CN103693736A - 一种反硝化水处理剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种反硝化水处理剂。该处理剂为无机物、生物合成高分子聚合物和天然可降解有机物的混合物，混合物中无机物的重量含量为5～30﹪、生物合成高分子聚合物的重量含量为50～90﹪、天然可降解有机物的重量含量为5～30﹪。本发明反硝化水处理剂可在5～35℃温度下去除水中的亚硝酸盐、硝酸盐，在反硝化反应过程中的适应温度宽，甚至在5℃～10℃也能较好脱氮反应。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种水处理剂，具体是一种反硝化水处理剂。
背景技术
据2009年《中国环境质量公报》，26个国控重点湖泊(水库)中，劣v类水质湖(库)9个，占34.6％。其中，太湖、滇池水质总体均为劣V类，巢湖水质总体为V类，总氮超标是它们的一个显著特征。总氮包含硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮和有机氮等，含氮化合物会促进水生生物的大量繁殖，导致水体的富营养化，硝酸盐和亚硝酸盐还可转化为致癌物亚硝胺，影响饮用水安全
近年来地下水硝酸盐水平呈持续上升趋势。根据调查发现有21个城市的地下水正受到硝酸盐的污染，其中污染严重的有10个城市。特别是北方几个以地下水为主要供水水源的大城市更是如此。
硝酸盐本身对人体没有危害，但在人体内经硝酸盐还原菌作用后被还原成亚硝酸盐。亚硝酸盐与血液中的血红蛋白反应形成高铁血红蛋白，从而影响血液的氧传输能力，导致婴儿高铁血红蛋白症。此外亚硝酸盐与胺和酰胺反应形成亚硝胺和亚硝酰胺。它们是高度致癌物质，且会造成畸胎和引发诱变。
依据生物反硝化理论，碳源是异养反硝化反应的核心基质，而碳源材料释碳规律及其影响因素是选择合适碳源的重要指标。现有的反硝化外加碳源大体上可以分为两大类：一是传统型外加碳源。传统的反硝化碳源以葡萄糖、甲醇、乙醇、乙酸等液态有机物为主；二是新型外加碳源。新型碳源主要是以可生物降解的聚合物、淀粉和一些天然的固体有机物如木质纤维素等。在生物反硝化脱氮工艺中加入固体碳源，可同时起到为生物体提供生长载体的作用，为反硝化细菌创造一个更稳定的生存环境。目前已有不少研究结果表明以固态有机物作为反硝化作用的外加碳源，可以取得较好的硝酸盐去除效果，固态有机碳源因具有缓效释放有机物的优点，能保证反硝化过程的持续进行。为了有效地控制碳源的的释放，根据固体碳源PHA、淀粉和纤维素不同的释放速率，进行不同的配比，调节碳源的释放速率，与生物反硝化速率相匹配，更加有效的利用碳源。即挂膜快、启动时间短，又使出水COD达到排放标准。CN103194050A《一种高淀粉含量热塑性淀粉、聚酯共混共混物的指标方法及应用》所需的淀粉需改性，反硝化的温度在25℃～30℃之间。
研究表明反硝化过程不仅跟可利用碳源的量有关,还在很大程度上受碳源性质的影响，不同的固体碳源对应不同的反硝化菌，反硝化速率也不同。我们采用不同的固体碳源PHA、淀粉和纤维素复配，使其反硝化过程具有更强的适应性。
在微生物反硝化过程中，反硝化的过程核心是生物膜，生物膜的好坏和活性的高低对水处理除氮的效果起决定性的作用。有研究表明反硝化菌的生长的适宜温度在20～40℃，而在8℃的环境条件下反硝化的速率还不到30℃反硝化的速率的1/7,所以反硝化温度在反硝化除氮过程中关键因素，它影响微生物的增殖速度和活性，同时也影响碳源释放速度、微生物反应体系的传质和扩散。CN102676433《一种低温同步脱氮除磷的假单胞菌及其应用》所述低温为10～20℃并且需添加经分离、筛选低温革兰氏阴性细菌。
CN102923854A《以木屑为碳源固相异养与硫自养集成反硝化去除地下水中硝酸盐的方法》所述的反硝化温度为25～35℃之间。
金属离子的添加一方面改变固体表面的微孔结构，有利于反硝化菌的挂膜；另一方面在反硝化的过程中，金属离子的缓慢释放造成局部磷富集促进了反硝化菌的生长，也去除了部分水中的磷。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种反硝化水处理剂，该处理剂碳源温和释放，无需添加任何低温菌种，在5℃～35℃条件下可进行水中反硝化除氮。
本发明的反硝化水处理剂为无机物、生物合成高分子聚合物和天然可降解有机物的混合物，混合物中无机物的重量含量为5～30﹪、生物合成高分子聚合物的重量含量为50～90﹪、天然可降解有机物的重量含量为5～30﹪。
所述的无机物为金属盐、金属氧化物、金属碱、镧系稀土中的一种或多种；
所述的金属盐为氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铝、硫酸铝中的一种或多种。
所述的金属氧化物为氧化铁、氧化铝中的一种或两种。
所述的金属碱为氢氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化铝中的一种或多种。
所述的生物合成高分子聚合物为微生物发酵法合成的聚羟基丁酸酯（PHB）、聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）中的一种或两种，生物合成高分子聚合物的粘均分子量为200000～1000000；
所述的天然可降解有机物为淀粉、纤维素中的一种或两种。
本发明反硝化水处理剂可在5～35℃温度下去除水中的亚硝酸盐、硝酸盐。
本发明的有益效果：
1.本发明反硝化水处理剂在反硝化反应过程中的适应温度宽，甚至在5℃～10℃也能较好脱氮反应。
2.本发明反硝化水处理剂的碳释放可控，出水COD能达到排放标准。
3.本发明反硝化水处理剂作为反硝化碳源，工艺简单，易工程化。
附图说明
图1为本发明反硝化水处理剂验证反硝化效果装置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1.
将50g氢氧化铝、450g聚羟基丁酸酯（PHB）、450g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、50g天然可降解有机物混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例2.
将300g氢氧化铝、500g聚羟基丁酸酯（PHB）、200g天然可降解有机物混合均匀，在双螺杆挤出机150℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例3.
将150g氢氧化铁、550g聚羟基丁酸酯（PHB）、300g天然可降解有机物混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例4.
将300g氢氧化铁、500g聚羟基丁酸酯（PHB）、100g玉米淀粉、200g马铃薯淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例5.
