【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种同步处理含氮废水及溶解性甲烷的装置及工艺，具体涉及一种基于磁铁矿强化以溶解性甲烷作为碳源的同步脱氮除碳装置及工艺。
技术介绍
1、污水处理厂每年的碳排放占全球温室气体排放的1-2％，随着全球温室效应的快速演变，城市污水的“碳中和”处理已成为人们关注的焦点。造成污水处理厂生物处理碳排放显著增加的原因有两个：1)厌氧发酵处理出水中含有相当数量的溶解性甲烷，甲烷是一种强温室气体，其温室效应强度是二氧化碳的20-30倍，对全球温室效应的贡献达到了20％，这些溶解性甲烷排放到环境中将大大降低能源回收的潜力，并导致温室效应的增加。2)传统生物脱氮技术往往需要补充碳源，但是补充碳源不仅会造成污水处理厂运行成本的增加，还会不可避免的造成碳排放增加。而厌氧甲烷氧化过程可以用溶解性甲烷作为单独的电子供体，还原硝酸盐/亚硝酸盐，实现在脱氮的同时，同步去除甲烷，此过程被称为反硝化厌氧甲烷氧化。现有的反硝化厌氧甲烷氧化的研究，通常是构建膜生物反应器，来加快甲烷传质和富集功能微生物。但提供甲烷的方式，通常为向膜生物反应器内人工曝甲烷，并且所使用的中空纤维膜易发生膜污染问题，造成膜堵塞，这些问题限制了该技术在污水处理厂的实际应用。
2、厌氧消化出水中含有的大量的溶解性甲烷，为利用反硝化厌氧甲烷氧化过程进行脱氮提供了可能，把厌氧消化出水直接流入到反硝化厌氧甲烷氧化反应器中，其中溶解性甲烷作为脱氮的碳源，达到同步脱氮除甲烷的目的。并且厌氧消化出水中含有的产甲烷菌，可以补充反硝化厌氧甲烷氧化过程的生物质含量，并减少反硝化厌氧甲烷氧化反
3、微生物代谢的本质是电子传递，微生物之间的电子传递速率决定着微生物代谢的速度，传统的微生物之间的电子传递被认为是种间氢气传递，即电子供体微生物氧化有机物的同时，释放氢气/甲酸等电子载体，之后被电子受体微生物利用，但此过程传递效率慢，容易受到外界环境的干扰，之后有研究发现，微生物之间存在另外一种电子传递的方式，即直接种间电子传递，电子供体微生物氧化有机物的同时，通过具有电子传递能力的蛋白，直接把电子传递给电子受体微生物。大大加快微生物之间的电子传递效率，提高微生物代谢速度。
4、磁铁矿是广泛存在于自然界中的黑色八面体或十二面体晶形矿物质，是以1:2的比例含有二价铁及三价铁的导电性矿物质。磁铁矿广泛应用于厌氧反应器之中。磁铁矿可以作为导体材料，促进微生物种间直接电子传递，将磁铁矿投加到反硝化厌氧甲烷氧化的反应器中，可以构建电子传递效率更高、更稳定的微生物种间直接电子传递过程的发生，从而提高反硝化厌氧甲烷氧化反应器的脱氮除甲烷的效率。
技术实现思路
1、为解决以厌氧消化出水中溶解性甲烷作为电子供体的脱氮过程效率低，微生物之间电子传递效率慢等问题，本专利技术提供了一种基于磁铁矿强化以溶解性甲烷作为碳源的同步脱氮除碳的装置及工艺。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术一方面提供一种基于磁铁矿强化以溶解性甲烷作为碳源的同步脱氮除碳的装置，所述装置包括进水箱、厌氧消化反应器、反硝化厌氧甲烷氧化反应器、气体收集装置、出水箱ⅰ、出水箱ⅱ、进水泵ⅰ和进水泵ⅱ；
4、所述厌氧消化反应器包括筒体ⅰ和排气管道，所述筒体ⅰ内由下至上依次分布有进水口ⅰ、颗粒污泥区、悬浮污泥区、气体上升区、三相分离器以及出水口ⅰ；
