專利名稱：一種瓊脂凝膠顆粒及其在水源水生物脫氮工藝中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程水處理領(lǐng)域，涉及去除水源水中硝酸鹽的方法，具體涉及一 種瓊脂凝膠顆粒及其在受硝酸鹽污染的水源水生物脫氮工藝中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
農(nóng)業(yè)氮肥、畜禽排泄物的施用，生活污水和含氮工業(yè)廢水的不適當(dāng)處理和排放，固 體廢棄物的淋濾下滲，污水的回灌以及酸雨等的影響，使得水源水尤其是地下水中硝酸鹽 濃度上升而成為主要污染物。硝酸鹽本身對人體沒有危害，但在人體內(nèi)可經(jīng)硝酸鹽還原菌 作用變成亞硝酸鹽，會引起高鐵血紅蛋白癥，或形成致癌物質(zhì)亞硝基胺或其化合物使消化 器官致癌，對人體健康構(gòu)成威脅。硝酸鹽的去除技術(shù)大體可分為物理化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)兩類。物理化學(xué)技術(shù)包括 離子交換樹脂法、膜分離法(反滲透膜法、電滲析膜法)和化學(xué)反硝化(活潑金屬催化還原 法)等。生物技術(shù)是利用自然界氮素循環(huán)中的一個重要生物過程-反硝化作用來去除硝酸 鹽，并且由于生物反硝化脫除水中的硝酸鹽較為徹底，因此將生物脫氮技術(shù)應(yīng)用于去除水 源水中的硝酸鹽受到廣泛關(guān)注。根據(jù)生物反硝化所需碳源的不同，生物反硝化分為自養(yǎng)反硝化和異養(yǎng)反硝化。自 養(yǎng)反硝化是以CO32-等無機碳作為碳源，由于自養(yǎng)菌生長繁殖較慢，故脫氮速率較低，所需的 成本較高，實用價值較低。異養(yǎng)反硝化是以有機質(zhì)為碳源與反硝化電子供體，傳統(tǒng)的異養(yǎng) 反硝化投加的碳源包括甲醇、乙酸等，由于在使用時容易過量，進而影響出水水質(zhì)。因此， 水務(wù)工作者針對水源水生物脫氮所用的固體碳源做了較多的研究，以麥稈、麥草、紙、棉花、 蘆葦、甲殼素、可生物降解多聚物(BDPs)以及聚乳酸等作為反硝化固體碳源的研究已見報 道，但上述碳源在使用都存在著一定的不足。Asian等的研究顯示在以麥桿為碳源時，需要 較長的HRT (56. 85h)，出水COD在50 100mg/L ；邵留等以麥草為碳源的研究表明，達到理 想的反硝化效果同樣需要較長的HRT ；金贊芳等研究以紙為碳源時，結(jié)果表明系統(tǒng)啟動復(fù) 雜，也需要相對較長的HRT (9. 8h)，反硝化出水經(jīng)活性炭吸附處理后最終出水DOC < Ilmg/ L ；Mary等利用甲殼素為碳源時，同樣需要較長的HRT (16. 2h)；周海紅等利用BDPs為碳源 時，利用活性污泥啟動反應(yīng)器，碳源釋放不穩(wěn)定，受生物膜的制約；范振興等研究以聚乳酸 為碳源的結(jié)果顯示反應(yīng)器啟動需要較長時間，形成的生物膜不夠穩(wěn)定，反硝化受溫度影響 較大，同時亦需要較長的HRT(13h)。目前固體碳源水源水生物脫氮技術(shù)主要存在以下缺點(1)硝酸鹽氮去除率不 高；(2)硝酸鹽氮容積去除負荷不高；(3)需要較長的水力停留時間(HRT) ； (4)有機質(zhì)釋放 不夠穩(wěn)定，出水存在有機二次污染的風(fēng)險；(5)系統(tǒng)運行不夠穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種瓊脂凝膠 顆粒，作為緩釋固體碳源和微生物載體。本發(fā)明的另一目的是提供其在受硝酸鹽污染的水源水生物脫氮工藝中的應(yīng)用。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種瓊脂凝膠顆粒，包括以下重量份數(shù)的各組分瓊脂5 10份，海藻酸鈉1份， 35 60目陶粒5份和水100份。一種制備上述的瓊脂凝膠顆粒的方法，包括以下步驟(1)稱取各組分，將瓊脂、海藻酸鈉和陶粒置于水中攪勻，制得瓊脂凝膠體系，其中 水為煮沸的自來水；(2)將步驟(1)制備的瓊脂凝膠體系擠入質(zhì)量體積濃度為0. 