[发明专利]用于高效减少氮和磷酸盐的新的杂混物可生物降解的聚合物

说明书

领域：本发明涉及用于从水性溶液去除或减少无机化合物、优选氮和 磷酸盐化合物的试剂,该试剂包含杂混物可生物地降解的聚合物-金属复合 物,称为杂混物POL/金属-(OH/CO₃)_n。

背景

动物例如鱼、虾、珊瑚和其它无脊椎动物需要较低水平的禽产品 (fowlingproducts)例如硝酸盐和磷酸盐。在水性溶液例如养鱼池中保持 较低水平的磷酸盐的方法包括以下的一种或多种：养殖和收割宏观藻类或 其它快速生长的生物体，使用不含过量磷酸盐的食物,使用石灰水除沫,使 用其它结合磷酸盐的介质，以及引入大片的微生物例如细菌。目前，磷酸 盐通过使用颗粒状氢氧化铁或氧化铁(GFH)颗粒或粉末来去除。这高效地除 去磷酸盐。然而,GFH迅速饱和，然后用新的GFH进行更换，或用NaOH进行 再生。这两种方法都成本高、耗时长，并得到不可回收利用的废弃产物。

氮可通过添加以下氢碳源诱导细菌生长来去除：例如糖、乙酸或在养 鱼池中更流行的可生物降解的聚合物例如聚羟基烷酸酯(PHA)，其包括聚羟 基丁酸酯(PHB)和3-羟基丁酸酯/3-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)。所用的其它 聚合物是聚己内酯,如US7244358所述。特别是在缺氧条件下，细菌快速消 耗NO₃，并将其降解成N₂和CO₂。然而,该过程的副产物是有毒化合物H₂S。

PHA小珠甚至可在封闭系统中于高氧条件下除去硝酸盐。然而,对于流 通式系统例如废水处理厂，它们的效率不够好，因为当接触时间较短时(例 如在废水处理厂中通常如此)，其只除去小百分比的硝酸盐。

发明人观察到，当大量的团粒用于具有较低水平(约0.01-0.03ppm)的 磷酸盐的系统中时，可生物降解的聚合物基团粒只能有效地进行脱氮。据 推测，磷酸盐可能为可生物降解的聚合物基团粒上的细菌生长的速率限制 步骤。

因此,本发明提供用于水过滤器的过滤剂，其包含与金属-(OH/CO₃)_n小 珠混合的可生物降解的聚合物(杂混物POL/金属-(OH/CO₃)_n)。已经发现，根 据本发明的碳能源例如PHA与能结合磷酸盐的化合物的组合可促进聚合物 上的细菌生长。虽然无意受限于理论，但聚合物之上或附近的局部磷酸盐 水平的增加导致细菌的生长增加。细菌生长的增加导致更高效地从水性溶 液去除氮和磷酸盐化合物。此外,杂混物小珠中能结合磷酸盐的金属 -(OH/CO₃)_n通过由细菌去除结合的磷酸盐而进行恒定的再生。换句话说,偶 联到聚合物上的金属-(OH/CO₃)_n小珠结合磷酸盐,由此使细菌更容易地接触 这些磷酸盐，这带来更好的细菌生长并带来恒定地回收利用能结合磷酸盐 的金属-(OH/CO₃)_n小珠。这导致恒定地减少磷酸盐化合物和氮化合物，却无 需再生金属-(OH/CO₃)_n小珠。

如本文所使用，术语可生物降解的聚合物指无毒且能用微生物降解的 聚合物。优选的可生物降解的聚合物不仅提供刚性和合适的机械性质,还用 作微生物生长的氢碳源。优选的聚合物包含或选自下组：聚己内酯、聚乳 酸、乳酸-乙醇酸共聚物、聚羟基烷酸酯类聚合物、包含多糖例如淀粉或纤 维素的天然聚合物,和/或聚(3-羟基丙酸)(P(3-HP),或所述聚合物中至少 两种的混合物。所述可生物降解的聚合物更优选地选自下组：聚己内酯、 聚乳酸、聚羟基烷酸酯类聚合物,和所述聚合物中至少两种的混合物。

如本文所使用，术语氮化合物指有机含氮化合物，优选地指无机含氮 化合物。优选的无机氮化合物包含铵、亚硝酸盐和硝酸盐。

如本文所使用，术语磷酸盐化合物指有机含磷化合物，优选地指无机 含磷化合物。优选的无机磷酸盐化合物包含H₃PO₄,H₂PO₄^-,HPO₄^2-,和PO₄。