CN110921812A - 一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法 - Google Patents

一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110921812A
CN110921812A CN201911319755.7A CN201911319755A CN110921812A CN 110921812 A CN110921812 A CN 110921812A CN 201911319755 A CN201911319755 A CN 201911319755A CN 110921812 A CN110921812 A CN 110921812A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
electrochemical reactor
phosphorus
domestic sewage
algae
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911319755.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李媛
孙捷
刘崇
李晖斌
王英
唐佳佳
成厚城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jia Jing Environmental Protection Science And Technology Co Ltd Is Initiated In Suzhou
Original Assignee
Jia Jing Environmental Protection Science And Technology Co Ltd Is Initiated In Suzhou
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jia Jing Environmental Protection Science And Technology Co Ltd Is Initiated In Suzhou filed Critical Jia Jing Environmental Protection Science And Technology Co Ltd Is Initiated In Suzhou
Priority to CN201911319755.7A priority Critical patent/CN110921812A/zh
Publication of CN110921812A publication Critical patent/CN110921812A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/005—Combined electrochemical biological processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/32—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the animals or plants used, e.g. algae
    • C02F3/322—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the animals or plants used, e.g. algae use of algae
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/345—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used for biological oxidation or reduction of sulfur compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C02F2101/22—Chromium or chromium compounds, e.g. chromates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10—Photocatalysts

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，属于污水处理技术领域。它包括以下步骤：(1)在微生物电化学反应器的阴阳极反应柱上添加光催化剂，光催化剂在自然光线下能够将生活污水中有机物降解为CO2和H2O；(2)微生物电化学反应器的阳极放置自养反硝化菌，阴极放置藻类；(3)向微生物电化学反应器中注入生活污水，对生活污水进行净化处理。将光催化氧化技术与藻类同步脱氮除磷结合，在实现光催化反应的同时，将光源用于藻类的光合作用，实现氮磷的有机转化，达到从污水中去除的目的。

Description

一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法
技术领域
本发明涉及一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
虽然近几年我国村镇生活污水处理行业发展迅速，但仍面临许多问题，主要有以下4点：
(1)厂站数量多、分散性强、选址难；
(2)水质水量差异大；
(3)标准不明确、不健全；
(4)部分处理设施运行效果不佳，水质难以达标。
