一种反硝化过程N制造技术

本发明专利技术公开了一种反硝化过程N

【技术实现步骤摘要】
一种反硝化过程N2O高度富集与回收的方法及装置
本专利技术属于环境与资源回收
，主要涉及一种反硝化过程N2O高度富集与回收的方法及装置。
技术介绍
生物脱氮是污水处理的重要方向之一。传统生物脱氮是利用硝化-反硝化原理将氨氮转化为N2并释放至大气环境，但此过程还释放一种强温室气体N2O。近年来，有研究发现，N2O同时又是潜在的可再生能源，例如，当利用其替代氧气作助燃剂时，可提高甲烷燃烧热值的37％。因此，反硝化过程中N2O的高度富集与收集成为污水处理氮能源化利用的关键。研究表明，反硝化的反应历程为NO3-→NO2-→NO→N2O→N2，每步反应过程均由相应的酶催化完成，例如N2O至N2的反应过程由N2O还原酶催化完成。因此，抑制N2O还原酶的活性是富集N2O的重要方法之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实现反硝化过程N2O高度富集与回收的生物膜装置及方法，构建了以改性中空纤维膜为载体的生物膜反应器，中空纤维膜表面负载有N2O还原酶的抑制剂，因此，可干预反硝化的代谢过程，实现N2O的富集(富集率大于90％)。同时，利用气液分离膜将反硝化过程产生的N2O从反应器中实时分离，实现N2O的高效回收。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。本专利技术实施例提供了一种反硝化过程N2O高度富集与回收的方法，包括以下步骤：将膜分离组件置于生物膜反应器中，在膜分离组件上设有改性中空纤维微孔膜，改性中空纤维微孔膜的外表面附着生长有生物膜，生物膜反应器中进水为废水，通过控制生物膜反应器进水的pH值，设定膜分离组件的有效表面积与生物膜反应器有效池容的比值，进行反硝化过程；中空纤维微孔膜的改性材料为纳米氧化亚铜，通过纳米氧化亚铜抑制氧化亚氮还原酶的活性并利用膜分离组件将N2O实时分离，最终实现反硝化过程N2O的高度富集与回收。对于上述技术方案，本专利技术进一步优选的方案为：优选的，所述反硝化过程包括全程反硝化和短程反硝化。优选的，控制进水pH值为6.5。优选的，膜分离组件的有效表面积与生物膜反应器有效池容的比值为100～300m2/m3。优选的，分离膜组件的内腔通过真空泵将产生的N2O实时分离并收集，负压的范围包括但不限于0.04-0.08MPa。优选的，所述中空纤维微孔膜的材质为聚苯乙烯，膜的平均孔径为0.1～0.2μm。本专利技术实施例进一步给出了所述方法的反硝化过程N2O高度富集与回收生物膜的装置，包括生物膜反应器、膜分离组件、改性中空纤维膜、真空泵和N2O收集装置；所述生物膜反应器中设有膜分离组件，所述膜分离组件上设有改性中空纤维膜，改性中空纤维膜的外表面附着生长有生物膜；生物膜反应器连通进水、出水管，改性中空纤维膜连通N2O收集装置。优选的，所述改性中空纤维膜连通N2O收集装置管道上设有气体流量计、气压计和真空泵。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：(1)利用纳米氧化亚铜对中空纤维微孔膜进行改性，将生物膜附着生长在中空纤维微孔膜的表面，通过纳米氧化亚铜抑制氧化亚氮还原酶的活性，将反硝化的产物控制为N2O；(2)通过中空纤维微孔膜组件实时分离N2O的方法，强化产N2O反硝化菌的生长条件，可将N2O的转化率提高至90％以上；(3)与内源反硝化实现N2O的富集相比，本专利技术无需设置厌氧反应器进行预处理，简化了工艺流程，降低了建设与运行成本；(4)与低pH值实现N2O的富集相比，本专利技术减少了投药量，降低了运行成本。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1是实现N2O高度富集及回收的装置图；图2(a)、图2(b)分别是改性中空纤维膜及剖面示意图；图3是反硝化过程N2O的转化效果图。其中，1.膜分离组件；2.改性中空纤维膜；3.生物膜；4.气体流量计；5.气压计；6.真空泵；7.N2O收集装置；8.阀门。601.改性中空纤维膜表面的膜孔；602.中空纤维膜的改性材料。