[发明专利]一种光-酶协同进行部分反硝化的方法及其应用

说明书

本发明提供了一种光‑酶协同进行部分反硝化的方法，所述方法包括以下步骤：将光催化剂、生物催化剂、牺牲剂与含有NOsubgt;3/subgt;supgt;‑/supgt;‑N的反应液混合，在厌氧环境以及光照条件下进行部分硝化反应；所述光催化剂包括修饰金属单原子和氰基的氮化碳；所述生物催化剂包括硝酸还原酶；所述方法将光催化与生物催化相结合，协同催化还原污水中的硝酸盐，并使硝酸盐反硝化反应稳定地控制在产亚硝酸盐阶段，其配合后续的厌氧氨氧化工艺，可以大大降低废水脱氮过程中碳源和能源的消耗，降低水处理成本。

技术领域

本发明属于催化净水技术领域，涉及一种光-酶协同进行部分反硝化的方法及其应用，具体涉及一种通过光催化与生物催化协同应用的方法将水中的硝酸盐部分反硝化还原为亚硝酸盐，并实现其高效富集。

背景技术

反硝化工艺是评价氮素循环转化以及控制水环境中氮污染的关键过程。目前已经开发出了许多技术用于控制地表水和地下水中的氮污染，其中厌氧氨氧化被认为是一种最有前途的处理方法。相比于传统的硝化-反硝化工艺，这种工艺仅需要较少的氧气和碳源供给量，产生的污泥量少得多，也可以减少大量的CO₂排放。

在这个过程中，厌氧氨氧化细菌以亚硝酸盐氮(NO₂^--N)为电子受体，将氨氮(NH₄⁺-N)转化为氮气(N₂)。通常来说，反应底物NO₂^--N是由氨氧化细菌(AOB)驱动的部分硝化作用(PN)产生的。然而，亚硝酸盐氧化细菌(NOB)在好氧条件下容易将NO₂^--N进一步氧化成硝态氮(NO₃^--N)，并且现有技术很难有效限制NOB的生长，所以通过部分硝化很难获得稳定存在的反应底物NO₂^--N。受限于此，厌氧氨氧化工艺的脱氮效果不尽理想，无法进行大规模的推广应用。

部分反硝化工艺可将NO₃^--N还原为NO₂^--N，为NO₂^--N的富集提供了另一种途径，并且可以同时去除NO₃^--N和NH₄⁺-N。根据已有的文献报道，经过驯化的污泥中的Thauera菌属被认为能够选择性地将NO₃^--N还原为NO₂^--N，然而，获得这种优势菌通常需要60-200天的驯化培养。CN105330015A通过接种初沉池污泥实现部分反硝化过程最大亚硝酸盐的富集，具体包括控制污泥浓度在2000-4000mg/L，COD/NO₃^--N在2.5-3.5之间，pH值在9-9.5之间。但是，该方法需要反复进水-缺氧搅拌-排水15个周期之后，才能实现部分反硝化的稳定运行。功能菌属的富集培养过程，耗费了大量的时间和能源。

因此，开发一种可以实现NO₃^--N向NO₂^--N快速转化的技术，对于应用厌氧氨氧化工艺处理含有NO₃^--N和NH₄⁺-N污染水体具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种光-酶协同进行部分反硝化的方法，所述方法将光催化与生物催化相结合，协同催化还原污水中的硝酸盐，并使硝酸盐反硝化反应稳定地控制在产亚硝酸盐阶段，其配合后续的厌氧氨氧化工艺，可以大大降低废水脱氮过程中碳源和能源的消耗，降低水处理成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种光-酶协同进行部分反硝化的方法，所述方法包括以下步骤：