本發(fā)明屬于污水處理，具體涉及一種基于反硝化厭氧甲烷氧化過程的硝酸鹽廢水處理及資源化方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化和城市化的進(jìn)程加快，我國含氮污水的排放量和排放濃度也在不斷上升。相較以有機(jī)氮、氨氮為主要氮素污染的生活污水，由鋼鐵、軍工、核燃料、化肥等行業(yè)產(chǎn)生的以硝態(tài)氮為主要氮素污染的工業(yè)污水危害更大，處理難度更高，高濃度硝酸鹽廢水的達(dá)標(biāo)處理已成為上述行業(yè)老大難問題。傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)由硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌共同作用完成，過程中浪費(fèi)了大量有機(jī)碳源。若將這些碳源轉(zhuǎn)移到厭氧消化過程可以產(chǎn)生甲烷，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為能源。但是厭氧消化產(chǎn)生的甲烷中的20-60％往往溶解在出水中，隨著出水釋放到大氣中，使得污水處理廠成為甲烷的重要排放源之一。因此，污水處理廠如何實(shí)現(xiàn)高效脫氮的同時(shí)，減少溫室氣體甲烷釋放到大氣中至關(guān)重要。

2、反硝化厭氧甲烷氧化(denitrifying?anaerobic?methane?oxidation,damo)是新近發(fā)現(xiàn)的生物過程，其將反硝化和厭氧甲烷氧化過程耦聯(lián)，由anme-2d古菌和隸屬于nc10門的細(xì)菌共同催化完成。在這種模式下，厭氧甲烷氧化古菌通過逆甲烷生成途徑氧化甲烷變成二氧化碳，并將產(chǎn)生的電子通過電子傳遞鏈傳遞給硝酸鹽還原酶，將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽由此產(chǎn)生的亞硝酸鹽隨后被亞硝酸鹽還原型甲烷氧化細(xì)菌還原為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)甲烷和硝酸鹽的同步去除。進(jìn)一步地，damo可與厭氧氨氧化(anammox)過程耦合實(shí)現(xiàn)ch4、nh4+、no2-以及no3-的共去除。但是，無論是單獨(dú)的damo過程，還是damo耦合anammox，都只能做到甲烷及氮素污染的去除，并不能將其資源化回收利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于反硝化厭氧甲烷氧化過程的硝酸鹽廢水處理及資源化方法。為實(shí)現(xiàn)高濃度硝酸鹽廢水中硝態(tài)氮的去除并產(chǎn)生可供回收利用的nh4+，同時(shí)減少污水處理廠甲烷的排放提供了解決方案。

2、本發(fā)明的一種基于反硝化厭氧甲烷氧化過程的硝酸鹽廢水處理及資源化方法，所述的方法是按照以下步驟進(jìn)行的：

3、步驟一、培養(yǎng)并富集得到含有反硝化厭氧甲烷氧化古菌(candidatusmethanoperedens?nitroreducens)和反硝化厭氧甲烷氧化細(xì)菌(candidatusmethylomirabilis?oxyfera)的培養(yǎng)物；

4、步驟二、合成水鐵礦；

5、步驟三、將待處理硝酸鹽廢水、甲烷，步驟二合成的水鐵礦以及步驟一中富集得到的培養(yǎng)物添加到反應(yīng)器中，進(jìn)行反硝化厭氧甲烷氧化處理；所述的培養(yǎng)物中不含厭氧氨氧化菌。

6、進(jìn)一步地，步驟一中所述的、富集并培養(yǎng)的方法如下：

7、將農(nóng)田溝渠沉積物、厭氧顆粒污泥及二沉池活性污泥的混合物，置于序批式反應(yīng)器內(nèi)，加入合成培養(yǎng)基，進(jìn)行攪拌混合，調(diào)節(jié)反應(yīng)器ph并維持在7.0～8.0，調(diào)節(jié)反應(yīng)器溫度并維持在31～33℃，調(diào)節(jié)后進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)期間，向反應(yīng)器分批次充入含有95％?ch4和5％co2的混合氣體，維持反應(yīng)器頂空氣體壓強(qiáng)在100～120kpa；通過向反應(yīng)器分批次添加硝酸鹽濃縮液，維持反應(yīng)器內(nèi)硝酸鹽濃度在10～250mg?no3--n·l-1之間；培養(yǎng)期間，采集反應(yīng)器培養(yǎng)物中的生物樣本提取核酸，進(jìn)行測序，直至含有需要富集的反硝化厭氧甲烷氧化古菌(candidatus?methanoperedens?nitroreducens)和反硝化厭氧甲烷氧化細(xì)菌(candidatusmethylomirabilis?oxyfera)，且不含厭氧氨氧化菌，停止培養(yǎng)，得到所需的反硝化厭氧甲烷氧化古菌和細(xì)菌。所述的農(nóng)田溝渠沉積物為水稻田溝渠沉積物。

