脫氮填料及其制備方法和在水體脫氮中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水體脫氮，尤其涉及一種脫氮填料及其制備方法和在水體脫氮中的應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活質(zhì)量的不斷改善，人們對(duì)自己所居住的環(huán)境的要求也愈來(lái)愈高，波光粼 粼的自然美景也悄悄的走入人們的生活，成為人們對(duì)生活的一種追求，因此景觀(guān)水體也隨 之出現(xiàn)在人們的生活中。通常城市景觀(guān)水，大致分為以下四種類(lèi)型：天然湖泊、人造湖泊、 人造景觀(guān)湖以及各種景觀(guān)河道。城市景觀(guān)水通常為封閉水域，水體自?xún)裟芰Φ图八h(huán)境容 量小，造成景觀(guān)水中的氮、磷等物質(zhì)逐漸富集，進(jìn)而使得藻類(lèi)異常增殖速率不斷加大，浮游 生物數(shù)量明顯增多；嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致水體"水華"的發(fā)生，溶解氧迅速降低，甚至出現(xiàn)黑臭。因 此，如何改善水體的外在形象，提高水質(zhì)并恢復(fù)其生態(tài)功能，是我國(guó)生態(tài)環(huán)境建設(shè)中一個(gè)亟 待解決的問(wèn)題。
[0003] 研宄表明，氮是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素之一，在針對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的 處理中，降低水中的含氮量成為重中之重。傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)為生物硝化反硝化，但此技術(shù)反 硝化需要消耗大量溶解性有機(jī)物即碳源，而景觀(guān)水體的碳源嚴(yán)重不足，脫氮效果極差。近 年來(lái)，自養(yǎng)反硝化脫氮技術(shù)備受關(guān)注，與傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)相比，自養(yǎng)反硝化技術(shù)無(wú)需外加碳 源，具有節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)外研宄的最多的是硫磺/石灰石自養(yǎng)反硝化（SLAD)系 統(tǒng)，可在缺氧或厭氧的條件下利用還原態(tài)的硫作為電子供體，通過(guò)氧化還原態(tài)的硫獲取能 量，同時(shí)以硝酸鹽為電子受體，將其還原為氮?dú)猓瑥亩鴮?shí)現(xiàn)自養(yǎng)反硝化過(guò)程。具有這種生理 特性的細(xì)菌包括T.denitrificans、T.pantotrupha等，其典型的代謝途徑同時(shí)包括還原態(tài) 硫的氧化過(guò)程和硝酸鹽的還原過(guò)程，以單質(zhì)硫?yàn)槔?，其反?yīng)如式所示：
[0004] 55S+20C02+50NCV+38H20+4NH4+- 4C5H702N+25N2+55SO廣+64H+
[0005] 但目前這項(xiàng)技術(shù)對(duì)原材料硫磺消耗量過(guò)大，出水硫酸根離子偏高，從而造成該系 統(tǒng)二次污染嚴(yán)重，此外由于自養(yǎng)微生物增殖速率低，導(dǎo)致反應(yīng)啟動(dòng)緩慢，水力停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 而沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的工程價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種脫氮效果好、基本無(wú)二次污染的脫氮填料及其制備方法 和在水體脫氮中的應(yīng)用。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種脫氮填料，其包括硫磺顆粒，所述 硫磺顆粒表面包覆有表面改性劑，所述表面改性劑包括：平均相對(duì)分子質(zhì)量為20萬(wàn)~40萬(wàn) 的殼聚糖。
[0008] 第二方面，本發(fā)明提供了第一方面所述脫氮填料的制備方法，包括以下步驟：
[0009] A.配置表面改性劑、表面活性劑與有機(jī)酸的混合溶液，其中表面改性劑濃度為 5~10g/L，將之與粒徑為0. 5~3cm的硫磺顆?；旌暇?，靜置浸潤(rùn)；
[0010] B.取出步驟A得到的硫磺顆粒取出并干燥，得到表面包覆有表面改性劑的硫磺顆 粒。
[0011] 第三方面，本發(fā)明提供了第一方面所述脫氮填料在水體脫氮中的應(yīng)用，其包括以 下步驟：
[0012] (1)分別將脫氮硫桿菌，以及脫氮小球菌與反硝化假單胞菌中的一種或兩種接種 到脫氮填料中，泵入待脫氮水體，連續(xù)通入脫氮硫桿菌培養(yǎng)基對(duì)脫氮硫桿菌進(jìn)行動(dòng)態(tài)培養(yǎng)， 其中，所述脫氮硫桿菌培養(yǎng)基組分包括s203%
[0013] (2)待NCV-N去除率連續(xù)四天達(dá)到80%以上，泵入待脫氮水體，連續(xù)通入相較于上 一步驟降低了S2O廣濃度的脫氮硫桿菌培養(yǎng)基對(duì)脫氮硫桿菌進(jìn)行動(dòng)態(tài)培養(yǎng)；
