[发明专利]一种可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明提供一种可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂、其制备方法及应用，其制备方法包括以下步骤：S1.制备锰氧化物前驱体；S2.向步骤S1中所述锰氧化物前驱体中掺杂Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、H₃BO₃，得到可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂。该方法通过对锰氧化物前驱体晶体在低温梯度加热条件下掺杂多种元素，增加晶体缺陷及活性位点的含量，提高催化剂的氨氮氧化能力，使氨氮催化氧化产物均为亚硝氮并稳定积累，为后续厌氧氨氧化过程提供稳定的亚硝氮来源，从而降低水体中总氮。

技术领域

本发明属于脱氨催化剂技术领域，具体涉及一种可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂、其制备方法及应用。

背景技术

水是地球上重要的自然资源，同时也是生命的载体物质，随着我国工农业的快速发展，水资源污染问题日益突出。在水体污染物中，以氨氮污染最为常见。氨氮的大量排放，在河道湖泊等可引起藻类异常繁殖，从而引起溶解氧降低，造成水体的富营养化；水体中氨氮通过微生物作用生成具有致癌作用的硝酸根和亚硝酸根离子，威胁水生生物及人类生命安全等。

目前，污水中氨氮的去除一般包括物化法和生物法。其中物化法包括吹脱法，吸附法，化学沉淀法和离子交换法等。这些方法均具有工艺流程简单，处理效率高，处理效果稳定等优势。但这些方法普遍具有能耗高，易造成二次污染等问题。生物脱氮法是目前市政污水处理中应用最广泛的方法。传统生物脱氮法主要为硝化反硝化法，包括硝化和反硝化两个步骤。在硝化阶段，氨氧化菌在好氧条件下将氨氮氧化成亚硝氮，再经硝化菌进一步氧化成为。在反硝化阶段，反硝化细菌在缺氧条件下将硝氮和亚硝氮转化为氮气。该过程处理效果稳定，操作简单，不产生二次污染，成本较低等优点。但是，该工艺需要添加碳源及碱度，需要提供较高的曝气量，并且硝化菌对环境敏感，导致设备成本及运营成本较高。

短程硝化-厌氧氨氧化工艺是通过特殊氨氧化菌在缺氧条件下以亚硝氮为电子受体，将氨氮转变为氮气的过程，该过程与传统生物脱氮法相比，具有无需添加有机碳源，所需曝气量小，产生的碳排放及污泥量少，设备运营成本低，无二次污染等优势，是一种重要的新型水处理工艺。但在该工艺的氨氧化过程中，微生物生长缓慢，对环境敏感，系统启动较慢，导致氧化产物亚硝氮容易转变为硝氮而难以累积。因此需要研究选择性和氧化效率更高的氨氧化工程。

当前，市政污水脱氮主要依赖生物法(硝化反硝化)去除，并且我国城镇污水碳氮比普遍较低，约70％的城镇污水的BOD5/总氮低于4，因此长期以来，总氮的去除一直是污水深度处理中最突出的难点，超过50％的污水处理厂需要长期投加甲醇、乙酸钠等碳源药剂，一级A的污水处理厂平均投加量约为23mg/L。而北京、昆明等地方标准已经将总氮限值进一步提高至5-10mg/L，在脱氮的关键环节，污水处理厂的产水水质保障压力和经济负担将更加沉重。

采用厌氧氨氧化技术进行市政污水的深度脱氮，无需投加碳源，在经济性上具有很大优势。但是，厌氧氨氧化技术的使用，需要前端工艺能够稳定产生和积累亚硝氮，由于市政污水的氨氮浓度很低，仅40mg/L，导致前端工艺难以稳定产生和积累亚硝氮，从而导致厌氧氨氧化技术在市政污水处理上无法推广。

催化氧化脱铵技术是近几年发展起来的新型水处理技术，其催化剂主要成分为铁锰氧化物，主要作用过程为，在有氧条件下，水中氨氮在催化剂表面氧化成硝氮和亚硝氮，该过程氧化效率高，操作方便，无二次污染，具有广阔的应用前景。例如，中国专利文献CN105000722B提供了一种用于催化氧化去除水中氨氮的活性滤料制备系统，利用石英砂基底负载的二氧化锰催化膜进行地下水的氨氮的氧化处理，解决了生物法处理氨氮的产水不稳定的问题，二次污染等问题，但是该方法氧化处理后的产物为硝酸根离子，与厌氧氨氧化过程联用不能提供稳定的亚硝氮积累量。

发明内容