[发明专利]一种琼脂凝胶颗粒及其在水源水生物脱氮工艺中的应用

说明书

技术领域

本发明属于环境工程水处理领域，涉及去除水源水中硝酸盐的方法，具体涉及一种琼脂凝胶颗粒及其在受硝酸盐污染的水源水生物脱氮工艺中的应用。

背景技术

农业氮肥、畜禽排泄物的施用，生活污水和含氮工业废水的不适当处理和排放，固体废弃物的淋滤下渗，污水的回灌以及酸雨等的影响，使得水源水尤其是地下水中硝酸盐浓度上升而成为主要污染物。硝酸盐本身对人体没有危害，但在人体内可经硝酸盐还原菌作用变成亚硝酸盐，会引起高铁血红蛋白症，或形成致癌物质亚硝基胺或其化合物使消化器官致癌，对人体健康构成威胁。

硝酸盐的去除技术大体可分为物理化学技术和生物技术两类。物理化学技术包括离子交换树脂法、膜分离法(反渗透膜法、电渗析膜法)和化学反硝化(活泼金属催化还原法)等。生物技术是利用自然界氮素循环中的一个重要生物过程-反硝化作用来去除硝酸盐，并且由于生物反硝化脱除水中的硝酸盐较为彻底，因此将生物脱氮技术应用于去除水源水中的硝酸盐受到广泛关注。

根据生物反硝化所需碳源的不同，生物反硝化分为自养反硝化和异养反硝化。自养反硝化是以CO₃^2-等无机碳作为碳源，由于自养菌生长繁殖较慢，故脱氮速率较低，所需的成本较高，实用价值较低。异养反硝化是以有机质为碳源与反硝化电子供体，传统的异养反硝化投加的碳源包括甲醇、乙酸等，由于在使用时容易过量，进而影响出水水质。因此，水务工作者针对水源水生物脱氮所用的固体碳源做了较多的研究，以麦秆、麦草、纸、棉花、芦苇、甲壳素、可生物降解多聚物(BDPs)以及聚乳酸等作为反硝化固体碳源的研究已见报道，但上述碳源在使用都存在着一定的不足。Aslan等的研究显示在以麦杆为碳源时，需要较长的HRT(56.85h)，出水COD在50～100mg/L；邵留等以麦草为碳源的研究表明，达到理想的反硝化效果同样需要较长的HRT；金赞芳等研究以纸为碳源时，结果表明系统启动复杂，也需要相对较长的HRT(9.8h)，反硝化出水经活性炭吸附处理后最终出水DOC＜11mg/L；Mary等利用甲壳素为碳源时，同样需要较长的HRT(16.2h)；周海红等利用BDPs为碳源时，利用活性污泥启动反应器，碳源释放不稳定，受生物膜的制约；范振兴等研究以聚乳酸为碳源的结果显示反应器启动需要较长时间，形成的生物膜不够稳定，反硝化受温度影响较大，同时亦需要较长的HRT(13h)。

目前固体碳源水源水生物脱氮技术主要存在以下缺点：(1)硝酸盐氮去除率不高；(2)硝酸盐氮容积去除负荷不高；(3)需要较长的水力停留时间(HRT)；(4)有机质释放不够稳定，出水存在有机二次污染的风险；(5)系统运行不够稳定。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种琼脂凝胶颗粒，作为缓释固体碳源和微生物载体。本发明的另一目的是提供其在受硝酸盐污染的水源水生物脱氮工艺中的应用。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种琼脂凝胶颗粒，包括以下重量份数的各组分：琼脂5～10份，海藻酸钠1份，35～60目陶粒5份和水100份。

一种制备上述的琼脂凝胶颗粒的方法，包括以下步骤：

(1)称取各组分，将琼脂、海藻酸钠和陶粒置于水中搅匀，制得琼脂凝胶体系，其中水为煮沸的自来水；

(2)将步骤(1)制备的琼脂凝胶体系挤入质量体积浓度为0.5～2％的CaCl₂溶液造粒成型，至少静置固化12h，制得初品；

(3)用水将步骤(2)的初品洗涤2次以上，切成直径为2～3mm、长为3～6mm的颗粒。

其中，步骤(2)中，CaCl₂溶液的质量体积浓度为1％。

上述的琼脂凝胶颗粒在受硝酸盐污染的水源水生物脱氮工艺中的应用。

水源水生物脱氮工艺系统，包括琼脂凝胶反应器和曝气生物滤池。所述的琼脂凝胶颗粒置于琼脂凝胶反应器中，受硝酸盐污染的水源水由琼脂凝胶反应器底部进水，经过琼脂凝胶颗粒填料床后从溢流堰流出，首先利用水源水中的微生物进行自然接种，培养至具有一定的反硝化能力后在一定的反硝化条件下进行水源水生物脱氮工艺运行，琼脂凝胶反应器的出水经过曝气生物滤池处理后，进入常规的饮用水处理系统。