一種離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法
【專利摘要】一種離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，以離子交換樹脂快速脫除硝酸鹽，同時(shí)利用零價(jià)鐵和反硝化細(xì)菌完成生物反硝化和離子交換樹脂再生的水體硝酸鹽進(jìn)行無害還原，所述離子交換樹脂為具有硝酸鹽吸附能力的陰離子交換樹脂，零價(jià)鐵為100-300目還原性鐵粉，反硝化細(xì)菌為厭氧條件下利用氫氣進(jìn)行自養(yǎng)生長的兼性厭氧反硝化細(xì)菌。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：將離子交換和鐵菌耦合脫氮進(jìn)行優(yōu)化組合，不僅使鐵菌耦合過程中反應(yīng)時(shí)間短，抑制銨鹽等有毒副產(chǎn)物的生成，同時(shí)解決了離子交換脫硝不徹底、需要大量堿液再生等問題；反應(yīng)操作工藝簡單，條件容易控制，污染物去除速率快，無二次污染。
【專利說明】一種離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水污染控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自養(yǎng)反硝化，尤其是氫養(yǎng)反硝化，由于其產(chǎn)物清潔、對水體環(huán)境影響小的特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種比較理想的脫氮方法。因此，以氫養(yǎng)反硝化為核心，開發(fā)組合生物脫氮技術(shù)已成為當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，其核心為氫養(yǎng)反硝化細(xì)菌尋找到合適的供氫方式。并將其與自養(yǎng)反硝化細(xì)菌聯(lián)合構(gòu)建脫氮復(fù)合體系。然而，氫氣在水中的溶解度極低，外加氫源的使用會(huì)大大降低反硝化反應(yīng)速率。
[0003]零價(jià)鐵能夠在水中發(fā)生厭氧腐蝕釋放的氫氣，供給微生物反硝化，將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的氮?dú)狻５趯?shí)際應(yīng)用中，仍然存在一些問題需要解決，其一是反應(yīng)通常需要數(shù)天甚至數(shù)周的時(shí)間才能完成，硝酸鹽去除速率過低；其二是零價(jià)鐵腐蝕過程中同時(shí)釋出大量OH尚子，造成系統(tǒng)出水pH過聞。
[0004]基于此，本發(fā)明通過耦合零價(jià)鐵、反硝化菌以及陰離子交換樹脂，一方面，利用離子交換樹脂快速吸附硝酸鹽的能力大幅提高系統(tǒng)反應(yīng)速率；另一方面，利用鐵菌耦合體系釋出的大量0H_離子完成交換樹脂的再生，以實(shí)現(xiàn)樹脂的循環(huán)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題，提供一種離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，該方法可提高硝酸鹽去除速率，實(shí)現(xiàn)硝酸鹽無害化還原。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:.
一種離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，以離子交換樹脂快速脫除硝酸鹽，同時(shí)利用零價(jià)鐵和反硝化細(xì)菌完成生物反硝化和離子交換樹脂再生的水體硝酸鹽進(jìn)行無害還原，所述離子交換樹脂為具有硝酸鹽吸附能力的陰離子交換樹脂，零價(jià)鐵為100-300目還原性鐵粉，反硝化細(xì)菌為厭氧條件下利用氫氣進(jìn)行自養(yǎng)生長的兼性厭氧反硝化細(xì)菌，步驟如下:
O以濃度為lmol/L的鹽酸或濃度為lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)待反應(yīng)水體pH值至6.5-7.5 ；
2)測定待反應(yīng)水體中硝酸鹽含量；
3)根據(jù)水體中硝酸鹽含量和離子交換樹脂交換容量選擇適宜的離子交換樹脂型號并確定離子交換樹脂實(shí)際用量，確定零價(jià)鐵投加量；
