CN111056631B

CN111056631B - 一种应用裂解气厌氧反硝化的方法

Info

Publication number: CN111056631B
Application number: CN201911291024.6A
Authority: CN
Inventors: 曾建雄; 张放; 戴昆
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: CN111056631A

Abstract

本发明提供了一种应用裂解气厌氧反硝化的方法，在厌氧反应器中装入含有硝态氮的污水，加入预先富集的厌氧菌群，连续通入裂解气，进行厌氧发酵。该方法能有效将污水中硝态氮反硝化成氮气，成本低。

Description

一种应用裂解气厌氧反硝化的方法

技术领域

本发明涉及一种应用裂解气厌氧反硝化的方法，属于微生物技术领域。

背景技术

能源是维持人类生活和促进社会经济发展的重要基础之一。随着化石能源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注，采用可再生能源取代化石能源是当前关注和研究热点。而通过光合作用合成的生物质是惟一可再生并可替代化石能源的资源。例如：当前我国可利用的生物质达到209亿吨，相当于5.8亿吨标准煤。生物质的利用方法包括：化学方法和生物方法。生物质利用的主要化学方法之一是首先通过热化学方法将其气化生产裂解气 (包括CO、H₂和CO₂等)，而后通过费托合成技术将该合成气转换成燃料以及其他化工原料或者产品。不过，反应温度高、合成气成分复杂导致催化剂失活等诸多不利因素限制了化学方法的广泛应用。

生物技术具有操作条件要求温和、底物利用速率快等优势。混合菌群直接利裂解气作为底物，可以合成包括乙酸、丁酸和乙醇等产物在内的脂肪酸和生物燃料等。由于合成气中CO和H₂等在水中的溶解度较低，目前微生物利用裂解气的运行模式主要采用序批式反应器(SBR)，并通过其高搅拌速率、合成气内循环等方式促进CO和H₂等在水中溶解以利于微生物利用。最近，以中空纤维膜为载体的反应器(HMR)也被用于裂解气的利用。

污水中存在硝酸盐等需要被降解转化的污染物质，目前主要通过在好氧条件下外加有机碳源的方式提供电子供体去除，这增加了污水处理厂的运行成本，并且导致异养菌群的大量滋生。

发明内容

本发明提供了一种应用裂解气厌氧反硝化的方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种应用裂解气厌氧反硝化的方法，在厌氧反应器中装入含有硝态氮的污水，加入预先富集的厌氧菌群，连续通入裂解气，进行厌氧发酵。

作为进一步改进的，所述厌氧反应器为序批式厌氧反应器或中空纤维膜反应器。

作为进一步改进的，所述硝态氮的污水含有20～100mg/L N-NO₃ ^-。

作为进一步改进的，所述厌氧菌群的富集方法包括以下步骤：

S1：取污泥，过铁筛，用厌氧培养基悬浮，振荡混合均匀，离心去上清，重复以上操作若干次；

S2：将步骤S1得到的污泥接种于厌氧反应器中，加入厌氧培养基，加入硝酸钠，通入过量的氮气和二氧化碳的混合气体，密封厌氧反应器并抽真空，真空度在-0.1MPa以下，连续通入裂解气，在温度为34～36℃的条件下培养90～110天，进行厌氧菌群富集；

作为进一步改进的，所述污泥为剩余污泥。

作为进一步改进的，在步骤S1中，所述铁筛为200目铁筛；所述离心为5500～6500rpm离心4～6min。

作为进一步改进的，所述厌氧培养基的配方为NH₄Cl 450～550mg/L； KH₂PO₄ 180～220mg/L；Na₂SO₄ 45～55mg/L；KCl 45～55mg/L；CaCl₂ 8～12 mg/L；MgCl₂.6H₂O 65～75mg/L；MnCl₂.4H₂O 0.6～1mg/L；CoCl₂.2H₂O 1.0～1.4mg/L；FeSO₄.7H₂O 3.0～3.4mg/L；AlCl₃ 0.4～0.6mg/L；NaMO₄.2H₂O 0.05～0.15mg/L；H₃BO₃ 0.1～0.25mg/L；NiCl₂.6H₂O 0.4～0.6mg/L； CuCl₂.2H₂O 1.0～1.2mg/L；ZnSO₄.2H₂O 3.0～3.5mg/L；EDTA-2Na 2.8～3.2mg/L。

