CN103910430A - 一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用 - Google Patents

一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103910430A
CN103910430A CN201410137043.4A CN201410137043A CN103910430A CN 103910430 A CN103910430 A CN 103910430A CN 201410137043 A CN201410137043 A CN 201410137043A CN 103910430 A CN103910430 A CN 103910430A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon source
denitrification
reactor
caprolactone
epsilon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410137043.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103910430B (zh
Inventor
阮文权
缪恒锋
梁捷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangnan University
Original Assignee
Jiangnan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangnan University filed Critical Jiangnan University
Priority to CN201410137043.4A priority Critical patent/CN103910430B/zh
Publication of CN103910430A publication Critical patent/CN103910430A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103910430B publication Critical patent/CN103910430B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y02W10/12—

Landscapes

  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用,属于水污染控制及环保净化处理技术领域。本发明公开的碳源是生物可降解聚合物——颗粒态聚ε-己内酯通过螺杆挤压，冷却固化重塑形成的具有良好比表面积和支撑能力的阶梯环状填料。将本发明所提供的碳源填充到填充床反应器中，可作为缓释填料为微生物提供碳源，可以通过生物反硝化作用有效降低废水的硝酸盐含量，反硝化效率达到91.97%。同时出水无二次污染，出水DOC质量浓度稳定为1.11mg/L。此外在释放碳源的同时，碳源还可作为微生物生长的载体。其使用成本远低于目前的液体碳源。该载体型填料适用于低碳氮比废水、微污染水体等污水的深度脱氮，具有良好的应用前景。