4)根據(jù)待處理水量確定所需添加反硝化細(xì)菌菌液的體積；
5)密封反應(yīng)器，20-35°C下反應(yīng)4-7天即可。
[0007]所述離子交換樹脂實(shí)際用量與理論用量之比為1.5-2.0，其中理論用量為待處理水體中硝酸鹽含量與樹脂交換容量的比值。[0008]所述零價(jià)鐵與硝酸鹽的質(zhì)量比為20-40。
[0009]所述反硝化細(xì)菌菌液與待處理水量的質(zhì)量比為0.02-0.05，且反硝化菌液中細(xì)菌總數(shù)為 1.2-1.5 X IO5 CFU/mL。
[0010]本發(fā)明以離子交換樹脂快速吸附水體中硝酸鹽，然后由零價(jià)鐵和反硝化菌之間的耦合作用將硝酸鹽還原為氣態(tài)氮，同時(shí)利用零價(jià)鐵厭氧腐蝕過程中產(chǎn)生的氫氧根離子，實(shí)現(xiàn)陰離子交換樹脂的再生。
[0011]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.以表面鈍化的零價(jià)鐵粉支撐氫自養(yǎng)反硝化過程，將鐵氧化層這一常規(guī)零價(jià)鐵反應(yīng)中的不利因素轉(zhuǎn)化為脫硝反應(yīng)的有利條件，最大程度抑制銨鹽等有毒副產(chǎn)物的生成；
2.將離子交換和鐵菌耦合脫氮進(jìn)行優(yōu)化組合，一方面，解決鐵菌耦合過程中反應(yīng)時(shí)間長、出水PH過高等問題，另一方面，也解決了離子交換脫硝不徹底、需要大量堿液再生等問題；
3.反應(yīng)操作工藝簡單，條件容易控制，污染物去除速率快，無二次污染。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為離子交換一零價(jià)鐵一反硝化菌耦合體系的脫氮流程示意圖。
[0013]圖2為離子交換一零價(jià)鐵一反硝化菌耦合體系掃描電子顯微圖。
[0014]圖3為離子交換一零價(jià)鐵一反硝化菌耦合脫氮性能曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明通過以下實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明，但本實(shí)施例所述技術(shù)內(nèi)容僅是說明性的，非限定性的，不應(yīng)依此來局限本發(fā)明的使用范圍。
[0016]實(shí)施例1:
一種離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，以離子交換樹脂快速脫除硝酸鹽，同時(shí)利用零價(jià)鐵和反硝化細(xì)菌完成生物反硝化和離子交換樹脂再生的水體硝酸鹽進(jìn)行無害還原，所述離子交換樹脂為具有硝酸鹽吸附能力的陰離子交換樹脂，零價(jià)鐵為300目還原性鐵粉，反硝化細(xì)菌為厭氧條件下利用氫氣進(jìn)行自養(yǎng)生長的兼性厭氧反硝化細(xì)菌，步驟如下:
1)待處理原水體積為1L，以Imol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)待反應(yīng)水體pH值至7.0 ;
2)以紫外分光光度法測定該水體中硝酸鹽含量為50mg/L (以N計(jì))；
3)選擇717陰離子交換樹脂、交換容量為54.5 mg/mL進(jìn)行反應(yīng)，計(jì)算出樹脂用量為
1.5mL,以及300目還原性鐵粉用量為1.5g ；
4)確定真氧產(chǎn)堿桿菌菌液用量為25mL，細(xì)菌總數(shù)1.2 X IO5 CFU/mL ；
5)向1.2L玻璃反應(yīng)器內(nèi)按照上述計(jì)算得出的投加量順序添加離子交換樹脂、零價(jià)鐵和反硝化細(xì)菌的菌液，并密封反應(yīng)器，設(shè)置溫度為25 V，連續(xù)反應(yīng)7天，每天監(jiān)測水中硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽含量即可。
[0017]圖1為離子交換一零價(jià)鐵一反硝化菌耦合體系的脫氮流程示意圖。
[0018]圖3為離子交換一零價(jià)鐵一反硝化菌耦合脫氮性能曲線。圖中表明-J天后硝酸鹽去除率達(dá)到85%以上，且體系中無亞硝酸鹽和銨鹽產(chǎn)生。與單純使用零價(jià)鐵一反硝化細(xì)菌相比，硝酸鹽去除速率得以顯著提升，僅需2小時(shí)即可實(shí)現(xiàn)硝酸鹽的去除。
