用LDHs作緩釋碳源進行生物反硝化脫氮的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種含氮廢水的處理方法，特別是涉及一種污水生物反硝化脫氮處理工藝，應用于微生物水處理技術領域。
【背景技術】
[0002]污水中的氮是造成水體富營養化的主要因素之一，生物脫氮是去除污水中氮的有效方法，但需要充足的碳源。我國城市污水碳氮比低，低碳氮比污水生物脫氮過程因污水中碳源不足導致脫氮效率降低。隨著污水排放標準的提高，生物脫氮過程碳源不足的矛盾日益突出。甲醇、葡萄糖等經常作為補充碳源投加到污水中，以保證較高的脫氮效率，但投加這些碳源不僅增加污水處理成本，而且碳源投加過程難以控制導致碳源投加不足或過量，同時還會造成系統運行復雜和二次污染問題。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種用LDHs作緩釋碳源進行生物反硝化脫氮的方法，針對低碳氮比污水反硝化脫氮面臨的碳源缺乏情況，采用Ac-LDHs作為緩釋碳源材料，通過Ac-LDHs可控緩釋碳源，實現污水生物反硝化脫氮過程碳源的補充，在污水生物反硝化脫氮工藝中維持低碳氮比污水反硝化脫氮的化學反應平衡條件，增加單位面積的生物量，提高脫氮速率和效率。
[0004]為達到上述發明創造目的，采用下述技術方案:
一種用LDHs作緩釋碳源進行生物反硝化脫氮的方法，步驟如下:
a.Ac-LDHs緩釋碳源材料的可控緩釋:采用離子交換法合成物相單一的Ac-LDHs，通過對合成條件、層板金屬離子類型、粒徑、投加量以及反應體系緩釋介質條件的調控，使Ac-LDHs中Ac-進行可控釋放，所述層板金屬離子為:Mg2+和Al 3+，Ac-LDHs化學式為:Mg0.68^1 ο.32 (OH ) 2 (CO3) ο 01 0.04(Ac) ?.3 ?.22 (H2O)l2, Ac-LDHs 的粒徑為 355_600 y- m ；
b.Ac-LDHs在污水生物反硝化脫氮工藝中的實施方法:采用上述步驟a中制備的Ac-LDHs作為緩釋碳源材料，按Ac-LDHs中的碳和待處理的低碳氮比廢水中的氮的碳氮摩爾比C/N為(3-4):1的Ac-LDHs的投加量，將Ac-LDHs投加到待處理的低碳氮比廢水中，在待處理的低碳氮比廢水中加入實驗室馴化所得反硝化細菌，進行反硝化生物脫氮，反硝化條件為:28±0.5°C，100-150r/min，水浴振蕩；優選采用的反硝化細菌為3000-5000 mg/L的MLSS，反硝化細菌的MLVSS/MLSS為0.65-0.75 ；Ac-LDHs在污水生物反硝化脫氮工藝中的實施方法優選適用于處理的低碳氮比廢水中硝酸鹽的初始濃度為20-100 mg N/Lo
[0005]作為本發明的優選的技術方案，
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1.本發明Ac-LDH緩釋碳源材料能為反硝化細菌提供緩釋碳源一一Ac，避免了傳統碳源在水力作用下的流失，解決了反硝化過程碳源缺乏的問題和外加碳源的二次污染問題；
2.本發明由于LDH緩釋碳源材料表面帶正電荷，而體系中的反硝化細菌帶負電，反硝化細菌會富集到LDH的表面，增加了 LDH表面的生物量，提高了反硝化效率，從而獲得更好的處理效果，因此，以能可控釋放Ac的Ac-LDHs作為低碳氮比廢水反硝化脫氮緩釋碳源潛力巨大；
3.本發明以層狀雙輕基復合金屬氧化物(LayeredDouble Hydroxides, LDH)為基體的緩釋碳源材料，可用于污水生物反硝化脫氮過程碳源的補充；
4.本發明合成的緩釋碳源材料具有良好的力學性質和生物親和性，可富集微生物，增加單位面積的生物量，提高脫氮速率，適用于低碳氮比污水的生物反硝化過程，6 h脫氮效率高達96%以上，出水TOC < 5.5 mg/L，可有效避免直接投加外加碳源的二次污染問題。
【具體實施方式】
[0006]本發明的優選實施例詳述如下:
在本實施例中，一種用LDHs作緩釋碳源進行生物反硝化脫氮的方法，步驟如下:
(1)向裝有500mL去離子水的潔凈燒杯中，分別加入0.05 mo I AlCl3.6H20和0.15mo I MgCl2.6H20，轉移至1000 ml三口燒瓶，曝氮氣30 min，然后劇烈攪拌條件下緩慢加入15.7 ml的濃度為50% (w/w)NaOH溶液，隨后在90 °C條件下通氮氣攪拌12 h，將所得樣品離心，洗滌，干燥；
(2)準確稱取2.0 g干燥樣品分散于500 ml濃度為0.15 M NaAc溶液中，再90 V條件下通氮氣攪拌6 h，將所得樣品離心，洗滌后再次重復上述步驟一次將最后樣品干燥、研磨、篩分得粒徑為 355-600 μ m 的 Mg。.68A10.32 (OH ) 2 (CO3) 0.02 (Ac) 0.28 (H2O)2產物；
(3)用KNOjP新鮮去離子水配制以氮計的硝酸鹽濃度為50mg N/L的模擬廢水，加入實驗室馴化所得反硝化細菌，反硝化條件為:28±0.50C，120r/min,水浴振蕩，反硝化細菌為 3000-5000 mg/L 的 MLSS，反硝化細菌的 MLVSS/MLSS 為 0.65-0.75 ；
