用于削減納米材料對(duì)污水生物除磷脫氮系統(tǒng)不利影響的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于削減納米材料對(duì)污水除磷脫氮系統(tǒng)不利影響的方法。本發(fā)明主要通過將有機(jī)廢物厭氧轉(zhuǎn)化為含丙酸和蛋白質(zhì)的溶液，采用發(fā)酵所得溶液調(diào)節(jié)待處理污水的碳源組成，實(shí)現(xiàn)污水除磷脫氮功能微生物結(jié)構(gòu)的定向調(diào)控，從而大幅削減納米材料對(duì)污水生物處理過程的不利影響。本方法具有操作簡便，削減效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。在適合的工藝條件下，本方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料所導(dǎo)致的除磷和脫氮不利影響的削減率分別達(dá)到80%和60%以上。
【專利說明】用于削減納米材料對(duì)污水生物除磷脫氮系統(tǒng)不利影響的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水、廢水或污水的生物處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種通過調(diào)節(jié)污水除磷脫氮系統(tǒng)的碳源組成，實(shí)現(xiàn)污水除磷脫氮功能微生物結(jié)構(gòu)的定向調(diào)控，從而削減納米材料對(duì)污水生物處理過程不利影響的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，納米技術(shù)取得了飛速發(fā)展，同時(shí)納米材料以其優(yōu)異的物理或化學(xué)特性被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)方面。但是，納米材料在生產(chǎn)和使用過程中將不可避免地流入排水收集系統(tǒng)，并最終匯集到污水處理廠。眾所周知，國內(nèi)外城市污水處理廠普遍采用活性污泥法實(shí)現(xiàn)污水氮和磷的去除。在活性污泥處理系統(tǒng)中，微生物是污染物的重要分解者，其生長和代謝水平的高低將直接影響污水處理的效果。但是，納米材料(如納米銀、納米銅或納米氧化鋅等)的存在會(huì)抑制污水除磷脫氮微生物的代謝，并最終影響污水除磷脫氮效果，這對(duì)污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了潛在風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]目前，有研究者通過改變納米材料的結(jié)構(gòu)特性從而實(shí)現(xiàn)部分削減納米材料的生物毒性。例如，在納米氧化鋅中摻雜鐵可降低納米材料的溶解速率，從而減少其溶出的鋅離子，部分削減其生物毒性。但是，納米材料的摻雜或改性會(huì)改變納米材料自身的特性，這將影響納米材料的應(yīng)用范圍。發(fā)明人的前期研究表明，當(dāng)污水生物處理系統(tǒng)中微生物的種群多樣性較為豐富且除磷脫氮功能微生物豐度較高時(shí)，整個(gè)污水生物處理系統(tǒng)具有較好的處理效果和較強(qiáng)的抗沖擊能力。因此，發(fā)明人考慮，如果能夠強(qiáng)化污水生物處理系統(tǒng)抵抗納米材料生物毒性的能力，這將能夠在不影響納米材料性質(zhì)的前提下，有效削減其對(duì)污水生物除磷脫氮過程的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種在不改變納米材料自身特性的前提下大幅削減納米材料對(duì)污水生物除磷脫氮過程不利影響的方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明通過將有機(jī)廢棄，如廚余垃圾或剩余污泥等，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生發(fā)酵溶液并用以調(diào)節(jié)污水中丙酸和蛋白質(zhì)的濃度，從而調(diào)控污水除磷脫氮功能微生物的組成和豐度，實(shí)現(xiàn)大幅削減納米材料對(duì)污水生物除磷脫氮過程的不利影響。
[0006] 用于削減納米材料對(duì)污水生物除磷脫氮系統(tǒng)不利影響的方法，具體步驟如下:
(1)將有機(jī)廢物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生含丙酸和蛋白質(zhì)的溶液；所述有機(jī)廢物可以為廚余垃圾、污水處理廠的剩余污泥或者兩者的混合物；控制厭氧發(fā)酵的溫度為30-50°C，溶液pH值為