5 2%的CaCl2溶 液造粒成型，至少靜置固化12h，制得初品；(3)用水將步驟(2)的初品洗滌2次以上，切成直徑為2 3mm、長為3 6mm的顆粒。其中，步驟(2)中，CaCl2溶液的質(zhì)量體積濃度為1%。上述的瓊脂凝膠顆粒在受硝酸鹽污染的水源水生物脫氮工藝中的應(yīng)用。水源水生物脫氮工藝系統(tǒng)，包括瓊脂凝膠反應(yīng)器和曝氣生物濾池。所述的瓊脂凝 膠顆粒置于瓊脂凝膠反應(yīng)器中，受硝酸鹽污染的水源水由瓊脂凝膠反應(yīng)器底部進水，經(jīng)過 瓊脂凝膠顆粒填料床后從溢流堰流出，首先利用水源水中的微生物進行自然接種，培養(yǎng)至 具有一定的反硝化能力后在一定的反硝化條件下進行水源水生物脫氮工藝運行，瓊脂凝膠 反應(yīng)器的出水經(jīng)過曝氣生物濾池處理后，進入常規(guī)的飲用水處理系統(tǒng)。所述的一定的反硝化能力為硝酸鹽氮容積去除負荷達到36mg/(L · d)，硝酸鹽氮 容積去除負荷是指在連續(xù)運行條件下單位體積瓊脂凝膠顆粒填料床在單位時間內(nèi)所能去 除的硝酸鹽氮的量。所述的一定的反硝化條件為進水硝酸鹽氮濃度為不高于60mg/L ；HRT 為1. 5 9. 5h。優(yōu)選在所述的水源水中添加磷酸氫二鉀，使進水中TP濃度為0. 60 0. 90mg/L。曝氣生物濾池中用的陶粒粒徑為Φ 1. 5 2. 5mm。瓊脂的主要組分是瓊脂糖，不溶于冷水，加熱到70°C以上可溶解于熱水。同時瓊脂 不易被微生物利用，故被廣泛用做微生物培養(yǎng)基。因此以瓊脂凝膠作為一種緩釋固體碳源 在理論上是可行的，使用過程中不易引起二次污染。微生物以瓊脂凝膠為載體生長繁殖并 形成生物膜，生物膜上的反硝化細菌利用瓊脂凝膠水解后的產(chǎn)物作為碳源和電子供體，將 硝酸鹽還原為氮氣，從而實現(xiàn)水源水中硝酸鹽的去除。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明具有瓊脂凝膠顆粒成 分較簡單、制備容易，系統(tǒng)適應(yīng)性強、運行穩(wěn)定、操作簡單、易于維護，可獲得90%以上的硝 酸鹽氮去除率及超過300mg/(L · d)的硝酸鹽氮容積去除負荷，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，克 服了現(xiàn)有水源水生物脫氮工藝硝酸鹽氮去除率不高、水力停留時間長、碳源投加量不易控 制、出水有機質(zhì)偏高等缺點。


圖1為本發(fā)明的受硝酸鹽污染的水源水生物脫氮工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的解釋。如圖1所示，為本發(fā)明的受硝酸鹽污染的水源水生物脫氮工藝系統(tǒng)。該工藝系統(tǒng) 主要包括水源水箱1、瓊脂凝膠反應(yīng)器進水泵2、曝氣生物濾池進水泵7、瓊脂凝膠反應(yīng)器3、 曝氣生物濾池9、儲水箱6、集水箱8、氣體流量計13和空氣壓縮機14、瓊脂凝膠反應(yīng)器排泥 口 5和曝氣生物濾池排泥口 11。在瓊脂凝膠應(yīng)器3內(nèi)裝有預(yù)先制備好的瓊脂凝膠顆粒4， 在曝氣生物濾池9中設(shè)有陶粒濾床10和砂芯曝氣頭12。水源水箱1中的受硝酸鹽污染的 水源水經(jīng)過瓊脂凝膠反應(yīng)器進水泵2打入瓊脂凝膠反應(yīng)器3內(nèi)，從下部進入，經(jīng)過瓊脂凝膠 顆粒4的填料床，先經(jīng)歷一段時間的掛膜過程，在掛膜過程中啟動出水回流泵15，瓊脂凝膠 反應(yīng)器3的部分出水通過回流管16重新回到瓊脂凝膠反應(yīng)器3內(nèi)，然后進行一定的反硝化 條件下的反硝化反應(yīng)，反硝化出水從瓊脂凝膠反應(yīng)器3頂部流入儲水箱6，然后通過曝氣生 物濾池進水泵7打入曝氣生物濾池9，從底部進入，經(jīng)過陶粒濾床10，進行生物氧化反應(yīng)，使 最終出水的COD、CODfc和NO2--N等得到有效控制，獲得合格的飲用水源水。以下各實施例所使用的瓊脂和海藻酸鈉均為國藥集團化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的 產(chǎn)品，瓊脂為瓊脂粉，生化試劑BR ；海藻酸鈉為化學(xué)純CP。其他試劑和產(chǎn)品均為常規(guī)產(chǎn)品。