專利名稱：一種利用聚羥基丁酸戊酸共聚酯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，特別涉及一種利用聚羥基丁酸戊酸共 聚酯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(duì)總氮的排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格。我國(guó)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。現(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(diǎn)是有毒性，運(yùn)輸不便且價(jià)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(dòng)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(huì)在出水中形成亞硝酸鹽的積累，都會(huì)對(duì)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(yùn)行。聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)是一種用淀粉為原料，運(yùn)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。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種利用聚羥基丁酸戊酸共聚酯去除水中硝酸氮的方法。一種利用聚羥基丁酸戊酸共聚酯去除水中硝酸氮的方法，其具體方案為(I)將聚羥基丁酸戊酸共聚酯PHBV顆粒加入到反應(yīng)器中，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，直接加入地下水啟動(dòng)，初始水力停留時(shí)間HRT為48h，馴化40天 50天，待出水硝酸氮濃度不高于5 mg/L時(shí)，逐漸降低HRT，具體方案為在231Γ24 h水力停留時(shí)間下保持12 (Γ13 d，然后在16 tTl7 h水力停留時(shí)間下保持10 cflld，然后在14 tTl5 h水力停留時(shí)間下保持2 cT3 d，然后在12 tTl3 h水力停留時(shí)間下保持7 (Γ8 d，然后在10 tTll h水力停留時(shí)間下保持12 (Γ13 d，然后在8 h、h水力停留時(shí)間下保持12 (Γ13 d，最后在3 h^6 h水力停留時(shí)間下保持14 (Γ15 (1;每隔2天 3天檢測(cè)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顆粒。所述PHBV顆粒的粒徑為O. 2 cnTO.4 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(jí)出水。本發(fā)明的有益效果為
(I)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(dòng)，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。(2)可生物降解固體PHBV的碳源釋放具有緩釋性能，可以避免液體碳源投加不易控制的問題，出水質(zhì)量好，亞硝酸氮和TOC的濃度很低。(3)PHBV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(yùn)行簡(jiǎn)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(hào)1_進(jìn)水口 ；2-出水口 ；3_固定床反應(yīng)器；4_集氣罩；5_PHBV顆粒；6-水浴進(jìn)口 ；7_水浴出口 ；8_金屬篩網(wǎng)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種利用聚羥基丁酸戊酸共聚酯去除水中硝酸氮的方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明采用市售聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)。固定床反應(yīng)器的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，圓柱形，有效體積O. 55 L，外部加水浴套管將反應(yīng)器的溫度維持在22 0C 24 X。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。反應(yīng)器不加任何污泥接種，直接加入地下水啟動(dòng)，初始水力停留時(shí)間(HRT)設(shè)為48 h。實(shí)施例1(I) PHBV載體的填充量為35% (體積百分比)；(2)因沒有加入種泥，地下水中微生物比較貧瘠，因此啟動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)，25 d之后出水的硝酸氮才開始降低；(3)待出水硝酸氮降至不高于5 mg/L且穩(wěn)定4天飛天后，逐漸降低HRT，具體方案為在24 h水力停留時(shí)間下保持13 d，然后在17 h水力停留時(shí)間下保持11 d，然后在15 h水力停留時(shí)間下保持3 d，然后在13 h水力停留時(shí)間下保持8 d，然后在11 h水力停留時(shí)間下保持13 d，然后在9 h水力停留時(shí)間下保持13 d，最后在5. 8 h水力停留時(shí)間下保持15 d ;在HRT為5. 8 h,出水的硝酸氮濃度可以降到4. O mg/L以下，亞硝酸氮的濃度小于O. 25 mg/L，氨氮和TOC的濃度均低于檢出限，總氮的去除率在71%以上。
