一種利用電氣石提高厭氧氨氧化菌脫氮性能的方法
【專利摘要】一種利用電氣石提高厭氧氨氧化菌脫氮性能的方法，屬于環(huán)境工程【技術領域】。本發(fā)明的技術方案是通過向裝有厭氧氨氧化污泥的反應器中投加電氣石粉體，刺激厭氧氨氧化菌的生長代謝，并有效調節(jié)pH和氧化還原電位，提高厭氧氨氧化菌的反應活性與環(huán)境適應能力，處理高氨氮廢水。本發(fā)明的效果和益處是能大幅度提高厭氧氨氧化菌的活性，并有利于總氮的去除，且原料易取得，成本低廉，可重復利用，無二次污染，技術操作簡便，有利于降低厭氧氨氧化工藝的投資及運行成本，促進該工藝的推廣和普及。
【專利說明】一種利用電氣石提高厭氧氨氧化菌脫氮性能的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境工程【技術領域】，涉及污水處理中的新型生物脫氮技術，特別涉及一種利用電氣石提高厭氧氨氧化菌脫氮性能的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著我國經濟發(fā)展及城市化進程加快，大量的含氮化合物排放入水體環(huán)境中，氮污染形勢日趨嚴重，已經導致我國多水域水體富營養(yǎng)化，對水域生態(tài)環(huán)境及人類健康造成很大危害。為了控制水體氮污染，我國提高了污水排放標準，并將氮濃度作為“十二五”期間污水處理中的重點控制指標。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝因能耗高、占地面積大、脫氮效率低、需外加有機碳源等不足已經無法滿足高標準的污水脫氮需求，新型污水脫氮工藝的開發(fā)和應用成為水環(huán)境保護領域的研究熱點。[0003]厭氧氨氧化是一種高效經濟的新型生物脫氮工藝，厭氧氨氧化反應以亞硝酸氮作為電子受體，氨氮為電子供體，完成自養(yǎng)脫氮。該工藝具有脫氮效率高、可減少63%的氧氣消耗、減少二氧化碳釋放、無需有機電子供體、污泥產量低等優(yōu)點，適合處理高氨氮廢水，尤其在處理低碳氮比廢水方面具有獨特優(yōu)勢。然而，厭氧氨氧化菌生長極其緩慢，其世代時間長達11天，且所需的生長代謝條件十分嚴格，因此制約了該工藝的工程化應用。
[0004]為解決以上問題，一些研究通過提供外加能量場來提高厭氧氨氧化菌活性，例如磁場、電場和超聲。本研究室采用外加電場、磁場等方法成功提高了厭氧氨氧化菌群活性，劉思彤等人2008年在J. Biotechnol.第138卷第96-102頁報道稱在60.0mT連續(xù)磁場作用下最大氮去除率提高30%，劉思彤在2009年大連理工大學博士論文第250頁表明在電極電壓為-0.05Vsec的連續(xù)電場作用下最大氮去除率提高20%。本校段秀梅等人2011年在Bioresour. Technol.第102卷第4290-4293頁研究了頻率為25kHz的低強度超聲波對厭氧氨氧化菌群活性的作用，結果表明在超聲密度為O. 3w cm—2，作用時間為4min時，總氮去除率提高25. 5%。本校張景新等人2012年在Bioresour. Technol.第114卷第102-108頁報道稱運用一種具有鐵電極的新型厭氧氨氧化反應器來提高厭氧氨氧化菌群活性以及加速啟動過程，經過125天運行，有鐵電極的反應器的總氮去除率（1209. 6mg N/L/d)明顯高于對照反應器（973. 3mg N/L/d)。但以上方法存在較大的額外能耗與原料成本，因此通過更簡便且成本低廉的方法來提高厭氧氨氧化菌活性來實現(xiàn)高效脫氮對廢水生物處理有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用電氣石提高厭氧氨氧化菌脫氮性能的方法。該方法不僅能有效提高厭氧氨氧化菌的反應活性，調節(jié)環(huán)境的PH和氧化還原電位，促進細胞生長代謝，而且有利于總氮的去除。該方法原料易取得、成本低廉、操作簡便、效果明顯，將有利于降低厭氧氨氧化工藝的投資及運行成本，促進該工藝的推廣和普及。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下：[0007]—種利用電氣石提高厭氧氨氧化菌脫氮性能的方法，具體步驟如下：
