从水性介质中除氮的方法技术

本发明专利技术涉及一种从水性介质中除氮的方法，其包括以下步骤：(a)通过部分好氧硝化将水性介质中的NH

Method for removing nitrogen from aqueous medium

The present invention relates to a method for removing nitrogen from an aqueous medium comprising the following steps: (a) the NH of an aqueous medium by partial aerobic nitrification

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从水性介质中除氮的方法本专利技术涉及一种根据所附独立权利要求的前序部分所述的从水性介质中除氮的方法。废水可包含增加水平的氮化合物，例如有机氮和氨。在废水处理中，目标是降低水中的氮含量，因为氮化合物是尤其有效的肥料并且可能引起水道的富营养化。可通过使用各种不同的方法来从水溶液中除去氮。例如，可使用称为CANDO的偶联好氧-缺氧亚硝酸分解操作。该方法包括三个步骤：(1)将NH4+部分好氧硝化为NO2-；(2)将NO2-部分缺氧反硝化为N2O；和(3)通过N2O的催化分解或使用N2O作为CH4的氧化剂将N2O转化为N2并伴随能量回收。已知碳酸盐绿锈Fe(II)4Fe(III)2(OH)12CO3或菱铁矿FeCO3可用于将NO2-还原为N2O，参见例如Schersonetal.,EnergyEnviron.Sci.2013,6,241-248。碳酸盐绿锈可通过使诸如碳酸钠的碳酸盐化合物与FeCl2反应而获得。然而，仍需要不断改进现有方法，并寻找有效和可行的替代方法。本专利技术的目的是最小化或甚至完全消除现有技术中存在的缺点。本专利技术的目的还在于提供一种从水性介质中有效除氮的方法。这些目的通过具有如下的在独立权利要求的特征部分中呈现的特征的本专利技术来实现。根据本专利技术的用于从水性介质中除氮的典型方法包括以下步骤：-通过部分好氧硝化将水性介质中的NH4+转化为NO2-；-在缺氧条件下将获得的NO2-部分还原为N2O；-将N2O分解为N2，并伴随能量回收；其中使用硫酸亚铁和硫酸铁的混合物来使NO2-还原为N2O。现在还发现，硫酸亚铁和硫酸铁的混合物可用于将NO2-还原为N2O，同时保持已知的采用碳酸盐绿锈或菱铁矿的CANDO方法的效率和反应速率。将硫酸亚铁和硫酸铁的混合物直接加入至步骤(b)以产生新鲜无定形羟基氧化铁，其增强步骤(b)中Fe(II)介导的NO2-的还原。因此，能够消除产生绿锈的碳酸盐源的添加，并使所需步骤的数量最小化。根据本专利技术的一个实施方案，加入至步骤(b)的混合物包含相对于1摩尔的硫酸铁至少3摩尔的硫酸亚铁。优选地，混合物包含相对于1摩尔的硫酸铁至少3.5摩尔的硫酸亚铁，更优选相对于1摩尔的硫酸铁至少4摩尔的硫酸亚铁。仔细选择硫酸亚铁的量以优化步骤(b)中NO2-部分还原为N2O的有效性。在步骤(b)中添加的硫酸亚铁和硫酸铁的混合物可以溶液形式或者以特定的晶体混合物形式加入至水性介质中。可以这样的量添加该混合物，其使得1摩尔的硫酸铁和1摩尔亚硝酸盐中添加有至少2摩尔、优选至少3摩尔、更优选至少3.5摩尔的硫酸亚铁。例如，当将混合物加入至亚硝酸盐污泥储存罐之前的反应室时，可获得最大量的尾气和N2O气体捕获。添加的铁越多，释放的N2O和去除的氨越多。根据本专利技术的实施方案，没有向水性介质中添加缓冲剂。这简化了该方法并且使其更经济。通过本专利技术的方法处理的水性介质包含NH4+并且它可为城市废水、工业废水或垃圾渗滤液。废水可为来自脱水过程的浓缩液、离心分离液或滤液。例如，它可源自使用离心机的城市废水的脱水和将离心分离液流返回至废水处理的再循环。可备选地，废水可源自农业生产或诸如生物乙醇或生物柴油的生物燃料的生产。在除氮之前，水性介质中的NH4+的浓度是硝酸盐的摩尔浓度的至少两倍，优选是硝酸盐的摩尔浓度的至少三倍，更优选是硝酸盐的摩尔浓度的至少四倍。这确保了亚硝酸盐相比于硝酸盐的有效转化。此外，硫酸亚铁和硫酸铁的混合物提供了NO2-到N2O的有效还原，从而使得即使从包含提高水平的氮化合物的废水中仍能改进氮的总体还原。在一个实施方案中，步骤(a)在单独的第一罐式反应器中进行。选择在第一罐式反应器中的条件使得反应器中的细菌有效地选择亚硝酸盐而不是硝酸盐。例如，培养基的pH保持在6-8的范围内，溶解氧的量保持为低，并且反应器温度在20-40℃，优选30-35℃。步骤(a)中的停留时间可为1.5-3.5天，优选2-3天。步骤(b)在第二罐式反应器中进行。