将50g氧化铁、650g聚羟基丁酸酯（PHB）、300g玉米淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例6.
将300g氧化铁、500g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、200g马铃薯淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例7.
将100g氧化铁、800g聚羟基丁酸酯（PHB）、100g玉米淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例8.
将50g硫酸铁、900g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、50g玉米淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例9.
将300g硫酸铁、500g聚羟基丁酸酯（PHB）、200g小麦淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例10.
将200g硫酸铁、600g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、200g甘薯淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例11.
将50g硫酸亚铁、900g聚羟基丁酸酯（PHB）、50g马铃薯淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例12.
将300g硫酸亚铁、500g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、200g绿豆淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例13.
将100g硫酸亚铁、600g聚羟基丁酸酯（PHB）、300g马铃薯淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例14.
将50g氧化铝、900g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、50g小麦淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例15.
将300g氧化铝、500g聚羟基丁酸酯（PHB）、200g麻纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机150℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例16.
将100g氧化铝、600g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、300g甘薯淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例17.
将50g硫酸铝、900g聚羟基丁酸酯（PHB）、50g甘薯淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例18.
将300g硫酸铝、650g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、50g麻纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例19.
将80g硫酸铝、620g聚羟基丁酸酯（PHB）、300g小麦淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机150℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例20.
将50g氧化铁、900g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、50g绿豆淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例21.
将300g氧化铁、500g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、200g竹质纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机150℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例22.
将100g氧化铁、600g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、300g绿豆淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例23.
将50g氧化铝、900g聚羟基丁酸酯（PHB）、50g竹质纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例24.
将300g氧化铝、500g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、200g木质纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例25.
将150g氧化铝、550g聚羟基丁酸酯（PHB）、300g麻纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例26.
将50g氢氧化铁、900g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、50g木质纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例27.
将200g氢氧化铁、500g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、300g竹质纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例28.
将50g氢氧化亚铁、900g聚羟基丁酸酯（PHB）、50g麦秆纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例29.
将300g氢氧化亚铁、200g聚羟基丁酸酯（PHB）、300g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、200g麦秆纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例30.
