一种利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法

摘要

本发明公开了一种利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法，属于环保技术领域。该方法利用可生物降解的聚乳酸同时作为反硝化微生物的碳源和生物膜载体，不但避免了常规反硝化工艺中碳源投加量不宜调控的弊端，而且对进水溶解氧浓度具有较强的适应性，同时降低了生物脱氮的成本，硝酸盐的去除率可达到90％以上。本发明可用于去除地表水、地下水和废水中的硝酸盐。

权利要求

1.一种利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法，其特征在于：将粒径为0.4～

0.5cm的聚乳酸颗粒填充于反应器中，填充高度为反应器高度的三分之二，接种活性污泥，将NO3-N浓度为40～100mg/L的水通过计量泵流入填充有聚乳酸颗粒的反应器中，采用上流式进水，由出水口排出，不控制进水溶解氧浓度，在水力停留时间为2～3h，温度为25～

30℃的条件下进行反硝化微生物的挂膜培养5-7天至出水水质稳定，活性污泥驯化及挂膜结束；在相同的条件下，进行废水硝酸盐的去除。

2.根据权利要求1所述的利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法，其特征在于，所述活性污泥取自污水处理厂的曝气池。

3.根据权利要求1所述的利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法，其特征在于，所述活性污泥接种于水箱中或反应器中。

说明书

一种利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生物脱氮方法，具体涉及一种利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法。

背景技术

[0002] 近年来，水中硝酸盐浓度不断的增加，已成为世界范围内水污染的突出问题。硝酸盐除了能引起水体富营养化之外，还会在体内经硝酸盐还原菌的作用变成亚硝酸盐，从而对健康构成威胁，如引起婴幼儿的高铁血红蛋白症，以及“致癌、致畸、致突变”的三致作用。我国最新颁布施行的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)将硝酸盐氮的上限值由原来的
20mg/L调整为10mg/L。

[0003] 目前水中硝酸盐的去除方法有物理化学法和生物反硝化法两大类。从彻底消除硝酸盐污染和降低脱氮成本两个方面看，生物反硝化方法都是目前最实用的方法。根据微生物反硝化所需碳源的不同，生物反硝化分为异养反硝化和自养反硝化。

[0004] 自养反硝化不需要外界提供有机碳源，自养菌通过氧化氢气、还原性硫化物等获取能量，将环境中的二氧化碳、碳酸盐等转化为细胞物质，同时进行反硝化脱氮。自养反硝化由于自养菌生长繁殖较慢，脱氮速率低，所需的反应器容积比较大，成本较高。因此，异养反硝化脱氮受到了更多的关注。

[0005] 异养反硝化需要利用有机物作为碳源，为反硝化作用的提供电子供体。传统的异养反硝化通常投加甲醇、乙醇、乙酸等可溶性碳源。生物反硝化可将水中的硝酸盐彻底脱除。1982年建于英国的工业性试验脱氮厂，是世界上第一座饮用水脱硝厂。该厂使用沙流化床反应器，以甲醇为基质，处理地表水。此后欧洲又陆续出现了其它一些异养反硝化装置，并建成了一些工业性试验厂和生产厂。代表性的有法国的Nitrazur、Biodenit，德国的Denipor等装置。这些装置均为固定床上升流反应器，差别在于所用介质不同。Nitrazur和Biodenit以乙醇或醋酸为基质。Denipor装置则采用一种可浮的球形膨胀聚乙烯颗粒为介质。比利时某水厂的沙流化床异养反硝化装置以甲醇为基质，从1988年开始运行，在-甲醇过量20％～25％的情况下，可将进水中75mg/L的NO3 完全脱除。虽然这些传统的异养反硝化工艺在投资和运行费用方面优于自养反硝化，但仍然存在以下几个难以解决的问题：首先，存在外加液体碳源容易过量的风险；其次，系统的稳定运行和维护比较困难，尤其在进水硝酸盐有波动的情况下，碳源投加量的调控更加困难；第三，对环境条件的要求较高，尤其是对溶解氧(DO)浓度有严格的限制(＜1mg/L)。

