一种使用聚己内酯与陶粒强化人工湿地脱氮的方法技术

本发明专利技术公开了一种使用聚己内酯与陶粒强化人工湿地脱氮的方法，属于水处理技术领域。本发明专利技术以聚己内酯和陶粒混合作为垂直潜流人工湿地的过滤介质进行地表水体反硝化脱氮。聚己内酯可作为反硝化固体碳源与微生物生长载体，可不外加碳源下进行反硝化脱氮，与传统技术相比，本发明专利技术处理效果好，操作简便。

Method for removing nitrogen from artificial wetland by using polycaprolactone and haydite

The invention discloses a method for removing nitrogen from artificial wetland by using polycaprolactone and ceramsite, which belongs to the field of water treatment technology. In the invention, the mixture of polycaprolactone and ceramsite is used as the filtration medium of the vertical subsurface flow constructed wetland for denitrification of surface water body. Compared with the traditional technology, the invention has the advantages of high efficiency and simple operation, and can be used as denitrification solid carbon source and microbial growth carrier.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用聚己内酯与陶粒强化人工湿地脱氮的方法，属于水处理

技术介绍
随着工农业的飞速发展以及人民生活水平的提高，地表水中硝酸盐氮(NO3--N)污染越发严重，其对人体的危害主要是通过转化为亚硝酸盐和亚硝胺而造成。目前去除地表水中硝酸盐氮通常采用生物法，在碳源充足情况下通过反硝化作用将NO3--N最终还原为氮气而彻底将氮素从水中去除。然而我国城市中地表水通常表现为低溶解性有机碳(DOC)、高营养盐的特点，所以碳源缺失就成为生物法处理地表水脱氮的主要矛盾。传统异养反硝化工艺常添加易被微生物利用的甲醇、乙酸钠、葡萄糖等可溶性碳源来提供电子供体强化该生物过程。但其也存在不少缺点，比如当进水硝酸盐氮浓度波动时，精确控制液体碳源投加量而不造成溢出风险就是一大难题。为了避免上述风险，以固体有机物作为反硝化碳源同时为微生物提供生长载体的方法近年来逐步得到认可，被称为“固相反硝化”。可生物降解聚合物(BDPs)如聚乳酸、聚羟基丁酸戊酸共聚酯、聚丁二酸丁二酯常被作为固体碳源，但其较高的价格阻碍了实际的推广。随着社会对环境友好型材料的日益关注，BDPs类物质将通过大量生产和技术的技术革新，从而降低其使用成本。聚己内酯是一种良好的固体碳源，多数以聚己内酯作为固体碳源的研究都采用污泥作为接种物，活性污泥的优点是生物量大，接种时间短。但是作为实际处理地表水，引入额外的微生物菌群会引起出水质量的不稳定以及有危害接纳水体土著微生物的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了处理碳源缺失的地表水体而提供的一种处理效果好、对环境影响小、具有良好发展前景的一种使用聚己内酯与陶粒强化人工湿地及其用于脱氮的方法。本专利技术首先提供了一种人工湿地，为垂直潜流型，由上至下分别为进水区、过滤区及出水区，所述过滤区自上而下分别填充陶粒、陶粒与聚己内酯组成的混合介质、陶粒，其中陶粒、陶粒与聚己内酯组成的混合介质、陶粒的填充高度比为4：3：4；聚己内酯与陶粒的重量比为1：1。本专利技术还提供了一种使用所述人工湿地脱氮的方法，是采用地表水自然挂膜启动，然后对地表水体进行反硝化脱氮。所述方法主要包括以下步骤：(1)启动：以地表水中土著微生物作为接种物，采用自然挂膜的方式启动，至反硝化速率稳定后进入稳定运行状态；(2)稳定运行：地表水体在过滤介质中的水力停留时间为4-10h。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)向地表水中添加硝酸钾和磷酸二氢钾，促进微生物生长。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)进水采用添加硝酸钾和磷酸二氢钾的地表水，保证硝酸盐氮(NO3--N)浓度为15mg/L，氮磷比为5:1。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)启动过程包括：1)前7d，水力停留时间为20h，使进水中的湖水微生物能够充分附着于载体上稳定生长；2)第8-15d，水力停留时间降为10h；3)第16-45d，水力停留时间降为6h。