[0008]步驟I :厭氧氨氧化菌的培養(yǎng)：采用攪拌式連續(xù)流膜生物反應器培養(yǎng)厭氧氨氧化菌。步驟2 :電氣石的預處理：所選電氣石為黑電氣石，經過粉碎、研磨、烘干制成電氣石粉體，清洗備用。
[0009]步驟3 :提高脫氮性能的處理方法
[0010](I)從反應器中取厭氧氨氧化污泥，沖洗、沉淀、離心后去除上層懸浮物，將上述厭氧氨氧化污泥裝入反應瓶中。
[0011](2)合成污水組成為：氮源來自NH4+中N和N02_中N，其中NH4+中N的濃度為30-70mg/L, NO2-中 N 的濃度為 40_100mg/L ；
[0012]KHCO3 的濃度為 I. 25g/L ；
[0013]KH2PO4 的濃度為 0.025g/L ;
[0014]CaCl2. 2H20 的濃度為 O. 3g/L ;
[0015]MgSO4. 7H20 的濃度為 O. 2g/L ；
[0016]FeSO4 的濃度為 0.00625g/L ；[0017]微量元素液為I. 25mL/L ；
[0018]微量元素液成分為：EDTA的濃度為15g/L ；ZnSO4. 7H20的濃度為O. 43g/L ；CoCl2. 6H20 的濃度為 O. 24g/L ；MnCl24H20 的濃度為 O. 99g/L ；CuSO4. 5H20 的濃度為 O. 25g/L ；NaMoO4. 2H20 的濃度為 O. 22g/L ；NiCl2. 2H20 的濃度為 O. 19g/L ；NaSe04. IOH2O 的濃度為O. 21g/L ；H3BO4的濃度為0.014g/L和NaWO4. 2H20的濃度為0.050g/L ;將合成污水加入到上述反應瓶中；得到的厭氧氨氧化污泥中微生物量的濃度為lgVSS/L。
[0019](3)投加電氣石：將上述步驟二中的電氣石粉體加入到上述反應瓶中，電氣石投加濃度范圍為10-400g(gVSS · Lr1，電氣石投加粒徑范圍為2. 5ym(d(0. I) :0.916 ；d(0. 5)：
2.250 ；d(0. 9) :4. 429)-62 μ m(d(O. I) :34. 879 ;d(O. 5) ：58. 020 ；d(0. 9) :95. 904)。（4)調節(jié)pH至5-11，曝氮氣，密封，于恒溫約35 °C搖床中，避光條件下培養(yǎng)。
[0020]本發(fā)明的效果和益處是：
[0021]電氣石材料廉價易得，200目-1250目電氣石價格約為4. 5_10元/千克，其材料成本遠低于其他外加能量場的設備及運營成本；電氣石能大幅度提高厭氧氨氧化菌活性，并有利于總氮的去除。電氣石能刺激厭氧氨氧化菌的生長代謝，并有效調節(jié)PH和氧化還原電位，提高厭氧氨氧化菌的環(huán)境適應性；電氣石具有較高的物理化學穩(wěn)定性，可重復利用，不產生二次污染，因此一次材料投入即可實現(xiàn)活性提高，避免了后續(xù)連續(xù)花銷；該技術操作簡便，可完全避免其他方法中設備管理與維護成本。本發(fā)明通過投加電氣石來提高厭氧氨氧化菌活性用于高氨氮廢水處理的方法具有廣泛的應用前景與極高的應用推廣價值，如：縮短厭氧氨氧化工藝的啟動時間，調節(jié)厭氧氨氧化菌嚴格的生存條件，進而提高該工藝的脫氮效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖I是電氣石粉體樣品掃描電子顯微鏡（SEM)成像。
[0023]圖2是投加電氣石樣品與空白對照樣品厭氧氨氧化活性（SAA)隨時間變化情況。
[0024]圖3是投加電氣石樣品與空白對照樣品氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮濃度隨時間變化情況。
[0025]圖4是投加電氣石樣品與空白對照樣品多糖、蛋白質和胞外聚合物（EPS)總產量對比。
[0026]圖5是投加電氣石樣品與空白對照樣品氧化還原電位（ORP)隨時間變化情況。
[0027]圖6是投加電氣石樣品與空白對照樣品pH隨時間變化情況。
【具體實施方式】
