P的去除率分别为100%和82.07%。
实施例2：
1）在含有100ml去离子水的500ml三口烧瓶中，通氩气20min后，在氩气保护下将200mL浓度为0.4mol/L的NaBH4溶液逐滴加入到200ml浓度为0.2mol/L FeSO4溶液中，电子搅拌下，反应得到浓度为4.48g/L的纳米铁悬浮液；
2）向含有废水和活性污泥的血清瓶中投加纳米铁悬浮液，使纳米铁的浓度为200 mg/L，厌氧反应3h，好氧反应6h，废水的浓度为：COD=300 mg/L，NH4 +-N=25mg/L，NO3 --N=10mg/L，PO4 3--P=10mg/L； 
3）固液分离，取出上清液，实现水体中氮和磷的去除。经检测，纳米铁的浓度为200 mg/L时，厌氧反应3h后，对NO3 --N的去除率达到100%，反应9h后，NH4 +-N 和PO4 3--P的去除率分别为100%和97.69%。

Claims (2)

1.一种利用零价纳米铁强化生物脱氮除磷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）在含有100ml去离子水的500ml三口烧瓶中，通氩气20min后，在氩气保护下将200mL浓度为0.4mol/L的NaBH4溶液逐滴加入到200ml浓度为0.2mol/L FeSO4溶液中，电子搅拌下，反应得到浓度为4.48g/L的纳米铁悬浮液；
2）向含有废水和活性污泥的血清瓶中投加纳米铁悬浮液，使纳米铁的浓度为20～200 mg/L，厌氧反应3h，好氧反应6h，废水的浓度为：COD=300 mg/L，NH4 +-N=25mg/L，NO3 --N=10mg/L，PO4 3--P=10mg/L； 
3）固液分离，取出上清液，实现水体中氮和磷的去除。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，所述的活性污泥浓度约3000mg/L。
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