專利名稱：一種利用phbv和竹粉共混材料去除水中硝酸氮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用PHBV和竹粉共混材料去除水中硝酸氮的方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于大量含氮的生活和工業(yè)污水排入水體，以及化肥農(nóng)藥的過度使用，地表水和地下水的硝酸鹽氮污染已成為世界范圍內(nèi)水體污染的突出問題。異養(yǎng)反硝化是目前應(yīng)用最為廣泛的生物去除硝酸鹽氮的方法(J. Van Rijn, Y. Tal, H. J. Schreier,Denitrification in recirculating systems: Theory and applications, AquaculturalEngineering 34(3) (2006) 364-376)。為保證反硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行,必須提供充足的碳源。另外，隨著污水處理標(biāo)準(zhǔn)的提高，對總氮的排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格。我國現(xiàn)行的污水處理工 藝普遍存在脫氮碳源不足的問題，這已經(jīng)成為制約生物脫氮效率的關(guān)鍵問題。研究開發(fā)新型外加碳源及其脫氮特性，已經(jīng)成為水處理領(lǐng)域急需解決的關(guān)鍵問題?，F(xiàn)有的外加碳源通?？煞譃閭鹘y(tǒng)溶解性碳源和新型固體碳源兩大類(邵留，徐祖信，尹海龍，污染水體脫氮工藝中外加碳源的研究進(jìn)展，工業(yè)水處理27(12) (2007)10-14)。傳統(tǒng)碳源以甲醇、乙醇、乙酸和葡萄糖等液態(tài)有機(jī)物為主。甲醇是目前應(yīng)用和研究最為廣泛的液體碳源，其脫氮效果好，污泥產(chǎn)率低；缺點是有毒性，運輸不便且價格較高。采用溶解性碳源普遍存在的問題是碳氮比難以控制，尤其在進(jìn)水硝酸鹽有波動的情況下，碳源投加量的調(diào)控更加困難。碳源投加過量則出水中含有殘留碳源；碳源不足則會在出水中形成亞硝酸鹽的積累，都會對出水水質(zhì)造成很大影響。固體碳源只有在微生物酶的作用下被分解后，才能被反硝化菌利用，從而避免了傳統(tǒng)工藝中液體碳源投加不易控制的問題，保證了出水水質(zhì)，有利于水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。用于反硝化脫氮的固體碳源主要有以下兩類(1)富含纖維素的物質(zhì)如棉花、麥桿、蘆葦?shù)忍烊恢参?，以及碎報紙等?2)可生物降解聚合物包括聚羥基脂肪酸(PHA)、聚己內(nèi)酸酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)等。相比于廉價的天然固體有機(jī)物，可生物降解聚合物脫氮過程出水質(zhì)量好，色度和TOC較低，操作穩(wěn)定，容易控制，但其價格較高，限制了其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)是一種用淀粉為原料，運用發(fā)酵工程技術(shù)生產(chǎn)出的生物聚酯。它具有良好的生物相容性、生物降解和生物可吸收性，目前已經(jīng)在醫(yī)用材料(縫線、骨釘)、薄膜材料(地膜、購物袋、堆肥袋)、一次性用品(筆、餐具)和包裝材料方面有所應(yīng)用。竹粉來自竹材加工過程廢棄的竹材(竹屑、廢竹)，屬植物纖維。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種利用PHBV和竹粉共混材料去除水中硝酸氮的方法。一種利用PHBV和竹粉共混材料去除水中硝酸氮的方法，其具體方案為
(I)將PHBV和竹粉共混后顆粒加入到反應(yīng)器中，其中PHBV和竹粉的質(zhì)量比為(T4) : 1，所采用的反應(yīng)器形式為固定床；從反應(yīng)器底部進(jìn)水，上部出水；在載體上部放置金屬篩網(wǎng)以防止載體洗出；(2)反應(yīng)器不加任何污泥接種，直接加入進(jìn)水啟動，初始水力停留時間(HRT)為17h，待出水硝酸氮濃度達(dá)到2 mg/L 5 mg/L時，保持5 cT7 d ;然后逐漸降低HRT，具體降低方案為在12 1T14 h水力停留時間下保持2 cT4 d，然后在9 ITlO h水力停留時間下保持2 cT3 d，然后在7 h 8 h水力停留時間下保持4 (Te d，然后在5 h 6 h水力停留時間下保持5 (Te d，最后在2 h^4 h水力停留時間下保持2 cT3 d;每隔2 cT3 d檢測出水的硝酸氮、亞硝酸氮、氨氮和TOC濃度。所述固定床反應(yīng)器的填充率為35%飛0%。所使用的固體碳源為PHBV和竹粉共混顆粒。
