CN108191076A - 一种以褐煤作为固相缓释碳源去除养殖水体中氮污染物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污染水体治理领域，特别是使用新型碳源褐煤作为补充反硝化脱氮碳源的技术，具体为一种以褐煤作为固相缓释碳源去除养殖水体中氮污染物的方法。本发明提供的技术方案具体为：在褐煤的最佳释放温度和pH条件下，将其作为反硝化脱氮的固相有机碳源，用于养殖水体的脱氮；所述最佳释放温度为30℃、pH为7.5‑8.2。本发明的有点为：1)将褐煤处理应用于水处理不仅能提高褐煤的利用率，而且也避免了大量褐煤闲置造成的二次污染。2)褐煤用于反硝化有机碳源的优势是褐煤分子结构中含有大量的芳烃、醇、酚、羧酸和烷烃等有机基团，能够缓慢提供有机碳源，并且可作为反硝化细菌的载体。

Description

一种以褐煤作为固相缓释碳源去除养殖水体中氮污染物的 方法

技术领域

本发明属于污染水体治理领域，特别是使用新型碳源褐煤作为补充反硝化脱氮碳源的技术，具体为一种以褐煤作为固相缓释碳源去除养殖水体中氮污染物的方法

背景技术

中国是世界渔业大国，水产品产量约占世界水产品总量的70％，而这庞大数量的水产品大部分来自于池塘、滩涂等淡水养殖水域。为了满足水产品需求，高密度集约化养殖已成普遍放养模式，养殖水体中主要的污染物质是氨氮、亚硝态氮等。其中较高的亚硝酸盐浓度会使血红蛋白氧化为高铁血红蛋白，失去血红蛋白的载氧能力，导致养殖体组织缺氧的症状。过高的氨氮浓度会使养殖体的排氨氮能力降低，影响生长发育，另外氨氮进入血液后会升高pH值，影响酶的活性等。养殖水环境是水生资源赖以生存、繁衍的场所，养殖水环境的好坏直接影响养殖的成败和水产品的质量安全。因此，养殖水体的脱氮至关重要。

目前关于水体脱氮常用的方法是生物脱氮技术，因为生物脱氮技术与物理以及化学方法相比具有较好的处理效果，对环境影响小，以及经济适用等优点。传统的生物脱氮过程可分为氨化-硝化-反硝化三个步骤，反硝化是其中最重要的环节，它可在缺氧条件下利用反硝化菌把硝酸盐或亚硝酸盐转化为氮气排出。反硝化反应一般以有机物为碳源和电子供体。因此，反硝化过程中需要提供足够的有机碳源保证较好的去除效果。现有的异养反硝化所需有机碳源可分为两类，第一类是传统碳源，以液态有机物为主，包括葡萄糖、甲醇、乙醇和乙酸等，虽然人工加入液相有机碳源反硝化效果好的优点，但由于加入量难以控制，易出现有机物超标现象，影响出水水质；第二类是新型碳源，包括含纤维素类物质的天然植物、工业废水及一些可生物降解的聚合物等，其中的天然纤维素类有机碳源价格低廉但容易造成反应器堵塞、二次污染等问题，可生物降解的高分子聚合物成本较高，对广泛性应用有一定的限制。

发明内容

针对以上不足本发明提出以褐煤作为固相碳源用于养殖水体的脱氮，本发明主要针对褐煤的最适缓释条件做出研究，研究褐煤在最适温度和pH条件下作为固相碳源处理养殖废水的效果，荧光定量PCR结果发现褐煤作为一种载体不仅对于反硝化细菌的富集有促进作用而且对厌氧氨氧化细菌的富集也没有明显的抑制作用，这将有利于反硝化脱氮和厌氧氨氧化脱氮的耦合作用。另外可以发挥褐煤最大利用率，且因其价格低廉可以广泛应用。虽然曾有专利公开一种采用褐煤作为固相碳源修复地下水中硝酸盐污染，但是对褐煤的释碳条件以及最佳的运行工况没有做深入的研究，没有完全发挥褐煤的使用性。

本发明需要解决的技术问题是：

(1)循环水养殖系统水体有机碳源含量较低，因此反硝化过程中需要提供足够的有机碳源保证较好的去除效果，过去常用的碳源为葡萄糖、甲醇、乙醇和乙酸等液体碳源，此类碳源虽然高效但是存在难控制用量、易造成二次污染等问题。

(2)许多研究从液相碳源转为固相碳源，目前常用的天然纤维类固相碳源存在易堵塞的问题，可生物降解的高分子聚合物的使用成本较高，不宜广泛使用。

(3)反硝化脱氮的效率及碳源利用率还需提高。

(4)本发明提出的技术方案是一种处理成本低、脱氮效果好的以褐煤为新型缓释碳源的养殖废水处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种以褐煤作为固相缓释碳源去除养殖水体中氮污染物的方法：在褐煤的最佳释放温度和pH条件下，将其作为反硝化脱氮的固相有机碳源，用于养殖水体的脱氮；

所述最佳释放温度为30℃、pH为7.5-8.0。

优选的，所述使褐煤调节到最佳pH条件下时，所用调节pH的酸为盐酸。其他的酸(如硝酸，硫酸)，发现其氧化能力太强，褐煤颗粒在使用过程中粒径会变小，影响褐煤的使用效果。

