一種反硝化水處理劑的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種反硝化水處理劑。該處理劑為無(wú)機(jī)物、生物合成高分子聚合物和天然可降解有機(jī)物的混合物，混合物中無(wú)機(jī)物的重量含量為5～30﹪、生物合成高分子聚合物的重量含量為50～90﹪、天然可降解有機(jī)物的重量含量為5～30﹪。本發(fā)明反硝化水處理劑可在5～35℃溫度下去除水中的亞硝酸鹽、硝酸鹽，在反硝化反應(yīng)過(guò)程中的適應(yīng)溫度寬，甚至在5℃～10℃也能較好脫氮反應(yīng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種反硝化水處理劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種水處理劑，具體是一種反硝化水處理劑。【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)2009年《中國(guó)環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》，26個(gè)國(guó)控重點(diǎn)湖泊(水庫(kù))中，劣V類(lèi)水質(zhì)湖(庫(kù))9個(gè)，占34.6%。其中，太湖、滇池水質(zhì)總體均為劣V類(lèi)，巢湖水質(zhì)總體為V類(lèi),總氮超標(biāo)是它們的一個(gè)顯著特征?？偟跛猁}、亞硝酸鹽、氨氮和有機(jī)氮等，含氮化合物會(huì)促進(jìn)水生生物的大量繁殖，導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化，硝酸鹽和亞硝酸鹽還可轉(zhuǎn)化為致癌物亞硝胺，影響飲用水安全 [0003]近年來(lái)地下水硝酸鹽水平呈持續(xù)上升趨勢(shì)。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)有21個(gè)城市的地下水正受到硝酸鹽的污染，其中污染嚴(yán)重的有10個(gè)城市。特別是北方幾個(gè)以地下水為主要供水水源的大城市更是如此。
[0004]硝酸鹽本身對(duì)人體沒(méi)有危害，但在人體內(nèi)經(jīng)硝酸鹽還原菌作用后被還原成亞硝酸鹽。亞硝酸鹽與血液中的血紅蛋白反應(yīng)形成高鐵血紅蛋白，從而影響血液的氧傳輸能力，導(dǎo)致嬰兒高鐵血紅蛋白癥。此外亞硝酸鹽與胺和酰胺反應(yīng)形成亞硝胺和亞硝酰胺。它們是高度致癌物質(zhì)，且會(huì)造成畸胎和引發(fā)誘變。
[0005]依據(jù)生物反硝化理論，碳源是異養(yǎng)反硝化反應(yīng)的核心基質(zhì)，而碳源材料釋碳規(guī)律及其影響因素是選擇合適碳源的重要指標(biāo)。現(xiàn)有的反硝化外加碳源大體上可以分為兩大類(lèi):一是傳統(tǒng)型外加碳源。傳統(tǒng)的反硝化碳源以葡萄糖、甲醇、乙醇、乙酸等液態(tài)有機(jī)物為主；二是新型外加碳源。新型碳源主要是以可生物降解的聚合物、淀粉和一些天然的固體有機(jī)物如木質(zhì)纖維素等。在生物反硝化脫氮工藝中加入固體碳源，可同時(shí)起到為生物體提供生長(zhǎng)載體的作用，為反硝化細(xì)菌創(chuàng)造一個(gè)更穩(wěn)定的生存環(huán)境。目前已有不少研究結(jié)果表明以固態(tài)有機(jī)物作為反硝化作用的外加碳源，可以取得較好的硝酸鹽去除效果，固態(tài)有機(jī)碳源因具有緩效釋放有機(jī)物的優(yōu)點(diǎn)，能保證反硝化過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行。為了有效地控制碳源的的釋放，根據(jù)固體碳源PHA、淀粉和纖維素不同的釋放速率，進(jìn)行不同的配比，調(diào)節(jié)碳源的釋放速率，與生物反硝化速率相匹配，更加有效的利用碳源。即掛膜快、啟動(dòng)時(shí)間短，又使出水COD達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。CN103194050A《一種高淀粉含量熱塑性淀粉、聚酯共混共混物的指標(biāo)方法及應(yīng)用》所需的淀粉需改性，反硝化的溫度在25°C~30°C之間。
[0006]研究表明反硝化過(guò)程不僅跟可利用碳源的量有關(guān)，還在很大程度上受碳源性質(zhì)的影響，不同的固體碳源對(duì)應(yīng)不同的反硝化菌，反硝化速率也不同。我們采用不同的固體碳源PHA、淀粉和纖維素復(fù)配，使其反硝化過(guò)程具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
[0007]在微生物反硝化過(guò)程中，反硝化的過(guò)程核心是生物膜，生物膜的好壞和活性的高低對(duì)水處理除氮的效果起決定性的作用。有研究表明反硝化菌的生長(zhǎng)的適宜溫度在20~40°C，而在8°C的環(huán)境條件下反硝化的速率還不到30°C反硝化的速率的1/7，所以反硝化溫度在反硝化除氮過(guò)程中關(guān)鍵因素，它影響微生物的增殖速度和活性，同時(shí)也影響碳源釋放速度、微生物反應(yīng)體系的傳質(zhì)和擴(kuò)散。CN102676433《一種低溫同步脫氮除磷的假單胞菌及其應(yīng)用》所述低溫為10~20°C并且需添加經(jīng)分離、篩選低溫革蘭氏陰性細(xì)菌。
[0008]CN102923854A《以木屑為碳源固相異養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成反硝化去除地下水中硝酸鹽的方法》所述的反硝化溫度為25~35°C之間。
[0009]金屬離子的添加一方面改變固體表面的微孔結(jié)構(gòu)，有利于反硝化菌的掛膜；另一方面在反硝化的過(guò)程中，金屬離子的緩慢釋放造成局部磷富集促進(jìn)了反硝化菌的生長(zhǎng)，也去除了部分水中的磷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種反硝化水處理劑，該處理劑碳源溫和釋放，無(wú)需添加任何低溫菌種，在5°C~35°C條件下可進(jìn)行水中反硝化除氮。
[0011]本發(fā)明的反硝化水處理劑為無(wú)機(jī)物、生物合成高分子聚合物和天然可降解有機(jī)物的混合物，混合物中無(wú)機(jī)物的重量含量為5~30 %、生物合成高分子聚合物的重量含量為50~90 %、天然可降解有機(jī)物的重量含量為5~30 %。
