CN105198078A - 用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法，以层状双羟基复合金属氧化物作为基体的缓释碳源材料，可用于污水生物反硝化脱氮过程碳源的补充。本发明所述的缓释碳源材料由乙酸根插层的LDH构成，是利用LDH的阴离子可交换性和表面带正电的性质，合成能可控缓慢释放的反硝化碳源。本发明合成的缓释碳源材料具有良好的力学性质和生物亲和性，可富集微生物，增加单位面积的生物量，提高脱氮速率，适用于低碳氮比污水的生物反硝化过程，6h脱氮效率高达96%以上，出水TOC＜5.5mg/L，可有效避免直接投加外加碳源的二次污染问题。因此，Ac-LDH将会成为潜力巨大的新型缓释碳源材料。

Description

用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法

技术领域

本发明涉及一种含氮废水的处理方法，特别是涉及一种污水生物反硝化脱氮处理工艺，应用于微生物水处理技术领域。

背景技术

污水中的氮是造成水体富营养化的主要因素之一，生物脱氮是去除污水中氮的有效方法，但需要充足的碳源。我国城市污水碳氮比低，低碳氮比污水生物脱氮过程因污水中碳源不足导致脱氮效率降低。随着污水排放标准的提高，生物脱氮过程碳源不足的矛盾日益突出。甲醇、葡萄糖等经常作为补充碳源投加到污水中，以保证较高的脱氮效率，但投加这些碳源不仅增加污水处理成本，而且碳源投加过程难以控制导致碳源投加不足或过量，同时还会造成系统运行复杂和二次污染问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法，针对低碳氮比污水反硝化脱氮面临的碳源缺乏情况，采用Ac-LDHs作为缓释碳源材料，通过Ac-LDHs可控缓释碳源，实现污水生物反硝化脱氮过程碳源的补充，在污水生物反硝化脱氮工艺中维持低碳氮比污水反硝化脱氮的化学反应平衡条件，增加单位面积的生物量，提高脱氮速率和效率。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法，步骤如下：

a．Ac-LDHs缓释碳源材料的可控缓释：采用离子交换法合成物相单一的Ac-LDHs，通过对合成条件、层板金属离子类型、粒径、投加量以及反应体系缓释介质条件的调控，使Ac-LDHs中Ac-进行可控释放，所述层板金属离子为：Mg²⁺和Al³⁺，Ac-LDHs化学式为：Mg_0.68Al_0.32(OH)₂(CO₃)_0.01-0.04(Ac)_0.3-0.22(H₂O)_1.2，Ac-LDHs的粒径为355-600μm；

b．Ac-LDHs在污水生物反硝化脱氮工艺中的实施方法：采用上述步骤a中制备的Ac-LDHs作为缓释碳源材料，按Ac-LDHs中的碳和待处理的低碳氮比废水中的氮的碳氮摩尔比C/N为(3-4):1的Ac-LDHs的投加量，将Ac-LDHs投加到待处理的低碳氮比废水中，在待处理的低碳氮比废水中加入实验室驯化所得反硝化细菌，进行反硝化生物脱氮，反硝化条件为：28±0.5℃，100-150r/min，水浴振荡；优选采用的反硝化细菌为3000-5000mg/L的MLSS，反硝化细菌的MLVSS/MLSS为0.65-0.75；Ac-LDHs在污水生物反硝化脱氮工艺中的实施方法优选适用于处理的低碳氮比废水中硝酸盐的初始浓度为20-100mgN/L。

作为本发明的优选的技术方案，

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明Ac-LDH缓释碳源材料能为反硝化细菌提供缓释碳源——Ac^-，避免了传统碳源在水力作用下的流失，解决了反硝化过程碳源缺乏的问题和外加碳源的二次污染问题；

2.本发明由于LDH缓释碳源材料表面带正电荷，而体系中的反硝化细菌带负电，反硝化细菌会富集到LDH的表面，增加了LDH表面的生物量，提高了反硝化效率，从而获得更好的处理效果，因此，以能可控释放Ac^-的Ac-LDHs作为低碳氮比废水反硝化脱氮缓释碳源潜力巨大；

3.本发明以层状双羟基复合金属氧化物（LayeredDoubleHydroxides,LDH）为基体的缓释碳源材料，可用于污水生物反硝化脱氮过程碳源的补充；

4.本发明合成的缓释碳源材料具有良好的力学性质和生物亲和性，可富集微生物，增加单位面积的生物量，提高脱氮速率，适用于低碳氮比污水的生物反硝化过程，6h脱氮效率高达96%以上，出水TOC＜5.5mg/L，可有效避免直接投加外加碳源的二次污染问题。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