作为进一步改进的，所述硝酸钠的加入量为50-200mg/L。

作为进一步改进的，所述氮气和二氧化碳的混合气体中氮气和二氧化碳的体积比70～85％：15～25％。

作为进一步改进的，所述裂解气按照体积分数计含有CO 35～45％,H₂ 45～55％,CO₂ 8～12％。

本发明的有益效果是：

本发明的应用裂解气厌氧反硝化的方法能有效地将污水中的硝态氮反硝化成氮气。

本发明的应用裂解气厌氧反硝化的方法，简单易操作，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1和2的序批式厌氧反应器装置图。

图2为本发明实施例3和4的中空纤维膜反应器装置图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

接种厌氧污泥富集自福州金山污水处理厂的剩余污泥，富集方法如下：将污泥(20mL)过200目铁筛以去除非生物杂质，并利用50mL无机盐厌氧培养基(为常规培养基，pH值为7.2，其组成为NH₄Cl 500mg/L；KH₂PO₄ 200mg/L；Na₂SO₄ 50mg/L；KCl 50mg/L；CaCl₂10mg/L；MgCl₂.6H₂O 70 mg/L；MnCl₂.4H₂O 0.8mg/L；CoCl₂.2H₂O 1.2mg/L；FeSO₄.7H₂O3.2mg/L； AlCl₃ 0.5mg/L；NaMO₄.2H₂O 0.1mg/L；H₃BO₃ 0.2mg/L；NiCl₂.6H₂O 0.5 mg/L；CuCl₂.2H₂O 1.1mg/L；ZnSO₄.2H₂O 3.2mg/L；EDTA-2Na 3.0mg/L)悬浮污泥，涡流振荡混合均匀，放置离心机6000rpm，5分钟离心，去除上清液；上述步骤重复3次，确保有机质以及其他干扰结果因素去除。之后，将清洗过后的污泥接种于1L的厌氧反应器中，加入250mL上述厌氧培养基。通入50L(氮气/二氧化碳＝80％/20％)混合气，排除反应器中原有的空气。将上述厌氧反应器用丁基橡胶塞和铝帽密封，并维持温度为35℃。利用真空泵将血清瓶顶部空气抽掉，使其顶空的气压在-0.1MPa。而后在反应器中加入硝酸钠(120mg/L)，并通入裂解气(CO 40％,H₂ 50％,CO₂ 10％)。每隔2天分析反应器中气相中CO，H₂，和N₂，和液相中硝氮的含量。经过100天富集得到厌氧菌群。

在序批式厌氧反应器中(如图1所示)，添加20mL已富集的厌氧菌群和200mL上述厌氧培养基(实验室配置，其中包含80mg/L N-NO₃ ^-)，而后连续通入裂解气(CO 40％,H₂ 50％,CO₂ 10％)，密封，经过1天处理，经检测，水中硝态氮含量降至0mg/L，反硝化产物为N₂，含量为42％。

所述CO，H₂，和N₂采用气相色谱仪(SP6890,山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司)分析。该仪器主要仪器参数如下：包括双路热导池的检测器和两根长度为2m填充

分子筛的不锈钢气相色谱分离柱。CO，H₂，和 N₂的测定条件为：进样口、柱温箱和热导池温度分别为120、120和130℃；用氩气作为载气；气体的进样量为1mL。

硝氮的测试方法：在10ml比色管，加入待测样品，用纯水稀释至标线 (实现平视液面，直至页面最低点在标线处)。向比色管中分别加入1mol/L 的盐酸0.2ml(200μl)和0.8％的氨基磺酸溶液0.02ml(20μl)；比色管盖盖住，摇晃均匀。(3)用石英比色皿在220和275nm波长处测量吸光度，并采用标线回归计算浓度。