5、所述排气管道一端与三相分离器相连，另一端与气体收集装置相连；
6、所述进水箱与进水口ⅰ相连；
7、所述反硝化厌氧甲烷氧化反应器包括筒体ⅱ，所述筒体ⅱ内由下至上依次分布有进水口ⅱ、污泥反应区以及出水口ⅱ；
8、所述出水箱ⅰ的进口与出水口ⅰ，出口与进水口ⅱ相连；
9、所述出水箱ⅱ与出水口ⅱ相连。
10、上述技术方案中，进一步地，所述筒体ⅰ外壁设置有恒温保温层ⅰ；所述筒体ⅱ外壁设置有恒温保温层ⅱ。
11、上述技术方案中，进一步地，所述装置还包括进水泵ⅰ、进水泵ⅱ、阀门ⅰ、阀门ⅱ、阀门ⅲ和阀门ⅳ；所述进水箱依次经进水泵ⅰ、阀门ⅰ与进水口ⅰ相连；所述出水箱ⅰ的进口经阀门ⅱ与出水口ⅰ相连，出口依次经进水泵ⅱ、阀门ⅲ与进水口ⅱ相连；所述出水箱ⅱ经阀门ⅳ与出水口ⅱ相连。
12、上述技术方案中，进一步地，所述筒体ⅰ的底部设置有底座ⅰ，顶部设置有上盖ⅰ；所述筒体ⅱ的底部设置有底座ⅱ，顶部设置有上盖ⅱ。
13、本专利技术另一方面提供一种以溶解性甲烷作为碳源的同步脱氮除碳工艺，所述工艺使用上述装置；
14、所述工艺包括以下步骤：
15、1)启动厌氧消化反应器，以厌氧消化污泥作为引种污泥，污泥浓度(mlss)为15-20g/l；
16、2)含有机物的废水从进水箱经进水口ⅰ依次进入到厌氧消化反应器的颗粒污泥区、悬浮污泥区、气体上升区，厌氧消化反应器所产生的生物气通过三相分离器由排气管道排放至气体收集装置，出水经出水口ⅰ流入到出水箱ⅰ；
17、3)厌氧消化反应器的筒体ⅰ内温度控制在30-35℃，厌氧消化反应器的筒体ⅰ内ph控制在7.0-7.2，厌氧消化反应器水力停留时间控制在21-23小时；
18、4)启动反硝化厌氧甲烷氧化反应器，使用厌氧消化污泥作为引种污泥，污泥浓度(mlss)为15-20g/l；
19、5)将磁铁矿以铁浓度为10g/l加入到反硝化厌氧甲烷氧化反应器内，加入硝酸盐浓缩液，使反硝化厌氧甲烷氧化反应器内no3--n的浓度达到200mg/l；
20、6)出水箱ⅰ内的含有溶解性甲烷的厌氧消化出水经进水口ⅱ进入到反硝化厌氧甲烷氧化反应器的污泥反应区，出水经出水口ⅱ流入到出水箱ⅱ中；
21、7)反硝化厌氧甲烷氧化反应器的筒体ⅱ内的温度控制在28-30℃，反硝化厌氧甲烷氧化反应器的筒体ⅱ内的ph控制在7.0-7.2，反硝化厌氧甲烷氧化反应器水力停留时间控制在21-23小时。
22、上述技术方案中，进一步地，步骤5)中，所述磁铁矿的粒径为50-200nm。
23、上述技术方案中，进一步地，所述磁铁矿的制备方法为：制备磁铁矿时使用的高纯水需经过n2曝气30分钟去除氧气，称取5.2g fecl3和2.0g fecl2加入到hcl溶液溶解，之后在搅拌的同时滴加1.5m naoh溶液250ml，静置2小时后得到黑色沉淀物，用高纯水和0.01mhcl溶液分别清洗该沉淀物3次和1次，并在4000rpm下离心，最终得到的黑色沉淀物。
24、本专利技术的作用机理为：
25、1、磁铁矿是由二价铁与三价铁以1:2的比例组成的导体材料，磁铁矿为异化铁还原菌提供了生长支持，磁铁矿的加入会改变反硝化厌氧甲烷氧化反应器内微生物群落结构，使具有脱氮能力的微生物丰度增加。
