一种精准调控生物脱氮除酚的方法

本发明属于水处理，具体涉及一种精准调控生物脱氮除酚的方法。

背景技术：

1、含氮化合物和酚类化合物是许多工业废水中常见的污染物，如焦化废水等。硝态氮（no3--n）是氨氮最终氧化的产物，会造成严重的水体富营养化。氯酚（cps）是酚类化合物的典型代表，广泛应用于工农业，是合成农药、防腐剂等重要的中间体。但其在环境中结构稳定、难降解，是一类“三致”的持久性有机污染物，对生命健康产生危害。综上所述，no3--n和cps排入水体会造成严重的环境问题和经济损失。

2、目前，一些物理化学法被报道用于去除no3--n和cps，如吸附法、膜分离法、电催化法和光催化法等。物理化学法虽能有效去除no3--n和cps，但存在耗能高、有二次污染等问题，应用受到限制。而生物法因其经济环保、节能降耗，已经成为最具吸引力和潜力的方法。生物法去除no3--n和cps是先依靠厌氧微生物介导的脱氯反应将cps还原脱氯，然后通过异养反硝化去除no3--n。但cps的毒性会显著抑制微生物的活性和干扰微生物的碳代谢，导致传统有机碳支持的反硝化很难实现高效脱氮效果。

3、自养反硝化是自养反硝化菌在厌氧或缺氧环境下利用无机碳源（co2、hco3-或co32-）合成细胞，以还原态铁基质、硫化物和氢气（h2）等作为电子供体将no3--n还原为氮气（n2）的过程。因h2具有绿色清洁等优点，使得氢自养反硝化受到广泛关注。然而，过量的h2会形成局部电子供体过量的环境，这会导致异化硝酸盐还原为氨（dnra）的发生，造成电子供体的浪费，甚至出现h2抑制的现象。由于在厌氧环境下缺少电子受体，cps的开环效率低，好氧生物降解更有利于cps的完全矿化和去除。因此在好氧除酚的基础上开发一种氢自养反硝化的新方法势在必行，有助于降低脱氮成本，并实现高效脱氮除酚。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种精准调控生物脱氮除酚的方法，将含no3--n和cps的合成废水或焦化废水通入具有氢自养反硝化菌和降酚菌的反应器中，并向其中通入h2或o2，构建一个厌氧与好氧交替环境系统，利用微生物对h2或o2的耐受性差异实现no3--n还原和2,4-dcp氧化的精准调控，实现废水的脱氮除酚。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、本发明公开了一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：包括以下步骤：

4、步骤一、将缺氧污泥接种至厌氧序批式反应器中，在微氧环境下进行驯化，得到具备降解cps的驯化菌液；

5、步骤二、待驯化完成后，取驯化菌液于含无机盐培养液的厌氧血清瓶中，用n2吹脱除氧，密封；

6、步骤三、向含无机盐培养液的厌氧血清瓶中添加焦化废水或含no3--n和cps的合成废水，其中合成废水中no3--n的浓度为50-100 mg/l，cps的浓度为20-40 mg/l；

7、步骤四、在厌氧或缺氧环境下进行no3--n还原；

8、步骤五、在好氧环境下进行cps氧化；

9、其中所述步骤四和步骤五没有时间先后顺序。

10、进一步的，步骤一中所述驯化采用的进水组成包括：nacl 500mg/l、k2hpo4250 mg/l、kh2po4150 mg/l、mgso4·7h2o 100 mg/l、cacl2·2h2o 20 mg/l、nahco3420mg/l、微量元素1 ml/l 、kno3360mg/l和2,4-dcp 20 mg/l。

11、进一步的，步骤一中驯化温度为25-35℃，连续驯化30 d以上，且驯化过程中控制反应器内溶液的ph值为7.20-7.60；微氧环境通过缓慢搅拌溶氧实现，转速为30转/min；驯化过程中水中溶解氧含量为0.50-1.00 mg/l，驯化过程中的水力停留时间为16-24h。

12、进一步的，步骤二中采用的无机盐培养液组成为：nacl 500 mg/l、k2hpo4250 mg/l、kh2po4150 mg/l、mgso4·7h2o 100 mg/l、cacl2·2h2o 20 mg/l、nahco3420 mg/l、微量元素1 ml/l；接种菌液的体积为10%（v/v）。

13、进一步的，步骤二反应过程中控制反应器内溶液的ph值为7.20-7.60；n2吹脱除氧后水中溶解氧含量为0.05-0.20mg/l，反应过程中的水力停留时间为48-72h。

14、进一步的，所述cps为一氯苯酚、二氯苯酚、三氯苯酚、四氯苯酚、五氯苯酚中的一种或几种。

15、进一步的，所述二氯苯酚为2,4-二氯苯酚。

16、进一步的，步骤四中，所述厌氧或缺氧环境在通h2条件下实现，h2每8-12 h通一次，每次5-10 min，所述氢自养反硝化的反应时间为32-48h。

17、进一步的，步骤五中，所述好氧环境在通o2条件下实现，o2每8-12 h通一次，每次3-5 min，cps降解的反应时间为16-24h。

18、进一步的，步骤四和五中，反应温度为25-35℃，当步骤五反应后合成废水中no3--n浓度低于2 mg/l，cps浓度低于1 mg/l时，将步骤二中的厌氧血清瓶更换一半新鲜的无机盐培养液，并重复步骤三、四和五。

19、本发明的有益效果在于：

20、（1）本发明通过构建厌氧与好氧交替环境系统，利用微生物对h2或o2的耐受性差异实现no3--n还原和2,4-dcp氧化的精准调控。厌氧与好氧交替环境强化了系统中微生物的抗干扰能力，使得氢自养反硝化菌具备更强的氧气耐受性，可克服溶解氧和酚类对氢自养反硝化的负面影响，即厌氧与好氧交替环境丰富了系统中微生物的多样性，使其同时具有氢自养反硝化菌和降酚菌，既可以发生氢自养反硝化又可以进行2,4-dcp的降解，即同时实现氢自养反硝化脱氮和好氧生物除酚；

21、（2）本发明采用绿色清洁的h2为电子供体进行自养反硝化，同时利用无机碳源合成细胞，无需投加其他有机碳源，可节约100% 的有机碳源，与传统异养反硝化相比，能够有效的降低脱氮成本，反应产物仅为h2o和n2，且自养反硝化菌繁殖速率较低，污泥产量较少，出水水质较好，有效降低后续污泥和出水的处理能耗和费用；

22、（3）本发明通过生物好氧代谢途径将2,4-dcp降解成co2和h2o，无需添加额外的电子供体还原脱氯。2,4-dcp降解产生的co2可作为碳源再次被氢自养反硝化菌利用，有利于减少碳排放和cps环境排放。

技术特征：

1.一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：步骤一中所述驯化采用的进水组成包括：nacl 500mg/l、k2hpo4 250 mg/l、kh2po4 150 mg/l、mgso4·7h2o 100 mg/l、cacl2·2h2o 20 mg/l、nahco3 420mg/l、微量元素1 ml/l 、kno3 360mg/l和2,4-dcp 20 mg/l。

3.根据权利要求1所述的一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：步骤一中驯化温度为25-35℃，连续驯化30 d以上，且驯化过程中控制反应器内溶液的ph值为7.20-7.60；微氧环境通过缓慢搅拌溶氧实现，转速为30转/min；驯化过程中水中溶解氧含量为0.50-1.00 mg/l，驯化过程中的水力停留时间为16-24h。

4.根据权利要求1所述的一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：步骤二中采用的无机盐培养液组成为：nacl 500 mg/l、k2hpo4 250 mg/l、kh2po4 150 mg/l、mgso4·7h2o 100 mg/l、cacl2·2h2o 20 mg/l、nahco3 420 mg/l、微量元素1 ml/l；接种菌液的体积为10%（v/v）。

5.根据权利要求1所述的一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：步骤二反应过程中控制反应器内溶液的ph值为7.20-7.60；n2吹脱除氧后水中溶解氧含量为0.05-0.20mg/l，反应过程中的水力停留时间为48-72h。

6.根据权利要求1所述的一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：所述cps为一氯苯酚、二氯苯酚、三氯苯酚、四氯苯酚、五氯苯酚中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：所述二氯苯酚为2,4-二氯苯酚。

8.根据权利要求1所述的一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：步骤四中，所述厌氧或缺氧环境在通h2条件下实现，h2每8-12 h通一次，每次5-10 min，所述氢自养反硝化的反应时间为32-48 h。

9.根据权利要求1所述的一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：步骤五中，所述好氧环境在通o2条件下实现，o2每8-12 h通一次，每次3-5 min，cps降解的反应时间为16-24 h。

10.根据权利要求1所述的一种精准调控生物脱氮除酚的方法，其特征在于：步骤四和五中，反应温度为25-35℃，当步骤五反应后合成废水中no3--n浓度低于2 mg/l，cps浓度低于1 mg/l时，将步骤二中的厌氧血清瓶更换一半新鲜的无机盐培养液，并重复步骤三、四和五。

技术总结
本发明公开一种精准调控生物脱氮除酚的方法，包括将含NO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;‑N和CPs的合成废水或焦化废水通入具有氢自养反硝化菌和降酚菌的反应器中，并向其中通入H<subgt;2</subgt;或O<subgt;2</subgt;，构建一个厌氧与好氧交替环境系统，利用微生物对H<subgt;2</subgt;或O<subgt;2</subgt;的耐受性差异实现NO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;‑N还原和2,4‑DCP氧化的精准调控，厌氧与好氧交替环境强化了系统中微生物的抗干扰能力，使得氢自养反硝化菌具备更强的氧气耐受性，可克服溶解氧和酚类对氢自养反硝化的负面影响，即厌氧与好氧交替环境丰富了系统中微生物的多样性，使其同时具有氢自养反硝化菌和降酚菌，既可以发生氢自养反硝化又可以进行2,4‑DCP的降解，即同时实现氢自养反硝化脱氮和好氧生物除酚。

技术研发人员：魏学锋,陆宏峰,张宁,张瑞昌,苗娟,张鹏宇,朱书法
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18