[发明专利]一种硫磺基自养微生物脱氮材料及其制备和应用方法

说明书

本发明公开了一种硫磺基自养微生物脱氮材料及其制备和应用方法，该自养脱氮材料是将含硫磺的原料与石灰粉混合后，经熔融、成型、表面碳酸化而获得的颗粒物。本发明的自养脱氮材料作为厌氧生物滤池的填料构建深层厌氧生物滤床，在适宜的温度下、水力停留时间40～60min可以使25mg/L硝酸盐和亚硝酸盐氮降低到5mg/L以下，本发明的材料替代乙酸钠等有机物碳源反硝化脱氮，节约脱氮成本50％以上。

技术领域

本发明涉及环境功能材料和污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种自养微生物脱氮材料的制备和应用方法。

背景技术

氮是导致水体富营养化的最主要元素之一，然而过去在水处理和地表水环境中关注的重点主要是氨氮的控制。近年来，随着水体富营养化越来越严重，特别是城市黑臭河流广泛出现，硝态氮、总氮已经纳入了排污和水体控制指标，并且各地都制定了越来越严格的氮素控制标准。

硝化-异养反硝化一直是废水脱氮的主流工艺技术，是通过好氧过程使水中的有机氮、氨氮转化为硝酸盐氮，再把污水回流到缺氧池利用污水中的有机物为电子供体通过异养反硝化微生物把硝酸盐氮转化为氮气。异养反硝化脱氮技术要达到越来越严格的排水总氮水质标准也遇到一些障碍：其一，需要很高的回流比才能使总氮达到排放标准，导致水处理能耗过大、不经济；其二，由于废水在化粪池、排水管路中滞留时间长，存在微生物对有机物降解过程，已经消耗了部分碳源，导致进入污水处理厂的废水中碳源不足，碳氮比过低，不能满足异养反硝化对有机碳的需求；其三，在碳源不足的情况下，目前普遍在二级沉淀池之后增加厌氧生物滤池，投加有机碳依靠异养反硝化菌脱氮，但是投加醋酸钠这类药剂导致脱氮成本过高，而且投加量控制不到位，又导致出水COD过高发生二次污染的问题。

为了弥补异养脱氮的不足、适应水处理深度脱氮的需求，近年来硫自养反硝化技术作为一种具有代表性的自养反硝化技术得到迅速发展。硫自养反硝化是脱氮硫杆菌这类兼性厌氧微生物利用无机碳为碳源完成合成代谢的同时，以硫及还原性硫化合物(硫代硫酸盐、亚硫酸盐、硫化物)为电子供体把硝酸盐还原为氮气，其中硫磺作为电子供体脱氮是发展的主流方向。硫自养反硝化技术因无需外加碳源受到国内外学者的广泛关注，其具有硫磺资源丰富廉价、产泥量少、处理费用低等优点，是目前脱氮领域研究的热点。以硫磺作为电子供体自养反硝化脱氮过程中会产生水的酸化，通常把石灰石等碳酸盐作为体系pH稳定的介质。现有硫-石灰石自养反硝化系统，是将石灰石与单质硫颗粒按一定比例混合后作为填料，装入反应滤柱中进行污水处理，石灰石在处理过程中不断溶解，从而缓冲pH的降低。例如：专利CN201910887769.2，一种基于硫自养反硝化的生物滞留池填料，即是把硫磺颗粒与碳酸盐矿物石英砂或者碎石按照比例混合装填到滤池进行自养微生物脱氮。专利CN202110289081.1，一种基于硫自养反硝化的脱氮材料、制备方法与应用，把硫磺(35～65％)、碳酸盐粉料(25～50％)、缓释磷材料(5～15％)、发泡剂(0.5～5％)在115～180℃下加热熔融、混合均匀、成型、冷却成型得到所述脱氮材料。专利CN202010863127.1，一种新型脱氮除磷硫基复合材料及其制备方法，是把富含硫磺溶液、煅烧白云石、石膏粉以及菱铁矿粉混合后加工获得。专利CN201910332916.X，一种钙/镁碳酸盐粉体材料改性硫磺轻质材料的制备及其应用方法，将硫磺和钙/镁碳酸盐粉体混合后在高温条件下熔融，而后在搅拌条件下对熔融混合物进行发泡，再将熔融混合物冷却成型，得到轻质材料。目前的硫磺基脱氮材料都只考虑了自养微生物脱氮过程中氧化硫磺产酸如何中和的问题，从而在硫磺颗粒使用以及用硫磺制备的复合材料中添加一定比例的碳酸盐矿物，中和硫磺氧化产酸实现体系的pH稳定在微生物可以接受的范围。目前的硫自养脱氮材料存在如下突出问题：