将100g氢氧化亚铁、600g聚羟基丁酸酯（PHB）、300g木质纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例31.
将200g氢氧化铝、500g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、300g麦秆纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例32.
将50g镧系稀土、900g聚羟基丁酸酯（PHB）、50g麦秆纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例33.
将300g镧系稀土、200g聚羟基丁酸酯（PHB）、300g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、200g麦秆纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机150℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例34.
将100g镧系稀土、600g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、300g木质纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例35.
将25g氯化铁、25g氯化铝、900g聚羟基丁酸酯（PHB）、50g甘蔗纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例36.
将100g氧化铁、200g氧化铝、600g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、100g甘蔗纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机150℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例37.
将100g氢氧化铝、100g氢氧化铁、500g聚羟基丁酸酯（PHB）、300g稻草纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机150℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例38.
将25g氢氧化铝、25g氧化铁、450g聚羟基丁酸酯（PHB）、450g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、50g稻草纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例39.
将100g氢氧化铝、100g氧化铁、100g氯化铝、500g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、200g稻草纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例40.
将100g氢氧化铝、100g氧化铝、500g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、300g甘蔗纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机150℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例41.
将100g氢氧化铝、100g氧化铝、500g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、100g稻草纤维素、200g甘蔗纤维素混合均匀，在双螺杆挤出机140℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
实施例42.
将100g氢氧化铝、100g硫酸亚铁、100g镧系稀土、650g聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、25g甘蔗纤维素、25g玉米淀粉混合均匀，在双螺杆挤出机150℃下挤出、造粒，得到反硝化水处理剂。
上述实施例1～42所用的镧系稀土为镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu中的一种或多种；聚羟基丁酸酯（PHB）与聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）的粘均分子量均为200000～1000000；天然可降解有机物为淀粉、纤维素的一种或两种，淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、甘薯淀粉、绿豆淀粉的一种或多种，纤维素为麻纤维素、竹质纤维素、木质纤维素、麦秆纤维素、稻草纤维素或甘蔗纤维素的一种或多种。
将上述实施例1～42制备得到的反硝化水处理剂进行验证反硝化效果：
将实施例1～42制备得到的任一反硝化水处理剂放入生物反应器，如图1所示，从生物反应器1的底部进水，经过多孔筛板2，使水流均匀和反硝化水处理剂3接触，从上部出水。采用微量磁力泵4控制流量来调节水力停留时间。在生物反应器外放入保温容器通过加热或制冷装置控制反应器的温度。
首先用污水处理厂的尾水，水力停留时间控制在2～4小时左右，在常温条件（25℃左右）直接挂膜启动。经过24～48小时后，总硝基氮降到2mg/L以下后，被处理的水改为自来水，加入硝酸钠和磷酸氢二钾，调节应用实例所需的硝基-氮和磷酸根的浓度，硝基-氮与磷酸根的浓度比为5:1。通过加热或制冷装置控制应用实例所设定反应器的温度。应用各个实施例的反硝化水处理剂结果见下表1：
表1.验证实施例汇总表
如表1所示，实施例1～42制备得到的反硝化水处理剂在5～35℃温度下可有效去除水中的亚硝酸盐、硝酸盐，去除率均在94﹪以上。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1. 一种反硝化水处理剂，其特征在于：该水处理剂为无机物、生物合成高分子聚合物和天然可降解有机物的混合物，混合物中无机物的重量含量为5～30﹪、生物合成高分子聚合物的重量含量为50～90﹪、天然可降解有机物的重量含量为5～30﹪；
所述的无机物为金属盐、金属氧化物、金属碱、镧系稀土中的一种或多种；
所述的生物合成高分子聚合物为微生物发酵法合成的聚羟基丁酸酯、聚羟基丁酸戊酸酯中的一种或两种，生物合成高分子聚合物的粘均分子量为200000～1000000；
所述的天然可降解有机物为淀粉、纤维素中的一种或两种。
2.如权利要求1所示的一种反硝化水处理剂，其特征在于：所述的金属盐为氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铝、硫酸铝中的一种或多种。
3.如权利要求1所示的一种反硝化水处理剂，其特征在于：所述的金属氧化物为氧化铁、氧化铝中的一种或两种。
4.如权利要求1所示的一种反硝化水处理剂，其特征在于：所述的金属碱为氢氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化铝中的一种或多种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140402 |