所述PHBV和竹粉共混材料的粒徑為0. 3 cnTO. 5 cm。所處理的水源為地下水，飲用水或城市污水處理廠的二級出水。本發(fā)明的有益效果為(I)以PHBV與竹粉共混的材料作為固相反硝化碳源，可以顯著提高材料的生物降解性能，縮短反應(yīng)器的啟動時間，降低脫氮成本；(2)固體碳源反應(yīng)器不加污水處理廠的污泥而是用地下水直接馴化啟動，可以避免污水廠污泥中致病菌的引入，尤其適用于地下水和飲用水的脫氮處理；(3) PHBV和竹粉共混的材料既作為生物膜的載體又作為反硝化的碳源，反應(yīng)器操作運行簡單，容易控制。


圖1為填充后的固定床反應(yīng)器的示意圖。圖中標(biāo)號1-進(jìn)水口 ；2-出水口 ；3-固定床反應(yīng)器；4-集氣罩；5-PHBV和竹粉共混顆粒；6_水浴進(jìn)口 ；7_水浴出口；8-金屬篩網(wǎng)。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種利用PHBV和竹粉共混材料去除水中硝酸氮的方法，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明使用市售PHBV和竹粉。實施例1(I)共混材料中PHBV與竹粉的質(zhì)量比為1:1，載體的填充率為35% ；(I)固定床反應(yīng)器的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，圓柱形，有效體積0. 55 L，外部加水浴套管將反應(yīng)器的溫度維持在22 0C 24 °C;如附圖1所示，底部進(jìn)水，上部出水；地下水取自北京市清華大學(xué)昌平校區(qū)；地下水的性質(zhì)指標(biāo)如表I所示；(3)反應(yīng)器不加任何污泥接種，直接加入地下水啟動，初始水力停留時間設(shè)為17h ;雖然地下水中的微生物比較貧瘠，但由于PHBV和竹粉的生物降解性能較好，反應(yīng)器啟動5天之后，出水硝酸氮的濃度就可以降到2. 0 mg/L以下，氮的去除率可以達(dá)到85%以上。(4)逐漸降低HRT，具體方案如下在13 h水力停留時間下保持2 d，然后在9. 4 h水力停留時間下保持2 d，然后在7. 4 h水力停留時間下保持6 d，然后在5. 5 h水力停留時間下保持7 d，最后在2.8 h水力停留時間下保持3 d;不到一個月的時間(25 d)反應(yīng)器啟動成功；穩(wěn)定運行狀態(tài)下，在HRT為2. 8 h，出水的硝酸氮濃度可以穩(wěn)定降到3. 2 mg/L以下，亞硝酸氮的濃度小于0. 38 mg/L，氨氮的濃度均低于檢出限，氮的去除率在80%以上；出水TOC的濃度在0. 2 mg/L 2. 5 mg/L。實施例2(I)共混材料中PHBV與竹粉的質(zhì)量為1:1，載體的填充率為45% ；(2)固定床反應(yīng)器的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，圓柱形，有效體積0. 55 L，外部加水浴套管將反應(yīng)器的溫度維持在22 0C 24 °C;如附圖1所示，底部進(jìn)水，上部出水；地下水取自北京市清華大學(xué)昌平校區(qū)；地下水的性質(zhì)指標(biāo)如表I所示；(3)反應(yīng)器不加種泥，直接加入地下水啟動，初始停留時間設(shè)為17 h ;反應(yīng)器啟動 5天之后，出水硝酸氮的濃度就可以降到2. 0 mg/L以下，氮的去除率可以達(dá)到85%以上；(4)逐漸降低HRT，具體方案為在12 h水力停留時間下保持2 d，然后在10 h水力停留時間下保持2 d，然后在7 h水力停留時間下保持5 d，然后在5 h水力停留時間下保持5 d，最后在2. 9 h水力停留時間下保持3 d ；22 d后反應(yīng)器啟動成功，在HRT為2.9 h，出水的硝酸氮濃度可以穩(wěn)定降到2. 4 mg/L以下，亞硝酸氮的濃度小于0.38 mg/L，氨氮的濃度小于0. 02 mg/L,總氮的去除率在83%以上。出水TOC的濃度在0. 2-7. 3 mg/L。實施例3(I)共混材料中PHBV與竹粉的質(zhì)量比為3:1，載體的填充率為35% ；(2)固定床反應(yīng)器的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，圓柱形，有效體積0. 55 L，外部加水浴套管將反應(yīng)器的溫度維持在22 0C 24 °C;如附圖1所示，底部進(jìn)水，上部出水；地下水取自北京市清華大學(xué)昌平校區(qū)；地下水的性質(zhì)指標(biāo)如表I所示；(3)反應(yīng)器不加任何污泥接種，直接加入地下水啟動，初始停留時間設(shè)為17 h ;反應(yīng)器啟動8天之后，出水硝酸氮的濃度可以降到2. 0 mg/L以下，氮的去除率在85%以上。