【技術實現步驟摘要】
本申請涉及含氮廢水治理領域，更具體涉及一種含生物錳氧化物活性污泥、其制備方法和應用以及含氮廢水的處理方法。
技術介紹
1、由于人類活動的干擾，例如化肥的濫用、工業廢水的排放等，氮元素在水體中超載。飲用水中過量的無機氮對人類和牲畜有害，導致水體富營養化，加速河流和湖泊的退化，減少可飲用的淡水資源。對于水體中無機氮的去除，生物法具有成本低廉且環境友好的優點。傳統的生物法包括硝化和反硝化，它們分別需要o2和外加有機碳源，這意味著需要較多的能源消耗。剩余污泥的過量產生和溫室氣體的排放也是傳統生物法處理含氨廢水面臨的巨大挑戰。
2、近十年的研究揭示了氨轉化微生物的多樣性，這對于克服上述傳統生物法缺點具有重要意義。厭氧氨氧化因其具有不需要額外添加o2和碳源，剩余污泥產量低，且無溫室氣體排放等優點，得到廣泛的研究。然而，對環境條件的高敏感性限制了厭氧氨氧化的大規模應用。迄今為止，過渡金屬氧化還原介導的厭氧氮轉化(mrmnt)已被提出，旨在替代厭氧氨氧化。
3、mrmnt可以定義為兩個步驟的組合，i)過渡金屬氧化物還原與氨氧化結合，其中氨轉化為硝酸鹽或亞硝酸鹽(mnammox)，ⅱ)低價過渡金屬氧化耦合硝酸鹽/亞硝酸鹽還原為氮氣(ndmo)。過渡金屬氧化物，主要是mnox(錳氧化物)和feox(鐵氧化物)，是厭氧環境下氨的潛在氧化劑。由于一般氧化劑的氧化電位順序是o2﹥no3-﹥mnox﹥feox，mnox比feox更具有將氨轉換為n2，no2-和no3-(mnammox)的優勢。此外，低價鐵具有過度還原硝酸鹽/亞硝酸鹽
4、因此本領域的技術人員致力于研究出一種成本低廉、環境友好、生產工藝簡單、脫氮效率高、污染物去除徹底的基于錳的脫氮物質。
技術實現思路
1、在mnox介導的厭氧氮轉化過程中，由于天然mnox通常以不溶性固相礦物的形式存在，這導致mnox與微生物之間的接觸面積有限，從而限制了反應速率。為了提高mnox的溶解度及反應活性，采用一些分子或離子進行螯合是必要的，以增大mnox與微生物的接觸面積，從而提升反應效率。腐殖酸(humic?acid，ha)作為一種天然存在的有機分子(naturalorganic?matter，nom)，因其豐富的官能團結構，廣泛應用于電子穿梭和金屬螯合等領域。本申請采用ha作為螯合劑，制備了錳-腐殖酸螯合物(manganese-humic?acid?complex，mn-ha)。該選擇的合理性在于腐殖酸ha不僅能夠有效螯合mnox，顯著提高其溶解性和反應活性，而且由于其豐富的官能團結構，能夠增強mnox與微生物之間的電子轉移過程。這些特性使得mn-ha能夠更高效地促進厭氧氮的轉化反應。此外，錳-腐殖酸螯合錳(mn-ha)的形成還具有重要的環境優勢，其既可以降低錳的遷移性，又能夠減少錳的毒性，從而減少其對生態系統的潛在威脅。這些特性使得mn-ha在厭氧氮轉化過程中具有更加穩定和高效的表現。
2、第一方面，本申請提供了一種含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，包括：
3、s1、將活性污泥接種到氨氮溶液中；
4、s2、向步驟s1中加入錳-腐殖酸螯合物mn-ha進行培養，得到所述含生物錳氧化物活性污泥；
5、其中，錳-腐殖酸螯合物mn-ha：活性污泥：氨氮溶液的質量比為20-50：450-550：180-220。
6、優選地，所述氨氮溶液中，溶解氧<0.5mg/l，氨態氮nh4+-n的濃度為30-60mg/l。
7、優選地，步驟s2中的培養條件為：黑暗條件下在25-35℃密封培養1-12個月。
8、優選地，所述錳-腐殖酸螯合物mn-ha通過以下方法制備：
9、s21、將腐殖酸ha加入到四水合氯化錳溶液中得到混合溶液，其中四水合氯化錳：蒸餾水：腐殖酸ha的質量配比為350-450:1000:40-60；
10、s22、調節步驟s21中混合溶液的ph至6-8，攪拌并離心過濾得到沉淀物；
11、s23、將步驟s22得到的沉淀物經清洗、烘干、研磨和過篩得到所述錳-腐殖酸螯合物mn-ha。
12、優選地，步驟s23具體為：將步驟s22得到的沉淀物使用蒸餾水沖洗并離心過濾，在50-60℃條件下烘干后進行研磨，并通過10-200目篩子篩分。
13、第二方面，本申請提供了一種含生物錳氧化物活性污泥，所述含生物錳氧化物活性污泥通過如上制備方法制得。
14、第三方面，本申請提供了含生物錳氧化物活性污泥在處理含氮廢水中的應用。
15、第四方面，本申請提供一種含氮廢水的處理方法，包括：
16、將含氮廢水通入上述制備方法制得的或者上述含生物錳氧化物活性污泥中，其中含氮廢水與含生物錳氧化物活性污泥的質量比為4-100：1。