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)当监测到最低反硝化速率维持在30.00mg/(L·d)以上，即进入稳定运行状态。在本专利技术的一种实施方式中，采用改变进水量的方法调整水力停留时间。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)根据进水污染物浓度，改变水力停留时间以调节反硝化效率。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)当进水中NO3--N浓度为15.00mg/L时，水力停留时间设置为6h。所述的地表水体中主要污染物为氨氮(NH4+-N)、硝酸盐氮(NO3--N)、亚硝酸盐氮(NO2--N)、溶解性有机碳(DOC)，各污染物浓度分别为0.0-1.45mg/L、0.00-50.00mg/L、0.00-0.40mg/L、0.00-7.20mg/L。本专利技术中的聚己内酯，虽不溶解于水，但可被微生物降解，且既能为反硝化过程提供碳源，同时可以作为微生物生长载体。本专利技术中，选用可生物降解聚合物聚己内酯作为固体碳源以及微生物生长载体，有效地将新型高分子材料用于水处理过程中。工艺中不需要外加可溶性碳源，解决了传统工艺中外加碳源难以控制的缺点，且选用湖水微生物作为接种物，能够使微生物种群更为稳定，不会对环境造成污染，更适用于原位处理地表水体。附图说明图1不同陶粒添加条件下的聚己内酯反硝化性能图2不同陶粒添加条件下的聚己内酯反硝化过程中DOC的变化图3填充陶粒与聚己内酯的人工湿的模拟反应器结构示意图图4模拟人工湿地启动中NO3--N进出水浓度变化及反硝化效率的比较图5模拟人工湿地反硝化速率与反硝化效率在不同HRT条件下的变化情况；(a)15.00mg/L，(b)30.00mg/L。图6模拟人工湿地在不同HRT下的沿程NO3--N浓度变化情况；(a)低浓度组，(b)高浓度组。图7模拟人工湿地在不同HRT下的沿程DOC变化情况；(a)低浓度组，(b)高浓度组。具体实施方式NO3--N浓度的测定：酚二磺酸光度法(GB7480-87)反硝化速率的测定：单位时间(某一研究周期)内，通过对单位反应器容积中NO3--N降解速率和反应时间建立的零级动力学反应关系拟合反应动力学方程，以斜率表征反硝化速率，公式表示如下：v＝(Ct-Co)/t其中，v表示反硝化速率(mg/(L·h))，Ct表示某一时间体系中的NO3--N浓度(mg/L),C0表示初始(进水)的NO3--N浓度(mg/L)，t表示反应时间。反硝化效率的测定：主要针对人工湿地反应器的效率考察。在一定反应器条件下，通过反应器中NO3--N被转化为氮气的效率来确定，公式表示如下：E＝(1-C出N)/C进N*100％E表示反硝化效率(％)，C出N表示反应器出水中NO3--N，NO2--N和NH4+-N的总和(mg/L)，C进N表示进水中NO3--N，NO2--N和NH4+-N的总和(mg/L)。实施例1人工湿地中PCL与陶粒层不同配比对脱氮效果与DOC的影响驯化：采用实验室小型滤柱模拟人工湿地碳源层。在4个1500mL圆柱形有机玻璃柱中分别加入陶粒与聚己内酯(PCL)按质量比为0、1:5、1:2、1:1共混得到的基质，分别记为实验组1(PCL)、实验组2(PCL+20％陶粒)、实验组3(PCL+50％陶粒)和实验组4(PCL+100％陶粒)。并加入配有30.00mg/LNO3--N和6.00mg/LPO43--P的1000mL地表水。密封后放入25℃恒温培养箱中反应。鉴于陶粒对于NO3--N吸附作用的惰性，以及实验条件设置的针对性(模拟实际原位处理情况，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工湿地，其特征在于，为垂直潜流型，由上至下分别为进水区、过滤区及出水区，所述过滤区自上而下分别填充陶粒、陶粒与聚己内酯组成的混合介质、陶粒。

【技术特征摘要】
1.一种人工湿地，其特征在于，为垂直潜流型，由上至下分别为进水区、过滤区及出水
区，所述过滤区自上而下分别填充陶粒、陶粒与聚己内酯组成的混合介质、陶粒。
2.根据权利要求1所述的一种人工湿地，其特征在于，陶粒、陶粒与聚己内酯组成的混
合介质、陶粒的填充高度比为4：3：4；聚己内酯与陶粒的重量比为1：1。
3.一种应用权利要求1或2所述人工湿地脱氮的方法，其特征在于，采用地表水自然挂
膜启动，然后对地表水体进行反硝化脱氮。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)启动：以地表水中土著微生物作为接种物，采用自然挂膜的方式启动，至反硝化速
率稳定后进入稳定运行状态；
(2)稳定运行：地表水体在过滤介质中的水力停留时间为4-10h。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)向地表水中添加硝酸钾和磷酸

【专利技术属性】
技术研发人员：缪恒锋，朱潇伟，阮文权，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32