一种投加改性生物炭实现厌氧氨氧化系统高效处理低氮负荷废水的方法

(一)本发明属于废水生物处理，具体涉及一种投加改性生物炭实现厌氧氨氧化系统高效处理低氮负荷废水的方法。

背景技术：

0、(二)背景技术

1、厌氧氨氧化技术是由厌氧氨氧化菌在厌氧条件下利用氨氮为电子供体，亚硝氮为电子受体生成硝氮和氮气的生物反应过程，该技术因具有低耗、高效和绿色等优势而成为废水生物脱氮领域的研究热点。

2、目前，厌氧氨氧化生物脱氮工艺已广泛应用于高氨氮废水脱氮领域，如污泥消化液、垃圾渗滤液和焦化废水等，但该工艺用于处理低氮城市污水仍面临诸多挑战，如厌氧氨氧化菌不易富集、系统稳定差和脱氮效率低等。

3、因此，针对厌氧氨氧化技术处理低氮负荷废水效率低的瓶颈问题，提高厌氧氨氧化菌活性和系统脱氮性能是处理城市污水或者其他低浓度含氮废水的关键，旨在为厌氧氨氧化工艺处理低氮负荷污水的可行性提供理论基础和技术支撑。

技术实现思路

0、(三)
技术实现要素：

1、本发明的目的是提供一种投加改性生物炭实现厌氧氨氧化系统高效处理低氮负荷废水的方法，该方法利用外源改性生物炭投加至低氮负荷运行下厌氧氨氧化系统，有助于提升厌氧氨氧化菌活性和系统脱氮效率，实现系统稳定高效运行。

2、本发明采用的技术方案是：

3、本发明提供一种投加改性生物炭实现厌氧氨氧化系统高效处理低氮负荷废水的方法，所述方法包括如下步骤：

4、(1)改性生物炭的制备：以农作物废弃物作为原料，将其置于马弗炉，以10～15℃·min-1的速度升温至300℃～700℃，缺氧条件下热解1.5～2.5h，冷却至室温，得到生物炭；然后，将生物炭加入fecl3水溶液中，室温、100～200rpm下搅拌1～5h对生物炭进行改性，过滤，滤饼经研磨并筛分后用去离子水反复洗涤至中性，再干燥，获得改性生物炭；

5、(2)将改性生物炭投加至低氮负荷条件下运行的厌氧氨氧化反应器中，实现低氮负荷废水的高效处理。

6、优选，步骤(1)所述农作物废弃物为玉米秸秆。

7、优选，步骤(1)以10℃·min-1的速率升温至300℃，通过300ml·min-1的连续氩气流保持缺氧环境下300℃热解2h。

8、优选，步骤(1)生物炭改性条件为：室温、100rpm条件下搅拌3小时。

9、优选，步骤(1)fecl3水溶液浓度为0.1-1g/l(优选0.3g/l)，fecl3水溶液体积用量以生物炭质量计为6-10ml/g(优选8ml/g)。

10、优选，步骤(2)所述改性生物炭粒径为0.01～0.1mm，优选0.05mm。

11、优选，步骤(2)所述改性生物炭投加总量以污泥体积计为8～12g·l-1。

12、优选，步骤(2)所述厌氧氨氧化反应器运行方法为：采用升流式厌氧污泥床反应器，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，以含氨氮和亚硝氮基质的无机盐溶液为进水，氨氮和亚硝氮分别以(nh4)2so4和nano2的形式提供，氨氮初始浓度20～70mg·l-1、亚硝氮初始浓度20～70mg·l-1，氨氮和亚硝氮的物质的量之比为1:1；运行第1d，投加4g·l-1改性生物炭，在连续流中，反应器运行温度为35±1℃，水力停留时间为15～25h；采用“基质递减-生物炭递增”模式连续运行反应器，当反应器出水亚硝氮浓度低于1mg·l-1，且继续稳定运行3d时，实验进入下一个阶段，运行至氨氮出水浓度低于10mg·l-1，且能稳定运行3d及以上；

13、无机盐溶液组成：kh2po4 10mg·l-1、cacl2·2h2o 5.6mg·l-1，mgso4·7h2o300mg·l-1和khco3 1250mg·l-1，微量元素溶液0.125ml/l，溶剂为水；微量元素溶液组成：edta15000mg·l-1、feso4·7h2o 9140mg·l-1、mncl2·4h2o 990mg·l-1、znso4·7h2o430mg·l-1、cuso4·5h2o 250mg·l-1、cocl2·6h2o 240mg·l-1、namoo4·2h2o 220mg·l-1、nicl2·6h2o 210mg·l-1和h3bo4 14mg·l-1，溶剂为水。

