本發(fā)明涉及生物脫硝方法，尤其涉及一種厭氧氨氧化菌的生物脫硝方法。

背景技術(shù)：

NOx是一種主要的大氣污染物，其中NO占煙氣中NOx污染物的95％以上，因此，煙氣脫硝主要是去除NO。傳統(tǒng)的煙氣脫硝方法主要有液體吸收法，吸附法和催化還原法。因為NO難溶于水，所以傳統(tǒng)的濕法脫硝通常利用NO與絡合劑特異性結(jié)合，將NO從氣相轉(zhuǎn)入液相或者利用氧化劑將難溶于水的NO氧化成易溶于水的NO₂，再通過液體吸收而達到脫硝的目的，這種脫硝方式效率不高，且易產(chǎn)生二次污染；吸附法主要是利用吸附劑的強吸附性能將氣相中的NO固定在吸附劑中，再通過外置解析環(huán)節(jié)將吸附劑還原，這種方式凈化效率高，但吸附劑用量大，占地面大，投資和運行成本高；催化還原法通常通過外加還原劑(通常為氨)，再利用催化劑的特異性催化將NO和NH₃直接轉(zhuǎn)化為N₂，這種脫硝方式效率高，設備緊湊，脫硝比較徹底，是現(xiàn)有的主要脫硝方法，如SCR和SNCR，但其催化劑價格較高，壽命有限，在運行過程中容易發(fā)生氨泄漏，易產(chǎn)生二次污染，且催化劑是危險廢棄物，處理不當，會產(chǎn)生環(huán)境風險。

隨著生物技術(shù)的日臻成熟，微生物在污水脫氮、有機氣體和臭氣凈化中得到了大量研究和應用。生物法脫硝的關(guān)鍵過程是相間傳質(zhì)和生物降解，傳統(tǒng)的生物脫硝依靠的微生物主要是反硝化菌。專利CN1772351A公布了一種基于反硝化菌的生物脫硝方法，其利用反硝化菌的脫氮性能和生物膜的傳質(zhì)性能實現(xiàn)了高效的生物脫硝。該方法的缺點為：反硝化菌是異養(yǎng)菌，需要外加碳源，增加了運行成本，而且反硝化過成容易產(chǎn)生N₂O,產(chǎn)生二次污染。

厭氧氨氧化菌作為浮霉菌門的一類厭氧菌，是一種新型的生物脫氮菌，其通過將NO₂^--N還原為NO，進一步利用NH₄⁺-N還原過程中產(chǎn)生的電子將NO還原成氮氣，這種脫氮方式改變了傳統(tǒng)只能通過硝化和反硝化途徑脫氮的過程，厭氧氨氧化菌作為化能自養(yǎng)型細菌，在將其應用于污水脫氮領(lǐng)域時，只需以二氧化碳作為唯一碳源而不需要添加有機碳源，運行費用低，污泥產(chǎn)率低，且無N₂O和CO₂等二次污染產(chǎn)生，其脫氮原理如下：

${\mathrm{NO}}_2^{-}+2H^{+}+e^{-}=NO+H_{2}O(E_0^{\′}=+0.38V)---1-1$

$NO+2{\mathrm{NH}}_4^{+}+2H^{+}+3e^{-}=N_2{H}_4+H_{2}O(E_0^{\′}=+0.06V)---1-2$

N₂H₄＝N₂+4H⁺+4e^-(E₀′＝-0.75V) 1-3

${\mathrm{NO}}_2^{-}+{\mathrm{NH}}_4^{+}=N_2+H_{2}O({\mathrm{\ΔG}}_0^{\′}=-357{\mathrm{KJmol}}^{-1})---1-4$

可以看出，NO是厭氧氨氧化(ANAMMOX)過程的中間產(chǎn)物，厭氧氨氧化菌通過以NH₄⁺-N為電子供氣將NO還原為聯(lián)氨(N₂H₄)，再通過聯(lián)氨脫氫酶將聯(lián)氨轉(zhuǎn)化為氮氣排放，整個過程無需外加碳源，無二次污染物產(chǎn)生，脫氮徹底。

專利CN105152323A公布了一種厭氧氨氧化生物脫硝方法，該方法首先通過絡合吸收將NO從氣相轉(zhuǎn)到液相，然后再利用厭氧氨氧化菌高效的脫氮性能，將NO轉(zhuǎn)化為氮氣。該方法的缺點為：采用自養(yǎng)型的厭氧氨氧化菌，脫氮效率高，無需外加碳源，但其絡合劑成本高，再生困難，而且，該方法采用的絡合劑Fe(Ⅱ)EDTA容易被氧氣氧化，煙氣中含有3％～5％的氧氣，會氧化絡合劑，使其失去絡合性能，此外，該絡合液中還有Fe²⁺，其濃度過高會對厭氧氨氧化菌的活性產(chǎn)生抑制，因此，絡合劑濃度過高，可能會對厭氧氨氧化菌的活性產(chǎn)生抑制，而絡合劑濃度過低，容易飽和，吸收效果會受到限制，增加了管理運行的難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供了一種厭氧氨氧化菌的生物脫硝方法，以實現(xiàn)利用厭氧氨氧化有效地去除氣體中的NO。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種厭氧氨氧化菌的生物脫硝方法，包括：

