一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体的制作方法

本发明属于固相反硝化
技术领域：
，具体涉及一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体。
背景技术：
：对于农业径流中的氮素污染引起的富营养化等问题，生物反硝化技术受到较大的关注。但因农业径流中碳、氮比较低，仅靠采用内碳源难以达到良好的脱氮效果，因此需要投加外碳源。传统的碳源主要有甲醇、乙醇、葡萄糖等一些液体低分子碳源，虽然取得了良好的应用效果，但应用过程中也发现一些问题，如：运行管理复杂、投加量不易控制、投加设备复杂、且液体碳源易流失、容易造成二次污染等；固体碳源释放缓慢、运行稳定、不易造成二次污染，并且可作为生物膜载体，被称为“固相反硝化”技术。近年来，许多研究者应用固体碳源作为液体碳源的替代品应用于反硝化过程中，这些固体碳源包括人工合成高分子聚合物(pla、pcl等)、生物体内合成的高聚物(phas等)和一些天然材料，但是人工合成高聚物和生物合成高聚物费用较高，不利于工业化应用，天然材料虽然廉价易得，但单独使用时存在出水有机物含量和色度增加的缺点。技术实现要素：本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供了一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，该载体在补充碳源的同时可以较好的富集微生物。本发明的技术原理与反硝化原理相同，在缺氧条件下，利用载体上富集的反硝化细菌将硝态氮和亚硝态氮等经反硝化作用转化为氮气去除。反硝化过程以有机碳源为电子供体，以亚硝酸盐和硝酸盐为电子受体的生物反应，能实现脱氮的同时去除了水体中的有机物。将生物可降解载体与悬浮填料载体耦合浸没在水体中，当水体进过时，附着在载体上的微生物吸附水体中的污染物，再进行反硝化作用，得以去除氮和有机物。一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体由生物可降解载体和悬浮填料耦合制备得到，所述生物可降解载体与悬浮填料的重量比为1:1～1:1.2。作为优选，所述生物可降解载体与悬浮填料的重量比为1:1。作为优选，所述生物可降解载体为玉米芯、芦苇、秸秆中的一种或者几种；更优选为玉米芯。作为优选，所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用网袋分装好，每袋为5g。进一步优选，所述网袋的材质为纤维，便于反硝化细菌的富集。进一步优选，所述网袋的尺寸优选为7cm×9cm或5cm×7cm，更优选为7cm×9cm。作为优选，所述悬浮填料为pbs、pcl或pla高分子材料，更优选为pbs材料。作为优选，所述耦合方式为生物可降解载体前置耦合方式、悬浮填料前置耦合方式或生物可降解载体与悬浮填料混合均匀耦合方式，更优选为生物可降解载体前置耦合方式。作为一种优选的技术方案，一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，由玉米芯和悬浮填料pbs耦合得到，所述耦合方式为悬浮填料pbs前置；所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用纤维材质网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。作为一种优选的技术方案，一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，由玉米芯和悬浮填料pcl耦合得到，所述耦合方式为悬浮填料pcl前置；所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用纤维材质网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。作为一种优选的技术方案，一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，由玉米芯和悬浮填料pla耦合得到，所述耦合方式为悬浮填料pla前置；所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用纤维材质网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。作为一种优选的技术方案，一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，由玉米芯和悬浮填料pbs耦合得到，所述耦合方式为玉米芯和悬浮填料pbs混合均匀耦合；所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用纤维材质网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。