[0028]以下結合 技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明【具體實施方式】。
[0029]實施例I
[0030]I.厭氧氨氧化菌的培養(yǎng)：
[0031](I)采用實驗室規(guī)模連續(xù)運行的連續(xù)流攪拌式膜生物反應器培養(yǎng)厭氧氨氧化菌，厭氧氨氧化培養(yǎng)基組成如下：NH4C1的濃度為100mg-N/mL ；NaNO2的濃度為132mg_N/mL ；KHCO3 的濃度為 I. 25g/L ；KH2PO4 的濃度為 0.025g/L ；CaCl2. 2H20 的濃度為 O. 3g/L ；MgSO4. 7H20的濃度為O. 2g/L ；FeS04的濃度為0.00625g/L ;微量元素：1. 25mL/L廢水；微量元素液成分為=EDTA的濃度為15g/L ；ZnSO4. 7H20的濃度O. 43g/L ；CoCl2. 6H20的濃度為O. 24g/L ；MnCl2. 4H20 的濃度為 O. 99g/L ；CuSO4. 5H20 的濃度為 O. 25g/L ；NaMoO4. 2H20 的濃度為 O. 22g/L ；NiCl2. 2H20 的濃度為 0. 19g/L ；NaSe04. IOH2O 的濃度為 O. 21g/L ；H3BO4 的濃度為0.014g/L 和 NaffO4. 2H20 的濃度為 0.050g/L。
[0032](2)用熒光原位雜交方法對菌體純度進行分析得出：厭氧氨氧化菌占全部菌體的90%以上,其中“Kuenenia stuttgartiensis”菌占到厭氧氨氧化菌體的70%以上。即厭氧氨氧化菌中的“Kuenenia stuttgartiensis”小種是反應器中的主體菌種。培養(yǎng)適宜時間至觀察到穩(wěn)定的脫氮性能，從反應器中取一定量厭氧氨氧化菌作為高氨氮廢水處理工藝中的功能菌種。
[0033]2.電氣石的選擇：
[0034]( I)所用電氣石來自內蒙古東部地區(qū)，屬于黑電氣石，經過粉碎、研磨、烘干制成電氣石粉體。其化學組成（wt. %)為=NaO2 ：1. 19 ；MgO :8. 05 ；Cr2O3 :0. 22 ；Si02 : 37 . 05 ；K20 ：0.09 ；CaO ：I. 18 ；Ti02 :0. 44 ；B203 :10. 16 ;FeO :8. 33 ；Al2O3 :9. 8。
[0035](2)用激光粒度儀測量電氣石粒徑為62um(d(0. I) :34. 879 ;d(O. 5) :58.020;d(0. 9) ：95. 904)。通過掃描電子顯微鏡觀察，電氣石呈纖維狀或柱狀顆粒，以長、短柱為主，顆粒彼此相依排列，并組成團簇。
[0036](3)用純水清洗電氣石粉末以去除表面雜質，備用。
[0037]3.氨氮廢水的處理方法
[0038](I)從反應器中取出IOmL厭氧氨氧化污泥，沉淀后去除上層懸浮物。再用磷酸緩沖溶液沖洗，在3500rpm條件下離心5min,沖洗和離心步驟重復3次。
[0039](2)將污泥裝入IOOmL血清瓶，加入合成污水，瓶中污泥與合成污水的混合物總體積為50mL，所得厭氧氨氧化微生物量濃度為lgVSS/L。合成污水組成為=NH4Cl和NaNO2作氮源，氮源按照厭氧氨氧化反應化學計量比NH4+-N:N02_-N為I :1. 32投加，分別為NH4+中N濃度為50mg/L和NO2-中N濃度為66mg/L。其他組成為KHCO3的濃度為I. 25g/L ；KH2PO4的濃度為 0.025g/L ；CaCl2. 2H20 的濃度為 O. 3g/L ；MgS04. 7H20 的濃度為 O. 2g/L ；FeS04 的濃度為0.00625g/L ；EDTA的濃度為0.00625g/L ;微量元素:1.25mL/L。微量元素液成分為:EDTA的濃度為 15g/L ；ZnSO4.7H20 的濃度為 0.43g/L ；CoCl2.6H20 的濃度為 0.24g/L ；MnCl2.4H20 的濃度為 0.99g/L ；CuSO4.5H20 的濃度為 0.25g/L ；NaMoO4.2H20 的濃度為 0.22g/L ；NiCl2.2H20的濃度為 0.19g/L ；NaSe04.1OH2O 的濃度為 0.21g/L ；H3BO4 的濃度為 0.014g/L 和 NaWO4.2H20的濃度為0.050g/L。