[0019]圖2為離子交換一零價(jià)鐵一反硝化菌耦合體系掃描電子顯微圖，圖中顯示:由于微生物生長于樹脂表面，阻礙了零價(jià)鐵與吸附于樹脂上的硝酸鹽直接接觸而發(fā)生還原反應(yīng)，因而，脫氮產(chǎn)物中銨鹽的比例得以顯著降低。
[0020]實(shí)施例2:
一種離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，以離子交換樹脂快速脫除硝酸鹽，同時(shí)利用零價(jià)鐵和反硝化細(xì)菌完成生物反硝化和離子交換樹脂再生的水體硝酸鹽進(jìn)行無害還原，所述離子交換樹脂為具有硝酸鹽吸附能力的陰離子交換樹脂，零價(jià)鐵為100目還原性鐵粉，反硝化細(xì)菌為厭氧條件下利用氫氣進(jìn)行自養(yǎng)生長的兼性厭氧反硝化細(xì)菌，步驟如下:
1)待處理原水體積為1.5L，以I mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)待反應(yīng)水體pH值至7.0 ；
2)以紫外分光光度法測定該水體中硝酸鹽含量為65mg/L (以N計(jì))；
3)選擇717陰離子交換樹脂、交換容量為54.5 mg/mL進(jìn)行反應(yīng)，計(jì)算出樹脂用量為2.0mL,以及100目還原性鐵粉用量為2.0g ；
4)確定真氧產(chǎn)堿桿菌菌液用量為45mL，細(xì)菌總數(shù)1.2 X IO5 CFU/mL ；
5)向1.2L玻璃反應(yīng)器內(nèi)按照上述計(jì)算得出的投加量順序添加離子交換樹脂、零價(jià)鐵和反硝化細(xì)菌的菌液，并密封反應(yīng)器，設(shè)置溫度為25 V，連續(xù)反應(yīng)5天，每天監(jiān)測水中硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽含量即可。
[0021]該實(shí)施例離子交換一.零價(jià)鐵一反硝化菌耦合脫氮性能曲線和掃描電子顯微圖與實(shí)施例1基本相同。
【權(quán)利要求】
1.一種離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，其特征在于:以離子交換樹脂快速脫除硝酸鹽，同時(shí)利用零價(jià)鐵和反硝化細(xì)菌完成生物反硝化和離子交換樹脂再生的水體硝酸鹽進(jìn)行無害還原，所述離子交換樹脂為具有硝酸鹽吸附能力的陰離子交換樹脂，零價(jià)鐵為100-300目還原性鐵粉，反硝化細(xì)菌為厭氧條件下利用氫氣進(jìn)行自養(yǎng)生長的兼性厭氧反硝化細(xì)菌，步驟如下: O以濃度為lmol/L的鹽酸或濃度為lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)待反應(yīng)水體pH值至.6.5-7.5 ； 2)測定待反應(yīng)水體中硝酸鹽含量； 3)根據(jù)水體中硝酸鹽含量和離子交換樹脂交換容量選擇適宜的離子交換樹脂型號并確定離子交換樹脂實(shí)際用量，確定零價(jià)鐵投加量； 4)根據(jù)待處理水量確定所需添加反硝化細(xì)菌菌液的體積； 5)密封反應(yīng)器，20-35°C下反應(yīng)4-7天即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，其特征在于:所述離子交換樹脂實(shí)際用量與理論用量之比為1.5-2.0，其中理論用量為待處理水體中硝酸鹽含量與樹脂交換容量的比值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，其特征在于:所述零價(jià)鐵與硝酸鹽的質(zhì)量比為20-40。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子交換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，其特征在于:所述反硝化細(xì)菌菌液與待處理水量的質(zhì)量比為0.02-0.05，且反硝化菌液中細(xì)菌總數(shù)為.1.2-1.5 X IO5 CFU/mL。
【文檔編號】C02F9/14GK103435236SQ201310420746
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】安毅, 張克強(qiáng), 董琪 申請人:農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所