CN110316818A - 一种基于co2曝气的自养反硝化强化工艺方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法及装置，属于水污染控制、水环境治理领域。处理对象主要包括有待去除的硝态氮污染物(包括NO3 ‑‑N和NO2 ‑‑N)，进水中不含有机物或包含有机物；体系内主要发生基于H2的自养反硝化反应,CO2与H2的产乙酸反应，以及强化的自养和异养耦合反硝化反应。向基于H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气，CO2与H2发生产乙酸反应生成小分子有机物，从而实现强化的自养和异养耦合反硝化工艺；当处理对象水体中含有有机物时，反应器内还同时发生以进水中有机物为电子供体和碳源的异养反硝化反应。本发明在没有有机物或者有机物不足的条件下，无需额外投加有机碳源，即可实现高效脱氮。

Description

一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法及装置，属于水污染控制、水环境治理领域。
背景技术
氮污染控制是目前迫切需要解决的水环境问题之一。受污染水体中的氮污染物主要包括氨氮和硝态氮(亚硝酸盐氮和硝酸盐氮)，常规生物脱氮的基本方法是：氨氮首先在氨氧化过程中被氧化为亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮进而被氧化为硝酸盐氮；硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在反硝化过程中被还原为氮气等气态氮而排出水体。
近年来，氮污染控制已经从早期的主要关注氨氮污染指标转变为严格实行总氮控制。排放标准中对总氮浓度的限制，意味着反硝化过程需要进一步加强。通常，在水处理工艺中使用异养反硝化方法，需要足够的有机物作为电子供体，在碳氮比(COD/N)不足的情况下，则需要通过额外投加外加碳源(如乙酸钠、甲醇)促进异养反硝化过程。然而，水中的污染物浓度通常是动态变化的，外加碳源的投加量难以精确控制，可能导致出水中存在有机物残留等二次污染问题，此外，运行成本也会因此增加。
自养反硝化过程利用氢、铁等无机物作为电子供体，完成硝态氮到氮气的转化，在碳氮比不足时，无需额外投加外加碳源且污泥产生量少，因而具有显著优势。然而，目前自养反硝化处理工艺仍存在微生物活性不稳定，pH波动较大等问题。在自养反硝化过程中增加CO2曝气，能够显著提高自养反硝化的脱氮效果，因此，该工艺方法及装置具有良好应用前景和重要实际意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法及装置。
一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，处理对象包括有待去除的硝态氮污染物，包括NO3 --N和NO2 --N，进水中不含有机物或包含有机物；体系内发生基于H2的自养反硝化反应,CO2与H2的产乙酸反应，以及强化的自养和异养耦合反硝化反应。
向基于H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气，CO2与H2发生产乙酸反应生成小分子有机物。
向基于H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气，基于H2的自养反硝化工艺指以H2为无机电子供体，以NO3 -、NO2 -为电子受体，以无机碳CO2、HCO3 -或CO3 2-为无机碳源，进行脱氮的自养反硝化反应，包括基于CO2曝气的以零价铁铁屑腐蚀析H2的自养反硝化工艺、基于CO2曝气的以铁-碳载体腐蚀析H2的自养反硝化工艺、基于CO2曝气的直接供H2的自养反硝化工艺以及基于CO2曝气的以H2和外加碳源甲醇、乙酸钠、聚己内酯缓释碳源共同作为电子供体的自养和异养耦合反硝化工艺；处理对象水体中含有有机物时，反应器内还同时发生以进水中有机物为电子供体和碳源的异养反硝化反应。
CO2气体由储气瓶或储气袋储存，经由供气装置稳压阀或供气泵、气体测量装置压力表和流量计与曝气装置相连，在基于H2的自养反硝化工艺内进行CO2供气；CO2供气量通过供气装置进行调节，维持反应器内部pH在pH7～pH 8.5范围内，同时达到85％以上的硝态氮去除率；CO2供气装置为膜片曝气、管式曝气或中空纤维膜组件曝气形式。