9.0-11.0，厭氧發(fā)酵時(shí)間為2-8天；
(2)將發(fā)酵所得溶液加入待處理的含納米材料的污水中；以COD計(jì)，控制加入發(fā)酵所得溶液后的污水中丙酸濃度大于10 mg/L，蛋白質(zhì)濃度大于10 mg/L ；(3)將污水進(jìn)行生物除磷脫氮處理。
[0007]本發(fā)明中，步驟(I)中，控制厭氧發(fā)酵的溫度為45_50°C。
[0008]本發(fā)明中，步驟(I)中，厭氧發(fā)酵的pH值為9.0-10.0。
[0009]本發(fā)明中，步驟(I)中，厭氧發(fā)酵時(shí)間為6-8天。
[0010]本發(fā)明中，步驟(2)中，污水所含的納米材料是納米銀、納米銅或納米氧化鋅中任
一種。
[0011]本發(fā)明中，步驟(2)中，以COD計(jì)，加入發(fā)酵所得溶液后的污水中丙酸濃度大于60mg/L,蛋白質(zhì)濃度大于50 mg/L ο
[0012]本發(fā)明提出的用于削減納米材料對(duì)污水生物除磷脫氮系統(tǒng)不利影響的方法，推薦的工藝參數(shù)為:有機(jī)廢物在30-50 0C (50 °C最佳)和pH 9.0-11.0 (pH 9.5最佳)的條件下厭氧發(fā)酵2-8天(8天最佳)產(chǎn)生發(fā)酵溶液；加入發(fā)酵溶液后的待處理污水中丙酸濃度(以COD計(jì))大于60 mg/L最佳,蛋白質(zhì)濃度(以COD計(jì))大于50 mg/L最佳。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
(I)本方法所采用的發(fā)酵溶液來源于有機(jī)廢物的厭氧發(fā)酵，這顯著降低了削減納米材料不利影響的成本。
[0014](2)本方法在削減納米材料對(duì)污水除磷脫氮過程的不利影響時(shí)不改變納米材料自身的特性，不影響納米材料的應(yīng)用范圍。
[0015](3)本方法可以實(shí)現(xiàn)大幅削減納米材料對(duì)污水除磷脫氮過程的不利影響，其對(duì)除磷不利影響的削減率達(dá)到80%以上，對(duì)脫氮不利影響的減率達(dá)到60%以上。
[0016](4)本方法具有操作簡便，削減效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1:
(1)待處理的含有納米氧化鋅的污水，其COD為180mg/L，TN為32 mg/L，TP為9.0 mg/L，經(jīng)過生物處理系統(tǒng)處理后，其出水COD為85 mg/L, TN為17 mg/L, TP為19 mg/L ；
(2)廚余垃圾(懸浮固體即SS濃度約為18000mg/L)在溫度30 °〇和pH 9.0的條件下厭氧發(fā)酵6天，所得發(fā)酵溶液中丙酸濃度(以COD計(jì))為1580 mg/L，蛋白質(zhì)濃度(以COD計(jì))為 1450 mg/L ；
(3)將發(fā)酵產(chǎn)生的溶液加入待處理污水中，使得加入發(fā)酵溶液后污水中的丙酸濃度為90 mg/L,蛋白質(zhì)濃度為75 mg/L ；
(4)待處理污水經(jīng)生物處理后，其出水COD為80mg/L, TN為6.5 mg/L, TP為3.5 mg/L ;實(shí)現(xiàn)納米材料對(duì)除磷和脫氮不利影響的削減率分別為82%和62%。
[0018]實(shí)施例2:
(1)待處理的含有納米氧化鋅的污水，其COD為120mg/L，TN為40 mg/L，TP為8.0 mg/L，經(jīng)過生物處理系統(tǒng)處理后，其出水COD為65 mg/L, TN為21 mg/L, TP為18 mg/L ；
(2)廚余垃圾(SS濃度約為13800mg/L)在溫度50°C和pH 11.0的條件下厭氧發(fā)酵8天，所得發(fā)酵溶液中丙酸濃度(以COD計(jì))為1260 mg/L，蛋白質(zhì)濃度(以COD計(jì))為1780 mg/L ；
(3)將發(fā)酵產(chǎn)生的溶液加入待處理污水中，使得加入發(fā)酵溶液后污水中的丙酸濃度為70 mg/L,蛋白質(zhì)濃度為80 mg/L ；
(4)待處理污水經(jīng)生物處理后，其出水COD為90 mg/L, TN為8.7 mg/L, TP為3.0 mg/L ;實(shí)現(xiàn)納米材料對(duì)除磷和脫氮不利影響的削減率分別為83%和60%。
[0019]實(shí)施例3:
(1)待處理的含有納米銀的污水，其COD為160mg/L，TN為36 mg/L, TP為12 mg/L，經(jīng)過生物處理系統(tǒng)處理后，其出水COD為80 mg/L, TN為18 mg/L, TP為25 mg/L ；
(2)污水廠的剩余污泥(SS濃度約為19500mg/L)在溫度45°C和pH 9.0條件下厭氧發(fā)酵8天，所得發(fā)溶液中丙酸濃度(以COD計(jì))為1820 mg/L，蛋白質(zhì)濃度(以COD計(jì))為2950mg/L ；