对于分散式生活污水处理设备来说，COD、氨氮处理达标可以通过强化曝气来去除，然而过高的溶解氧，会造成出水硝态氮含量过高，进一步对人类健康和环境带来风险。过高的硝酸盐会诱发相邻地表水体的富营养化，藻类在活动过程中会产生毒素和减少水体的溶解氧含量，从而影响该区域的生物多样性。
由于村镇生活污水接管水质大多为居民厕所用水，存在C/N比低问题，这对于总氮去除带来很大影响。传统的除氮方法是先进行生物硝化处理后再进行异养反硝化，需外加有机物如甲醇、乙醇、醋酸钠等，这样做不仅增加了有机物的投入，还会使***中产生更多的污泥，增加了运行和处理的成本，并且有引入新污染的可能。
因而，设计采用光电催化氧化技术，耦合自养反硝化微生物电化学反应器对一体化污水处理设备中的TN进行深度有效去除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，它解决了传统的除氮方法，先进行生物硝化处理后再进行异养反硝化，需外加有机物如甲醇、乙醇、醋酸钠等，这样做不仅增加了有机物的投入，还会使***中产生更多的污泥，增加了运行和处理的成本，并且可能会引入新污染的问题。
本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，它包括以下步骤：
(1)在微生物电化学反应器的阴阳极反应柱上添加光催化剂，光催化剂在自然光线下能够将生活污水中有机物降解为CO2和H2O；
(2)微生物电化学反应器的阳极放置自养反硝化菌，利用光催化反应提高自养反硝化菌转化速率，并为微生物电化学反应器阴极提供氢离子，阴极放置藻类，一方面利用阳极提供的氢离子，另一方面利用光照进行光合作用，将生活污水中的N、P等营养物质合成复杂的有机质，从而降低水体中氮磷含量；
(3)向微生物电化学反应器中注入生活污水，对生活污水进行净化处理。
作为优选实例，所述光催化剂采用TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3中任意一种。
作为优选实例，所述自养反硝化菌采用脱氮硫杆菌。
作为优选实例，所述藻类采用小球藻。
a.光催化技术
光化学及光催化氧化法是目前研究较多的一项高级氧化技术。所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光催化氧化反应是以半导体及空气为催化剂(如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3等)，以光为能量，将有机物降解为CO2和H2O。含酚废水、农药废水、表面活性剂、氯代物、高聚物、含油废水等都可以被光催化氧化降解。
b.自养反硝化菌
脱氮硫杆菌是一种专性自养和兼性厌氧型细菌。在好氧条件下能将单质硫和硫化物氧化为硫酸盐。在厌氧条件下，利用硝酸盐作为电子受体进行自养反硝化。在硫自养反硝化过程中，脱氮硫杆菌可以利用还原态物质，如硫化物、硫代硫酸盐或单质硫作为电子供体，还原硝酸盐为氮气，实现反硝化过程。
硫自养反硝化工艺早先用于受硝酸盐污染的地下水生物反硝化。近年来其应用范围不断扩大，开始逐渐用于垃圾渗滤液、河岸渗滤液、闭合循环养殖***废水等低C/N比的特殊污染水体。
尽管利用脱氮硫杆菌硫自养反硝化工艺目前在大规模应用方面技术上还存在一些不足，仍有待解决，但该技术拥有易操作、免维护、无二次污染、效率较高和能耗较低等优点而获得国内外研究者越来越多的关注。
c.藻类同步脱氮除磷
近年来，水产养殖规模不断扩大，富含N、P的养殖污水排放造成了严重的环境污染。因此，如何实现养殖污水有效净化和废N、P的资源化利用，是水产养殖业进一步发展面临的重要课题。已有研究表明，藻类能有效去除养殖污水中的氮磷，同时收获的藻类可作为鱼类饵料、食品原料或生物质原料制备生物能源。
小球藻分别广泛，易于培养，对富含氮磷的污水具有明显的净化效果。有研究者比较了多种藻类的净水效果，认为小球藻是去除N、P的优势藻种之一。净水后收获的小球藻不仅是鱼、虾、贝类等幼体的优质饵料，亦是提取蛋白质、多糖、不饱和脂肪酸等物质和制备生物能源的重要物质。
d.微生物电化学反应器
微生物电化学反应器，是拥有阴阳极反应柱的一体化污水处理设备，即在现有的一体化污水处理反应器中增加阴阳极反应柱。在微生物电化学***(microbialelectrochemical system,MES)中，电极菌群能够在降解环境污染物的同时将电子导出形成电流，实现污染物的化学能向电能的直接转化。或者在外加电源的辅助下进一步将生物电子储存在质子、二氧化碳等受体物质中，产出更高附加值的氢气和化工产品。
生物阴极MES技术是指阴极微生物通过自身的代谢作用，利用从阳极传递来的电子和质子，与最终的电子受体相结合，完成最终反应并获得能量，实现自身的生长和繁殖的过程。脱氮是生物阴极组重要的功能之一。现有的50L的生物阴极MES反应器，实现了同步脱氮和电能回收，通过对外电路的调控，总氮的脱除效率可以达到84％。此外，生物阴极MES反应器还可以实现硝基苯、对硝基苯酚的高效降解以及重金属钒、汞、铜、铬等的高效回收。
本发明的有益效果是：
(1)将光催化氧化技术与藻类同步脱氮除磷结合，在实现光催化反应的同时，将光源用于藻类的光合作用，实现氮磷的有机转化，达到从污水中去除的目的；
(2)光催化氧化技术提高催化剂催化效率，采用光催化-局域表面等离子共振技术有效加速污水中氮磷转化率；
(3)将光电催化-微生物燃料电池技术首次应用在生活污水深度处理中，构建脱氮硫杆菌与小球藻互生的微生物电化学反应器，弥补村镇生活污水COD低的不足，并强化总氮的去除。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，它包括以下步骤：
(1)在微生物电化学反应器的阴阳极反应柱上添加光催化剂，光催化剂在自然光线下能够将生活污水中有机物降解为CO2和H2O；
(2)微生物电化学反应器的阳极放置自养反硝化菌，利用光催化反应提高自养反硝化菌转化速率，并为微生物电化学反应器阴极提供氢离子，阴极放置藻类，一方面利用阳极提供的氢离子，另一方面利用光照进行光合作用，将生活污水中的N、P等营养物质合成复杂的有机质，从而降低水体中氮磷含量；