(4)將在所述步驟(2)中制備的Ac-LDHs緩釋碳源材料分別按C/N=2，2.5，3，3.5，4，5，6投加到在所述步驟(3)中配制的含硝酸鹽濃度為50 mg N/L的模擬廢水中，以脫氮效率為評價指標確定最佳LDHs投加量，結果表明，當C/N多3.5時，8 h內可達到98%的脫氮效率;
(5)將在所述步驟(2)中所得LDHs緩釋碳源材料按在所述步驟(4)中得出的最佳投加量C/N=3.5加入待處理的低碳氮比廢水反硝化系統中，進行反硝化生物脫氮；
(6)反硝化完成后，將待處理的低碳氮比廢水形成的處理后混合液離心后，再用0.45μ m濾膜進行過濾，取濾液檢測N-NO3、N-NO2和TOC。
[0007]本實施例在對待處理的低碳氮比廢水進行生物反硝化脫氮6 h后，脫氮效率高達96.7%，NOf-N 濃度低于 0.2 mg N/L,出水 TOC < 5.17 mg/L。
[0008]在本實施例中，制備的LDHs(Layered Double Hydroxides)為層狀雙輕基化合物，是一種層間具有可交換陰離子的層狀結構化合物。本實施例制備的緩釋碳源材料由乙酸根插層的LDH構成，是利用LDH的陰離子可交換性和表面帶正電的性質，合成能可控緩慢釋放的反硝化碳源。LDHs層板金屬離子可控性及層間陰離子的可交換性，使得小分子有機物乙酸根Ac一通過插層合成Ac-LDHs緩釋碳源材料成為一種可能。通過調節LDHs層板金屬離子組成類型、Ac-LDHs投加量、粒徑大小、溶液中無機陰離子介質種類和溶液pH實現Ac-LDHs的可控緩釋。因此，本實施例將Ac-LDHs作為緩釋碳源投加到反硝化體系中，持續可控的釋放Ac供污水生物反硝化脫氮所用，既可以避免直接投加傳統外加碳源所造成的出水二次污染問題，又可以大大提高脫氮速率和脫氮效率。
[0009]上面對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明用LDHs作緩釋碳源進行生物反硝化脫氮的方法的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種用LDHs作緩釋碳源進行生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，步驟如下: a.Ac-LDHs緩釋碳源材料的可控緩釋:采用離子交換法合成物相單一的Ac-LDHs，通過對合成條件、層板金屬離子類型、粒徑、投加量以及反應體系緩釋介質條件的調控，使Ac-LDHs中Ac-進行可控釋放，所述層板金屬離子為:Mg2+和Al 3+，Ac-LDHs化學式為:Mg0.68^1 ο.32 (OH ) 2 (CO3) ο 01 0.04(Ac) ?.3 ?.22 (H2O)l2, Ac-LDHs 的粒徑為 355_600 y- m ； b.Ac-LDHs在污水生物反硝化脫氮工藝中的實施方法:采用上述步驟a中制備的Ac-LDHs作為緩釋碳源材料，按Ac-LDHs中的碳和待處理的低碳氮比廢水中的氮的碳氮摩爾比C/N為(3-4):1的Ac-LDHs的投加量，將Ac-LDHs投加到待處理的低碳氮比廢水中，在待處理的低碳氮比廢水中加入實驗室馴化所得反硝化細菌，進行反硝化生物脫氮，反硝化條件為:28±0.5°C，100-150 r /min，水浴振蕩。2.根據權利要求1所述用LDHs作緩釋碳源進行生物反硝化脫氮的方法，其特征在于:在所述步驟b中，加入實驗室馴化所得反硝化細菌為3000-5000 mg/L的MLSS，反硝化細菌的 MLVSS/MLSS 為 0.65-0.75。3.根據權利要求1或2所述用LDHs作緩釋碳源進行生物反硝化脫氮的方法，其特征在于:在所述步驟b中，Ac-LDHs在污水生物反硝化脫氮工藝中的實施方法適用于處理的低碳氮比廢水中硝酸鹽的初始濃度為20-100 mg N/Lo
【專利摘要】本發明公開了一種用LDHs作緩釋碳源進行生物反硝化脫氮的方法，以層狀雙羥基復合金屬氧化物作為基體的緩釋碳源材料，可用于污水生物反硝化脫氮過程碳源的補充。本發明所述的緩釋碳源材料由乙酸根插層的LDH構成，是利用LDH的陰離子可交換性和表面帶正電的性質，合成能可控緩慢釋放的反硝化碳源。本發明合成的緩釋碳源材料具有良好的力學性質和生物親和性，可富集微生物，增加單位面積的生物量，提高脫氮速率，適用于低碳氮比污水的生物反硝化過程，6h脫氮效率高達96%以上，出水TOC＜5.5mg/L，可有效避免直接投加外加碳源的二次污染問題。因此，Ac-LDH將會成為潛力巨大的新型緩釋碳源材料。
【IPC分類】C02F3/28
【公開號】CN105198078
【申請號】CN201510589716
【發明人】劉建勇, 段騰飛, 楊瀟劍, 左康, 朱雪東, 錢光人
【申請人】上海大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月17日