(3)將發(fā)酵產(chǎn)生的溶液加入待處理污水中，使得加入發(fā)酵溶液后污水中的丙酸濃度為65 mg/L,蛋白質(zhì)濃度為70 mg/L ；
(4)待處理污水經(jīng)生物處理后，其出水COD為85mg/L, TN為6.0 mg/L, TP為5.0 mg/L ;實(shí)現(xiàn)納米材料對(duì)除磷和脫氮不利影響的削減率分別為80%和67%。
[0020]
實(shí)施例4:
(1)待處理的含有納米銀的污水，其COD為170mg/L, TN為35 mg/L, TP為7.0 mg/L,經(jīng)過生物處理系統(tǒng)處理后，其出水COD為90 mg/L, TN為20 mg/L, TP為18 mg/L ； (2)污水廠的剩余污泥(SS濃度約為11000mg/L)在溫度30 1:和pH 11.0條件下厭氧發(fā)酵6天，所得發(fā)酵溶液中丙酸濃度(以COD計(jì))為1350 mg/L，蛋白質(zhì)濃度(以COD計(jì))為2480 mg/L ；
(3)將發(fā)酵產(chǎn)生的溶液加入待處理污水中，使得加入發(fā)酵溶液后污水中的丙酸濃度為70 mg/L，溶解性蛋白質(zhì)濃度為85 mg/L ；
(4)待處理污水經(jīng)生物處理后，其出水COD為85mg/L, TN為7.5 mg/L, TP為3.5 mg/L ;實(shí)現(xiàn)納米材料對(duì)除磷和脫氮不利影響的削減率分別為81%和63%。
[0021]實(shí)施例5:
(1)待處理的含有納米銅的污水，其COD為140mg/L, TN為38 mg/L, TP為10.0 mg/L,經(jīng)過生物處理系統(tǒng)處理后，其出水COD為85 mg/L, TN為22 mg/L, TP為20 mg/L ；
(2)廚余垃圾和剩余污泥以SS比1:1混合后(SS濃度約為21500 mg/L)在溫度35 V和pH 9.5條件下厭氧發(fā)酵8天，所得發(fā)酵溶液中丙酸濃度(以COD計(jì))為2600 mg/L，溶解性蛋白質(zhì)濃度(以COD計(jì))為2100 mg/L ；
(3)將發(fā)酵產(chǎn)生的溶液加入待處理污水中，使得加入發(fā)酵溶液后污水中的丙酸濃度為95 mg/L，溶解性蛋白質(zhì)濃度為70 mg/L ；
(4)待處理污水經(jīng)生物處理后，其出水COD為75mg/L, TN為8.0 mg/L, TP為3.0 mg/L ;實(shí)現(xiàn)納米材料對(duì)除磷和脫氮不利影響的削減率分別為85%和64%。
[0022]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于削減納米材料對(duì)污水生物除磷脫氮系統(tǒng)不利影響的方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)將有機(jī)廢物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生含丙酸和蛋白質(zhì)的溶液；所述有機(jī)廢物可以為廚余垃圾、污水處理廠的剩余污泥或者兩者的混合物；控制厭氧發(fā)酵的溫度為30-50°C，溶液pH值為9.0-11.0，厭氧發(fā)酵時(shí)間為2-8天； (2)將發(fā)酵所得溶液加入待處理的含納米材料的污水中；以COD計(jì)，控制加入發(fā)酵所得溶液后的污水中丙酸濃度大于10 mg/L，蛋白質(zhì)濃度大于10 mg/L ； (3)將污水進(jìn)行生物除磷脫氮處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(I)中，控制厭氧發(fā)酵的溫度為45-50。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(I)中，厭氧發(fā)酵的PH值為9.0-10.0 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(I)中，厭氧發(fā)酵時(shí)間為6-8天。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)中，污水所含的納米材料是納米銀、納米銅或納米氧化鋅中任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)中，以COD計(jì)，加入發(fā)酵所得溶液后的污水中丙酸濃度大于60. mg/L,蛋白質(zhì)濃度大于50 mg/L ο
【文檔編號(hào)】C02F1/58GK103466802SQ201310393153
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】陳銀廣, 鄭雄, 魏媛媛, 蘇應(yīng)龍 申請人:同濟(jì)大學(xué)