[发明专利]一种短程硝化协同氧化As(III)的方法

说明书

本发明公开了一种短程硝化协同氧化As(III)的方法。首先控制短程硝化系统温度为30‑35℃，pH为7.5‑8.5，DO为1.0‑1.5mg/L，通过逐步提升氨氮负荷和缩短水力停留时间，培育获得沉降性能良好的短程硝化污泥；然后对该短程硝化反应器进行As(III)梯度浓度冲击，通过耐受培养，富集培育可协同氧化As(III)的短程硝化污泥，构建生物硝化协同氧化As(III)系统，在废水脱氮的同时实现砷解毒。本发明可一步实现氨氧化和砷解毒，降低了废水脱氮处理成本；缓解了砷对生物脱氮的抑制，实现了高效脱氮。

技术领域

本发明涉及一种短程硝化协同氧化As(III)的方法，特别涉及金属冶炼过程中产生的含As(III)氨氮废水的处理，属于环境工程领域。

背景技术

我国氮素污染造成水体富营养化问题十分严重。氮素污染已经危及到渔业、农业、旅游业等许多行业的健康发展，并且对人们的饮用水安全造成了严重威胁；进入水体的氮素以氨氮、亚硝态氮和硝态氮对人和大自然造成的危害最为严重。具体生产过程中产生的氨氮废水成分复杂，金属冶炼过程产生的氨氮废水一般会含有高浓度的重金属离子。如钨冶炼废水中含高浓度的氨氮，同时含有重金属砷；另外，我国垃圾渗滤液中氨氮含量高，并同时包含砷。

砷本身即具有较强的生物毒性，对污泥活性抑制严重，是脱氮工艺稳定运行面临的障碍。值得注意的是，As(III)毒性作用比As(V)大50多倍，As(III)氧化为As(V)的过程是一个降低砷毒性的过程。此外，As(V)的被吸附性更强，即容易被铁氧化物等矿物吸附，并且在共沉淀等作用中容易被一并去除。所以在治理砷污染的办法中，将As(III)氧化为As(V)是一个不错的选择。

目前尚未发现针对含As(III)氨氮废水的处理方法，其处理仍以常见的脱氮技术为主。脱氮方法种类繁多，作为新型生物脱氮法，与传统硝化相比，短程硝化反硝化法有更低的氧需求量、有机物需求量和污泥产出量等优势。短程硝化是指氨氧化菌把氨氧化成亚硝酸盐，阻止亚硝酸盐被亚硝酸氧化菌进一步氧化成硝酸盐的过程，因此，短程硝化以NO₂^--N为主要产物。

砷的氧化分为直接氧化和催化氧化，直接氧化非常慢，催化氧化则成本高，且易引入杂质。砷的生物氧化具有成本低，效率高的特点。并且，在目前发现的微生物砷代谢机制中，As(III)氧化菌与氨氧化菌具有化能自养的共性，而短程硝化系统是典型的混合培养系统，通过长期的驯化和富集培育极有可能使系统获得砷耐受能力，从而获得耦合脱氮除砷的短程硝化系统。此外，我们的研究发现，As(III)的氧化与氨氧化细菌的细胞代谢产物密切相关。理论上，硝化产物NO₃^-和NO₂^-可被用作电子受体氧化As(III)，从而实现As(III)的氧化解毒。

基于以上思路，本发明拟通过首先培育高效短程硝化污泥，进行As(III)胁迫下短程硝化污泥的驯化培养，利用硝化污泥生态多样性原理以及氨氧化过程与As(III)氧化过程的相似性，培育获得了具有同步氨、As(III)氧化的短程硝化污泥，建立了短程硝化协同氧化As(III)的新方法，不仅可实现氨氮的高效去除，还可以实现重金属废水中As(III)离子的高效去除，为含砷废水的高效、深度处理提供了可行的技术方案。

发明内容

本发明的目的就是基于As(III)和NH₄⁺-N共存的废水中，充分利用短程硝化系统的微生物环境，提供一种能直接在脱氮系统中去除As(III)的方法。本方法操作简单，成本低，效率高，充分利用脱氮环境及脱氮产物，能够直接去除水中的As(III)。本发明的目的通过下述技术方案实现。

一种短程硝化协同氧化As(III)的方法，在运行短程硝化反应器过程中，对短程硝化反应器进行As(III)梯度浓度冲击，获得具有氧化As(III)的短程硝化污泥，形成短程硝化耦合脱砷反应器；通过短程硝化耦合脱砷反应器实现氨和As(III)的同步氧化。