还包括CO2进入基于H2的自养反硝化工艺步骤，既能够作为无机碳源促进自养反硝化菌群的生长，还能够与H2发生产乙酸的微生物反应，使CO2转化为小分子有机物而供应异养反硝化菌群生长；CO2以气体形式连续投加，在不断产碱的自养反硝化工艺内，与体系内持续产生的OH-发生中和反应，使pH稳定控制在pH 7～pH 8.5的中性和弱碱性范围内，避免体系内pH不断升高至pH 9以上而导致的微生物活性下降。
基于CO2曝气的以零价铁铁屑腐蚀析H2的自养反硝化工艺步骤包括：向以零价铁，包括但不限于铁屑、铁块、铁粉、纳米铁，腐蚀析H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气；零价铁置于水中，发生腐蚀析H2反应；将污泥或微生物接种至反应体系内，其中的自养反硝化微生物利用H2，将水中的硝态氮去除；微生物通过上述反应提供的能量，利用无机碳源合成自身细胞进行生长；零价铁与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除；进行CO2曝气后，由于产乙酸作用形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构。
基于CO2曝气的以铁-碳载体腐蚀析H2的自养反硝化工艺步骤包括：向以铁-碳载体腐蚀析H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气；铁-碳载体，指由铁、碳两种元素制成的载体，也含有其他元素，置于水中，在载体表面发生微电解反应实现析H2；将污泥或微生物接种至反应体系内，其中的自养反硝化微生物利用H2，将水中的硝态氮去除；微生物通过上述反应提供的能量，利用无机碳源合成自身细胞进行生长；铁-碳载体中的铁与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除；进行CO2曝气后，由于产乙酸作用形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构。
基于CO2曝气的直接供H2的自养反硝化工艺步骤包括：向直接供H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气；将污泥或微生物接种至反应体系内，直接向反应体系中供应H2；自养反硝化微生物利用H2，将水中的硝态氮去除；进行CO2曝气后，由于产乙酸作用形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构。
基于CO2曝气的以H2和外加碳源甲醇、乙酸钠、聚己内酯缓释碳源共同作为电子供体的自养和异养耦合反硝化工艺步骤包括：向以H2和外加碳源甲醇、乙酸钠、聚己内酯缓释碳源共同作为电子供体的自养和异养耦合反硝化工艺中进行CO2曝气；将污泥或微生物接种至反应体系内；将零价铁腐蚀析H2、或者铁-碳载体腐蚀析H2、或者直接供H2，这几种方式其中的一种或多种形成组合，作为H2的来源，供自养反硝化微生物生长；将待处理水体中含有的有机物，供异养反硝化微生物生长；待处理水体中有机物含量不足时，外加液体有机碳源或固体缓释碳源，供异养反硝化微生物生长；自养反硝化微生物和异养反硝化微生物共同作用，将水中的硝态氮去除，并合成自身细胞进行生长；体系内存在零价铁或铁碳载体，其中的铁还与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除；进行CO2曝气后，进一步由于产乙酸作用形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构。
一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺装置，包括反应器主体、进水出水系统、CO2曝气单元和内循环系统；反应器主体为圆柱形反应柱形式，下部具有多孔的载体承托板，承托板上部填充零价铁铁屑或铁-碳载体；反应器外部或者连接加热保温装置，温度控制在反硝化微生物适宜生长的温度20～35℃；反应器中部连接温控传感器监测温度；反应器底部连接污泥排放口，由污泥排放口将剩余污泥排出反应器；反应器上、中和下部分别连接取水口；进水系统由储水箱、进水管路、进水泵和反应器底部的进水口组成；出水系统由反应器上部的出水口，经由出水管路将出水排出反应器外；CO2曝气单元由储气装置、供气装置、气体测量装置和曝气装置组成；CO2储气装置为储气瓶或储气袋；使用储气瓶时供气装置为稳压阀，使用储气袋时为供气泵；气体测量装置包括压力表和流量计，与连接在反应器内部的曝气装置相连；曝气装置为膜片曝气、管式曝气或中空纤维膜组件曝气形式；内循环系统将部分出水经由循环管路、循环泵、循环水入口，重新注入反应器内。