實(shí)施例2(I) PHBV載體的填充量為45% (體積百分比)。(2)因沒有加入種泥，地下水中微生物比較貧瘠，因此啟動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)，22 d之后出水的硝酸氮才開始降低。(3)待出水硝酸氮降至不高于5 mg/L且穩(wěn)定4天飛天后，逐漸降低HRT，具體方案為在23 h水力停留時(shí)間下保持13 d，然后在17 h水力停留時(shí)間下保持11 d，然后在14h水力停留時(shí)間下保持3 d，然后在12 h水力停留時(shí)間下保持8 d，然后在10 h水力停留時(shí)間下保持13 d，然后在8 h水力停留時(shí)間下保持13 d，最后在3. 9 h水力停留時(shí)間下保持15 d0在HRT為3. 9 h，出水的硝酸氮濃度可以降到4. O mg/L以下，亞硝酸氮的濃度小于O. 25 mg/L，氨氮和TOC的濃度分別低于O.1 mg/L和O. 5 mg/L,總氮的去除率在65%以上。
實(shí)施例3(I) PHBV載體的填充量為60% (體積百分比)。(2)反應(yīng)器啟動(dòng)20天后，進(jìn)水硝酸氮逐漸降低至不高于于5 mg/L且穩(wěn)定6天I天。(3)逐漸降低HRT，具體方案為在23 h水力停留時(shí)間下保持12 d，然后在16 h水力停留時(shí)間下保持10 d，然后在14 h水力停留時(shí)間下保持2 d，然后在12 h水力停留時(shí)間下保持7 d，然后在10 h水力停留時(shí)間下保持12 d，然后在8 h水力停留時(shí)間下保持10d，最后在2. 9 h水力停留時(shí)間下保持15 d。在HRT為2. 9 h，出水的硝酸氮濃度可以降到3. 5 mg/L以下，亞硝酸氮的濃度小于O. 25 mg/L,氨氮和TOC的濃度低于O.1 mg/L和O. 5mg/L,總氮的去除率在75%以上。表I地下水的性質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.一種利用聚羥基丁酸戊酸共聚酯去除水中硝酸氮的方法，其特征在于(1)將聚羥基丁酸戊酸共聚酯PHBV顆粒加入到反應(yīng)器中，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，直接加入地下水啟動(dòng)，初始水力停留時(shí)間HRT為48h， 馴化40天 50天，待出水硝酸氮濃度不高于5 mg/L時(shí)，逐漸降低HRT，具體方案為在23 1Γ24 h水力停留時(shí)間下保持12 (Γ13 d，然后在16 tTl7 h水力停留時(shí)間下保持10 cfll d，然后在14 1Γ15 h水力停留時(shí)間下保持2 cT3 d，然后在12 tTl3 h水力停留時(shí)間下保持7 (Γ8 d，然后在10 tTll h水力停留時(shí)間下保持12 (Γ13 d，然后在8 h、h水力停留時(shí)間下保持12 (Γ13 d，最后在3 h^6 h水力停留時(shí)間下保持14 (Γ15 (1;每隔2天 3天檢測(cè)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°/Γ60%。
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顆粒的粒徑為O.2 cnTO.4 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(jí)出水。
全文摘要
本發(fā)明屬于水處理方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用聚羥基丁酸戊酸共聚酯去除水中硝酸氮的方法。本發(fā)明是將粒徑為0.2 cm~0.4 cm的PHBV顆粒加入到固定床反應(yīng)器中，填充率為35%~60%；反應(yīng)器不加任何污泥接種，直接加入地下水啟動(dòng)；初始水力停留時(shí)間HRT為48 h，待出水硝酸氮濃度不高于于5 mg/L，逐漸降低HRT。本發(fā)明中固體碳源反應(yīng)器不加污水處理廠的污泥而是用地下水直接馴化啟動(dòng)，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；可生物降解固體PHBV的碳源釋放具有緩釋性能，可以避免液體碳源投加不易控制的問題，出水質(zhì)量好；PHBV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(yùn)行簡(jiǎn)單，容易控制。
文檔編號(hào)C02F3/28GK102992479SQ20121054156
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)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(qǐng)人:清華大學(xué)