[0012]所述的無(wú)機(jī)物為金屬鹽、金屬氧化物、金屬堿、鑭系稀土中的一種或多種；
[0013]所述的金屬鹽為氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鋁、硫酸鋁中的一種或多種。
[0014]所述的金屬氧化物為氧化鐵、氧化鋁中的一種或兩種。
[0015]所述的金屬堿 為氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氫氧化鋁中的一種或多種。
[0016]所述的生物合成高分子聚合物為微生物發(fā)酵法合成的聚羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)中的一種或兩種，生物合成高分子聚合物的粘均分子量為200000~1000000 ；
[0017]所述的天然可降解有機(jī)物為淀粉、纖維素中的一種或兩種。
[0018]本發(fā)明反硝化水處理劑可在5~35°C溫度下去除水中的亞硝酸鹽、硝酸鹽。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]1.本發(fā)明反硝化水處理劑在反硝化反應(yīng)過(guò)程中的適應(yīng)溫度寬，甚至在5°C~10°C也能較好脫氮反應(yīng)。
[0021]2.本發(fā)明反硝化水處理劑的碳釋放可控，出水COD能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0022]3.本發(fā)明反硝化水處理劑作為反硝化碳源，工藝簡(jiǎn)單，易工程化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明反硝化水處理劑驗(yàn)證反硝化效果裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]實(shí)施例1.[0026]將50g氫氧化鋁、450g聚羥基丁酸酯(PHB)、450g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、50g天然可降解有機(jī)物混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0027]實(shí)施例2.[0028]將300g氫氧化鋁、500g聚羥基丁酸酯(PHB)、200g天然可降解有機(jī)物混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)150°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。[0029]實(shí)施例3.[0030]將150g氫氧化鐵、550g聚羥基丁酸酯(PHB)、300g天然可降解有機(jī)物混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0031]實(shí)施例4.[0032]將300g氫氧化鐵、500g聚羥基丁酸酯(PHB)、100g玉米淀粉、200g馬鈴薯淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0033]實(shí)施例5.[0034]將50g氧化鐵、650g聚羥基丁酸酯(PHB)、300g玉米淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0035]實(shí)施例6.[0036]將300g氧化鐵、500g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、200g馬鈴薯淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0037]實(shí)施例7.[0038]將100g氧化鐵、800g聚羥基丁酸酯(PHB)、100g玉米淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0039]實(shí)施例8.[0040]將50g硫酸鐵、900g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、50g玉米淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0041]實(shí)施例9.[0042]將300g硫酸鐵、500g聚羥基丁酸酯(PHB)、200g小麥淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0043]實(shí)施例10.[0044]將200g硫酸鐵、600g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、200g甘薯淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0045]實(shí)施例11.[0046]將50g硫酸亞鐵、900g聚羥基丁酸酯(PHB)、50g馬鈴薯淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0047]實(shí)施例12.[0048]將300g硫酸亞鐵、500g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、200g綠豆淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0049]實(shí)施例13.[0050]將100g硫酸亞鐵、600g聚羥基丁酸酯(PHB)、300g馬鈴薯淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0051]實(shí)施例14.[0052]將50g氧化鋁、900g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、50g小麥淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0053]實(shí)施例15.[0054]將300g氧化鋁、500g聚羥基丁酸酯(PHB)、200g麻纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)150°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。[0055]實(shí)施例16.