本发明通过增加CO2曝气，形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，并稳定控制pH，具有显著的创新性和应用前景。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)、应用基于CO2曝气的自养反硝化工艺方法及装置，在没有有机物或者有机物不足的条件下，无需额外投加有机碳源，即可实现高效脱氮，与传统的基于异养反硝化的脱氮工艺相比，能够避免因外加有机碳源而产生的二次污染，同时可节约因外加有机碳源而产生的运行成本。
(2)、在基于H2的自养反硝化工艺中加入CO2，CO2可作为无机碳源，从而促进自养反硝化菌群的生长，此外，CO2的加入促进体系内利用CO2与H2生成产乙酸等小分子有机酸的微生物生长，从而使体系内的有机碳源浓度增加，又进一步促进了异养反硝化菌群的生长。因此，由于CO2的加入，体系内从缺乏有机物的自养反硝化体系，转变为自养反硝化、产乙酸、强化的异养反硝化共同作用的综合体系，微生物反应速率和稳定性均可得到提升，从而显著提高硝态氮的去除效果。
(3)、CO2的连续投加，可与体系内持续产生的OH-不断发生中和反应，使pH得到稳定控制，避免体系内pH不断升高至9以上而导致的微生物活性下降，从而进一步提升工艺的脱氮效果和稳定性。与采用磷酸盐缓冲液的pH控制方式相比，无需在水中投加磷酸盐类物质，避免了水体遭受磷元素的二次污染。与采用HCl的pH控制方式相比，其可吸收CO2从而实现碳减排，更符合可持续发展的绿色理念。
(4)、本发明采用载体挂膜的培养方式，更有利于微生物的富集生长，并可实现水力停留时间与污泥停留时间的分离，增强对脱氮效果控制。
(5)、设置内循环系统，能够有效实现CO2在反应体系内的均匀分布，能够增强水、气和微生物之间的传质效率，并由于内循环增大了反应器内的水力上升流速，可对生物膜起到冲刷作用，从而促进载体上生物膜的更新。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：
图1为本发明基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法及装置示意图。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
本技术领域技术人员能够理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它能够直接连接到其他元件或者组件，或者也能够存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员能够理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
为便于对实施例的理解，下面做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。
实施例1：如图1所示，一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，以基于H2的自养反硝化水处理工艺步骤为基础；
基于H2的自养反硝化工艺步骤，指主要以H2为无机电子供体的自养反硝化工艺步骤，具体包括：
以零价铁(如铁屑)腐蚀析H2的自养反硝化工艺步骤，
以铁-碳载体腐蚀析H2的自养反硝化工艺步骤，
直接供H2的自养反硝化工艺步骤。
以零价铁(如铁屑)腐蚀析H2的自养反硝化工艺步骤，含有以下步骤；
将零价铁(包括但不限于铁屑、铁块、铁粉、纳米铁等)置于水中，零价铁发生腐蚀析H2反应；将污泥或微生物接种至反应体系内，其中的自养反硝化微生物主要利用H2，将水中的硝态氮去除；微生物通过上述反应提供的能量，利用无机碳源(可为CO2、HCO3 -或CO3 2-)合成自身细胞进行生长；零价铁还可与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除。
以铁-碳载体腐蚀析H2的自养反硝化工艺步骤，含有以下步骤；
将铁-碳载体(指主要由铁、碳两种元素制成的载体，也可含有其他元素)置于水中，在载体表面发生微电解反应实现析H2；将污泥或微生物接种至反应体系内，其中的自养反硝化微生物主要利用H2，将水中的硝态氮去除；微生物通过上述反应提供的能量，利用无机碳源(可为CO2、HCO3 -或CO3 2-)合成自身细胞进行生长；铁-碳载体中的铁还可与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除。
