[发明专利]一种基于金属-有机框架材料的极限脱氮载体及其制备和应用方法

说明书

本发明涉及污水深度处理技术领域，尤其是涉及一种基于金属‑有机框架材料的极限脱氮载体及其制备和应用方法。本发明的极限脱氮载体通过功能组分、缓冲组分、发泡剂的混合、热熔、成型制备得到，主要针对污水厂尾水、地表水等氮污染和碳氮比均较低(TN≤15mg/L；C/N≤3)的污水的深度脱氮需求，可用于以生物流化床、生物滤池、人工湿地为代表的典型水质净化系统，无需外加有机碳源药物，出水即可达到地表水环境质量标准(GB 3838‑2002)Ⅲ类水标准，并且具有成本低、制备简单、适用范围广、水力性能好等优点。

技术领域

本发明涉及污水深度处理技术领域，尤其是涉及一种基于金属-有机框架材料的极限脱氮载体及其制备和应用方法。

背景技术

随着水生态环境质量受到越来越多的关注，对水环境质量与污水处理厂的排放标准提出了更高的要求。越来越多的污水处理厂采用了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A标准的要求，甚至进一步将向地表水Ⅲ、Ⅳ类水标准靠拢。然而，由于碳氮比不足的问题普遍存在，污水中的硝酸盐氮较难脱除，故常常导致污水厂尾水的总氮浓度无法满足日益严苛的排放标准。目前，通常以外加有机碳源(乙酸钠、冰醋酸等)来满足传统异养脱氮过程的需求，这大大增加了运行成本以及运行维护的复杂度，并且在人工湿地等低氮污染水体中，投加的有机碳源的投加量较难控制，易出现有机物残留等二次污染问题。因此，以硫、铁或亚铁等无机元素为电子供体的自养脱氮过程受到了越来越多的关注，其中较为直观的表现便是对于基于硫磺、还原铁粉等材料的自养型脱氮材料的开发，但这些单独基于自养型脱氮过程研制的材料往往存在脱氮效率低、出水硫酸盐浓度升高等问题。此外，有机框架-金属材料受到越来越多的关注和研究，其具有较大的比表面积和较强的化学催化活性，但在污水生物处理领域还未得到广泛的应用。

发明内容

针对现有脱氮材料在低氮污染、低碳氮比污水极限脱氮应用中存在的不足及缺陷，本发明的目的是提供一种基于金属-有机框架材料的极限脱氮载体及其制备和应用方法，也即一种铁基质-有机质复合营养型脱氮体系(异养反硝化-铁自养反硝化)，有机质不仅可为异养反硝化提供碳源，而且也可为铁自养反硝化菌的脱氮代谢和生长提供电子及能源，配置该极限脱氮载体的脱氮系统无需外加碳源，且脱氮效率相比单独自养脱氮过程有着极大的增强。

本发明中极限脱氮即指对本身氮污染物浓度较低(TN≤15mg/L)的污水进行深度脱氮处理，使出水的氮污染物浓度降低至较为极限的浓度(TN≤1.0mg/L)。

本发明的极限脱氮载体，主要针对污水厂尾水、地表水等氮污染和碳氮比均较低(TN≤15mg/L；C/N≤3)的污水的深度脱氮需求，可用于以生物流化床、生物滤池、人工湿地为代表的典型水质净化系统，无需外加有机碳源药物，出水即可达到地表水环境质量标准(GB 3838-2002)Ⅲ类水标准，并且具有成本低、制备简单、适用范围广、水力性能好等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种基于金属-有机框架材料的极限脱氮载体，包括功能组分、缓冲组分和发泡剂；

所述功能组分为预处理后自养功能材料和异养功能材料的混合物；

所述功能组分、缓冲组分和发泡剂的质量比为5～8：1～3：1；

其中，所述自养功能材料为金属-有机框架材料，所述异养功能材料为聚羟基脂肪酸酯(PHA)材料。

在本发明的一个实施方式中，所述预处理为清洗、干燥、破碎后过筛。

在本发明的一个实施方式中，过筛过程中，筛网的孔径为400目～1000目。

在本发明的一个实施方式中，所述自养功能材料和异养功能材料的质量比为1～5：1；