(3)逐漸降低HRT，具體方案為在14 h水力停留時間下保持3 d，然后在10 h水力停留時間下保持3 d，然后在8 h水力停留時間下保持7 d，然后在6 h水力停留時間下保持5 d，最后在3 h水力停留時間下保持3 d ；29天后反應(yīng)器啟動成功；在HRT為3 h時，出水的硝酸氮濃度可以穩(wěn)定降到3. 5 mg/L以下，亞硝酸氮的濃度小于0.35 mg/L，氨氮的濃度均低于檢出限，總氮的去除率在75%以上；出水TOC的濃度在0. 2 mg/L^l. 3 mg/L。實施例4(I)共混材料中PHBV與竹粉的質(zhì)量比為3:1，載體的填充率為60% ；(2)固定床反應(yīng)器的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，圓柱形，有效體積0. 55 L，外部加水浴套管將反應(yīng)器的溫度維持在22 °(T24 °C;如附圖1所示，底部進(jìn)水，上部出水；地下水取自北京市清華大學(xué)昌平校區(qū)；地下水的性質(zhì)指標(biāo)如表I所示；(3)反應(yīng)器不加任何污泥接種，直接加入地下水啟動，初始停留時間設(shè)為17 h ;反應(yīng)器啟動6天之后，出水硝酸氮的濃度可以降到2. 0 mg/L以下，氮的去除率在85%以上；(4)逐漸降低HRT，具體方案如下在12 h水力停留時間下保持2 d，然后在9 h水力停留時間下保持2 d，然后在7 h水力停留時間下保持5 d，然后在5 h水力停留時間下保持6 d，最后在2 h水力停留時間下保持3 d;25天后反應(yīng)器啟動成功；在HRT為2 h時，出水的硝酸氮濃度可以穩(wěn)定降到3.0 mg/L以下，亞硝酸氮的濃度小于0.3 mg/L，氨氮的濃度均低于檢出限，總氮的去除率在80%以上；出水TOC的濃度在0. 2 mg/L^l. 5 mg/L。表I地下水的性質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.一種利用PHBV和竹粉共混材料去除水中硝酸氮的方法，其特征在于 (1)將PHBV和竹粉共混后顆粒加入到反應(yīng)器中，其中PHBV和竹粉的質(zhì)量比為(f4):1，所采用的反應(yīng)器形式為固定床；從反應(yīng)器底部進(jìn)水，上部出水；在載體上部放置金屬篩網(wǎng)以防止載體洗出； (2)反應(yīng)器不加任何污泥接種，直接加入進(jìn)水啟動，初始水力停留時間HRT為17h，待出水硝酸氮濃度達(dá)到2 mg/L 5 mg/L時，保持5 cT7 d ;然后逐漸降低HRT，具體降低方案為在12 1T14 h水力停留時間下保持2 cT4 d，然后在9 ITlO h水力停留時間下保持2(T3 d，然后在7 hi h水力停留時間下保持4 (Te d，然后在5 h^6 h水力停留時間下保持5 cT6 d，最后在2 h^4 h水力停留時間下保持2 cT3 d ;每隔2 cT3 d檢測出水的硝酸氮、亞硝酸氮、氨氮和TOC濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述固定床反應(yīng)器的填充率為35% 60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所使用的固體碳源為PHBV和竹粉共混顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述PHBV和竹粉共混材料的粒徑為0.3cm 0. 5 cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所處理的水源為地下水，飲用水或城市污水處理廠的二級出水。
全文摘要
本發(fā)明屬于水處理方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用PHBV和竹粉共混材料去除水中硝酸氮的方法。該方法是將粒徑為0.3 cm~0.5 cm的PHBV和竹粉共混顆粒加入到固定床反應(yīng)器中，填充率為30%~60%；反應(yīng)器不加任何種泥，直接加入地下水啟動；初始水力停留時間為17 h，待出水硝酸氮濃度達(dá)到2 mg/L~5 mg/L后，逐漸降低HRT。本發(fā)明中PHBV和竹粉共混的材料既作為生物膜的載體又作為反硝化的碳源，可以顯著提高材料的生物降解性能，縮短反應(yīng)器的啟動時間，降低脫氮成本；固體碳源反應(yīng)器不加污水處理廠的污泥而是用地下水直接馴化啟動，可以避免污水廠污泥中致病菌的引入，尤其適用于地下水和飲用水的脫氮處理；反應(yīng)器操作運行簡單，容易控制，出水質(zhì)量好。
文檔編號C02F3/28GK103011398SQ20121054155
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者王建龍, 初里冰 申請人:清華大學(xué)