直接供H2的自养反硝化工艺步骤，含有以下步骤；
将污泥或微生物接种至反应体系内，直接向反应体系中供应H2；自养反硝化微生物利用H2，将水中的硝态氮去除；微生物通过上述反应提供的能量，利用无机碳源(可为CO2、HCO3 -或CO3 2-)合成自身细胞进行生长。
本发明涉及的工艺步骤还包括以H2和外加碳源(如甲醇、乙酸钠、聚己内酯等缓释碳源)共同作为电子供体的自养和异养耦合反硝化工艺步骤。
以H2和外加碳源(如甲醇、乙酸钠、聚己内酯等缓释碳源)共同作为电子供体的自养和异养耦合反硝化工艺步骤，含有以下步骤；
将污泥或微生物接种至反应体系内；将零价铁腐蚀析H2、或者铁-碳载体腐蚀析H2、或者直接供H2，这几种方式其中的一种或多种形成组合，作为H2的来源，供自养反硝化微生物生长；将待处理水体中含有的有机物，供异养反硝化微生物生长；当待处理水体中有机物含量不足时，可外加液体有机碳源或固体缓释碳源，供异养反硝化微生物生长；自养反硝化微生物和异养反硝化微生物共同作用，将水中的硝态氮去除，并合成自身细胞进行生长；如果体系内存在零价铁或铁碳载体，其中的铁还可与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除。
基于H2的自养反硝化工艺方法，其处理对象主要包括有待去除的硝态氮污染物(包括NO3 --N和NO2 --N)，进水中不含有机物或包含有机物均可；体系内主要发生以H2为无机电子供体，以NO3 -、NO2 -为电子受体，以无机碳(CO2、HCO3 -或CO3 2-)为无机碳源，从而实现脱氮的自养反硝化反应；当有有机物存在时，反应器内同时发生以有机物为电子供体和碳源的异养反硝化反应。
向基于H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气，CO2气体由储气瓶或储气袋储存，经由供气装置(稳压阀或供气泵)、气体测量装置(如压力表和流量计)与曝气装置相连；CO2供气量通过供气装置进行调节，以维持反应器内部pH在7～8.5范围内，同时达到85％以上的硝态氮去除率；CO2供气装置能够为膜片曝气、管式曝气或中空纤维膜组件曝气等多种形式。CO2进入基于H2的自养反硝化工艺内，既能够作为无机碳源促进自养反硝化菌群的生长，还能够与H2发生产乙酸的微生物反应，使CO2转化为小分子有机物而供应异养反硝化菌群生长，由此，可形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构，有效提高微生物对硝态氮的去除效果；CO2以气体形式连续投加，在不断产碱的自养反硝化工艺内，与体系内持续产生的OH-发生中和反应，使pH稳定控制在7～8.5的中性和弱碱性范围内，避免体系内pH不断升高至9以上而导致的微生物活性下降。
将上述基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法应用于零价铁腐蚀析H2的自养反硝化工艺，或以铁-碳载体腐蚀析H2的自养反硝化工艺，本发明还提供一种基于CO2曝气的自养反硝化强化装置。
一种基于CO2曝气的自养反硝化强化装置，包括反应器主体、进水出水系统、CO2曝气单元和内循环系统；
反应器主体为圆柱形反应柱形式，下部具有多孔的载体承托板，承托板上部填充零价铁(如铁屑)或铁-碳载体，以培养自养反硝化微生物；反应器外部设置加热保温装置使温度控制在反硝化微生物适宜生长的温度(20～35℃)；反应器中部设置温控传感器以监测温度；反应器底部设置污泥排放口，反应器运行时保持关闭状态，当反应器内生成剩余污泥时，暂停运行反应器，并由污泥排放口将剩余污泥排出反应器；反应器上、中和下部分别设置取水口，可对反应器内部不同高度的NO3 -、NO2 -浓度、pH值等指标进行监测；
进水系统由储水箱、进水管路、进水泵和反应器底部的进水口组成；进水存于储水箱中，通过进水管路经由进水泵，将进水以一定流量，经由进水口注入反应器内，进水流量由进水泵调节，以保持反应器内的水力停留时间在适合数值(如4～48h)；出水系统，由反应器上部的出水口，经由出水管路将出水排出反应器外。
CO2曝气单元由储气装置、供气装置、气体测量装置和曝气装置组成；CO2储气装置为储气瓶或储气袋；经由供气装置供应CO2，供气量通过供气装置进行调节；使用储气瓶时供气装置为稳压阀，使用储气袋时为供气泵；气体测量装置包括压力表和流量计，与设置在反应器内部的曝气装置相连，以监测CO2供气量和供气压力；曝气装置能够为膜片曝气、管式曝气或中空纤维膜组件曝气等多种形式；