作为一种优选的技术方案，一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，由玉米芯和悬浮填料pcl耦合得到，所述耦合方式为玉米芯和悬浮填料pcl混合均匀耦合；所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用纤维材质网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。作为一种优选的技术方案，一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，由玉米芯和悬浮填料pla耦合得到，所述耦合方式为玉米芯和悬浮填料pla混合均匀耦合；所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用纤维材质网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。作为一种优选的技术方案，一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，由玉米芯和悬浮填料pbs耦合得到，所述耦合方式为玉米芯前置；所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用纤维材质网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。作为一种优选的技术方案，一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，由玉米芯和悬浮填料pcl耦合得到，所述耦合方式为玉米芯前置，所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用纤维材质网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。作为一种优选的技术方案，一种同步脱氮除碳的固相反硝化耦合载体，由玉米芯和悬浮填料pla耦合得到，所述耦合方式为玉米芯前置，所述玉米芯为洗净烘干后玉米芯，所述玉米芯剪成1cm3大小，用纤维材质网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。该本发明通过将生物可降解载体和悬浮填料耦合，生物可降解载体和悬浮填料比表面积大，能较好的附着生物膜，富集微生物，两种载体上富集到的微生物对污染物的去除有不同的侧重点，生物可降解载体对脱氮有较好的效果，而悬浮填料则对有机物的去除有较好的效果。采用本发明的耦合载体，不仅农业废弃物得到回收利用，反硝化性能增强，富集的微生物量增多，而且达到同步去除有机物，减少出水有机物含量的目的，避免二次污染的产生，并且可以通过调整生物可降解载体与悬浮填料的载体的耦合方式使得同步脱氮除碳的效果最佳。附图说明图1为实施例1中的固相反硝化装置。图2为实施例2中的固相反硝化装置。图3为实施例3中的固相反硝化装置。图4为实施例4中的固相反硝化装置。图5为实施例5中的固相反硝化装置。其中1为悬浮填料前置耦合方式，2为生物可降解载体前置耦合方式，3为生物可降解载体与悬浮填料混合均匀耦合方式，4为悬浮填料单独填充方式，5为生物可降解载体单独填充方式。具体实施方式实施例1-7：采用同一农业径流水质配置进水(其中有机物浓度20.74mg/l，硝氮6.22mg/l，氨氮7.11mg/l，亚硝酸氮5.84mg/l)，进水ph和温度分别为7.0～8.0和25±2℃，并设置水力停留时间为6h。氨氮的测定采用蒸馏后纳氏试剂比色法测定；硝氮的测定采用酚二磺酸紫外分光光度法测定；亚硝酸氮的测定采用重氮偶合分光光度法测定；有机物浓度测定采用重铬酸钾法测定。上述测定方法参考中国标准出版社第二编辑室.水务管理一法规、标准、规范全书:水源环境卷[m].北京:中国标准出版社,2003:10-32。实施例1实验采用连续流生物反应器，由有机玻璃制成，有效容积4l。选取悬浮填料为pbs载体，悬浮填料密度ρ为0.96g/cm3，比表面积约为500m2/m3。选用玉米芯为生物可降解载体，将玉米芯洗净烘干，玉米芯剪成1cm3大小，用网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。取50.0g玉米芯和50gpbs载体，填充方式为：悬浮填料前置，即将pbs载体填充在反应器中靠近进水口区域，玉米芯填充在反应器靠近出水口区域。定期测定进出水三态氮(硝氮、氨氮和亚硝酸氮)和有机物(总有机碳)的浓度，并分别计算硝氮、氨氮、亚硝酸氮及有机物去除速率，结果见表1。表1硝氮氨氮亚硝酸氮有机物去除速率7.24mgl-1d-17.01mgl-1d-17.09mgl-1d-17.03mgl-1d-1实施例2实验采用连续流生物反应器，由有机玻璃制成，有效容积4l。