(3)向微生物电化学反应器中注入生活污水，对生活污水进行净化处理。
实施例
光催化剂采用TiO2，自养反硝化菌采用脱氮硫杆菌；藻类采用小球藻。
将光合作用、催化反应与微生物电化学技术相耦合，阳极采用自养发硝化菌(脱氮硫杆菌)实现反硝化并提供氢离子，阴极采用藻类(小球藻)，利用光合作用实现同步脱氮除磷。
将光催化氧化技术与藻类同步脱氮除磷结合，在实现光催化反应的同时，将光源用于藻类的光合作用，实现氮磷的有机转化，达到从污水中去除的目的；光催化氧化技术提高催化剂催化效率，采用光催化-局域表面等离子共振技术有效加速污水中氮磷转化率；将光电催化-微生物燃料电池技术首次应用在生活污水深度处理中，构建脱氮硫杆菌与小球藻互生的微生物电化学反应器，弥补村镇生活污水COD低的不足，并强化总氮的去除
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)在微生物电化学反应器的阴阳极反应柱上添加光催化剂，光催化剂在自然光线下能够将生活污水中有机物降解为CO2和H2O；
(2)微生物电化学反应器的阳极放置自养反硝化菌，利用光催化反应提高自养反硝化菌转化速率，并为微生物电化学反应器阴极提供氢离子，阴极放置藻类，一方面利用阳极提供的氢离子，另一方面利用光照进行光合作用，将生活污水中的N、P等营养物质合成复杂的有机质，从而降低水体中氮磷含量；
(3)向微生物电化学反应器中注入生活污水，对生活污水进行净化处理。
2.根据权利要求1所述一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，其特征在于，所述光催化剂采用TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3中任意一种。
3.根据权利要求1所述一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，其特征在于，所述自养反硝化菌采用脱氮硫杆菌。
4.根据权利要求1所述一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，其特征在于，所述藻类采用小球藻。
CN201911319755.7A 2019-12-19 2019-12-19 一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法 Pending CN110921812A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911319755.7A CN110921812A (zh) 2019-12-19 2019-12-19 一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911319755.7A CN110921812A (zh) 2019-12-19 2019-12-19 一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110921812A true CN110921812A (zh) 2020-03-27

Family

ID=69863345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911319755.7A Pending CN110921812A (zh) 2019-12-19 2019-12-19 一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110921812A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113387430A (zh) * 2021-07-12 2021-09-14 国润(广东)生物科技有限公司 一种利用微生物燃料电池连续供能处理有机废水装置和方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101624226A (zh) * 2008-07-11 2010-01-13 中国科学院生态环境研究中心 催化电化学生物氢自养反硝化去除硝酸盐的方法和反应器
CN102295968A (zh) * 2011-07-06 2011-12-28 中国科学院广州能源研究所 一种生物燃气中二氧化碳高值利用方法
CN103159331A (zh) * 2013-04-10 2013-06-19 重庆大学 光催化协同微生物燃料电池技术处理污水同时发电的方法及装置
CN104671589A (zh) * 2015-01-23 2015-06-03 浙江工商大学 一种基于光电催化-自养生物膜的废水脱氮处理方法
CN105047948A (zh) * 2015-08-19 2015-11-11 浙江大学 一种光催化燃料电池
KR20170059754A (ko) * 2015-11-23 2017-05-31 한국해양과학기술원 미생물 연료전지 및 미생물 연료전지 조립체
CN107892380A (zh) * 2017-10-18 2018-04-10 浙江工商大学 一种消除地下水中硝酸盐的装置及方法
CN110240367A (zh) * 2019-07-19 2019-09-17 河北大学 一种碳氮磷同步高效去除的污水处理***及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101624226A (zh) * 2008-07-11 2010-01-13 中国科学院生态环境研究中心 催化电化学生物氢自养反硝化去除硝酸盐的方法和反应器
CN102295968A (zh) * 2011-07-06 2011-12-28 中国科学院广州能源研究所 一种生物燃气中二氧化碳高值利用方法
CN103159331A (zh) * 2013-04-10 2013-06-19 重庆大学 光催化协同微生物燃料电池技术处理污水同时发电的方法及装置
CN104671589A (zh) * 2015-01-23 2015-06-03 浙江工商大学 一种基于光电催化-自养生物膜的废水脱氮处理方法
CN105047948A (zh) * 2015-08-19 2015-11-11 浙江大学 一种光催化燃料电池
KR20170059754A (ko) * 2015-11-23 2017-05-31 한국해양과학기술원 미생물 연료전지 및 미생물 연료전지 조립체
CN107892380A (zh) * 2017-10-18 2018-04-10 浙江工商大学 一种消除地下水中硝酸盐的装置及方法
CN110240367A (zh) * 2019-07-19 2019-09-17 河北大学 一种碳氮磷同步高效去除的污水处理***及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐蕾: "《负载型多酸光催化材料及应用》", 31 March 2015, 东北师范大学出版社 *
王玉堂: "《有益微生物制剂及其在水产养殖中的应用》", 30 September 2018, 海洋出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113387430A (zh) * 2021-07-12 2021-09-14 国润(广东)生物科技有限公司 一种利用微生物燃料电池连续供能处理有机废水装置和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiang et al. New progress of ammonia recovery during ammonia nitrogen removal from various wastewaters
Sun et al. Effective biological nitrogen removal treatment processes for domestic wastewaters with low C/N ratios: a review
Van Lier et al. New perspectives in anaerobic digestion
CN101269901B (zh) 污水治理循环利用综合处理方法
CN101428938B (zh) 垃圾渗滤液处理方法
CN102642987B (zh) 一种处理高浓度污水的方法
CN103145240B (zh) 高浓度有机废水厌氧生物处理同步产电方法及装置
Jiaqi et al. Successful bio-electrochemical treatment of nitrogenous mariculture wastewater by enhancing nitrogen removal via synergy of algae and cathodic photo-electro-catalysis
AU2020103245A4 (en) A device for enhancing denitrification by combining a horizontal subsurface flow with a vertical flow CW-MFC system in series and an operation method thereof
CN108128899A (zh) 一种用于处理难降解焦化废水的egsb-mfc耦合***及其降解方法
CN103359876A (zh) 二甲基乙酰胺废水无害化处理方法
CN108821498B (zh) 一种利用仿生学方法处理黑臭水体的方法
Tang et al. Role of extracellular polymeric substances and enhanced performance for biological removal of carbonaceous organic matters and ammonia from wastewater with high salinity and low nutrient concentrations
CN203346230U (zh) 一种垃圾渗滤液处理装置
CN100575282C (zh) 垃圾渗滤液处理技术
CN110668556B (zh) 一种可见光催化耦合生物电化学湿地***及其应用
CN109680012A (zh) 一种增强剩余污泥厌氧发酵产生氢气的方法
CN102503033A (zh) 循环厌氧序批式生物膜人工湿地兼性塘处理养猪废水工艺
CN208008545U (zh) 一种处理难降解焦化废水的egsb-mfc耦合***
Dhara et al. Biological approach for energy self-sufficiency of municipal wastewater treatment plants
CN102674618B (zh) 一种生物膜生物强化焦化废水高效处理方法
CN100417604C (zh) 硝基苯废水或苯胺废水或其混合废水的全生化处理方法
CN110921812A (zh) 一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法
CN103570136A (zh) 一种生物浓缩去除水体污染物、产生能源的方法
CN102515438B (zh) 一种垃圾渗滤液处理工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200327