[0006] 以聚乳酸作为微生物的附着载体能形成致密的生物膜，这种生物膜与常规水处理中惰性载体表面形成的生物膜不同。聚乳酸表面生物膜的内部是微生物生长代谢的活跃区域，因为内部的微生物更有利于获得聚乳酸的分解产物作为碳源和能源，这种生物膜的稳定性强，而且能保护内部代谢活性强的反硝化微生物免受DO、pH、温度等环境条件变化的冲击，维持较高的反硝化速率；而惰性填料表面的生物膜在外部是生长代谢的活跃区域，内部由于受生物膜的阻碍不能有效接触碳源，因此这种生物膜稳定性差，而且环境条件的变化对反硝化脱氮的影响大，尤其对DO浓度有严格的限制(＜1mg/L)。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于克服上述常规异养反硝化存在的缺点和不足，提供一种利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法。

[0008] 本发明提供的利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法，其反硝化脱氮原理如下：

[0009] 聚乳酸作为微生物附着生长形成生物膜的载体，同时又可以在微生物酶的作用下进行生物降解，生物膜中的反硝化微生物利用聚乳酸的降解产物作为碳源和电子供体，还原硝酸盐为氮气，从而实现水中硝酸盐的彻底去除。

[0010] 本发明提供的利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法，其操作步骤如下：

[0011] 将粒径为0.4～0.5cm的聚乳酸颗粒填充于反应器中，填充高度为反应器高度的三分之二，接种活性污泥，将NO3-N浓度为40～100mg/L的水通过计量泵流入填充有聚乳酸颗粒的反应器中，采用上流式进水，由出水口排出，不控制进水溶解氧浓度，在水力停留时间为2～3h，温度为25～30℃的条件下进行反硝化微生物的挂膜培养5-7天至出水水质稳定，活性污泥驯化及挂膜结束；在相同的条件下，进行废水硝酸盐的去除。

[0012] 所述活性污泥取自污水处理厂的曝气池。

[0013] 所述活性污泥接种于水箱中或反应器中。

[0014] 本发明的特色和优点：(1)水不溶性的可生物降解材料既作为微生物膜的载体，又充当反硝化微生物所需要的碳源，创造了一个稳定、易于维护的微生物生存环境，这是对传统生物脱氮工艺的提高与创新；(2)克服传统生物脱氮工艺中碳源投加量不易控制的缺点，避免了碳源投加过量引起二次污染的风险；(3)固体碳源表面可以形成致密的生物膜，对环境条件的变化具有很强的适应能力，尤其对DO浓度没有严格限制，拓宽了生物脱氮技术的应用领域。

附图说明

[0015] 图1是工艺流程图。

[0016] 1-进水箱，2-计量泵，3-填充有聚乳酸颗粒的反应器，4-排气口，5-出水口具体实施方式

[0017] 实施例1

[0018] 将粒径约为0.5cm的聚乳酸颗粒填充到直径为4.5cm，高45cm的有机玻璃反应器内，填充高度为30cm，接种浓度为3.0g/L的活性污泥100mL于反应器中。

[0019] 取清华大学昌平校区的地下水作为处理对象，加入NaNO3调节NO3-N浓度为40mg/L。将此废水至于水箱(1)中，通过计量泵(2)流入填充有聚乳酸颗粒的反应器(3)中，采用上流式进水，溶解氧DO浓度1mg/L，在水力停留时间为2h，温度为25℃的条件下进行反硝化微生物的挂膜培养7天至出水水质稳定，原水中的硝酸盐在生物膜中反硝化微生物的作用下，被还原为氮气，通过排气口(4)排出，由出水口(5)排水。

[0020] 驯化及挂膜结束后，在相同的条件下，进行废水硝酸盐的去除。

[0021] 处理前后水质如表1所示。

[0022] 表1处理前后的水质变化

[0023]

[0024] 实施例2

[0025] 将粒径约为0.4cm的聚乳酸颗粒填充到直径为4.5cm，高45cm的有机玻璃反应器内，填充高度为30cm。

[0026] 取清华大学昌平校区的地下水作为处理对象，加入NaNO3调节NO3-N浓度为100mg/L。将此废水至于水箱(1)中，并接种浓度为3.0g/L的活性污泥100mL于水箱中，将废水和活性污泥的混合物通过计量泵(2)流入填充有聚乳酸颗粒的反应器(3)中，采用上流式进水，溶解氧DO浓度5mg/L，在水力停留时间为3h，温度为30℃的条件下进行反硝化微生物的挂膜培养5天至出水水质稳定，原水中的硝酸盐在生物膜中反硝化微生物的作用下，被还原为氮气，通过排气口(4)排出，由出水口(5)排水。

[0027] 驯化及挂膜结束后，在相同的条件下，进行废水硝酸盐的去除。处理前后水质如表2所示。

[0028] 表2处理前后的水质变化

[0029]