申请日2018.08.09
公开(公告)日2018.12.25
IPC分类号C02F3/28; C02F101/20
摘要
本发明提供了厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，所述方法为：采用上流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，以含有NH4+‑N和NO2‑‑N的模拟废水为进水，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为7.80±0.19、水力停留时间为0.96 h的条件下运行，通过控制NiO NPs负荷和进水基质浓度，分三个阶段运行，分别为启动阶段，暴露阶段和恢复阶段。本发明不仅提供了一种耐受NiO NPs的污泥驯化方法，还提供了一种反应器处理含NiO NPs废水的性能恢复策略。
权利要求书
1.厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
1)采用上流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，以含NH4 + -N、NO2- -N 的模拟废水为进水，并加入维持微生物生长的无机盐缓冲液和微量元素I、微量元素II;
2)反应器采用连续流方式运行，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为7.75～7.85、水力停留时间为0.8～1.0h的条件下稳定运行;
3)通过反应器出水NO2--N浓度和(基质/污泥浓度)/活性((F/M)/SAA)比值来控制进水中基质和NiO NPs的终浓度，分三个阶段运行：第一个阶段，所述的反应器的进水中NiO NPs的终浓度为0 mg L-1;第二阶段，反应器采用逐渐增加NiO NPs负荷，且NiO NPs浓度增加幅度为前一阶段的2~2.5倍，每次调整NiO NPs浓度后运行15~30 d;第三阶段，当出水NO2--N浓度达到100 mg L-1以上，且((F/M)/SAA)比值大于100 %时，终止加入NiO NPs，且进水基质浓度降至70 mg L-1;然后，当出水NO2--N浓度降至10 mg L-1以下时，进水基质浓度以70 mg L-1幅度增加。
2.如权利要求1所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的模拟废水中NH4 + -N浓度为70~280 mg·L-1，NO2 - -N浓度为70~280 mg·L-1，溶剂为去离子水。
3.如权利要求1或2所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的模拟废水中NH4 + -N和NO2 - -N的物质的量比为1:1。
4.如权利要求1所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的无机盐缓冲液在模拟废水中的终浓度组成如下：KH2PO4 10 mg·L-1，CaCl2·2H2O5.6 mg·L-1，MgSO4·7H2O 300 mg·L-1，KHCO3 1250 mg·L-1，所述的微量元素I在模拟废水中的终浓度组成如下：EDTA 5 g·L-1，FeSO4·7H2O 9.14 g·L-1;所述的微量元素II在模拟废水中的终浓度组成如下：EDTA 15 g·L-1，ZnSO4·7H2O 0.43 g·L-1，CoCl2·6H2O 0.24g·L-1，MnCl2·4H2O 0.99 g·L-1，CuSO4·5H2O 0.25 g·L-1，NaMoO4·2H2O 0.22 g·L-1，NiCl2·6H2O 0.21 g·L-1，H3BO4 0.014 g·L-1。
5.如权利要求1所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的NiO NPs取自NiO NPs储备悬浮液，所述的NiO NPs储备悬浮液的制备步骤如下：向含有十二烷基苯磺酸钠的蒸馏水中加入NiO NPs制备浓度为0~60 mg·L-1的纳米颗粒储备悬浮液，然后超声1 h，超声条件为：25℃，40 kHz，250 W。
6.如权利要求1所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的接种厌氧氨氧化颗粒污泥的活性为240~250 g TN·g-1VSS·d-1，((F/M)/SAA)比值为64.9 %;氮去除率为90.0~93.5 %。
7.如权利要求1所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于具体为：
1)采用上流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，以含NH4 + -N、NO2- -N 的模拟废水为进水，并加入维持微生物生长的无机盐缓冲液和微量元素I、微量元素II;
