一种微生物自养去除水中硝酸盐的方法

摘要

本发明属于水处理技术领域，涉及一种生物自养去除水中硝酸盐的方法。具体是以肼为电子供体，微生物发生自养反硝化反应，将硝酸根还原为氮气。方法同时对出水实施曝气及氧化处理，使得反硝化中间产物及残余的肼进一步被分解无害化。本发明充分利用了肼的强还原性，促进微生物的反硝化作用去除硝酸盐。反应过程无需添加催化剂，适用于地下水、地表水和生活污水中硝酸盐的去除。

权利要求

1.一种生物自养去除水中硝酸盐的方法，其特征在于，含硝酸盐的原水预先与一定量的肼混合，进水流量由流量计控制；经生物反应器处理后的出水通过曝气生物氧化或化学氧化进一步分解反硝化过程的中间产物及残余的肼类化合物后排放；

其中，肼的施加量与待处理硝酸盐的摩尔比<1.2；肼的添加设备包括加药箱、加药计量泵、管线，且所述肼的添加设备严格密闭；

生物反应器处理后的出水经进一步处理后排放，具体方法是：监测生物反应器出水中残余肼浓度，当残余肼浓度<0.1mg/L时，选择曝气生物滤池进一步处理；当残余肼浓度>

0.1mg/L时，选择接触氧化滤池进一步处理，施加适量KMnO4。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物反应器保持密闭缺氧状态，DO浓度<1mg/L，其上部设导气管；生物反应器产生的气体通过导气管经酸吸收瓶及碱吸收瓶中的溶液吸收后排气；所述生物反应器采用间歇或连续操作方式；所述生物反应器采取生物膜的形式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述酸吸收瓶中的溶液为0.1-2.0M H2SO4；

所述碱吸收瓶中的溶液为0.1-2.0M NaOH。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物反应器保持密闭缺氧状态，DO浓度<1mg/L，其上部设导气管；生物反应器产生的气体通过导气管经酸吸收瓶及碱吸收瓶中的溶液吸收后排气；所述生物反应器采用间歇或连续操作方式；所述生物反应器采取固定床或流化床的形式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述酸吸收瓶中的溶液为0.1-2.0M H2SO4；

所述碱吸收瓶中的溶液为0.1-2.0M NaOH。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原水pH值控制在6-8范围内，所述生物反应器内生物量保持在500-10000mg/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述KMnO4的施加量与残余肼的摩尔比为

0.8。

说明书

一种微生物自养去除水中硝酸盐的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水处理技术的应用领域，具体涉及一种微生物自养去除水中硝酸盐的方法。本发明提出了一种将肼作为电子供体利用生物自养去除水中硝酸盐的方法，具体是以肼为电子供体，在微生物的作用下，发生自养反硝化反应，将硝酸根还原为氮气，同时对出水实施曝气及氧化处理，使得反硝化中间产物及残余的肼进一步被分解无害化。

背景技术

[0002] 饮用水中硝酸盐能诱发高铁血蛋白症等多种疾病并可以转化为具有致癌作用的亚硝酸盐。我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定，生活饮用水中硝酸盐氮浓度为10mg/L。因此，水中硝酸盐的净化，对于很多以地下水为饮用水源的地区来说，是一个亟待解决的问题。

[0003] 当前，较成熟的脱硝工艺有物理法、生物法和化学还原法三种。物理法主要有吸附法、离子交换法和膜分离法，但只是发生了污染物的转移或浓缩，并没有对其进行彻底的转化。化学法可以去除一部分污染物，但效果差异大且成本较高。生物法可以彻底将硝酸盐转化成氮气，目前得到了广泛的应用，其原理是通过微生物的反硝化作用将硝酸盐氮还原为氮气，根据微生物所需碳源的不同，反硝化作用分为异养反硝化和自养反硝化法。异养反硝化法反应速度快，反应时空效率高，但污泥增殖较为迅速，同时需要外加有机碳源，容易造成二次污染；自养反硝化利用硫磺或氢气等还原性物质作为电子供体，在无机碳作为碳源的条件下将硝酸盐转化，细菌增殖较慢，反应产物较简单，易处理。但以硫磺为电子供体，会造成出水碱度下降，出水硫酸根浓度增加等问题，需补充石灰石调节碱度，但又会造成出水硬度增加。氢气作为最理想的电子供体，反应产物单一、清洁，但氢气存在着易燃易爆，不易运输，溶解度低等问题。针对上述问题，本发明提出了一种基于肼作为电子供体的生物自养还原水中硝酸盐的方法。

发明内容

[0004] 发明目的和特点：针对生物自养反硝化中硫磺、氢作为电子供体所导致的的碱度下降、硫酸根浓度增加、氢气难以储存运输等问题，本发明提出了一种基于肼作为电子供体的生物自养还原水中硝酸盐的方法，克服了硫磺以及生物氢自养反硝化法的缺陷，最终保证出水水质。本发明充分利用了肼的强还原性，以肼作为电子供体，在微生物的作用下，发生反硝化反应，还原去除水中硝酸盐。该发明操作简单，提供了一种易于在工程中应用中去除水体中硝酸盐氮的新技术。