通过使用Fe(II)-介导的还原，将步骤(a)中获得的NO2-非生物地部分还原为N2O和三价铁。三价铁离子以沉淀物形式形成，并且可将其从罐式反应器中除去。根据本专利技术的一个实施方案，可通过使用公知的铁还原细菌将来自步骤(b)的三价铁离子再生返回至亚铁离子。可在单独的再生反应器中进行再生。根据本专利技术的一个实施方案，当使用硫酸亚铁和硫酸铁的混合物时，步骤(b)中的还原反应的反应时间为<3h，优选<2h，有时甚至<1.5h。在一个实施方案中，可通过催化、热或通过放热分解的N2O的分解以形成氧气和氮气来实现在步骤(c)中伴随能量回收的N2O到N2的分解。气态N2O也可用作燃烧反应例如CH4燃烧中的氧化剂或辅助氧化剂。根据本专利技术的一个实施方案，来自分光光度测量的信号值用于在线测量水性介质中的NO2-浓度水平，此后使用该测量的NO2-浓度水平来测定在步骤(b)中添加的还原剂的量。已发现，来自分光光度测量的信号值为在线测量NO2-浓度水平提供了可靠和最佳基础，并且测量的NO2-浓度水平可成功地用于控制还原剂的添加。因此，可将还原剂的添加仔细地和精确地调节至水性介质中的实际氮化合物浓度，并且获得所需的除氮水平，且不使用不必要的过量的还原剂。可连续地或以预定的非恒定时间间隔测量来自分光光度测量的信号值。如果不连续地进行测量，则预定的时间间隔为优选<30min，更优选<15min，甚至更优选<7min。不连续测量适用于其中氮化合物的浓度相对稳定和/或介质组成的变化相对缓慢的水性介质。根据本专利技术的一个优选实施方案，连续地测量来自分光光度测量的信号值，并因此提供关于NO2-浓度水平的连续信息。根据本专利技术的一个实施方案，在添加还原剂之前测量NO2-浓度水平。这意味着在除氮工艺的步骤(b)之前测量NO2-浓度水平。例如，可从进入除氮工艺的水性介质或从进入除氮工艺的步骤(b)的水性介质中进行分光光度测量。获得的来自分光光度测量的信号值用于测定NO2-浓度水平和连续地测定在步骤(b)中添加的还原剂的量。这允许预先控制还原剂的添加。根据本专利技术的另一个实施方案，在添加还原剂之后测量NO2-浓度水平。这意味着在除氮工艺的步骤(b)之后测量NO2-浓度水平。例如，可从离开除氮工艺的水性介质或从离开除氮工艺的步骤(b)的水性介质中进行分光光度测量。获得的来自分光光度测量的信号值用于测定NO2-浓度水平和通过使用反馈回路连续地测定在步骤(b)中添加的还原剂的量。根据一个实施方案，在添加还原剂之前和之后测量NO2-浓度水平。这允许还原剂添加的最佳控制。通过使用分光光度测量装置且优选为UV/VIS-分光光度测量装置获得来自分光光度测量的信号值。合适的分光光度测量装置是例如s::canspectro::lyserTM探针(MesstechnikGmbH,Vienna,Austria)。根据本专利技术的一个优选实施方案，在200-250nm的波长下测量来自分光光度测量的信号值。分光光度测量装置可被理解为潜水式传感器，并且其可安装到在除氮工艺中的合适的工艺管线上。测量装置可装备有自动清洗系统，使用例如加压空气来清洗所需的装置表面。分光光度测量装置提供与水性介质中的NO2-浓度水平成比例的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于从水性介质中除氮的方法，其包括以下步骤：(a)通过部分好氧硝化将水性介质中的NH

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.03 US 62/045,0411.用于从水性介质中除氮的方法，其包括以下步骤：(a)通过部分好氧硝化将水性介质中的NH4+转化为NO2-；(b)在缺氧条件下将获得的NO2-部分还原为N2O；(c)将N2O分解为N2，并伴随能量回收；其中在步骤(b)中使用硫酸亚铁和硫酸铁的混合物来使NO2-还原为N2O。2.如权利要求1所述的方法，其中所述混合物包含相对于1摩尔的硫酸铁至少3摩尔的硫酸亚铁。3.如权利要求1所述的方法，其中将在步骤(b)中的所述硫酸亚铁和硫酸铁的混合物以溶液形式或者以特定的晶体混合物形式施加至所述水性介质。4.如权利要求1所述的方法，其中用于所述步骤(b)中的还原反应的反应时间为<2h。5.如权利要求1所述的方法，其中所述水性介质为来自脱水过程的浓缩液、离心分离液或滤液。6.如权利要求1所述的方法，其中在除氮之前，所述水性介质中的NH4+的浓度是硝酸盐的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·阿比内特，
申请(专利权)人：凯米罗总公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI