[发明专利]一种零价铁混养反硝化耦合改性生物炭两级PRB地下水脱氮方法及反应器

说明书

本发明公开了一种零价铁混养反硝化耦合改性生物炭两级PRB地下水脱氮方法及反应器。本发明的脱氮方法包括：含有NO₃‑‑N的地下水首先经设置聚乙烯网袋包裹的Fe⁰(铁刨花)填料的一级PRB反应器处理，通过自养及异养共存的混养反硝化菌进行脱氮将大部分NO₃‑‑N还原为N₂去除，然后再通过设有改性生物炭填料的二级PRB反应器将剩余NO₃‑‑N吸附去除。本发明通过投加碳源与Fe⁰形成混养反硝化脱氮作用，可解决零价铁易钝化及自养反硝化菌生长速率慢的问题，易于操作管理、运行成本较低。

技术领域

本发明涉及一种零价铁混养反硝化耦合改性生物炭两级PRB地下水脱氮方法及反应器，属于地下水修复技术领域。

背景技术

地下水是水资源的重要组成部分，由于其水量稳定、水质优良，是农业灌溉、工业生产和城市生活的重要水源。然而工业废水排污及农业化肥、农药的过度使用，使地下水中硝态氮污染普遍存在。饮用硝酸盐含量超标的地下水会引发高铁血红蛋白血症、肝癌和胃癌等疾病，造成较大的生态环境及健康风险。如何有效削减地下水中的NO₃^--N，成为当前亟待解决的问题。

按NO₃^--N去除原理的不同，脱氮技术大体上分为三类：物理处理技术、化学处理技术和生物处理技术，其中物理、化学处理技术因成本较高而在工程应用中受限。相比而言，生物脱氮技术是成本较低的地下水脱氮技术。对于低C/N的地下水脱氮，尚需补充足够的有机碳源实现异养反硝化，碳源投加是反硝化脱氮的主要成本。以无机电子供体替代反硝化碳源、降低反硝化脱氮成本，成为低C/N地下水脱氮发展趋势。基于低价铁为电子供体的自养反硝化技术具有成本低且反应过程中基本无副产物等优势，已成为含NO₃^--N地下水脱氮的主流技术之一。但零价铁作为电子供体存在钝化和团聚作用倾向且易板结，阻碍反应进程，导致脱氮效率下降；同时铁自养反硝化菌生长速率慢，受水温、pH等环境因素影响较大。为了解决以上问题，在铁自养反硝化体系中外加有机碳源形成混养反硝化体系，既能减缓铁的钝化又能促进自养菌的生长。值得注意的是，即使经混养反硝化脱氮后，出水中依然会有少量NO₃^--N残留，需要进一步处理方能实现地下水中硝酸盐的彻底去除。生物质通过热处理制备的生物炭，具有较大的比表面积和丰富的官能团，对水中的污染物具有良好吸附作用，通过金属离子改性生物炭，可获得对NO₃^--N良好吸附效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：地下水的自养反硝化脱氮中采用零价铁作为电子供体存在钝化和团聚作用倾向且易板结，阻碍反应进程，导致脱氮效率下降；同时铁自养反硝化菌生长速率慢，受水温、pH等环境因素影响较大成本高、效率低以及脱氮不完全等问题。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种零价铁混养反硝化耦合改性生物炭两级可渗透反应墙(PRB)地下水脱氮方法，包括以下步骤：

步骤1)：在一级PRB反应区设置聚乙烯网袋包裹的铁刨花Fe⁰填料，以城市污水处理厂剩余污泥作为种泥，接种至一级PRB反应区中，含NO₃^--N地下水连续进水10-15日，使铁刨花填料表面形成附着反硝化菌的生物膜，完成一级PRB的启动；

步骤2)：含NO₃^--N地下水通过穿孔墙进入一级PRB反应区，同时在进水处投加有机碳源，利用聚乙烯网袋及铁刨花Fe⁰上附着的异养及自养反硝化菌进行反硝化脱氮，将地下水中大部分NO₃^--N还原成N₂；