[0005] 本发明的技术原理是：水中的自养反硝化细菌利用水中的CO2或HCO3-作为无机碳源，以肼为电子供体，在缺氧条件下，硝酸盐作为反硝化菌呼吸链末端的电子受体而被还原为氮气，主要反应过程为NO3-→NO2-→NO→N2O→N2。

[0006] 为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

[0007] 本发明所述的一种生物自养去除水中硝酸盐的方法，以肼为电子供体，将含硝酸盐的原水通过流量计，与一定量的肼混合后通过生物反应器，在生物反应器微生物的作用下发生自养反硝化反应，经生物反应器处理后的出水通过曝气生物氧化或化学氧化进一步分解反硝化过程的中间产物及残余的肼类化合物后排放。

[0008] 所述生物反应器保持密闭缺氧状态，DO浓度< 1 mg/L，其上部设导气管，所述生物反应器产生的气体通过导气管经酸（0.1-2.0 M H2SO4）及碱吸收瓶（0.1-2.0 M Na2OH）中溶液吸收后排气；所述生物反应器采取固定床、流化床、生物膜及膜生物常见反应器形式；反应器采用间歇及连续操作方式。

[0009] 所述原水pH值控制在6-8范围内，生物反应器内生物量保持在500-10000 mg/L。

[0010] 所述肼的施加量需要精确控制，肼的投加量/待处理硝酸盐（摩尔比）< 1.2；肼的添加设备包括加药箱、加药计量泵、管线，所述肼的添加设备严格密闭。

[0011] 所述生物反应器处理后的出水经进一步处理后排放，具体是：监测生物反应器出水中残余肼浓度，残余肼浓度<0.1 mg/L，选择曝气生物滤池进一步处理；残余肼浓度>0.1 mg/L，选择接触氧化滤池进一步处理，施加适量KMnO4，其中，KMnO4施加量/残余肼（摩尔比）为0.8。

[0012] 本发明提出的一种生物自养去除水中硝酸盐的方法具有以下有益效果：

[0013] （1）本发明提出的一种生物自养去除水中硝酸盐的方法，可以有效去除地下水、地表水和生活污水中的硝酸盐。

[0014] （2）本发明充分利用肼的强还原性，通过微生物的反硝化作用去除硝酸盐，反应过程无需添加催化剂。

[0015] （3）本发明对反硝化过程的中间产物以及可能残余的肼类化合物设置了曝气生物氧化及化学氧化处理，降低了操作的危险性。

[0016] （4）本发明产物单一且清洁无污染。

附图说明

[0017] 图1为本发明连续反应装置示意图。

[0018] 附图标记：

[0019] 1为原水池，2为原水泵，3为流量计，4为加药计量泵，5为生物反应器，6为曝气生物滤池，7为系统出水，8为加药箱，9为导气管，10 酸吸收瓶，11为排气。

具体实施方式

[0020] 下面通过结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

[0021] 实施例1：

[0022] 在一个具体实施方案中，本发明的连续反应装置示意图如附图1所示，该反应装置包括原水池1、原水泵2、生物反应器5、曝气生物滤池6、酸吸收瓶10以及添加设备；并在所述原水泵2后设置流量计3控制进水流量，所述原水池1与所述原水泵2、流量计3、生物反应器5通过管线依次连接，所述生物反应器5可采取固定床、流化床、生物膜及膜生物等常见反应器形式；所述添加设备设置在生物反应器5前端，所述添加设备严格密闭包括加药箱8、加药计量泵4以及管线，所述曝气生物滤池6以及酸吸收瓶10设在生物反应器5后端。

[0023] 工作过程：将原水池1中的进水的pH值控制在6-8范围内，生物反应器5内溶液pH值保持在6.5-7.5范围内，生物反应器5内生物量保持在500-10000 mg/L，进水由流量计3控制流量，肼由计量泵泵入管道混合器，与进水充分混合后进入生物反应器5内，生物反应器5保持密闭缺氧状态，DO浓度< 1 mg/L，其上部设有导气管9，生物反应器5产生的气体经酸碱吸收瓶10内的溶液吸收后进行排气11，经生物反应器5处理后水经曝气生物滤池6处理后排放系统出水7。

[0024] 实施例2：

[0025] 生物反应器内径18cm，柱高2.4m，反应器底部进水，顶部出水，出水口高度为1.5m。进水NO3--N浓度设为10mg/L，加入肼浓度为6.45mg/L，反应进行7h后，NO3--N的去除率>95%。
与现有技术相比，本发明充分利用了肼的强还原性，通过微生物的反硝化作用去除硝酸盐，反应过程无需添加催化剂，对反硝化过程的中间产物以及可能残余的肼类化合物设置了曝气生物氧化及化学氧化处理，降低了操作的危险性，可以有效去除地下水、地表水和生活污水中的硝酸盐。

[0026] 如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。