Description

一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用
技术领域
本发明涉及一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用,属于水污染控制及环保净化处理技术领域。
技术背景
随着工农业生产的迅速发展以及人民生活水平的提高，各种工农业生产与生活废水携带含氮污染物排入水体，导致我国地表水体普遍TN超标严重。在好氧情况下，氨氮（NH3-N）可被硝化细菌氧化成硝酸盐氮（NO3--N），水中的NH3-N具有转化成NO3--N的趋向，是硝酸盐的潜在来源。此外，由于面源污染管理的相对滞后，农业以及城市暴雨径流的输入可直接引起部分区域地表水中硝酸盐氮含量的增加，如太湖西苕溪流域，三峡区的梁滩河流域。过量的NO3--N不仅带来饮用水安全问题，还可能启动贫营养水体的富营养化进程，是促使水体发生富营养化的主要原因之一。
相对于物理和化学技术（例如反渗透，离子交换，电渗析等）而言，采用生物反硝化技术去除微污染水体中的NO3--N是目前被认为最经济、最合理和对环境污染最小的方法，并具有较好的应用价值。生物反硝化过程主要通过需提供有机碳源作为能源，由异养反硝化细菌来实现NO3--N的去除。然而微污染水体有机物浓度较低，无法达到生物反硝化所需的碳氮比，通常需要外加碳源才能保证微生物的生长和代谢。目前外加碳源可以分为液体碳源和固体碳源。液体碳源主要以甲醇、乙酸（盐）为主，作为反硝化过程的电子供体，该类碳源存在运行成本高、运行管理复杂等问题。固体碳源可分为人工合成可生物降解聚合物（BiodegradablePolymer,BDPs）类，如聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚乳酸（PLA）、聚己内酸酯（PCL）等，天然纤维素类，如稻草，报纸，棉花等物质。固相碳源不仅有效避免了投加液体碳源存在的弊端，而且在充当碳源的同时可以作为反硝化细菌的生长载体。相比传统的反硝化工艺，该工艺的优点主要表现在固体有机物既可作为生物膜的载体，又能在微生物酶的作用下分解，为反硝化菌提供碳源。系统易于调控，避免了传统工艺中碳源投加容易过量而影响出水水质的风险，有利于水处理系统的稳定运行。因此，新型固相碳源的开发成为研究热点。
目前，作为固体碳源的可生物降解聚合物均为2-3mm颗粒，就外形而言存在一定弊端，其作为微生物载体的表面积与填充孔隙率相对较小，不易于为微生物附着生长提空充足的环境。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种新型反硝化固体聚合物碳源，采取的技术方案如下：
一种新型反硝化固体聚合物碳源是由颗粒聚ε-己内酯（购自深圳光华伟业实验有限公司）挤压固化重塑制成的阶梯环状填料（图1），平均分子量为80000Da，密度为1.08-1.12g/cm3，熔点≥60℃，水分≤1.0%，比表面积为180-250m2/m3。
所述碳源是由颗粒聚ε-己内酯组成，平均分子量为80000Da，密度为1.08-1.12g/cm3，熔点≥60℃，水分≤1.0%，是由直径1mm，长2.5-3.0mm的圆柱形聚ε-己内酯颗粒，在85℃的条件下，利用螺杆挤塑机挤压，通过阶梯环形状模具，冷却和固化得到聚ε-己内酯阶梯环，其比表面积为180-250m2/m3。
所述碳源的制备方法，是将直径1mm，长2.5-3.0mm的圆柱形聚ε-己内酯颗粒，在85℃的条件下，利用螺杆挤塑机挤压，通过阶梯环形状模具，再经冷却和固化，得到聚ε-己内酯阶梯环。
一种含有所述碳源的填充床反应器（图2），是上流式生物填充床反应器，采用有机玻璃制成圆柱体，内径为100mm，高500mm，反应器温度通过恒温水槽控制为25℃，进水通过蠕动泵从反应器侧面底端注入，出水从上部出水口排出。
一种利用所述反应器对污水进行反硝化处理的方法，步骤如下：
1）向反应器中添加接种污泥；
2）向反应器中填充碳源；
3）采用连续进水的方式，将低COD、高营养盐浓度污水通过蠕动泵泵入反应器中进行
厌氧反硝化处理；
4）检测出水的反硝化处理效果。
所述方法步骤1）中接种污泥为经过市政污水处理厂A2O工艺兼性厌氧池处理的反硝化污泥，驯化条件为：温度25℃，水力停留时间为1.2-2h，驯化时间为3-4天。
所述方法步骤2）中填充碳源的添加量为200-220g。
所述方法步骤3）中低COD、高营养盐浓度污水的NO3 --N浓度为15mg/L，TP浓度为2.5mg/L。
所述方法步骤3）中反硝化处理，温度为25℃，水力停留时间为1.2-2.0h。
所述方法步骤4）中反硝化处理效果的检测指标包括TN、NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N的含量。
本发明的有益效果：新型反硝化固体聚合物碳源PCL阶梯环具有载体和缓释碳源的双重特征，可以实现上流式生物填充床反应器的生物附着和碳源供给，减少能耗和液体有机试剂，与市售PCL颗粒相比，其适应时间短，反硝化效率高。对于C/N比低，可生化性差的废水，该碳源具有良好的开发应用前景。
附图说明
图1阶梯环状PCL外观图。
图2上流式生物填充床反应器。
图3连续填充床反硝化性能。
图4DOC质量浓度与pH变化。
图5PCL使用前后表面变化；
（a，PCL使用前的扫描电镜图；b，PCL使用后的扫描电镜图）。
图6PCL反应前后相对分子量变化；
（a,PCL反应前的相对分子量；b，PCL反应后的相对分子量）。
具体实施方式
本发明提供了一种新型反硝化固体聚合物碳源及其制备和使用方法，下面通过实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
实施例
本例利用人工合成废水测试本发明所提供的新型反硝化固体聚合物碳源的反硝化效率。根据微污染水体TN的要求采用KNO3和KH2PO4配置，NO3-N与TP的浓度分别为15mg/L与2.5mg/L，微量元素取1mg/L，微量元素溶液的组成见表1。
表1微量元素液Ⅱ组成
对反硝化处理后的出水中的TN、NH4+-N、NO2--N、NO3--N等均采用国家标准方法分析。分析项目及方法见表2。
表2分析项目及方法
进水选取NO3-N质量浓度在15.0mg/L，为避免造成出水DOC的积累，实验采用连续进水，进水流速为12.0mL/min，水力停留时间HRT为1.5h，填充床反应器的反硝化性能如图3所示。在反应的第二天，反硝化速率达到91.97%，之后出水NO3-N质量浓度一直保持稳定，均在2.0mg/L以下，这表明微生物可以很快适应该种碳源。该反应床的平均反硝化速率达到8.85mg N/(L.h)。在反应器稳定运行阶段，出水NO2-N质量浓度均小于0.15mg/L。出水NH3-N质量浓度略有上升，从0.16到0.70mg/L。该结果表明在反硝化过程中，NO3-N并未转换为NO2-N与NH3-N积累，未造成出水的二次污染。
填充床出水DOC均成先上升后下降的趋势（图4）。在反应初期，出水DOC质量浓度急速上升，这是由于此时微生物正处于适应环境并逐渐生长的阶段，促进了聚合物释放出碳源，生物降解速率大于微生物消耗速率，导致出水DOC上升；随着微生物逐渐成熟，聚合物释放DOC速率与微生物的消耗的DOC速率逐渐达到平衡，出水DOC质量浓度逐渐下降，最低降至1.11mg/L。出水DOC质量浓度是考察碳源是否可是缓释的重要标准，该结果说明PCL阶梯环作为反硝化碳源可以根据微生物生长与反硝化作用所需缓释碳源。pH在整个实验阶段略有下降，从7.79-7.91下降到6.46-7.01。PCL阶梯环的在降解过程中产生酸性物质，从而导致pH的下降。
连续实验20天后，采用电子扫描显微镜（SEM)与液相色谱与观察了填充床反应器中PCL阶梯环反应前后形态特征和相对分子量与的变化（图5）。可以看到，聚合物表面有一些粗糙不规则的突起，适宜于微生物附着；经过20d反应后可以看到，PCL表面已经被微生物慢慢腐蚀，表面出现孔洞与坑洼。证实了PCL阶梯环可以作为反硝化碳源被微生物利用。
PCL阶梯环反应前后分子量变化如图6所示，相对平均分子量从91,000Da下降到70,343Da。该结果表明PCL阶梯环在微生物体内酶的作用下释放碳源，导致分子量略有损失，但是反应前后PCL阶梯环外观未发生明显变化，可以看出释放碳源的过程并未引起该聚合物化学结构的显著改变，该现象说明该聚合物具有载体特性。PCL作为反硝化固体碳源时，晶体结构并没有被损坏，即反硝化反应只在固体碳源载体表面发生。通过分子量变化与电镜照片也可说明，PCL阶梯环在释放碳源的同时，多聚物载体并不会提前崩溃而不能为微生物提供附着环境。