在本实施例中，一种用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法，步骤如下：

（1）向装有500mL去离子水的洁净烧杯中，分别加入0.05molAlCl₃·6H₂O和0.15molMgCl₂·6H₂O，转移至1000ml三口烧瓶，曝氮气30min，然后剧烈搅拌条件下缓慢加入15.7ml的浓度为50%（w/w）NaOH溶液，随后在90℃条件下通氮气搅拌12h，将所得样品离心，洗涤，干燥；

（2）准确称取2.0g干燥样品分散于500ml浓度为0.15MNaAc溶液中，再90℃条件下通氮气搅拌6h，将所得样品离心，洗涤后再次重复上述步骤一次将最后样品干燥、研磨、筛分得粒径为355-600μm的Mg_0.68Al_0.32(OH)₂(CO₃)_0.02(Ac)_0.28(H₂O)_1.2产物；

（3）用KNO₃和新鲜去离子水配制以氮计的硝酸盐浓度为50mgN/L的模拟废水，加入实验室驯化所得反硝化细菌，反硝化条件为：28±0.5℃，120r/min，水浴振荡，反硝化细菌为3000-5000mg/L的MLSS，反硝化细菌的MLVSS/MLSS为0.65-0.75；

（4）将在所述步骤（2）中制备的Ac-LDHs缓释碳源材料分别按C/N=2，2.5，3，3.5，4，5，6投加到在所述步骤（3）中配制的含硝酸盐浓度为50mgN/L的模拟废水中，以脱氮效率为评价指标确定最佳LDHs投加量，结果表明，当C/N≥3.5时，8h内可达到98%的脱氮效率；

（5）将在所述步骤（2）中所得LDHs缓释碳源材料按在所述步骤（4）中得出的最佳投加量C/N=3.5加入待处理的低碳氮比废水反硝化系统中，进行反硝化生物脱氮；

（6）反硝化完成后，将待处理的低碳氮比废水形成的处理后混合液离心后，再用0.45μm滤膜进行过滤，取滤液检测N-NO₃ ^-、N-NO₂ ^-和TOC。

本实施例在对待处理的低碳氮比废水进行生物反硝化脱氮6h后，脱氮效率高达96.7%，NO₂ ^—-N浓度低于0.2mgN/L，出水TOC＜5.17mg/L。

在本实施例中，制备的LDHs（LayeredDoubleHydroxides）为层状双羟基化合物，是一种层间具有可交换阴离子的层状结构化合物。本实施例制备的缓释碳源材料由乙酸根插层的LDH构成，是利用LDH的阴离子可交换性和表面带正电的性质，合成能可控缓慢释放的反硝化碳源。LDHs层板金属离子可控性及层间阴离子的可交换性，使得小分子有机物乙酸根Ac^—通过插层合成Ac-LDHs缓释碳源材料成为一种可能。通过调节LDHs层板金属离子组成类型、Ac-LDHs投加量、粒径大小、溶液中无机阴离子介质种类和溶液pH实现Ac-LDHs的可控缓释。因此，本实施例将Ac-LDHs作为缓释碳源投加到反硝化体系中，持续可控的释放Ac^-供污水生物反硝化脱氮所用，既可以避免直接投加传统外加碳源所造成的出水二次污染问题，又可以大大提高脱氮速率和脱氮效率。

上面对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法，其特征在于，步骤如下：

a．Ac-LDHs缓释碳源材料的可控缓释：采用离子交换法合成物相单一的Ac-LDHs，通过对合成条件、层板金属离子类型、粒径、投加量以及反应体系缓释介质条件的调控，使Ac-LDHs中Ac-进行可控释放，所述层板金属离子为：Mg²⁺和Al³⁺，Ac-LDHs化学式为：Mg_0.68Al_0.32(OH)₂(CO₃)_0.01-0.04(Ac)_0.3-0.22(H₂O)_1.2，Ac-LDHs的粒径为355-600μm；

b．Ac-LDHs在污水生物反硝化脱氮工艺中的实施方法：采用上述步骤a中制备的Ac-LDHs作为缓释碳源材料，按Ac-LDHs中的碳和待处理的低碳氮比废水中的氮的碳氮摩尔比C/N为(3-4):1的Ac-LDHs的投加量，将Ac-LDHs投加到待处理的低碳氮比废水中，在待处理的低碳氮比废水中加入实验室驯化所得反硝化细菌，进行反硝化生物脱氮，反硝化条件为：28±0.5℃，100-150r/min，水浴振荡。

2.根据权利要求1所述用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法，其特征在于：在所述步骤b中，加入实验室驯化所得反硝化细菌为3000-5000mg/L的MLSS，反硝化细菌的MLVSS/MLSS为0.65-0.75。

3.根据权利要求1或2所述用LDHs作缓释碳源进行生物反硝化脱氮的方法，其特征在于：在所述步骤b中，Ac-LDHs在污水生物反硝化脱氮工艺中的实施方法适用于处理的低碳氮比废水中硝酸盐的初始浓度为20-100mgN/L。