[0056]將100g氧化鋁、600g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、300g甘薯淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0057]實(shí)施例17.[0058]將50g硫酸鋁、900g聚羥基丁酸酯(PHB)、50g甘薯淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0059]實(shí)施例18.[0060]將300g硫酸鋁、650g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、50g麻纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0061]實(shí)施例19.[0062]將80g硫酸鋁、620g聚羥基丁酸酯(PHB)、300g小麥淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)150°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0063]實(shí)施例20.[0064]將50g氧化鐵、900g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、50g綠豆淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0065]實(shí)施例21.[0066]將300g氧化鐵、500g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、200g竹質(zhì)纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)150°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0067]實(shí)施例22.[0068]將100g氧化鐵、600g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、300g綠豆淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0069]實(shí)施例23.[0070]將50g氧化鋁、900g聚羥基丁酸酯(PHB)、50g竹質(zhì)纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0071]實(shí)施例24.[0072]將300g氧化鋁、500g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、200g木質(zhì)纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0073]實(shí)施例25.[0074]將150g氧化鋁、550g聚羥基丁酸酯(PHB)、300g麻纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝`化水處理劑。
[0075]實(shí)施例26.[0076]將50g氫氧化鐵、900g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、50g木質(zhì)纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0077]實(shí)施例27.[0078]將200g氫氧化鐵、500g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、300g竹質(zhì)纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0079]實(shí)施例28.[0080]將50g氫氧化亞鐵、900g聚羥基丁酸酯(PHB)、50g麥桿纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。[0081]實(shí)施例29.[0082]將300g氫氧化亞鐵、200g聚羥基丁酸酯(PHB)、300g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、200g麥桿纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0083]實(shí)施例30.[0084]將100g氫氧化亞鐵、600g聚羥基丁酸酯(PHB)、300g木質(zhì)纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0085]實(shí)施例31.[0086]將200g氫氧化鋁、500g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、300g麥桿纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0087]實(shí)施例32.[0088]將50g鑭系稀土、900g聚羥基丁酸酯(PHB)、50g麥桿纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0089]實(shí)施例33.[0090]將300g鑭系稀土、200g聚羥基丁酸酯(PHB)、300g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、200g麥桿纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)150°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0091]實(shí)施例34.[0092]將100g鑭系稀土、600g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、300g木質(zhì)纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0093]實(shí)施例35.[0094]將25g氯化鐵、25g氯化鋁、900g聚羥基丁酸酯(PHB)、50g甘蔗纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0095]實(shí)施例36.[0096]將100g氧化鐵、200g氧化鋁、600g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、100g甘蔗纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)150°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0097]實(shí)施例37.