Claims (10)

1.一种新型反硝化固体聚合物碳源，其特征在于，是由颗粒聚ε-己内酯挤压固化重塑制成的阶梯环状填料，平均分子量为80000Da，密度为1.08-1.12g/cm3，熔点≥60℃，水分≤1.0%，比表面积为180-250m2/m3。
2.权利要求1所述碳源，其特征在于，由颗粒聚ε-己内酯组成，平均分子量为80000Da，密度为1.08-1.12g/cm3，熔点≥60℃，水分≤1.0%，是由直径1mm，长2.5-3.0mm的圆柱形聚ε-己内酯颗粒，在85℃的条件下，利用螺杆挤塑机挤压，通过阶梯环形状模具，冷却和固化得到聚ε-己内酯阶梯环，其比表面积为180-250m2/m3。
3.一种权利要求1所述碳源的制备方法，其特征在于，是将直径1mm，长2.5-3.0mm的圆柱形聚ε-己内酯颗粒，在85℃的条件下，利用螺杆挤塑机挤压，通过阶梯环形状模具，再经冷却和固化，得到聚ε-己内酯阶梯环。
4.一种含有权利要求1所述碳源的填充床反应器，其特征在于，是上流式生物填充床反应器，采用有机玻璃制成圆柱体，内径为100mm，高500mm，反应器温度通过恒温水槽控制为25℃，进水通过蠕动泵从反应器侧面底端注入，出水从上部出水口排出。
5.一种利用权利要求4所述反应器对污水进行反硝化处理的方法，其特征在于，步骤如下：
1）向权利要求4所述反应器中添加接种污泥；
2）向权利要求4所述反应器中填充碳源；
3）采用连续进水的方式，将低COD、高营养盐浓度污水通过蠕动泵泵入反应器中进行厌氧反硝化处理；
4）检测出水的反硝化处理效果。
6.权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤1）中接种污泥为经过市政污水处理厂A2O工艺兼性厌氧池处理的反硝化污泥，驯化条件为：温度25℃，水力停留时间为1.2-2h，驯化时间为3-4天。
7.权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤2）中填充碳源的添加量为200-220g。
8.权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤3）中低COD、高营养盐浓度污水的NO3 --N浓度为15mg/L，TP浓度为2.5mg/L。
9.权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤3）中反硝化处理，温度为25℃，水力停留时间为1.2-2.0h。
10.权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤4）中反硝化处理效果的检测指标包括TN、NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N的含量。
CN201410137043.4A 2014-04-04 2014-04-04 一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用 Active CN103910430B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410137043.4A CN103910430B (zh) 2014-04-04 2014-04-04 一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410137043.4A CN103910430B (zh) 2014-04-04 2014-04-04 一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103910430A true CN103910430A (zh) 2014-07-09
CN103910430B CN103910430B (zh) 2016-05-18