17、優選地，所述含氮廢水中的無機氮為氨氮、硝氮或氨氮和硝氮的混合物。
18、其中，當含氮廢水中的無機氮為氨氮和硝氮的混合物時，若氨氮與硝氮的摩爾濃度比小于5:3，則添加低價錳物質以實現氨氮與硝氮的摩爾濃度為5:3；若氨氮與硝氮的摩爾濃度比大于5:3，則添加高價錳物質以實現氨氮與硝氮的摩爾濃度為5:3。
19、優選地，所述含氮廢水的處理方法采用連續或間歇進水的方式，水力停留時間≥6h。
20、本申請的技術方案實現了以下技術效果：
21、1、本申請利用腐殖酸ha同時具有吸收電子和供應電子的氧化(含醌基團)還原(含酚基團)能力，采用其作為螯合劑，制備了錳-腐殖酸螯合物mn-ha，通過錳-腐殖酸螯合物mn-ha在活性污泥中進行培養生成生物錳氧化物biomnox。在處理含氮廢水時生物錳氧化物biomnox在微生物作用下，不但能夠氧化nh4+-n生成no3--n和no2--n，而且還原得到的低價錳又能在微生物作用下將no3--n和no2--n還原為n2，實現了氮的徹底去除。
22、2、腐殖酸ha有大量的官能團，對錳進行螯合制得的錳-腐殖酸螯合物mn-ha可以大大降低單純錳氧化物對微生物的毒害作用(甚至會直接殺死微生物)，從而減少對生態系統的潛在威脅。
23、3、本申請的含氮廢水處理方法不需要額外添加o2和碳源，剩余污泥產量低且無溫室氣體排放。
24、以下將結合附圖對本申請的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本申請的目的、特征和效果。
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1.一種含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于，所述氨氮溶液中，溶解氧<0.5mg/L，氨態氮NH4＋-N的濃度為30-60mg/L。
3.如權利要求1所述的含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于，步驟S2中的培養條件為：黑暗條件下在25-35℃密封培養1-12個月。
4.如權利要求1所述的含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于，所述錳-腐殖酸螯合物通過以下方法制備：
5.如權利要求4所述的含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于：步驟S23具體為：將步驟S22得到的沉淀物使用蒸餾水沖洗并離心抽濾，在50-60℃條件下烘干后進行研磨，并通過10-200目篩子篩分。
6.一種含生物錳氧化物活性污泥，其特征在于，所述含生物錳氧化物活性污泥通過如權利要求1-5中任一項的制備方法制得。
7.一種如權利要求6所述的含生物錳氧化物活性污泥在處理含氮廢水中的應用。
8.一種含氮廢水的處理方法，其特征在于，包括
9.如權利要求8所述的含氮廢水的處理方法，其特征在于，所述含氮廢水中的無機氮為氨氮、硝氮或氨氮和硝氮的混合物；
10.如權利要求8所述的含氮廢水的處理方法，其特征在于，所述含氮廢水的處理方法采用連續或間歇進水的方式，水力停留時間≥6h。
...【技術特征摘要】
1.一種含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于，所述氨氮溶液中，溶解氧<0.5mg/l，氨態氮nh4＋-n的濃度為30-60mg/l。
3.如權利要求1所述的含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于，步驟s2中的培養條件為：黑暗條件下在25-35℃密封培養1-12個月。
4.如權利要求1所述的含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于，所述錳-腐殖酸螯合物通過以下方法制備：
5.如權利要求4所述的含生物錳氧化物活性污泥的制備方法，其特征在于：步驟s23具體為：將步驟s22得到的沉淀物...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋新山，劉瑩瑩，徐勇，張志蘭，慕凌云，王宇暉，曹新，黃威，許中碩，王蘇艷，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：
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