[0098]將100g氫氧化鋁、100g氫氧化鐵、500g聚羥基丁酸酯(PHB)、300g稻草纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)150°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0099]實(shí)施例38.[0100]將25g氫氧化招、25g氧化鐵、450g聚羥基丁酸酯(PHB)、450g聚羥基丁酸戍酸酯(PHBV)、50g稻草纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0101]實(shí)施例39.[0102] 將100g氫氧化鋁、100g氧化鐵、100g氯化鋁、500g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、200g稻草纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0103]實(shí)施例40.[0104]將100g氫氧化鋁、100g氧化鋁、500g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、300g甘蔗纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)150°c下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0105]實(shí)施例41.[0106]將100g氫氧化鋁、100g氧化鋁、500g聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)UOOg稻草纖維素、200g甘蔗纖維素混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)140°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0107]實(shí)施例42.[0108]將100g氫氧化招、100g硫酸亞鐵、100g鑭系稀土、650g聚羥基丁酸戍酸酯(PHBV)、25g甘蔗纖維素、25g玉米淀粉混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)150°C下擠出、造粒，得到反硝化水處理劑。
[0109]上述實(shí)施例1~42所用的鑭系稀土為鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、欽Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、镥Lu中的一種或多種；聚羥基丁酸酯(PHB)與聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)的粘均分子量均為200000~1000000 ;天然可降解有機(jī)物為淀粉、纖維素的一種或兩種，淀粉為玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、甘薯淀粉、綠豆淀粉的一種或多種，纖維素為麻纖維素、竹質(zhì)纖維素、木質(zhì)纖維素、麥桿纖維素、稻草纖維素或甘蔗纖維素的一種或多種。
[0110]將上述實(shí)施例1~42制備得到的反硝化水處理劑進(jìn)行驗(yàn)證反硝化效果:
[0111]將實(shí)施例1~42制備得到的任一反硝化水處理劑放入生物反應(yīng)器，如圖1所示，從生物反應(yīng)器I的底部進(jìn)水，經(jīng)過(guò)多孔篩板2，使水流均勻和反硝化水處理劑3接觸，從上部出水。采用微量磁力泵4控制流量來(lái)調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間。在生物反應(yīng)器外放入保溫容器通過(guò)加熱或制冷裝置控制反應(yīng)器的溫度。
[0112]首先用污水處理廠的尾水，水力停留時(shí)間控制在2~4小時(shí)左右，在常溫條件(25°C左右)直接掛膜啟動(dòng)。經(jīng)過(guò)24~48小時(shí)后，總硝基氮降到2mg/L以下后，被處理的水改為自來(lái)水，加入硝酸鈉和磷酸氫二鉀，調(diào)節(jié)應(yīng)用實(shí)例所需的硝基-氮和磷酸根的濃度，硝基-氮與磷酸根的濃度比為5:1。通過(guò)加熱或制冷裝置控制應(yīng)用實(shí)例所設(shè)定反應(yīng)器的溫度。應(yīng)用各個(gè)實(shí)施例 的反硝化水處理劑結(jié)果見(jiàn)下表1:
[0113]表1.驗(yàn)證實(shí)施例匯總表
【權(quán)利要求】
1.一種反硝化水處理劑，其特征在于:該水處理劑為無(wú)機(jī)物、生物合成高分子聚合物和天然可降解有機(jī)物的混合物，混合物中無(wú)機(jī)物的重量含量為5~30 %、生物合成高分子聚合物的重量含量為50~90 %、天然可降解有機(jī)物的重量含量為5~30 % ; 所述的無(wú)機(jī)物為金屬鹽、金屬氧化物、金屬堿、鑭系稀土中的一種或多種； 所述的生物合成高分子聚合物為微生物發(fā)酵法合成的聚羥基丁酸酯、聚羥基丁酸戊酸酯中的一種或兩種，生物合成高分子聚合物的粘均分子量為200000~1000000 ； 所述的天然可降解有機(jī)物為淀粉、纖維素中的一種或兩種。
2.如權(quán)利要求1所示的一種反硝化水處理劑，其特征在于:所述的金屬鹽為氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鋁、硫酸鋁中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所示的一種反硝化水處理劑，其特征在于:所述的金屬氧化物為氧化鐵、氧化鋁中的一種或兩種。
4.如權(quán)利要求1所示的一種反硝化水處理劑，其特征在于:所述的金屬堿為氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氫氧化鋁中的一種或多種。
【文檔編號(hào)】C02F3/28GK103693736SQ201310607003
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】沈華, 凌東鷹, 陳學(xué)軍, 李佳靈 申請(qǐng)人:寧波天安生物材料有限公司