[发明专利]一种具有自养反硝化功能的载体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有自养反硝化功能的载体及其制备方法，该载体具有高生物活性、高亲水性、高反硝化速率，并具有不易燃烧、引燃后自行熄灭的特性，安全性好。一种具有自养反硝化功能的载体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，1、制备生物改性硫磺和脱氮硫杆菌的混合物，将硫磺和脱氮硫杆菌的菌液混合后厌氧发酵，发酵液经脱水干燥获得生物改性硫磺和脱氮硫杆菌的混合物；2、制备载体，以步骤S1中的混合物和碳酸盐为主要原料制备载体。

技术领域

本发明属于污(废)水深度净化处理领域，具体涉及一种具有自养反硝化功能的载体及其制备方法。

背景技术

污水再生回用是解决水危机的有效途径。目前，城镇生活污水经过二级处理后，仍然含有一定浓度的含氮污染物。如果不经深度脱氮处理，仅靠环境自净能力来消纳水体中的氮元素，会对环境造成较大的污染负荷和生态毒性。因此，开发高效经济的深度脱氮新方法，已成为当前污水资源化领域研究的热点。

传统反硝化技术需要消耗大量有机物，而污水处理厂的二级出水中碳源严重不足，脱氮效果极差。目前国内外研究主要关注利用硫磺的反硝化系统，可在缺氧或厌氧条件下利用硫磺作为电子供体，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，从而实现反硝化过程，反应式是：55S+20CO₂+50NO₃^-+38H₂O+4NH₄⁺→4C₅H₇O₂N+25N₂+55SO₄^2-+64H⁺。

由于化学硫磺来源广泛，价格低廉，被广泛应用于自养反硝化脱氮系统。国内外自养反硝化的载体或滤料也基本上以化学硫磺为主要的电子供体，如专利“一种自养微生物反硝化法去除水中硝酸盐用材料”（CN 105621609 B），专利“自养脱氮生物载体”等专利，直接采用液硫或化学硫磺高温熔融后与碳酸钙混合后冷却得到复合材料。采用该方法制备的复合脱氮载体存在以下几个问题：

1.由于采用硫磺为基材，将碳酸钙或菱铁矿颗粒分散于硫磺基中，硫磺成连续状；即使将硫磺在复合材料中的比例降低至40%以下，该复合材料仍然易于点燃，且无法自行熄灭。伴随蓝色火焰释放出刺鼻的高毒性二氧化硫，与硫磺的危险性类似；

2.由于化学硫磺的溶解度极低，同时具有生物毒性，采用硫磺高温熔融后制备的复合材料在脱氮过程中反应速率低，残留大量亚硝酸盐，出水具有一定毒性；

3.由于采用高温熔融工艺，硫磺和碳酸钙及菱铁矿石的密度较大，导致该复合材料比重大，破碎后的堆积密度通常大于1100kg/m³，不利于节省滤料投资成本；

4.由于采用高温熔融工艺（温度120-150℃），低沸点的硫代硫酸钠及不耐高温的脱氮硫杆菌无法在加工艺过程中混入该复合材料中。导致该方法制备的脱氮材料缺乏生物活性。

国外学者通过研究发现，含有硫化氢的天然气或工业废气经过生物脱硫后产生的副产物生物硫具有就更好的脱氮反应活性。生物硫核心由正交S₀环构成，并且正交S₀环被一层具有亲水特性的长链聚合物覆盖。生物硫的这种特殊结构使得其化学硫相比，具有更大的比表面积、更高的微生物利用度、更好的亲水性及胶体稳定性。以生物硫为电子源的反硝化过程较化学硫为电子源的反硝化过程速率高2-3倍，并且反应过程中残留亚硝酸盐浓度低。

然而由于国内外生物法脱硫技术未得到广泛应用，其副产物生物硫无法形成工业化生产。其无法大规模用于制备复合脱氮载体。