其中，所述褐煤的粒径为2-5mm。可以用粉碎机粉碎、筛选出粒径为2-5mm的颗粒，清洗褐煤颗粒表层杂质，自然风干备用。

其中，将所述褐煤填充于ASBR反应器。

其中，所述填充体积为50％-70％，反应器溶解氧条件为(DO＜0.5mg/l)，污泥浓度40-50g/l，水力停留时间100-120h。

本发明的有益效果在于：

1)相对于已有技术，褐煤作为固相有机碳源用于水产养殖废水处理罕见报道，褐煤是一种矿化程度很低的矿产，工业应用价值低，我国褐煤产量十分巨大，因此，将褐煤处理应用于水处理不仅能提高褐煤的利用率，而且也避免了大量褐煤闲置造成的二次污染。

2)褐煤分子结构中含有大量的芳烃、醇、酚、羧酸和烷烃等有机基团，能够缓慢提供有机碳源，并且可作为反硝化的微生物载体。

3)相对现有技术，在本发明条件下(温度设为30℃，pH保持7.5-8.0的范围)，褐煤固体碳源的释碳效果更好，30℃条件下褐煤中可供利用的有机碳源相对较高，微碱性条件下既能满足反硝化菌群的生长又能够有利于有机碳源的释放，另外微碱性条件下褐煤孔隙增大，更利于微生物的附着生长，对反硝化菌的富集生长有促进作用的同时对厌氧氨氧化菌的富集没有明显的抑制作用。

4)本发明中使用的2-5mm粒径褐煤,其释碳效果更好，更能够满足反硝化的需求。且与其它碳源相比褐煤价格便宜,易于操作，来源广泛,是经济实用的固体碳源。

5)褐煤填充于ASBR反应器中不会造成反应器的堵塞问题。

附图说明

图1为不同pH条件下褐煤的释碳规律。

图2为不同温度条件下褐煤的释碳规律。

具体实施方式

以下部分是具体实施方式对本发明做进一步说明，但以下实施方式仅仅是对本发明的进一步解释，不代表本发明保护范围仅限于此，凡是以本发明的思路所做的等效替换，均在本发明的保护范围。

实施例1：

将褐煤缓释碳源用作养殖废水脱氮的具体案例。将粒径为2mm的褐煤填充于ASBR反应器承托层之上，填充体积为50％，反应器为直径30cm，高60cm的有机玻璃柱，实验用水为人工模拟污水，由氯化铵、磷酸二氢钾、硝酸钾、亚硝酸钠配制，同时投加MgSO₄·7H₂O，CaCl₂，NaHCO₃以及微量元素等。体系温度和pH分别控制在30℃和7.5-8.0之间(pH调节剂为盐酸)，水力停留时间设为100h，进水氨氮和亚硝氮浓度都为50mg/L，每20h检测一次氨氮、硝氮、亚硝氮的含量，100h后亚硝氮去除率达97.7％，氨氮的去除率为66.5％，之后的运行过程中其去除率也保持在97％以上。

实施例2：

将褐煤用于小型室内模拟潜流湿地去除养殖废水中氮元素的填料。其中模拟潜流人工湿地装置为直径40cm,高80cm的有机玻璃圆柱体，圆柱体外设置保温层控制温度在30℃，并控制进水pH在7.5-8(pH调节剂为盐酸)。湿地填料从上到下分别为10cm高度的土壤(种植芦苇)、10cm粒径为2-5mm的褐煤颗粒、30cm粒径5-10mm的碎石、25cm粒径为10-30mm的卵石。模拟潜流人工湿地运行方式为连续进水,进水流量为45ml/min，一天共进水64.8L。湿地启动运行过程中较未添加褐煤的对照组TN去除率提高了29.47％。

对比例1：

将褐煤缓释碳源用作养殖废水脱氮的具体案例。将粒径为2mm的褐煤填充于ASBR反应器承托层之上，填充体积为50％，反应器为直径30cm，高60cm的有机玻璃柱，实验用水为人工模拟污水，由氯化铵、磷酸二氢钾、硝酸钾、亚硝酸钠配制，同时投加MgSO₄·7H₂O，CaCl₂，NaHCO₃以及微量元素等。体系温度和pH分别控制在30℃和7.5-8.0之间(pH调节剂为硝酸)，水力停留时间设为100h，进水氨氮和亚硝氮浓度都为50mg/L，每20h检测一次氨氮、硝氮、亚硝氮的含量，100h后亚硝氮去除率达98.1％，氨氮的去除率为73.2％。但是当反应器运行20天之后，其亚硝氮和氨氮的去除率分别下降了21％和24％，这是因为硝酸的氧化性较强，使褐煤的释放加快，虽然其初期去除率较高，但是不利于褐煤的缓慢释放使用。

Claims (5)

1.一种以褐煤作为固相缓释碳源去除养殖水体中氮污染物的方法，其特征在于：在褐煤的最佳释放温度和pH条件下，将其作为反硝化脱氮的固相有机碳源，用于养殖水体的脱氮；

所述最佳释放温度为30℃、pH为7.5-8.0。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述使褐煤调节到最佳pH条件下时，所用的pH调节剂为盐酸。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述褐煤的粒径为2-5mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述褐煤填充于ASBR反应器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述填充体积为50％-70％，反应器溶解氧条件为DO＜0.5mg/l，污泥浓度40-50g/l，水力停留时间100-120h。