2)反应器采用连续流方式运行，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为7.75～7.85、水力停留时间为0 .8～1 .0h的条件下稳定运行;
3)第一阶段：进水中NH4+-N和NO2--N终浓度均为280 mg·L-1，NiO NPs终浓度为0 mg·L-1，运行30 d，出水NO2--N浓度，氮去除率和((F/M)/SAA)比值分别为5.5~17.5 mg L-1，89.5%~95.5 %和65.2 %;第二阶段：进水NH4+-N和NO2--N终浓度均为280 mg·L-1，NiO NPs终浓度为2 mg·L-1，运行15 d，继续增加进水NiO NPs浓度至5 mg·L-1培养15 d后再增加进水NiONPs浓度至10 mg·L-1继续运行30 d;紧接着增加进水中NiO NPs终浓度为30 mg·L-1运行30 d;再次调整进水中NiO NPs浓度为60 mg·L-1，运行20 d后反应器出水NO2--N浓度，氮去除率和((F/M)/SAA)比值分别为181.3 mg L-1，35.7 %和132.7 %，进水中停止添加NiO NPs;第三阶段：进水中不在添加NiO NPs，且NH4+-N和NO2--N终浓度降至为70 mg·L-1，当出水NO2--N浓度降至10 mg·L-1时，进水基质浓度以70 mg L-1幅度增加，直至进水基质浓度恢复至280 mg·L-1，且出水NO2--N浓度低至10 mg·L-1和((F/M)/SAA)比值接近于启动阶段，则完成恢复阶段，并停止反应器运行，如此逐步增加NiO NPs负荷和调控进水基质浓度来实现厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水。
说明书
厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法
技术领域
本发明废水处理技术领域，具体涉及厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法。
背景技术
由于纳米材料独特的物理化学性质，大多数纳米金属颗粒已广泛用于各种工业产品中，例如电化学装置，化妆品，食品添加剂，催化剂和生物医学系统等。然而，纳米颗粒在制造，运输，消费和处置过程中不可避免地释放到水生或陆地环境中，它们的潜在风险无疑给环境带来了严峻的挑战。
其中，纳米氧化镍(NiO NPs)因高电容特性，已被广泛应用于发光二极管，锂离子电池和电致变色薄膜等。近年来，NiO NPs对人体组织，水生动物和陆生动物以及微生物的潜在毒性也引起了对生产和应用领域快速增长的广泛关注。由于释放的NiO NPs最终可以排入污水管道，然后排入污水处理厂。厌氧氨氧化作为一种新型高效生物脱氮工艺，已经成功应用于处理多种废水。因此，若能开发新的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行策略，则可为新型脱氮技术的应用提供基础数据和技术支撑，也可为含纳米废水的有效治理提供一种思路。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法的技术方案。该方法通过调控进水基质浓度和NiO NPs的浓度来增加厌氧氨氧化工艺对NiO NPs的耐受性，进而提高厌氧氨氧化反应器处理含NiO NPs废水的去除效率和稳定性，实现厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水。
所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
1)采用上流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，以含NH4 + -N、NO2- -N 的模拟废水为进水，并加入维持微生物生长的无机盐缓冲液和微量元素I、微量元素II;
2)反应器采用连续流方式运行，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为7.75～7.85、水力停留时间为0 .8～1 .0h的条件下稳定运行;
3)通过反应器出水NO2--N浓度和(基质/污泥浓度)/活性((F/M)/SAA)比值来控制进水中基质和NiO NPs的终浓度，分三个阶段运行：第一个阶段，所述的反应器的进水中NiO NPs的终浓度为0 mg L-1;第二阶段，反应器采用逐渐增加NiO NPs负荷，且NiO NPs浓度增加幅度为前一阶段的2~2.5倍，每次调整NiO NPs浓度后运行15~30 d;第三阶段，当出水NO2--N浓度达到100 mg L-1以上，且((F/M)/SAA)比值大于100 %时，终止加入NiO NPs，且进水基质浓度降至70 mg L-1;然后，当出水NO2--N浓度降至10 mg L-1以下时，进水基质浓度以70 mg L-1幅度增加。
