[发明专利]一种纳米铁与微生物协同作用同步脱氮除磷的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及微污染水深度处理的方法，具体地说是防止水体富营养化的生活污水深度处理方法。

二、背景技术

由于我国经济快速发展、城市化进程加快，大量营养元素氮磷进入湖泊等水体，导致诸如巢湖、太湖、滇池等湖泊以及城市景观水体严重的富营养化。为了控制环境污染，国家投入巨资进行城市污水处理设施建设，提高城市生活污水的处理率。然而，目前城市生活污水处理普遍采用好氧活性污泥法工艺，国内外学者也大力研究生物除磷技术，但是生物处理出水中总氮、总磷的浓度仍然分别达到20-35mg/L、0.3-3.0mg/L，是湖泊水体二类标准的10-50倍。生活污水处理虽然达到排水标准，但对于已经富营养化的水体，已经没有任何氮磷环境容量，需要对废水进行更严格的脱氮除磷才能保证水体的生态环境。另外，随着城市发展，缺水现象越来越严重，废水的资源化是发展趋势，生活污水处理厂二级处理出水要用于循环冷却水、城市景观水体等资源化应用，都需要进一步的脱氮除磷才能满足废水资源化应用要求。廉价的高效脱氮除磷材料和技术是国家未来环境保护的迫切需求。

长期饮用高硝酸盐地下水，会造成儿童听觉和视觉的条件反射迟钝、智力下降，引起糖尿病、高血压、甲状腺功能亢进。硝酸盐在机体内可转化为亚硝酸盐、各种直接致癌、致畸、致突变的亚硝基化合物，对人体健康产生很大危害。由于化肥的过量使用，浅层地下水硝酸盐污染已是相当普遍的环境问题。如西安、长春、成都等城市的地下水中硝酸盐含量已大面积超标，长春市地下水中硝酸盐含量高达392mgL^-1（世界卫生组织规定硝酸盐不大于10mg/L，亚硝酸盐不应大于0.91mg/L）。我国“三北”地区的地下水硝酸盐污染尤其严重，而在“三北”地区，特别是农村，大多数是以地下水作为生活用水。为了保障饮用水安全，需要发展地下水脱氮材料和技术。

地下水硝酸盐氮的处理技术可以分为物理化学方法、生物法和化学还原法三类。物理化学方法包括电渗析、反渗透、离子交换处理，这些方法虽然都能很好的脱除水中的硝酸盐，但是对硝酸盐的选择性差，处理成本高，产生富硝酸盐的废液，难以在低浓度含硝酸盐水处理中应用。

微生物反硝化是废水脱除硝酸盐的重要方法，在高含氮工业废水中普遍采用。微生物反硝化需要保持厌氧环境、足够的有机碳源保证有微生物代谢和反硝化脱氮的生化反应。向水中投加有机物（一般用甲醇、乙醇等）导致成本高、有机物残留，不适合于城市生活污水二级处理出水的深度处理。生物反硝化应用于地下水的脱硝酸盐国外已进行了很多探讨，除了投加有机物导致水中有机物残留外，还会有微生物残留和异味的问题，影响饮用水质，很难推广应用。作为改进的方法国内外学者正在探索利用电化学产氢来进行生物反硝化，以避免有机物的投加及其带来的负面效应，该技术存在的障碍是阳极材料消耗很大，成本很高。近年来，国内外也在探索自养微生物脱氮技术，以还原性无机物如氢或硫为电子供体，将硝态氮转化为N₂，是一种有发展前景的硝酸盐净化技术，但是脱氮自养微生物（脱氮硫杆菌）能否利用铁硫化物作为电子供体完成硝酸盐还原，目前还未见报道。

化学还原脱硝酸盐是国内外关注的新的脱氮技术方法，化学还原包括Pt/Pd-Cu双金属催化氢气还原、零价铁还原、金属铝还原法。贵金属催化还原脱硝酸盐的缺陷是催化剂昂贵。零价铁还原脱硝酸盐的缺陷是产生较多的铵离子，同时，零价铁钝化比较严重，消耗零价铁剂量很高。纳米铁粉具有较好的还原脱硝酸盐效果，基本不产生氨离子，但是纳米铁粉的制备成本很高，还难于应用。

废水中高浓度磷的处理一般用石灰沉淀法、铁盐沉淀法、铝盐沉淀法处理。钙磷酸盐溶度积较大，用石灰处理低浓度磷不能达到预期效果。当水中磷浓度很低时铁、铝离子与磷酸根形成溶胶，溶解度大，很难从水中分离出来，为了达到除磷处理效果投加药剂量大，导致铁、铝金属离子残留量高，产生二次污染问题。因此，铁盐和铝盐不能直接用于低浓度磷的沉淀处理。