[0014] (3)重復(fù)步驟（2)直到新通入的脫氮硫桿菌培養(yǎng)基中S2O廣濃度降低為〇,泵入待 脫氮水體，繼續(xù)動(dòng)態(tài)培養(yǎng)至脫氮填料表面生長(zhǎng)出穩(wěn)定的生物膜；
[0015] (4)繼續(xù)泵入待脫氮水體直至水體脫氮完成。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：一方面，通過(guò)在硫磺顆粒表面包覆表面改性劑，表面改性劑 的吸附性和所帶正電荷有利于帶負(fù)電微生物菌群附著生長(zhǎng)在顆粒表面；第二方面，通過(guò)在 常規(guī)自養(yǎng)反硝化微生物系統(tǒng)中增加異養(yǎng)反硝化細(xì)菌，構(gòu)成混合營(yíng)養(yǎng)型脫氮系統(tǒng)，使得選育 時(shí)間短，抗干擾能力強(qiáng)，使水力停留時(shí)間相對(duì)縮短，也增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對(duì)外界條件的 適應(yīng)性；第三方面，本發(fā)明也大幅降低了硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)出水中硫酸根離子含量過(guò)高，易 造成二次污染，使土地鹽堿化，同時(shí)不利于出水再次利用的缺點(diǎn)，提高了脫氮性能。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 一方面，本發(fā)明提供了一種脫氮填料，其包括硫磺顆粒，所述硫磺顆粒表面包覆有 表面改性劑，所述表面改性劑包括：平均相對(duì)分子質(zhì)量為20萬(wàn)~40萬(wàn)的殼聚糖。
[0018] 優(yōu)選的，所述硫磺顆粒粒徑為0. 5~3cm，表面改性劑層厚度為100~500ym，所 述表面改性劑與硫磺顆粒質(zhì)量比為0. 1 %。~1%。。
[0019] 優(yōu)選的，還包括石灰石顆粒與植物殘?bào)w，所述表面包覆有表面改性劑的硫磺顆粒 與石灰石顆粒和植物殘?bào)w混合。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述表面包覆有表面改性劑的硫磺顆粒、石 灰石顆粒與植物殘?bào)w的用量體積比為1:0. 2~0. 5:0. 5~2。具體的，所述植物殘?bào)w可米用 林業(yè)生產(chǎn)中廢棄的刨花，以及其他可以想象得到的發(fā)酵用有機(jī)物殘骸。石灰石經(jīng)破碎成顆 粒狀。
[0020] 第二方面，本發(fā)明提供了第一方面所述脫氮填料的制備方法，包括以下步驟：
[0021] A.配置表面改性劑、表面活性劑與有機(jī)酸的混合溶液，其中表面改性劑濃度為 5~10g/L，將之與粒徑為0. 5~3cm的硫磺顆?；旌暇?，靜置浸潤(rùn)；
[0022] B.取出步驟A得到的硫磺顆粒取出并干燥，得到表面包覆有表面改性劑的硫磺顆 粒。
[0023] 具體的，所述表面改性劑可選用平均相對(duì)分子質(zhì)量為20萬(wàn)~40萬(wàn)的殼聚糖產(chǎn)品， 市面有售。
[0024] 優(yōu)選的，所述步驟A中，所述表面活性劑包括TWeen20或聚乙二醇辛基苯基醚，其 用量占表面改性劑的0. 01~0. 03wt%。具體的，所述有機(jī)酸可采用乙酸，所述混合溶液的 配置過(guò)程包括，配置5~10g/L殼聚糖與體積比1 %的乙酸溶液，加熱至50~60°C，同時(shí)加 入重量比為0.Ol~0. 03%的Tween20或聚乙二醇辛基苯基醚，攪拌溶解而成。
[0025] 優(yōu)選的，還包括步驟C，將步驟B中制得的表面包覆有表面改性劑的硫磺顆粒與石 灰石顆粒與植物殘?bào)w混合均勻。如此，可以得到表面改性硫磺/石灰石/植物殘?bào)w脫氮填 料。
[0026] 第三方面，本發(fā)明提供了第一方面所述脫氮填料在水體脫氮中的應(yīng)用，其包括以 下步驟：
[0027] (1)分別將脫氮硫桿菌，以及脫氮小球菌與反硝化假單胞菌中的一種或兩種接種 到脫氮填料中，泵入待脫氮水體，連續(xù)通入脫氮硫桿菌培養(yǎng)基對(duì)脫氮硫桿菌進(jìn)行動(dòng)態(tài)培養(yǎng)， 其中，所述脫氮硫桿菌培養(yǎng)基組分包括s203%
[0028] (2)待NCV-N去除率連續(xù)四天達(dá)到80%以上，泵入待脫氮水體，連續(xù)通入相較于上 一步驟降低了S2O廣濃度的脫氮硫桿菌培養(yǎng)基對(duì)脫氮硫桿菌進(jìn)行動(dòng)態(tài)培養(yǎng)；
[0029] (3)重復(fù)步驟（2)直到新通入的脫氮硫桿菌培養(yǎng)基中S2O廣濃度降低為〇,泵入待 脫氮水體，繼續(xù)動(dòng)態(tài)培養(yǎng)至脫氮填料表面生長(zhǎng)出穩(wěn)定的生物膜；
[0030] (4)繼續(xù)泵入待脫氮水體直至水體脫氮完成。
[0031] 現(xiàn)實(shí)中，所述脫氮小球菌與反硝化假單胞菌廣泛存在于土壤、湖泊河流底泥中，因 此所述步驟（1)中也可直接利用土壤、湖泊河流底泥攜帶的脫氮小球菌與反硝化假單胞 菌，無(wú)需額外接種。此外，所述脫氮硫桿菌可用厭氧污泥代替。
[0032] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中脫氮硫桿菌培養(yǎng)基組成為！Na2S2O3 ? 5H20 0. 5g/L、KNO3 0. 2g/L,KH2PO4 0. 2g/L,NaHCO3 0.lg/L,MgCl2 *6H20 0. 05