8、進(jìn)一步地，所述的農(nóng)田溝渠沉積物、厭氧反應(yīng)器顆粒污泥與二沉池活性污泥的體積比為2:1:1。

9、進(jìn)一步地，所述的合成培養(yǎng)基是由濃度為0.07～0.1g·l-l的kh2po4、濃度為0.2～0.4g·l-l的cacl2·2h2o、濃度為0.1～0.2g·l-l的mgcl2·6h2o、濃度為0.4～0.6ml·l-l的酸性微量溶液和濃度為0.1～0.3ml·l-l的堿性微量溶液組成。

10、進(jìn)一步地，所述的測序是通過16s?rrna測序，并對結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析后，得到富集培養(yǎng)物的微生物群落結(jié)構(gòu)，確保培養(yǎng)物中含有所需的反硝化厭氧甲烷氧化古菌(candidatus?methanoperedens?nitroreducens)和反硝化厭氧甲烷氧化細(xì)菌(candidatusmethylomirabilis?oxyfera)，且不含厭氧氨氧化菌。

11、進(jìn)一步地，培養(yǎng)期間，更換新鮮的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，加入新鮮的基礎(chǔ)培養(yǎng)基后，先用高純氮?dú)馄貧?0min，然后通入95％?ch4和5％?co2的混合氣體置換反應(yīng)器頂空氣相中的氮?dú)狻?/p>

12、進(jìn)一步地，所述的合成水鐵礦的步驟如下：

13、1)按照質(zhì)量比1g：15～20ml將koh與去離子水混合后，配制得到koh溶液；

14、2)按照質(zhì)量比1g：24～26ml將fe(oh)3·9h2o與去離子水混合后，得到fe(oh)3溶液；

15、3)將koh溶液與fe(oh)3溶液混合后，調(diào)節(jié)ph至7-8，得混合液；

16、4)在8000rpm離心條件下，離心混合液，然后用去離子水洗滌，重復(fù)5次；

17、5)冷凍干燥洗滌后的離心產(chǎn)物，得到水鐵礦。

18、進(jìn)一步地，所述的待處理硝酸鹽廢水中可以含有氨氮。

19、進(jìn)一步地，所述的甲烷可以來自厭氧消化產(chǎn)生的溶解性甲烷。

20、進(jìn)一步地，所述的反應(yīng)器為egsb或uasb等升流式厭氧反應(yīng)器，投加的水鐵礦位于反應(yīng)器底部，待處理廢水可與水鐵礦充分接觸反應(yīng)。

21、所述的水鐵礦可被fe3+代替，硝酸鹽去除率相同，但是nh4+產(chǎn)量只有添加水鐵礦的一半左右。

22、本發(fā)明包含以下有益效果：

23、本發(fā)明經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)僅以硝酸鹽作為唯一氮源投喂以candidatusmethanoperedens?nitroreducens(damo古菌)和candidatus?methylomirabilis?oxyfera(damo細(xì)菌)為主的富集培養(yǎng)物時(shí)，在添加水鐵礦的條件下，添加的硝酸鹽均被去除且未有亞硝酸鹽積累，但有大量的nh4+產(chǎn)生并積累。這為本發(fā)明提供了一種可行的處理硝酸鹽廢水并產(chǎn)生可供資源化回收利用的nh4+的方法，此方法還可同步去除厭氧消化出水中的溶解性甲烷。

24、本發(fā)明相較傳統(tǒng)damo微生物富集過程，只以硝酸鹽作為唯一氮源，可以得到以candidatus?methanoperedens?nitroreducens(damo古菌)和candidatusmethylomirabilis?oxyfera(damo細(xì)菌)兩種damo微生物為主的，無厭氧氨氧化細(xì)菌的富集培養(yǎng)物。本發(fā)明的方法富集得到的培養(yǎng)物中candidatus?methanoperedens?nitroreducens占比26.4％，candidatus?methylomirabilis?oxyfera占比30.9％，無厭氧氨氧化細(xì)菌。

25、本發(fā)明利用厭氧消化產(chǎn)生的甲烷及上述富集得到的的培養(yǎng)物，并創(chuàng)新性地引入了水鐵礦或fe(iii)，共同處理硝酸鹽廢水，實(shí)現(xiàn)了高效脫氮同步甲烷減排，并發(fā)現(xiàn)以水鐵礦形式添加的水鐵礦或fe(iii)刺激了不同程度的nh4+形成，產(chǎn)生的nh4+可供后續(xù)資源化回收利用。

26、本發(fā)明添加水鐵礦后，在硝酸鹽去除過程中硝酸鹽被全部去除，其中約20.71％的硝酸鹽被還原轉(zhuǎn)化為nh4+，且?guī)缀鯚o亞硝酸鹽生成。