[0040](3)投加電氣石:將電氣石粉體加入培養(yǎng)瓶并使其均勻分散于污泥中,投加濃度設為200g(gVSS.Lr1，計算得到即投加IOg電氣石粉體，空白對照樣品不加電氣石。
[0041](4)用0.5M的HCl和0.5M的NaOH調節(jié)pH至8.0±0.1，曝氮氣I小時用以去除溶解氧，瓶子用膠塞密封，于恒溫35°C、150rpm搖床中，避光條件下培養(yǎng)48小時。
[0042]4.技術方法效果測定
[0043]( 1)在培養(yǎng)過程中間隔一定時間測定氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮濃度以及pH值，
[0044]連續(xù)在線監(jiān)測氧化還原電位，培養(yǎng)結束后測定樣品胞外聚合物產量(EPS)。用厭氧氨氧化活性SAA評價脫氮性能。
【權利要求】
1.一種利用電氣石提高厭氧氨氧化菌脫氮性能的方法，其特征在于，包括步驟如下： 步驟I :培養(yǎng)厭氧氨氧化菌； 步驟2 :經過粉碎，研磨，烘干，清洗，將黑電氣石制成電氣石粉體； 步驟3 :提高脫氮性能的處理方法 (1)從反應器中取厭氧氨氧化污泥，沖洗、沉淀、離心后去除上層懸浮物，將厭氧氨氧化污泥裝入反應瓶中； (2)合成污水組成為： 氮源來自NH4+中N和NO2-中N，其中NH4+中N的濃度為30_70mg/L，N02_中N的濃度為40-100mg/L；
KHCO3 的濃度為 1. 25g/L ；
KH2PO4 的濃度為 0.025g/L ；
CaCl2. 2H20 的濃度為 O. 3g/L ；
MgSO4. 7H20 的濃度為 O. 2g/L ；
FeSO4 的濃度為 0.00625g/L ；
微量元素液為I. 25mL/L ； 微量元素液成分為=EDTA的濃度為15g/L ；ZnSO4. 7H20的濃度為O. 43g/L ；CoCl2. 6H20的濃度為 O. 24g/L ；MnCl24H20 的濃度為 O. 99g/L ；CuSO4. 5H20 的濃度為 O. 25g/L ；NaMoO4. 2H20的濃度為 O. 22g/L ；NiCl2. 2H20 的濃度為 O. 19g/L ；NaSe04. IOH2O 的濃度為 O. 21g/L ；H3BO4 的濃度為 0.014g/L 和 NaWO4. 2H20 的濃度為 0.050g/L ； 將合成污水加入到上述反應瓶中；得到的厭氧氨氧化污泥中微生物量的濃度為lgVSS/L ； (3)投加電氣石：將上述步驟2中的電氣石粉體加入到上述（2)得到的反應瓶中，電氣石投加濃度為10-400g(gVSS · Lr1 ; (4)調節(jié)pH至5-11，曝氮氣，密封，恒溫35°C避光條件下培養(yǎng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的電氣石投加濃度為100-200g(gVSS .L)'
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的pH值為8.O。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的電氣石粉末的粒徑為20-60 μ m。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的電氣石粉末的粒徑為20-60μ m。
6.根據(jù)權利要求1、2或5所述的方法，其特征在于，所述的反應瓶為血清瓶。
7.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的反應瓶為血清瓶。
8.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的反應瓶為血清瓶。
【文檔編號】C02F3/28GK103693749SQ201310691077
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】張捍民, 李義菲 申請人:大連理工大學