將厭氧氨氧化菌種接種到厭氧氨氧化反應器中，向所述厭氧氨氧化反應器中加入基質(zhì)反應液，將含有NO的氣體通過厭氧氨氧化反應器底部的曝氣頭以氣泡的形式打入所述厭氧氨氧化反應器；

含NO的氣體的氣泡在通過菌液過程中與所述厭氧氨氧化菌相互碰撞，起攪拌作用，同時，厭氧氨氧化菌在和氣泡接觸過程中，捕捉氣體中的NO并以NO為電子受體，以所述基質(zhì)液中的氨氮為電氣供體，完成厭氧氨氧化過程，將NO和氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣，將該氮氣排出所述厭氧氨氧化反應器。

進一步地，所述基質(zhì)液包含滿足微生物生長需求的微量元素和100～400mg/L的NH4+-N。

進一步地，所述厭氧氨氧化菌種包括下列之一或兩種以上的混合物：

①厭氧氨氧化菌種混合培養(yǎng)物；

②厭氧氨氧化菌顆粒污泥；

③厭氧氨氧化菌AnAOB和好氧氨氧化菌AOB的混合培養(yǎng)物；

④附著在填料上的厭氧氨氧化菌生物膜。

進一步地，所述厭氧氨氧化反應器為底部帶有曝氣頭的SBR反應器或UASB反應器。

進一步地，所述曝氣頭為磨砂曝氣頭或微孔曝氣頭或微孔曝氣管。

進一步地，所述厭氧氨氧化反應器的溫度控制在31～35℃。

進一步地，所述基質(zhì)液的pH控制在7.5-8.1。

進一步地，所述含NO氣體中的NO濃度在0-1500ppm之間，氧分壓小于5％。

進一步地，通過改變所述厭氧氨氧化菌菌液的高度來改變所述含NO的氣體在所述厭氧氨氧化菌菌液中的停留時間。

由上述本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例的方法可以同時實現(xiàn)水中氨氮和氣體中NO同步去除，脫硝效率高，投資和運行成本低，設備簡單易實現(xiàn)，不會產(chǎn)生二次污染物。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例的厭氧氨氧化菌的生物脫硝方法在SBR反應器中處理NO的工藝流圖；其中，1氮氣瓶、2流量計a、3 NO氣瓶、4流量計b、5配氣裝置、6進氣緩沖裝置、7進氣監(jiān)測口、8流量計、9主反應器、10曝氣頭、11出氣口、12排水口、13出氣緩沖裝置、14出氣監(jiān)測口和15尾氣吸收裝置。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復數(shù)形式。應該進一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。

本發(fā)明提供了一種厭氧氨氧化菌的生物脫硝方法，該方法同時可以實現(xiàn)水中氨氮和氣中NO同步去除，脫硝效率高，投資和運行成本低，設備簡單易實現(xiàn)，不會產(chǎn)生二次污染物。

本發(fā)明實施例的厭氧氨氧化菌的生物脫硝方法在續(xù)批式反應器(Sequencing Batch Reactor，SBR)反應器中處理NO的工藝流圖如圖1所示，具體處理過程如下：

將厭氧氨氧化菌種接種到厭氧氨氧化反應器底部，向厭氧氨氧化反應器內(nèi)加入基質(zhì)反應液，使污泥濃度(MLSS)在3500～5500mg/L，將含有NO的氣體通過厭氧氨氧化反應器底部的曝氣頭10以氣泡的形式打入?yún)捬醢毖趸磻鳎琋O的氣泡在通過菌液過程中與厭氧氨氧化菌相互碰撞，起攪拌作用，厭氧氨氧化菌和氣泡充分接觸過程中，直接捕捉氣體中的NO并以NO為電子受體，以基質(zhì)反應液中的氨氮為電氣供體，完成厭氧氨氧化過程，將NO和氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣后，將氮氣通過出氣口11排出反應器。

所述厭氧氨氧化反應器為底部帶有曝氣頭的SBR反應器或上流式厭氧污泥床反應器(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，UASB)。