设置内循环系统，将部分出水经由循环管路、循环泵、循环水入口，重新注入反应器内，以增加反应器内部的水流流速，从而增强反应器内的传质效果。
实施例2：一种基于CO2曝气的自养反硝化强化装置，如图1所示：圆柱形反应柱1，载体承托板2，加热保温层3，温控传感器4，污泥排放口5，上部取水口6a，中部取水口6b，下部取水口6c，储水箱7，进水管路8，进水泵9，进水口10，出水口11，出水管路12，CO2储气装置13，CO2供气装置14，压力表15，气体流量计16，气体管路17，曝气装置18，内循环管路19，循环泵20，循环水入口21。
圆柱形反应柱1、载体承托板2、加热保温层3、温控传感器4、污泥排放口5、上部取水口6a、中部取水口6b及下部取水口6c组成反应器主体，储水箱7、进水管路8、进水泵9、进水口10、出水口11及出水管路12组成进水出水系统，CO2储气装置13、CO2供气装置14、压力表15、气体流量计16、气体管路17及曝气装置18组成CO2曝气单元，内循环管路19、循环泵20及循环水入口21组成内循环系统。
圆柱形反应柱1通过加热保温层3包裹，温控传感器4探头置于圆柱形反应柱1内部，圆柱形反应柱1的下部设置载体承托板2、污泥排放口5、下部取水口6c、进水口10及循环水入口21，上部取水口6a连接在圆柱形反应柱1的上部，中部取水口6b连接在圆柱形反应柱1的中部，储水箱7通过进水管路8与进水泵9连接，进水泵9的输出与进水口10连接，出水口11及出水管路12连接在圆柱形反应柱1的顶部，CO2储气装置13通过气体管路17连接CO2供气装置14，CO2供气装置14的另一端连接压力表15、气体流量计16，气体流量计16的另一端经由气体管路17连接曝气装置18，曝气装置18安装在圆柱形反应柱1的顶部，内循环管路19连接在圆柱形反应柱1的上部，内循环管路19的另一端连接循环泵20及循环水入口21。
实施例3：如图1所示，基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法及装置，包括反应器主体、进水出水系统、CO2曝气单元和内循环系统；本例填充铁屑，实现零价铁腐蚀析H2并通过CO2曝气强化反硝化脱氮效果。
反应器主体为圆柱形反应柱形式，下部具有多孔的载体承托板，承托板上部填充铁屑(举例：堆积体积可占反应器总容积的50～80％)，将污泥或微生物接种至反应器内，培养微生物在铁屑上挂膜生长。
将零价铁腐蚀析H2，作为H2的来源，实现自养反硝化反应，将水中的硝态氮去除；自养微生物通过上述反应提供的能量，利用无机碳源合成自身细胞进行生长；零价铁还可与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除；将CO2通入反应器内，既能够作为无机碳源促进自养反硝化菌群的生长，还能够与H2发生产乙酸的微生物反应，使CO2转化为小分子有机物而供应异养反硝化菌群生长，由此，可形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构，有效提高微生物对硝态氮的去除效果；CO2与体系内持续产生的OH-发生中和反应，使pH稳定控制在7～8.5的中性和弱碱性范围内，避免体系内pH不断升高至9以上而导致的微生物活性下降。
本例中，反应器有效容积为2L，CO2曝气单元为膜片曝气，CO2储存在储气袋中，由蠕动泵持续进行CO2供气(流速约为0.5～1ml/min)。以需要深度脱氮的市政污水处理厂二级出水作为反应器进水，在NO3 --N为10～20mg/L的浓度下，无需外加任何有机碳源，出水NO3 --N和TN的去除率均可达到80％以上，完全满足污水排放标准中最严格的排放要求。
实施例4：如图1所示，基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法及装置，包括反应器主体、进水出水系统、CO2曝气单元和内循环系统；本例填充铁-碳载体，通过铁-碳微电解作用腐蚀析H2。
反应器主体为圆柱形反应柱形式，下部具有多孔的载体承托板，承托板上部填充铁-碳载体(举例：堆积体积可占反应器总容积的50～80％)，将污泥或微生物接种至反应体系内，培养微生物在铁-碳载体上挂膜生长。
