一种利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法

本发明涉及水处理，具体涉及一种利用主流厌氧氨氧化(anammox)工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法及其应用。

背景技术：

1、塑料污染已被列为全球环境威胁。污水处理厂是微塑料和纳米塑料的重要汇集和来源。由于纳米塑料的尺寸较小，它们更容易被微生物吸收，渗透生物膜，甚至进入细胞和组织。纳米塑料还可能与环境中的其他污染物结合，形成复合污染，进一步增加其潜在的生态毒性。因此，当务之急是探索一种可行的方法处理含纳米塑料的废水。

2、anammox是一种高效的生物氮去除过程，直接将氨氮和亚硝酸盐氮在厌氧条件下转化为氮气，具有低能耗和低污泥产生的优点。

3、添加纳米塑料将影响anammox系统的氮去除性能和污泥特性。例如，50μg/l聚氯乙烯纳米塑料(pvc-nps)增加了厌氧颗粒污泥中的活性氧(ros)产生，还导致疏水性氨基酸合成显著下调，亲水性氨基酸合成上调，进一步降低了微生物的聚集能力(environmentalscience&technology2024volume 58issue 26pages 11542-11553)。

4、当暴露于0.5mg/ml聚苯乙烯纳米塑料(ps-nps)时，特定anammox活性(saa)降低了26.1％(anal chem 2022volume 94issue 2pages740-747)。长期暴露于1-2mg/l ps-nps导致anammox功能菌丰度下降(global change biology 2023volume 29issue 14pages3895-3909)。在20mg/l聚苯乙烯纳米塑料下，anammox系统的氮去除率(nrr)降低了13.4％，反硝化菌的丰度也下降了30.6％(water research 2023volume 241pages 120161)。

5、公开号为cn112551747a的专利说明书公开了一种双金属氢氧化物絮凝剂和含纳米塑料废水处理方法，先调节含纳米塑料废水的离子强度和ph，再加入双金属氢氧化物絮凝剂，进行混合和沉降。该专利技术研究不是针对主流anammox过程。

6、公开号为cn115090251a的专利说明书公开了一种采用天然石灰石颗粒去除水体中纳米塑料污染物方法及应用。该方法先将石灰石和微塑料进行处理成不同的粒径和浓度，采用固定床装置模拟快速砂滤器(rsf)过程，将不同质量和不同粒径的石灰石颗粒采用湿装法装填于柱装置中,向柱中注入微塑料溶液，收集样品，进行浓度测定，绘制标准化出水浓度与孔隙体积的关系图，获得纳米塑料的穿透曲线，根据质量回收率计算去除效率，去除率达到70％，去除效果好。该专利技术研究条件也不是针对主流anammox过程。

7、近年来，研究人员一直在探索anammox过程用于处理低强度的主流废水。尽管主流anammox技术的可行性，仍存在低氮去除负荷、出水质量差和难以操作控制等挑战。特别是，anammox细菌的生长速率低和对环境敏感性大大限制了anammox技术的推广和应用。

8、因此，有必要找到有效的策略来同时解决上述这些问题，维持纳米塑料胁迫下的主流anammox过程的稳定运行，提升anammox工艺的综合效率。

技术实现思路

1、针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法及其应用。本发明可同时高效去除废水中的纳米塑料和氨氮。本发明具有操作简便、成本低等优点，为anammox工艺的稳定运行提供了新的方法与思路。

2、具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，包括：

4、反应器中接种厌氧氨氧化污泥，在15±1℃、厌氧、避光条件下运行处理ph为7.45-7.55、含纳米塑料和氨氮的废水，实现废水中纳米塑料和氨氮的同时去除。

5、按照本发明方法，尤其是在运行温度15±1℃并控制废水ph在7.45-7.55的条件下，可达到有效提高anammox污泥对纳米塑料的去除能力的同时使anammox系统在纳米塑料胁迫下仍保持稳定且较高的脱氮效能。研究发现，如果运行温度、废水ph中的任意一个或多个参数条件不在上述范围内(例如运行温度为35℃等)，则无法实现废水中纳米塑料和氨氮的同时高效去除。

6、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述含纳米塑料和氨氮的废水中，所述纳米塑料的浓度以不超过2mg l-1为佳，可在保证纳米塑料完全去除的情况下仍保持较高的脱氮效能。

7、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述纳米塑料的粒径尺寸可为100-200nm。

8、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述纳米塑料可包括聚苯乙烯纳米塑料。

9、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述含纳米塑料和氨氮的废水在所述反应器中的水力停留时间可为1.5～2h，例如1.75h。

10、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述含纳米塑料和氨氮的废水中还可包括亚硝氮。

11、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述含纳米塑料和氨氮的废水中，所述氨氮和所述亚硝氮的质量浓度比优选为1:1.0～1.5，有利于实现废水中纳米塑料和氨氮的同时高效去除。

12、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述含纳米塑料和氨氮的废水中，所述氨氮和所述亚硝氮的质量浓度优选均不大于40mg l-1，有利于实现废水中纳米塑料和氨氮的同时高效去除。

13、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述含纳米塑料和氨氮的废水中还可包括无机盐组分和微量元素组分中的至少一种。

14、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述无机盐组分可包括kh2po4、cacl2·2h2o、mgso4·7h2o、khco3中的至少一种，可调节所述含纳米塑料和氨氮的废水ph在7.45-7.55范围内。

15、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述微量元素组分可包括edta(乙二胺四乙酸)、feso4·7h2o、h3bo4、mncl2·4h2o、cuso4·5h2o、znso4·7h2o、nicl2·6h2o、namoo4·2h2o、cocl2·6h2o中的至少一种。

16、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，在一些实施例中，所述含纳米塑料和氨氮的废水中可含有：

17、

18、微量元素浓缩液i可包括：

19、edta                   6.25g·l-1，

20、feso4·7h2o            11.43g·l-1；

21、微量元素浓缩液ii可包括：

22、

23、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述厌氧氨氧化污泥可为厌氧氨氧化颗粒污泥。进一步的，所述厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径范围可在1.2±0.5mm。

24、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述反应器可为升流式厌氧污泥床反应器。

25、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，所述厌氧氨氧化污泥接种体积可为所述反应器溶剂的50％-70％，例如60％等。

26、第一方面所述的利用主流厌氧氨氧化工艺同步去除废水中纳米塑料与氨氮的方法，优选采用逐级增加纳米塑料浓度的方式提供所述含纳米塑料和氨氮的废水，有利于实现废水中纳米塑料和氨氮的同时高效去除，提高纳米塑料和氨氮的去除能力上限。

27、第二方面，本发明提供了第一方面所述的方法在同时处理废水中纳米塑料和氨氮的应用。

28、第二方面所述的应用中，可参照第一方面所述的方法进行具体技术方案的进一步选择优化。

29、本发明与现有技术相比，有益效果有：

30、本发明通过采用主流厌氧氨氧化工艺，优化运行温度和所处理废水的ph，实现了废水中纳米塑料和氨氮的同时高效去除，解决了anammox菌群易受纳米塑料胁迫而严重影响脱氮性能的技术问题，为处理含有纳米塑料的含氮废水提供了新的方向。

31、本发明方法适用于各种类型的anammox反应器及纳米塑料，适用性强。

32、本发明操作过程简单，易于实现，效果显著。