具体实施方式下面将结合附图详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。如图1所示，本专利技术实现反硝化过程N2O高度富集与回收的装置，包括生物膜反应器、膜分离组件1、改性中空纤维膜2、生物膜3、气体流量计4、气压计5、真空泵6、N2O收集装置7和阀门8等。生物膜反应器中放置有膜分离组件1，膜分离组件1上设有改性中空纤维膜2，生物膜3负载在改性中空纤维膜2表面，生物膜反应器连通进水、出水管，膜分离组件上的改性中空纤维膜2连通N2O收集装置7，改性中空纤维微孔膜的材质为聚苯乙烯，通过浸没沉淀相转化法在中空纤维微孔膜的表面负载纳米氧化亚铜，目的是抑制氧化亚氮还原酶的活性。膜的平均孔径为0.1～0.2μm。改性中空纤维膜2连通N2O收集装置7管道上设有气体流量计4、气压计5、真空泵6和阀门8。反应器运行的过程中，进水主要基质为亚硝酸钠和乙酸钠，通过控制生物膜反应器进水的pH值为6.5，设定膜分离组件的有效表面积与生物膜反应器有效池容的比值为100～300m2/m3，进行反硝化过程。通过改性中空纤维膜负载的纳米氧化亚铜抑制氧化亚氮还原酶的活性，并将分离膜组件的内腔通过真空泵将产生的N2O实时分离并收集，负压的范围为0.04-0.08MPa，最终实现反硝化过程N2O的高度富集与回收。图2(a)、图2(b)分别是改性中空纤维膜及剖面示意图，中空纤维膜的改性材料602负载在改性中空纤维膜表面，在改性中空纤维膜表面的膜孔601之间。下面以传统的全程反硝化为例，来进一步说明本专利技术效果。进水基质含有硝酸盐和有机物，并控制进水pH值为6.5。在图1中，膜分离组件所用的分离膜为改性中空纤维膜2，主要材质为聚苯乙烯，膜的平均孔径为0.15μm，膜的表面负载有纳米氧化亚铜，负载的方法为浸没沉淀相转化法。将膜分离组件置于反硝化系统中，微生物附着生长在改性中空纤维微孔膜的外表面，形成生物膜，运行反硝化脱氮生物膜反应器。利用改性中空纤维膜表面负载的纳米氧化亚铜抑制氧化还原酶的活性，将反硝化的产物控制为N2O。改性中空纤维微孔膜的内腔与转子流量计、气压计与真空泵相连，反硝化生物膜形成后，开启气液分离功能，通过控制负压为0.07MPa将反硝化过程产生的N2O实时从反应器中分离，目的是创造产N2O反硝化菌的生长条件，并进入N2O收集装置7，末端与阀门8相连。生物膜形成后，N2O的转化效率见图3。气液分离功能开启初期，N2O转化率仅有2.6％，随着N2O还原酶活性的抑制以及实时将N2O从反应器中分离，强化了产N2O还原菌的生长条件，N2O的转化率逐步得到提升，18d时，已经提升至60％；第24d时，N2O的转化率稳定达到91％，之后稳定在92％左右，说明反硝化的产物被稳定还原为N2O。在本专利技术公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反硝化过程N

【技术特征摘要】
1.一种反硝化过程N2O高度富集与回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将膜分离组件置于生物膜反应器中，在膜分离组件上设有改性中空纤维微孔膜，改性中空纤维微孔膜的外表面附着生长有生物膜，生物膜反应器中进水为废水，通过控制生物膜反应器进水的pH值，设定膜分离组件的有效表面积与生物膜反应器有效池容的比值，进行反硝化过程；
改性中空纤维微孔膜的改性材料为纳米氧化亚铜，通过纳米氧化亚铜抑制氧化亚氮还原酶的活性并利用膜分离组件将N2O实时分离，最终实现反硝化过程N2O的高度富集与回收。


2.如权利要求1所述的一种反硝化过程N2O高度富集与回收的方法，其特征在于，所述反硝化过程包括全程反硝化和短程反硝化。


3.如权利要求1所述的一种反硝化过程N2O高度富集与回收的方法，其特征在于，控制进水pH值为6.5。


4.如权利要求1所述的一种反硝化过程N2O高度富集与回收的方法，其特征在于，膜分离组件的有效表面积与生物膜反应器有效池容的比值为100～...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕永涛，王磊，王旭东，苗瑞，陈立成，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61