反应器进水后，铁-碳载体处于水中，在载体表面发生微电解反应实现析H2，发生自养反硝化反应，将水中的硝态氮去除；自养微生物通过上述反应提供的能量，利用无机碳源合成自身细胞进行生长；铁-碳载体中的铁还可与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除；将CO2通入反应器内，既能够作为无机碳源促进自养反硝化菌群的生长，还能够与H2发生产乙酸的微生物反应，使CO2转化为小分子有机物而供应异养反硝化菌群生长，由此，可形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构，有效提高微生物对硝态氮的去除效果；CO2与体系内持续产生的OH-发生中和反应，使pH稳定控制在7～8.5的中性和弱碱性范围内，避免体系内pH不断升高至9以上而导致的微生物活性下降。
当进水中存在有机物，反应器内还同时发生以进水中的有机物为电子供体和碳源的异养反硝化反应，与上述自养反硝化反应、由于CO2生成有机物而产生的强化异养反硝化反应共同作用，实现硝态氮的高效去除。
本例中，反应器有效容积为5L，CO2曝气单元为中空纤维膜组件，CO2储存在气瓶中，由稳压阀和流量计控制流速为2～3ml/min。以模拟受硝态氮污染的地下水作为反应器进水，在NO3 --N约为40mg/L且COD约为20mg/L的低碳氮比条件下，无需外加任何有机碳源，在反应器HRT控制在12～18h时，出水NO3 --N和TN的去除率均可达到95％左右。CO2的加入显著提高了出水TN的去除率，特别是有效减少了由于铁与硝态氮发生化学反应而产生的氨氮浓度。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果能够有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，其特征在于处理对象包括有待去除的硝态氮污染物，包括NO3 --N和NO2 --N，进水中不含有机物或包含有机物；体系内发生基于H2的自养反硝化反应,CO2与H2的产乙酸反应，以及强化的自养和异养耦合反硝化反应。
2.根据权利要求1所述的一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，其特征在于向基于H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气，CO2与H2发生产乙酸反应生成小分子有机物。
3.根据权利要求1所述的一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，其特征在于：向基于H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气，基于H2的自养反硝化工艺指以H2为无机电子供体，以NO3 -、NO2 -为电子受体，以无机碳CO2、HCO3 -或CO3 2-为无机碳源，进行脱氮的自养反硝化反应，包括基于CO2曝气的以零价铁铁屑腐蚀析H2的自养反硝化工艺、基于CO2曝气的以铁-碳载体腐蚀析H2的自养反硝化工艺、基于CO2曝气的直接供H2的自养反硝化工艺以及基于CO2曝气的以H2和外加碳源甲醇、乙酸钠、聚己内酯缓释碳源共同作为电子供体的自养和异养耦合反硝化工艺；处理对象水体中含有有机物时，反应器内还同时发生以进水中有机物为电子供体和碳源的异养反硝化反应。
4.根据权利要求1所述的一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，其特征在于：CO2气体由储气瓶或储气袋储存，经由供气装置稳压阀或供气泵、气体测量装置压力表和流量计与曝气装置相连，在基于H2的自养反硝化工艺内进行CO2供气；CO2供气量通过供气装置进行调节，维持反应器内部pH在pH7～pH8.5范围内，同时达到85％以上的硝态氮去除率；CO2供气装置为膜片曝气、管式曝气或中空纤维膜组件曝气形式。
5.根据权利要求1所述的一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，其特征在于还包括CO2进入基于H2的自养反硝化工艺步骤，既能够作为无机碳源促进自养反硝化菌群的生长，还能够与H2发生产乙酸的微生物反应，使CO2转化为小分子有机物而供应异养反硝化菌群生长；CO2以气体形式连续投加，在不断产碱的自养反硝化工艺内，与体系内持续产生的OH-发生中和反应，使pH稳定控制在pH7～pH8.5的中性和弱碱性范围内，避免体系内pH不断升高至pH9以上而导致的微生物活性下降。
6.根据权利要求3所述的一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，其特征在于基于CO2曝气的以零价铁铁屑腐蚀析H2的自养反硝化工艺步骤包括：向以零价铁，包括但不限于铁屑、铁块、铁粉、纳米铁，腐蚀析H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气；零价铁置于水中，发生腐蚀析H2反应；将污泥或微生物接种至反应体系内，其中的自养反硝化微生物利用H2，将水中的硝态氮去除；微生物通过上述反应提供的能量，利用无机碳源合成自身细胞进行生长；零价铁与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除；进行CO2曝气后，由于产乙酸作用形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构。
7.根据权利要求3所述的一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，其特征在于基于CO2曝气的以铁-碳载体腐蚀析H2的自养反硝化工艺步骤包括：向以铁-碳载体腐蚀析H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气；铁-碳载体，指由铁、碳两种元素制成的载体，也含有其他元素，置于水中，在载体表面发生微电解反应实现析H2；将污泥或微生物接种至反应体系内，其中的自养反硝化微生物利用H2，将水中的硝态氮去除；微生物通过上述反应提供的能量，利用无机碳源合成自身细胞进行生长；铁-碳载体中的铁与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除；进行CO2曝气后，由于产乙酸作用形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构。
8.根据权利要求3所述的一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，其特征在于基于CO2曝气的直接供H2的自养反硝化工艺步骤包括：向直接供H2的自养反硝化工艺中进行CO2曝气；将污泥或微生物接种至反应体系内，直接向反应体系中供应H2；自养反硝化微生物利用H2，将水中的硝态氮去除；进行CO2曝气后，由于产乙酸作用形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构。
9.根据权利要求3所述的一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺方法，其特征在于基于CO2曝气的以H2和外加碳源甲醇、乙酸钠、聚己内酯缓释碳源共同作为电子供体的自养和异养耦合反硝化工艺步骤包括：向以H2和外加碳源甲醇、乙酸钠、聚己内酯缓释碳源共同作为电子供体的自养和异养耦合反硝化工艺中进行CO2曝气；将污泥或微生物接种至反应体系内；将零价铁腐蚀析H2、或者铁-碳载体腐蚀析H2、或者直接供H2，这几种方式其中的一种或多种形成组合，作为H2的来源，供自养反硝化微生物生长；将待处理水体中含有的有机物，供异养反硝化微生物生长；待处理水体中有机物含量不足时，外加液体有机碳源或固体缓释碳源，供异养反硝化微生物生长；自养反硝化微生物和异养反硝化微生物共同作用，将水中的硝态氮去除，并合成自身细胞进行生长；体系内存在零价铁或铁碳载体，其中的铁还与水中的硝态氮直接发生化学反应，将硝态氮去除；进行CO2曝气后，进一步由于产乙酸作用形成强化的自养和异养耦合的反硝化体系，改变微生物种群结构。
10.一种基于CO2曝气的自养反硝化强化工艺装置，其特征在于包括反应器主体、进水出水系统、CO2曝气单元和内循环系统；反应器主体为圆柱形反应柱形式，下部具有多孔的载体承托板，承托板上部填充零价铁铁屑或铁-碳载体；反应器外部或者连接加热保温装置，温度控制在反硝化微生物适宜生长的温度20～35℃；反应器中部连接温控传感器监测温度；反应器底部连接污泥排放口，由污泥排放口将剩余污泥排出反应器；反应器上、中和下部分别连接取水口；进水系统由储水箱、进水管路、进水泵和反应器底部的进水口组成；出水系统由反应器上部的出水口，经由出水管路将出水排出反应器外；CO2曝气单元由储气装置、供气装置、气体测量装置和曝气装置组成；CO2储气装置为储气瓶或储气袋；使用储气瓶时供气装置为稳压阀，使用储气袋时为供气泵；气体测量装置包括压力表和流量计，与连接在反应器内部的曝气装置相连；曝气装置为膜片曝气、管式曝气或中空纤维膜组件曝气形式；内循环系统将部分出水经由循环管路、循环泵、循环水入口，重新注入反应器内。
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