實施例1瓊脂凝膠顆粒，包括以下重量份數(shù)的各組分瓊脂10份、海藻酸鈉1份、粒徑為 35 60目的陶粒5份，水100份。通過以下步驟制備分別稱取瓊脂10份、海藻酸鈉1份、 粒徑為35 60目的陶粒5份，加入100份水，其中水為沸水，混合均勻，轉(zhuǎn)移至針筒中，然 后擠至質(zhì)量體積濃度(m/V)為的氯化鈣溶液中，成型，靜置固化至少12h，用水洗滌2遍 以上，充分干燥表面水份，將其切成直徑為2 3mm、長為3 6mm的顆粒備用。瓊脂凝膠反應(yīng)器3的啟動將制備好的瓊脂凝膠顆粒裝入瓊脂凝膠反應(yīng)器3中，瓊 脂凝膠反應(yīng)器3裝滿硝酸鹽氮濃度為50. 89mg/L的水源水，靜置5天后改為連續(xù)進水，水力 停留時間(HRT，基于瓊脂凝膠顆粒填料床的體積，下同)為9. 5h，啟動完成時的硝酸鹽氮容 積去除負荷平均為69. Omg/(L*d)。啟動后，瓊脂凝膠反應(yīng)器3在控溫24 26°C，HRT為 7. Ih,進水TP濃度為0. 020mg/L的條件下連續(xù)運行，去除水源水中的硝酸鹽，硝酸鹽氮去除 率平均為76. 25%，運行結(jié)果如表1所示。瓊脂凝膠反應(yīng)器3的出水經(jīng)過曝氣生物濾池9處理后流入集水箱8。曝氣生物濾 池9在溫度為24 26°C，HRT (基于陶粒濾床的體積，下同)為30min，氣水比為2 1的 條件下連續(xù)運行，最終出水水質(zhì)如表1所示。表1處理系統(tǒng)運行效果
5
實施例2改變實施例1中瓊脂凝膠反應(yīng)器3的進水硝酸鹽氮濃度平均為60. 60mg/L，HRT為 9. 5h，其它條件同實施例1，此時，瓊脂凝膠反應(yīng)器3出水硝酸鹽氮濃度平均為8. 58mg/L，硝 酸鹽氮去除率平均為85. 72%。實施例權(quán)利要求
一種瓊脂凝膠顆粒，其特征在于，包括以下重量份數(shù)的各組分瓊脂5～10份，海藻酸鈉1份，粒徑為35～60目的陶粒5份和水100份。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的瓊脂凝膠顆粒的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)稱取各組分，將瓊脂、海藻酸鈉和陶粒置于水中攪勻，制得瓊脂凝膠體系，其中水為 煮沸的自來水；(2)將步驟(1)制備的瓊脂凝膠體系擠入質(zhì)量體積濃度為0.5 2%的CaCl2溶液造 粒成型，至少靜置固化12h，制得初品；(3)用水將步驟(2)的初品洗滌2次以上，切成直徑為2 3mm、長為3 6mm的顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備權(quán)利要求1所述的瓊脂凝膠顆粒的方法，其特征在于 步驟(2)中，CaCl2溶液的質(zhì)量體積濃度為1%。
4.權(quán)利要求1所述的瓊脂凝膠顆粒在受硝酸鹽污染的水源水生物脫氮工藝中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種瓊脂凝膠顆粒及其在水源水生物脫氮工藝中的應(yīng)用。該瓊脂凝膠顆粒包括的組分的重量份數(shù)為瓊脂5～10份，海藻酸鈉1份，陶粒5份和水100份。其應(yīng)用為受硝酸鹽污染的水源水由瓊脂凝膠反應(yīng)器底部進入，經(jīng)過瓊脂凝膠顆粒填料床后從溢流堰流出，首先利用水源水中的微生物進行自然接種，系統(tǒng)啟動后再進行水源水生物反硝化和曝氣生物濾池的處理。本發(fā)明具有瓊脂凝膠顆粒成分簡單、制備容易，系統(tǒng)適應(yīng)性強、運行穩(wěn)定，可獲得90％以上的硝酸鹽氮去除率及超過300mg/(L·d)的硝酸鹽氮容積去除負荷，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，克服了現(xiàn)有水源水生物脫氮工藝硝酸鹽氮去除率不高、水力停留時間長、碳源投加量不易控制等缺點。
文檔編號C02F3/28GK101948170SQ20101024148
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者周富強, 成慧靈, 楊云彪, 楊德志, 梅翔, 金漢珍, 陳林, 陳翔 申請人:南京林業(yè)大學(xué)