Family

ID=51036486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410137043.4A Active CN103910430B (zh) 2014-04-04 2014-04-04 一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103910430B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105600926A (zh) * 2016-03-21 2016-05-25 卓勒（上海）环境工程有限公司 一种可生物降解的缓释碳材料及其制备方法
CN105800791A (zh) * 2016-05-04 2016-07-27 江南大学 一种使用聚己内酯与陶粒强化人工湿地脱氮的方法
CN111039399A (zh) * 2019-01-09 2020-04-21 深圳市长隆科技有限公司 一种用于污水反硝化复合碳源配方及其制备方法
CN112390357A (zh) * 2020-10-31 2021-02-23 中国水产科学研究院黄海水产研究所 一种对虾循环水养殖系统固相反硝化反应器及其使用方法
CN116750879A (zh) * 2023-07-06 2023-09-15 北京新源智慧水务科技有限公司 可生物降解的mbbr悬浮填料及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004283758A (ja) * 2003-03-24 2004-10-14 Kurita Water Ind Ltd 生物脱窒方法
JP2005074263A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Kubota Corp 有機性廃水の処理方法
CN101570356A (zh) * 2008-05-04 2009-11-04 江苏苏盐阀门机械有限公司 一种去除地下水中硝酸盐的方法及反应器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004283758A (ja) * 2003-03-24 2004-10-14 Kurita Water Ind Ltd 生物脱窒方法
JP2005074263A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Kubota Corp 有機性廃水の処理方法
CN101570356A (zh) * 2008-05-04 2009-11-04 江苏苏盐阀门机械有限公司 一种去除地下水中硝酸盐的方法及反应器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李锡源: "阶梯环填料的性能和应用", 《化工炼油机械》, no. 6, 31 December 1981 (1981-12-31) *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105600926A (zh) * 2016-03-21 2016-05-25 卓勒（上海）环境工程有限公司 一种可生物降解的缓释碳材料及其制备方法
CN105800791A (zh) * 2016-05-04 2016-07-27 江南大学 一种使用聚己内酯与陶粒强化人工湿地脱氮的方法
CN105800791B (zh) * 2016-05-04 2019-01-04 江南大学 一种使用聚己内酯与陶粒强化人工湿地脱氮的方法
CN111039399A (zh) * 2019-01-09 2020-04-21 深圳市长隆科技有限公司 一种用于污水反硝化复合碳源配方及其制备方法
CN112390357A (zh) * 2020-10-31 2021-02-23 中国水产科学研究院黄海水产研究所 一种对虾循环水养殖系统固相反硝化反应器及其使用方法
CN116750879A (zh) * 2023-07-06 2023-09-15 北京新源智慧水务科技有限公司 可生物降解的mbbr悬浮填料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN103910430B (zh) 2016-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alayu et al. Advanced technologies for the treatment of wastewaters from agro-processing industries and cogeneration of by-products: a case of slaughterhouse, dairy and beverage industries
CN101357812B (zh) 一种生活垃圾渗滤液的处理方法
CN103910430B (zh) 一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用
CN110902821A (zh) 适于高浓度硝氮污水反硝化的固体碳源及其制备方法
EP3730460B1 (en) Method for upgrading and expanding sewage biological treatment process
CN100554195C (zh) 一种对高氨氮低c/n比的废水处理工艺及用途
Wu et al. Comparison of denitrification performances using PLA/starch with different mass ratios as carbon source
CN101973679A (zh) 一种分散式污水处理与再生工艺
Luo et al. Effect of dissolved oxygen on nitrate removal using polycaprolactone as an organic carbon source and biofilm carrier in fixed-film denitrifying reactors
Aygun et al. Application of sequencing batch biofilm reactor for treatment of sewage wastewater treatment: effect of power failure
CN102249408A (zh) 一种淀粉和聚乳酸共混物及其制备方法与应用
de Araujo Junior et al. Reduction of sludge generation by the addition of support material in a cyclic activated sludge system for municipal wastewater treatment
KR20150137061A (ko) 혐기성 처리 방법
CN103073156A (zh) 一种生化法处理聚丁二酸丁二醇酯生产废水的方法
Elmitwalli et al. Treatment of domestic sewage at low temperature in a two-anaerobic step system followed by a trickling filter
CN202508958U (zh) 一种剩余污泥零排放脱氮除磷装置
CN105016467A (zh) 一种用于垃圾渗滤液处理的装置
CN102633403B (zh) 一种维生素b12生产废水的处理方法
CN103739069A (zh) 一种具有流量回收装置的生物转盘
CN115159798A (zh) 一种连续流好氧颗粒污泥反应装置及处理工艺
Carucci et al. Aerobic granular sludge formation in a sequencing batch reactor treating agro-industrial digestate
CN101948170A (zh) 一种琼脂凝胶颗粒及其在水源水生物脱氮工艺中的应用
CN110980968A (zh) 一种具有除氮脱磷的复合碳源的生产工艺
Yulianto et al. Preliminary study on aerobic granular biomass formation with aerobic continuous flow reactor
CN104860476A (zh) 一种无动力回流高效脱氮工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant