脱氮填料及其制备方法和在水体脱氮中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水体脱氮，尤其涉及一种脱氮填料及其制备方法和在水体脱氮中的应 用。
【背景技术】
[0002] 随着生活质量的不断改善，人们对自己所居住的环境的要求也愈来愈高，波光粼 粼的自然美景也悄悄的走入人们的生活，成为人们对生活的一种追求，因此景观水体也随 之出现在人们的生活中。通常城市景观水，大致分为以下四种类型：天然湖泊、人造湖泊、 人造景观湖以及各种景观河道。城市景观水通常为封闭水域，水体自净能力低及水环境容 量小，造成景观水中的氮、磷等物质逐渐富集，进而使得藻类异常增殖速率不断加大，浮游 生物数量明显增多；严重者会导致水体"水华"的发生，溶解氧迅速降低，甚至出现黑臭。因 此，如何改善水体的外在形象，提高水质并恢复其生态功能，是我国生态环境建设中一个亟 待解决的问题。
[0003] 研宄表明，氮是导致水体富营养化的主要因素之一，在针对水体富营养化问题的 处理中，降低水中的含氮量成为重中之重。传统的脱氮技术为生物硝化反硝化，但此技术反 硝化需要消耗大量溶解性有机物即碳源，而景观水体的碳源严重不足，脱氮效果极差。近 年来，自养反硝化脱氮技术备受关注，与传统的脱氮技术相比，自养反硝化技术无需外加碳 源，具有节约成本的优势。目前国内外研宄的最多的是硫磺/石灰石自养反硝化（SLAD)系 统，可在缺氧或厌氧的条件下利用还原态的硫作为电子供体，通过氧化还原态的硫获取能 量，同时以硝酸盐为电子受体，将其还原为氮气，从而实现自养反硝化过程。具有这种生理 特性的细菌包括T.denitrificans、T.pantotrupha等，其典型的代谢途径同时包括还原态 硫的氧化过程和硝酸盐的还原过程，以单质硫为例，其反应如式所示：
[0004] 55S+20C02+50NCV+38H20+4NH4+- 4C5H702N+25N2+55SO广+64H+
[0005] 但目前这项技术对原材料硫磺消耗量过大，出水硫酸根离子偏高，从而造成该系 统二次污染严重，此外由于自养微生物增殖速率低，导致反应启动缓慢，水力停留时间过长 而没有实际应用的工程价值。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种脱氮效果好、基本无二次污染的脱氮填料及其制备方法 和在水体脱氮中的应用。
[0007] 为了达到上述目的，一方面，本发明提供了一种脱氮填料，其包括硫磺颗粒，所述 硫磺颗粒表面包覆有表面改性剂，所述表面改性剂包括：平均相对分子质量为20万~40万 的壳聚糖。
[0008] 第二方面，本发明提供了第一方面所述脱氮填料的制备方法，包括以下步骤：
[0009] A.配置表面改性剂、表面活性剂与有机酸的混合溶液，其中表面改性剂浓度为 5~10g/L，将之与粒径为0. 5~3cm的硫磺颗粒混合均勾，静置浸润；
[0010] B.取出步骤A得到的硫磺颗粒取出并干燥，得到表面包覆有表面改性剂的硫磺颗 粒。
[0011] 第三方面，本发明提供了第一方面所述脱氮填料在水体脱氮中的应用，其包括以 下步骤：
[0012] (1)分别将脱氮硫杆菌，以及脱氮小球菌与反硝化假单胞菌中的一种或两种接种 到脱氮填料中，泵入待脱氮水体，连续通入脱氮硫杆菌培养基对脱氮硫杆菌进行动态培养， 其中，所述脱氮硫杆菌培养基组分包括s203%
[0013] (2)待NCV-N去除率连续四天达到80%以上，泵入待脱氮水体，连续通入相较于上 一步骤降低了S2O广浓度的脱氮硫杆菌培养基对脱氮硫杆菌进行动态培养；
[0014] (3)重复步骤（2)直到新通入的脱氮硫杆菌培养基中S2O广浓度降低为〇,泵入待 脱氮水体，继续动态培养至脱氮填料表面生长出稳定的生物膜；
[0015] (4)继续泵入待脱氮水体直至水体脱氮完成。
[0016] 本发明的有益效果是：一方面，通过在硫磺颗粒表面包覆表面改性剂，表面改性剂 的吸附性和所带正电荷有利于带负电微生物菌群附着生长在颗粒表面；第二方面，通过在 常规自养反硝化微生物系统中增加异养反硝化细菌，构成混合营养型脱氮系统，使得选育 时间短，抗干扰能力强，使水力停留时间相对缩短，也增加了系统的稳定性和对外界条件的 适应性；第三方面，本发明也大幅降低了硫自养反硝化系统出水中硫酸根离子含量过高，易 造成二次污染，使土地盐碱化，同时不利于出水再次利用的缺点，提高了脱氮性能。
【具体实施方式】
[0017] 一方面，本发明提供了一种脱氮填料，其包括硫磺颗粒，所述硫磺颗粒表面包覆有 表面改性剂，所述表面改性剂包括：平均相对分子质量为20万~40万的壳聚糖。
[0018] 优选的，所述硫磺颗粒粒径为0. 5~3cm，表面改性剂层厚度为100~500ym，所 述表面改性剂与硫磺颗粒质量比为0. 1 %。~1%。。
[0019] 优选的，还包括石灰石颗粒与植物残体，所述表面包覆有表面改性剂的硫磺颗粒 与石灰石颗粒和植物残体混合。进一步优选的，所述表面包覆有表面改性剂的硫磺颗粒、石 灰石颗粒与植物残体的用量体积比为1:0. 2~0. 5:0. 5~2。具体的，所述植物残体可米用 林业生产中废弃的刨花，以及其他可以想象得到的发酵用有机物残骸。石灰石经破碎成颗 粒状。
[0020] 第二方面，本发明提供了第一方面所述脱氮填料的制备方法，包括以下步骤：
[0021] A.配置表面改性剂、表面活性剂与有机酸的混合溶液，其中表面改性剂浓度为 5~10g/L，将之与粒径为0. 5~3cm的硫磺颗粒混合均勾，静置浸润；
[0022] B.取出步骤A得到的硫磺颗粒取出并干燥，得到表面包覆有表面改性剂的硫磺颗 粒。
[0023] 具体的，所述表面改性剂可选用平均相对分子质量为20万~40万的壳聚糖产品， 市面有售。
[0024] 优选的，所述步骤A中，所述表面活性剂包括TWeen20或聚乙二醇辛基苯基醚，其 用量占表面改性剂的0. 01~0. 03wt%。具体的，所述有机酸可采用乙酸，所述混合溶液的 配置过程包括，配置5~10g/L壳聚糖与体积比1 %的乙酸溶液，加热至50~60°C，同时加 入重量比为0.Ol~0. 03%的Tween20或聚乙二醇辛基苯基醚，搅拌溶解而成。
[0025] 优选的，还包括步骤C，将步骤B中制得的表面包覆有表面改性剂的硫磺颗粒与石 灰石颗粒与植物残体混合均匀。如此，可以得到表面改性硫磺/石灰石/植物残体脱氮填 料。
[0026] 第三方面，本发明提供了第一方面所述脱氮填料在水体脱氮中的应用，其包括以 下步骤：
[0027] (1)分别将脱氮硫杆菌，以及脱氮小球菌与反硝化假单胞菌中的一种或两种接种 到脱氮填料中，泵入待脱氮水体，连续通入脱氮硫杆菌培养基对脱氮硫杆菌进行动态培养， 其中，所述脱氮硫杆菌培养基组分包括s203%
[0028] (2)待NCV-N去除率连续四天达到80%以上，泵入待脱氮水体，连续通入相较于上 一步骤降低了S2O广浓度的脱氮硫杆菌培养基对脱氮硫杆菌进行动态培养；
[0029] (3)重复步骤（2)直到新通入的脱氮硫杆菌培养基中S2O广浓度降低为〇,泵入待 脱氮水体，继续动态培养至脱氮填料表面生长出稳定的生物膜；
[0030] (4)继续泵入待脱氮水体直至水体脱氮完成。
[0031] 现实中，所述脱氮小球菌与反硝化假单胞菌广泛存在于土壤、湖泊河流底泥中，因 此所述步骤（1)中也可直接利用土壤、湖泊河流底泥携带的脱氮小球菌与反硝化假单胞 菌，无需额外接种。此外，所述脱氮硫杆菌可用厌氧污泥代替。
[0032] 优选的，所述步骤（1)中脱氮硫杆菌培养基组成为！Na2S2O3 ? 5H20 0. 5g/L、KNO3 0. 2g/L,KH2PO4 0. 2g/L,NaHCO3 0.lg/L,MgCl2 *6H20 0. 05