14、进一步，厌氧氨氧化颗粒污泥的挥发性悬浮物浓度为12.5±3.8g·l-1。

15、进一步，采用“基质递减-生物炭递增”模式连续运行反应器的方法为：运行第1d，投加4g·l-1改性生物炭，当反应器出水亚硝氮浓度低于1mg·l-1，且继续稳定运行3d时，实验进入下一个阶段，共运行三个阶段，每一阶段以20～30mg·l-1幅度同步降低氨氮和亚硝氮浓度，同时以2～4g·l-1幅度逐步增加生物炭浓度，运行至氨氮出水浓度低于10mg·l-1，且能稳定运行3d及以上。

16、进一步，氨氮初始浓度70mg·l-1、亚硝氮初始浓度70mg·l-1，每一阶段以20mg·l-1幅度同步降低氨氮和亚硝氮浓度，同时以4g·l-1幅度逐步增加生物炭浓度。

17、与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：(1)本发明提供的改性生物炭不仅制备过程简易、成本低，而且还能实现生物质废料的资源化利用；(2)本发明充分利用生物炭既可作为厌氧氨氧化菌富集载体，又可作为电子穿梭体促进微生物电子转移过程，从而有效地提高厌氧氨氧化菌活性和系统总体脱氮效率，为解决低氮负荷导致厌氧氨氧化系统脱氮性能差的问题提供新思路。

技术特征：

1.一种投加改性生物炭实现厌氧氨氧化系统高效处理低氮负荷废水的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述农作物废弃物为玉米秸秆。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)以10℃·min-1的速率升温至300℃，通过300ml·min-1的连续氩气流保持缺氧环境下300℃热解2h。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)生物炭改性条件为：室温、100rpm条件下搅拌3小时。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)fecl3水溶液浓度为0.1-1g/l，fecl3水溶液体积用量以生物炭粉末质量计为6-10ml/g。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述改性生物炭投加总量以污泥体积计为8～12g·l-1。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述厌氧氨氧化反应器运行方法为：采用升流式厌氧污泥床反应器，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，以含氨氮和亚硝氮基质的无机盐溶液为进水，氨氮和亚硝氮分别以(nh4)2so4和nano2的形式提供；氨氮初始浓度20～70mg·l-1、亚硝氮初始浓度20～70mg·l-1，氨氮和亚硝氮的物质的量之比为1:1；运行第1d，投加4g·l-1改性生物炭，在连续流中，反应器运行温度为35±1℃，水力停留时间为15～25h；采用“基质递减-生物炭递增”模式连续运行反应器，当反应器出水亚硝氮浓度低于1mg·l-1，且继续稳定运行3d时，实验进入下一个阶段，运行至氨氮出水浓度低于10mg·l-1，且能稳定运行3d及以上，反应器能够实现低氮负荷废水的高效处理。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，采用“基质递减-生物炭递增”模式连续运行反应器的方法为：运行第1d，投加4g·l-1改性生物炭，当反应器出水亚硝氮浓度低于1mg·l-1，且继续稳定运行3d时，实验进入下一个阶段，共运行三个阶段，每一阶段以20～30mg·l-1幅度同步降低氨氮和亚硝氮浓度，同时以2～4g·l-1幅度逐步增加生物炭浓度，运行至氨氮出水浓度低于10mg·l-1，且能稳定运行3d及以上。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，氨氮初始浓度70mg·l-1、亚硝氮初始浓度70mg·l-1，每一阶段以20mg·l-1幅度同步降低氨氮和亚硝氮浓度，同时以4g·l-1幅度逐步增加生物炭浓度。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，无机盐溶液组成：kh2po4 10mg·l-1、cacl2·2h2o 5.6mg·l-1，mgso4·7h2o 300mg·l-1和khco3 1250mg·l-1，微量元素溶液0.125ml/l，溶剂为水；微量元素溶液组成：edta 15000mg·l-1、feso4·7h2o 9140mg·l-1、mncl2·4h2o990mg·l-1、znso4·7h2o 430mg·l-1、cuso4·5h2o 250mg·l-1、cocl2·6h2o 240mg·l-1、namoo4·2h2o 220mg·l-1、nicl2·6h2o 210mg·l-1和h3bo4 14mg·l-1，溶剂为水。

技术总结
本发明公开了一种投加改性生物炭实现厌氧氨氧化系统高效处理低氮负荷废水的方法，利用外源改性生物炭投加至低氮负荷运行下厌氧氨氧化系统，有助于提升厌氧氨氧化菌活性和系统脱氮效率，实现系统稳定高效运行。本发明提供的改性生物炭不仅制备过程简易、成本低，而且还能实现生物质废料的资源化利用；本发明充分利用生物炭既可作为厌氧氨氧化菌富集载体，又可作为电子穿梭体促进微生物电子转移过程，从而有效地提高厌氧氨氧化菌活性和系统总体脱氮效率，为解决低氮负荷导致厌氧氨氧化系统脱氮性能差的问题提供新思路。

技术研发人员：徐佳佳,孙玉永,程蔚然,郑鹏民
受保护的技术使用者：铜陵学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17