选取悬浮填料为pbs载体，悬浮填料密度ρ为0.96g/cm3，比表面积约为500m2/m3。选用玉米芯为生物可降解载体，将玉米芯洗净烘干，玉米芯且成1cm3大小，用网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。取50.0g玉米芯和50gpbs载体，填充方式为：生物可降解载体前置，即将玉米芯填充在反应器靠近进水口区域，pbs载体填充在反应器中靠近出水口区域。定期测定进出水三态氮(硝氮、氨氮和亚硝酸氮)和有机物(总有机碳)的浓度，并分别计算硝氮、氨氮、亚硝酸氮及有机物去除速率，结果见表2。表2硝氮氨氮亚硝酸氮有机物去除速率7.69mgl-1d-17.54mgl-1d-17.13mgl-1d-17.77mgl-1d-1实施例3实验采用连续流生物反应器，由有机玻璃制成，有效容积4l。选取悬浮填料为pbs载体，悬浮填料密度ρ为0.96g/cm3，比表面积约为500m2/m3。选用玉米芯为生物可降解载体，将玉米芯洗净烘干，玉米芯且成1cm3大小，用网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。取50.0g玉米芯和50gpbs载体，填充方式为：生物可降解载体与悬浮填料混合均匀耦合，即将玉米芯和pbs载体混合均匀填充在反应器中。定期测定进出水三态氮(硝氮、氨氮和亚硝酸氮)和有机物(总有机碳)的浓度，并分别计算硝氮、氨氮、亚硝酸氮及有机物去除速率，结果见表3。表3硝氮氨氮亚硝酸氮有机物去除速率7.34mgl-1d-17.24mgl-1d-17.22mgl-1d-16.98mgl-1d-1实施例4实验采用连续流生物反应器，由有机玻璃制成，有效容积4l。选取悬浮填料为pbs载体，悬浮填料密度ρ为0.96g/cm3，比表面积约为500m2/m3。取100gpbs载体，均匀填充在反应器中。定期测定进出水三态氮(硝氮、氨氮和亚硝酸氮)和有机物(总有机碳)的浓度，并分别计算硝氮、氨氮、亚硝酸氮及有机物去除速率，结果见表4。表4硝氮氨氮亚硝酸氮有机物去除速率3.04mgl-1d-13.10mgl-1d-13.11mgl-1d-15.03mgl-1d-1实施例5实验采用连续流生物反应器，由有机玻璃制成，有效容积4l。选用玉米芯为生物可降解载体，将玉米芯洗净烘干，玉米芯且成1cm3大小，用网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。取100g玉米芯，填充方式为：均匀填充在反应器中。定期测定进出水三态氮(硝氮、氨氮和亚硝酸氮)和有机物(总有机碳)的浓度，并分别计算硝氮、氨氮、亚硝酸氮及有机物去除速率，结果见表5。表5硝氮氨氮亚硝酸氮有机物去除速率3.14mgl-1d-13.87mgl-1d-15.11mgl-1d-12.03mgl-1d-1通过实验1-5的实验数据可以得出，生物可降解载体和悬浮填料耦合制备填充的方式明显优于单独使用生物可降解载体填充或悬浮填料单独填充的方式，且实施例2中的生物可降解载体前置的耦合方式对污染物的去除效果最好。实施例6实验采用连续流生物反应器，由有机玻璃制成，有效容积4l。选取悬浮填料为pla载体，悬浮填料密度ρ为0.96g/cm3，比表面积约为500m2/m3。选用玉米芯为生物可降解载体，将玉米芯洗净烘干，玉米芯且成1cm3大小，用网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。取50.0g玉米芯和50gpla载体，填充方式为：生物可降解载体前置，即将玉米芯填充在反应器靠近进水口区域，pla载体填充在反应器中靠近出水口区域。定期测定进出水三态氮(硝氮、氨氮和亚硝酸氮)和有机物(总有机碳)的浓度，并分别计算硝氮、氨氮、亚硝酸氮及有机物去除速率，结果见表6。表6硝氮氨氮亚硝酸氮有机物去除速率7.44mgl-1d-17.31mgl-1d-17.01mgl-1d-17.22mgl-1d-1实施例7实验采用连续流生物反应器，由有机玻璃制成，有效容积4l。选取悬浮填料为pcl载体，悬浮填料密度ρ为0.96g/cm3，比表面积约为500m2/m3。选用玉米芯为生物可降解载体，将玉米芯洗净烘干，玉米芯且成1cm3大小，用网袋(7cm×9cm)分装好，每袋为5g。取50.0g玉米芯和50gpcl载体，填充方式为：生物可降解载体前置，即将玉米芯填充在反应器靠近进水口区域，pcl载体填充在反应器中靠近出水口区域。定期测定进出水三态氮(硝氮、氨氮和亚硝酸氮)和有机物(总有机碳)的浓度，并分别计算硝氮、氨氮、亚硝酸氮及有机物去除速率，结果见表7。表7硝氮氨氮亚硝酸氮有机物去除速率7.11mgl-1d-17.28mgl-1d-17.01mgl-1d-17.59mgl-1d-1本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。当前第1页12