实施例2

在序批式厌氧反应器(如图1所示)中，添加40mL已富集的厌氧菌群和200mL待处理污水(经检测，其中包含82mg/L N-NO₃ ^-)，其他同实施例 1，而后连续通入裂解气(CO 40％,H₂ 50％,CO₂ 10％)，经过1天处理，水中硝态氮含量降至0mg/L，反硝化产物为N₂，含量35％)。

实施例3

在中空纤维膜反应器(如图2所示)中，添加50mL已富集的厌氧菌群和200mL厌氧常规培养基(实验室配置，其中包含60mg/L N-NO₃ ^-)，其他同实施例1，而后连续通入裂解气(CO40％,H₂ 50％,CO₂ 10％)，密封，经过1天处理，水中硝态氮含量降至0mg/L，反硝化产物为N₂(含量42％)。

实施例4：

在中空纤维膜反应器(如图2所示)中，添加50mL已富集的厌氧菌群和200mL待处理污水(经检测，其中包含61mg/L N-NO₃ ^-)，其他同实施例 1，而后连续通入裂解气(CO 40％,H₂ 50％,CO₂ 10％)，密封，经过1天处理，水中硝态氮含量降至0mg/L，反硝化产物为N₂，含量30％。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种应用裂解气厌氧反硝化的方法，其特征在于：在厌氧反应器中装入含有硝态氮的污水，加入预先富集的厌氧菌群，连续通入裂解气，进行厌氧发酵；

所述厌氧菌群的富集方法包括以下步骤：

所述裂解气按照体积分数计含有CO 35～45％,H₂ 45～55％,CO₂ 8～12％。

2.根据权利要求1所述的应用裂解气厌氧反硝化的方法：其特征在于：所述厌氧反应器为序批式厌氧反应器或中空纤维膜反应器。

3.根据权利要求1所述的应用裂解气厌氧反硝化的方法：其特征在于：所述硝态氮的污水含有20～100mg/L N-NO₃ ^-。

4.根据权利要求1所述的应用裂解气厌氧反硝化的方法，其特征在于：所述污泥为剩余污泥。

5.根据权利要求1所述的应用裂解气厌氧反硝化的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述铁筛为200目铁筛；所述离心为5500～6500rpm离心4～6min。

6.根据权利要求1所述的应用裂解气厌氧反硝化的方法，其特征在于：所述厌氧培养基的配方为NH₄Cl 450～550mg/L；KH₂PO₄ 180～220mg/L；Na₂SO₄ 45～55mg/L；KCl 45～55mg/L；CaCl₂ 8～12mg/L；MgCl₂·6H₂O 65～75mg/L；MnCl₂·4H₂O 0.6～1mg/L；CoCl₂·2H₂O 1.0～1.4mg/L；FeSO₄·7H₂O 3.0～3.4mg/L；AlCl₃ 0.4～0.6mg/L；NaMO₄·2H₂O 0.05～0.15mg/L；H₃BO₃ 0.1～0.25mg/L；NiCl₂·6H₂O 0.4～0.6mg/L；CuCl₂·2H₂O 1.0～1.2mg/L；ZnSO₄·2H₂O 3.0～3.5mg/L；EDTA-2Na 2.8～3.2mg/L。

7.根据权利要求1所述的应用裂解气厌氧反硝化的方法，其特征在于：所述硝酸钠的加入量为50-200mg/L。

8.根据权利要求1所述的应用裂解气厌氧反硝化的方法，其特征在于：所述氮气和二氧化碳的混合气体中氮气和二氧化碳的体积比70～85％：15～25％。