所述曝氣頭為普通的磨砂曝氣頭或微孔曝氣頭或微孔曝氣管。

所述基質(zhì)液包含滿足微生物生長需求的微量元素和100～400mg/L的NH⁴₊-N。

所述厭氧氨氧化菌種為下列之一或其兩種以上的混合物：①厭氧氨氧化菌種混合培養(yǎng)物，②厭氧氨氧化菌顆粒污泥，③厭氧氨氧化菌(AnAOB)和好氧氨氧化菌(AOB)的混合培養(yǎng)物，④附著在填料上的厭氧氨氧化菌生物膜。

所述厭氧氨氧化反應器的溫度控制在31～35℃，所述基質(zhì)液的pH控制在7.5-8.1，所述含NO氣體的NO濃度在0-1500ppm之間，氧分壓小于5％。

一.進氣濃度對吸收效果的影響

先向SBR反應器中接種厭氧氨氧化菌種(MLSS為3892mg/l)，再向反應器加入NH⁴₊-N為102.6mg/l的模擬廢水作為基質(zhì)液，液體高度80cm，體積為4L，NO氣體進氣流量(Q)400ml/min(氣體在液體中的停留時間約為6s)，進氣中NO濃度(NOin)設置四個濃度梯度依次為：154～266ppm(NO負荷為154mg/d)、451～548ppm(NO負荷為386mg/d)、954～1189ppm(NO負荷為770mg/d)和1432～1789ppm(NO負荷為1157mg/d)，反應器內(nèi)溫度保持在32±1℃，氣體中O2濃度小于0.01％，進水經(jīng)過N2吹10min使溶解氧(DO)<0.05mg/L。進氣主要是采用氮氣為平衡氣的不同濃度的NO氣體，排除在生產(chǎn)參雜過程中有少量的氧氣，一直用氮氣溶液，因為氮氣中沒有氧氣，就可以使溶液中的溶解氧低于0.05mg/L吹脫，每個濃度梯度下運行14h，每隔2小時檢測進氣和出氣的NO濃度，各NOin下均持續(xù)運行14個小時，其NO的去除效果如表1所示：

表1不同進氣濃度下NO的轉(zhuǎn)化性能

二.停留時間對吸收效果的影響

先向SBR反應器中接種厭氧氨氧化菌種(MLSS為3892mg/l)，再向反應器加入NH⁴₊-N為102.6mg/L的模擬廢水作為基質(zhì)液，通過改變菌液的高度來改變氣體在菌液中的停留時間，依次設置菌液高度梯度為：20cm，40cm、60cm和80cm，對應的停留時間依次約為1.5s，3s、4.5s和6s，NO氣體進氣流量(Q)400ml/min，進氣中NO濃度(NOin)為1000ppm，反應器內(nèi)溫度保持在32±1℃，氣體中O2濃度小于0.1％，進水經(jīng)過N2吹10min使DO<0.05mg/l，每個停留時間下運行14h，每隔2小時檢測進氣和出氣的NO濃度，不同停留時間下的平均去除效果如表2所示：

表2不同停留時間下NO的轉(zhuǎn)化性能

三.污泥濃度對吸收效果的影響

先向SBR反應器中接種厭氧氨氧化菌種,使MLSS依次為2197mg/L、3892mg/L和8126mg/L，再向反應器加入NH4+-N為102.6mg/l的模擬廢水，液體高度80cm，體積為4L，NO氣體進氣流量(Q)400ml/min(氣體在液體中的停留時間約為6s))，進氣中NO濃度(NOin)為1000ppm,反應器內(nèi)溫度保持在32±1℃，氣體中O2濃度小于0.1％，進水經(jīng)過N2吹10min使DO<0.05mg/l，每個濃度梯度下運行14h，每隔2小時檢測進氣和出氣的NO濃度，梯度進氣NO濃度下持續(xù)運行14個小時的平均去除效果如表3所示

表3不同污泥濃度下NO的轉(zhuǎn)化性能

綜上所述，本發(fā)明實施例的方法可以同時實現(xiàn)水中氨氮和氣體中NO同步去除，脫硝效率高，投資和運行成本低，設備簡單易實現(xiàn)，不會產(chǎn)生二次污染物，

本發(fā)明實施例的方法基于厭氧氨氧化菌的脫氮原理，充分利用NO可以通過自由擴散的方式進入?yún)捬醢毖趸鴧⑴c細胞的反應的機理，讓氣態(tài)形式的NO和厭氧氨氧化菌充分接觸，直接完成傳質(zhì)過程，本發(fā)明避免了專利CN105152323A公布的通過絡合吸收結(jié)合厭氧氨氧化菌處理NO的方法中的絡合劑的投加所帶來的一系列問題，降低了運行成本，同時也避免了專利CN1772351A公布的利用反硝化菌脫硝所帶來的產(chǎn)泥量大和二次污染問題。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。