26、2、微生物种间直接电子传递是一种不需要通过氢气、甲酸等中间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于磁铁矿强化以溶解性甲烷作为碳源的同步脱氮除碳的装置，其特征在于：所述装置包括进水箱(1)、厌氧消化反应器、反硝化厌氧甲烷氧化反应器、气体收集装置(16)、出水箱Ⅰ(19)、出水箱Ⅱ(33)、进水泵Ⅰ(3)和进水泵Ⅱ(22)；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述筒体Ⅰ(9)外壁设置有恒温保温层Ⅰ(8)；所述筒体Ⅱ(29)外壁设置有恒温保温层Ⅱ(28)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括进水泵Ⅰ(3)、进水泵Ⅱ(22)、阀门Ⅰ(5)、阀门Ⅱ(17)、阀门Ⅲ(24)和阀门Ⅳ(31)；所述进水箱(1)依次经进水泵Ⅰ(3)、阀门Ⅰ(5)与进水口Ⅰ(7)相连；所述出水箱Ⅰ(19)的进口经阀门Ⅱ(17)与出水口Ⅰ(34)相连，出口依次经进水泵Ⅱ(22)、阀门Ⅲ(24)与进水口Ⅱ(26)相连；所述出水箱Ⅱ(33)经阀门Ⅳ(31)与出水口Ⅱ(35)相连。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述筒体Ⅰ(9)的底部设置有底座Ⅰ(6)，顶部设置有上盖Ⅰ(20)；所述筒体Ⅱ(29)的底部设置有底座Ⅱ(25)，顶部设
5.一种以溶解性甲烷作为碳源的同步脱氮除碳工艺，其特征在于，所述工艺使用权利要求1-4任一项所述装置；
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，步骤5)中，所述磁铁矿的粒径为50-200nm。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述磁铁矿的制备方法为：制备磁铁矿时使用的高纯水需经过N2曝气30分钟去除氧气，称取5.2g FeCl3和2.0g FeCl2加入到HCl溶液溶解，之后在搅拌的同时滴加1.5M NaOH溶液250ml，静置2小时后得到黑色沉淀物，用高纯水和0.01M HCl溶液分别清洗该沉淀物3次和1次，并在4000rpm下离心，最终得到的黑色沉淀物。
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁铁矿强化以溶解性甲烷作为碳源的同步脱氮除碳的装置，其特征在于：所述装置包括进水箱(1)、厌氧消化反应器、反硝化厌氧甲烷氧化反应器、气体收集装置(16)、出水箱ⅰ(19)、出水箱ⅱ(33)、进水泵ⅰ(3)和进水泵ⅱ(22)；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述筒体ⅰ(9)外壁设置有恒温保温层ⅰ(8)；所述筒体ⅱ(29)外壁设置有恒温保温层ⅱ(28)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括进水泵ⅰ(3)、进水泵ⅱ(22)、阀门ⅰ(5)、阀门ⅱ(17)、阀门ⅲ(24)和阀门ⅳ(31)；所述进水箱(1)依次经进水泵ⅰ(3)、阀门ⅰ(5)与进水口ⅰ(7)相连；所述出水箱ⅰ(19)的进口经阀门ⅱ(17)与出水口ⅰ(34)相连，出口依次经进水泵ⅱ(22)、阀门ⅲ(24)与进水口ⅱ(26)相连；所述出水箱ⅱ(33)经阀门ⅳ(31)与出水口ⅱ(35)相...
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