[发明专利]固定化反硝化细菌的固体碳源小球处理低碳氮比污水的方法

说明书

本发明公开了一种固定化反硝化细菌的固体碳源小球处理低碳氮比污水的方法，该方法采用固定化反硝化细菌的固体碳源小球处理低碳氮比污水，低碳氮比污水的碳氮比为1～9∶1，处理温度控制在10℃～40℃，处理pH值控制在6.5～8，固定化反硝化细菌的固体碳源小球的制备包括(1)谷壳预处理；(2)制备聚乙烯醇‑海藻酸钠‑谷壳混合液；(3)将含有反硝化细菌的菌悬液加入到聚乙烯醇‑海藻酸钠‑谷壳混合液中，挤压到CaCl₂溶液中发生交联反应，得到固定化反硝化细菌的固体碳源小球。本发明的方法可为低碳氮比污水提供稳定碳源、实现高效、稳定脱氮过程的同时，还具有成本低廉、无二次污染的优点。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种固定化反硝化细菌的固体碳源小球处理低碳氮比污水的方法。

背景技术

水体富营养化是指氮、磷等植物营养物质含量过多而引起的水质污染现象。会导致水生生物多样性破坏，进而造成水生生态系统丧失自我维持、自我调节能力与系统平衡稳定性，并最终导致水生生态系统的破坏和环境问题的加剧。

研究显示，目前我国的水体污染中，氮已逐渐上升为主要污染物，主要是由于大量的含氮废水未经处理或处理不完全就排入水体造成的。而氮作为表征地表水水质状况的主要污染物指标之一，是影响水生态系统健康和稳定的重要因素。因此，富营养化水体中氮素的去除是当前废水处理领域中急需解决的难题之一，脱氮技术的研究和应用引起了人们的广泛关注。而人工湿地因其具有处理效率高、投资低、运行维持费用低等优点，被广泛用于处理各种污水，特别是暴雨径流、农业面源废水等，在污染控制方面发挥了重要作用。

人工湿地中氮的去除途径主要包括植物吸收、氨氮挥发、基质吸附和微生物硝化-反硝化等。研究表明，微生物硝化-反硝化是人工湿地脱氮的主要途径。主要原因是湿地系统大部分区域溶解氧不足，植物通过输氧，根系周围微环境依次呈现出好氧-缺氧-厌氧状态，有利于硝化-反硝化作用的进行。湿地系统内硝态氮必须通过反硝化作用才能彻底的从系统中去除。而对于低碳氮比的富营养化水体，人工湿地内反硝化作用因为缺乏可利用有机碳、硝酸盐或存在过量的氧气而受到抑制，其中可利用碳源的缺乏往往是脱氮过程中的限制性步骤。能为反硝化细菌所利用的碳源主要可分为3类：废水中所含的有机碳源、内源碳、外加碳源等。内源碳主要是指基质内由植物枯叶或其他有机物分解生成的，并不能完全被反硝化细菌所利用，而影响系统的反硝化能力。

针对人工湿地内部普遍存在的反硝化细菌可利用有机碳源不足的状态，越来越多的研究者开始关注外加碳源对湿地脱氮效率的影响。Garcia-Montiel等研究发现，在人工湿地中添加简单的有机物(如葡萄糖)能够提高反硝化速率。虽然低分子碳水化合物，如葡萄糖、果糖、乙酸等作为碳源，可以提高系统的脱氮效果，但也存在出水有机物超标的风险。因此，随着对该领域研究的不断深入，更多地选择以天然有机物(如碎树枝、植物残体等富含木质纤维素的植物生物质固体碳源)作为外加碳源，但它们存在前期剧烈溶出、分解，N、P释放量大的现象，COD也较高，对初期出水水质可能造成次生污染。

对于低碳氮比水体，采用人工湿地技术除氮的过程中，可利用碳源的缺乏是脱氮过程中的关键性的限制因素。虽然许多研究者都采用外加碳源特别是植物生物质固体碳源的方式来解决，但在实际应用中都存在出水水质恶化的风险，以及在选择投加外源碳的种类、投加方式、投加量的多少、投加外源碳后氮元素的动力学模型以及对脱氮效果的影响等方面缺乏系统的研究工作。此外，在人工湿地的长期运行时，基质中的反硝菌的数量、活性等也难以得到有效保障，进而也会严重影响脱氮效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够为低碳氮比污水的反硝化过程提供稳定充足的碳源、脱氮效果好、处理后水质大幅提高的固定化反硝化细菌的固体碳源小球处理低碳氮比污水的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：