所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的模拟废水中NH4 + -N浓度为70~280 mg·L-1，NO2 - -N浓度为70~280 mg·L-1，溶剂为去离子水。
所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的模拟废水中NH4 + -N和NO2 - -N的物质的量比为1:1。
所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的无机盐缓冲液在模拟废水中的终浓度组成如下：KH2PO4 10 mg·L-1，CaCl2·2H2O 5.6 mg·L-1，MgSO4·7H2O 300 mg·L-1，KHCO3 1250 mg·L-1，所述的微量元素I在模拟废水中的终浓度组成如下：EDTA 5 g·L-1，FeSO4·7H2O 9.14 g·L-1;所述的微量元素II在模拟废水中的终浓度组成如下：EDTA 15 g·L-1，ZnSO4·7H2O 0.43 g·L-1，CoCl2·6H2O 0.24 g·L-1，MnCl2·4H2O 0.99 g·L-1，CuSO4·5H2O 0.25 g·L-1，NaMoO4·2H2O 0.22 g·L-1，NiCl2·6H2O 0.21 g·L-1，H3BO4 0.014 g·L-1。
所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的NiO NPs取自NiO NPs储备悬浮液，所述的NiO NPs储备悬浮液的制备步骤如下：向含有十二烷基苯磺酸钠的蒸馏水中加入NiO NPs制备浓度为0~60 mg·L-1的纳米颗粒储备悬浮液，然后超声1 h，超声条件为：25℃，40 kHz，250 W。
所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于所述的接种厌氧氨氧化颗粒污泥的活性为240~250 g TN·g-1VSS·d-1，((F/M)/SAA)比值为64.9 %;氮去除率为90.0~93.5 %。
所述的厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水的运行方法，其特征在于具体为：
1)采用上流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，以含NH4 + -N、NO2- -N 的模拟废水为进水，并加入维持微生物生长的无机盐缓冲液和微量元素I、微量元素II;
2)反应器采用连续流方式运行，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为7.75～7.85、水力停留时间为0 .8～1 .0h的条件下稳定运行;
3)第一阶段：进水中NH4+-N和NO2--N终浓度均为280 mg·L-1，NiO NPs终浓度为0 mg·L-1，运行30 d，出水NO2--N浓度，氮去除率和((F/M)/SAA)比值分别为5.5~17.5 mg L-1，89.5%~95.5 %和65.2 %;第二阶段：进水NH4+-N和NO2--N终浓度均为280 mg·L-1，NiO NPs终浓度为2 mg·L-1，运行15 d，继续增加进水NiO NPs浓度至5 mg·L-1培养15 d后再增加进水NiONPs浓度至10 mg·L-1继续运行30 d;紧接着增加进水中NiO NPs终浓度为30 mg·L-1运行30 d;再次调整进水中NiO NPs浓度为60 mg·L-1，运行20 d后反应器出水NO2--N浓度，氮去除率和((F/M)/SAA)比值分别为181.3 mg L-1，35.7 %和132.7 %，进水中停止添加NiO NPs;第三阶段：进水中不在添加NiO NPs，且NH4+-N和NO2--N终浓度降至为70 mg·L-1，当出水NO2--N浓度降至10 mg·L-1时，进水基质浓度以70 mg L-1幅度增加，直至进水基质浓度恢复至280 mg·L-1，且出水NO2--N浓度低至10 mg·L-1和((F/M)/SAA)比值接近于启动阶段，则完成恢复阶段，并停止反应器运行，如此逐步增加NiO NPs负荷和调控进水基质浓度来实现厌氧氨氧化工艺处理含纳米氧化镍废水。
与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：不仅提供了一种处理含NiO NPs废水的反应器性能提升的策略;由于厌氧氨氧化菌对纳米金属较敏感，当进水NiO NPs浓度为60 mg L-1时，严重影响反应器运行性能，故本发明还加强了反应器抵抗含纳米氧化镍废水不利影响的能力，提供了一种耐受NiO NPs的污泥驯化方法。