本發(fā)明涉及環(huán)境工程和廢水處理領(lǐng)域，尤其涉及仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法。

背景技術(shù)：

1、水體環(huán)境中的硝酸鹽(no3-)污染已成為一個全球性的環(huán)境問題，由于其高水溶性，廣泛存在于地表水和地下水中，威脅著人類的健康。

2、近年來，許多研究證實了氧化還原介質(zhì)(如醌類、金屬、表面活性劑、鹵素、硫化物、自分泌物質(zhì))通過加速生物轉(zhuǎn)化的電子轉(zhuǎn)移來促進(jìn)生物脫氮的優(yōu)勢。但介體材料目前仍存在生物相溶性差、循環(huán)利用率低以及容易泄露至環(huán)境中造成二次污染等問題，另外介體材料僅能起到提高生物電子傳遞效率作用，對微生物群落結(jié)構(gòu)演替的影響較小。群體感應(yīng)(quorum?sensing，qs)由自誘導(dǎo)物(ais)信號分子介導(dǎo)，是細(xì)菌之間進(jìn)行信息交流的一種機制，細(xì)菌分泌的ais濃度隨著細(xì)胞密度的增加而增加，它們通過釋放和感知特定的信號分子來協(xié)調(diào)群體行為，可以根據(jù)菌群密度來調(diào)節(jié)基因的表達(dá)進(jìn)而提高細(xì)菌生長速率、活性和脫氮效率以及調(diào)控微生物群落演替等。因此，若介體材料能實現(xiàn)電子傳遞效率增強和調(diào)控微生物群體感應(yīng)協(xié)同作用耦合，將能更大程度提高生物脫氮效率，常見的信號分子包括n-?；呓z氨酸內(nèi)酯(ahl)，自動誘導(dǎo)器2(ai-2)和自動誘導(dǎo)期肽(aip)提取或人工制備困難，因此目前針對這方面的研究仍有欠缺。

3、生物反硝化脫氮是自然界氮循環(huán)的核心過程，通過反硝化微生物的代謝將no3-還原為氮氣，但是由于反硝化過程涉及多個氧化還原反應(yīng)且需要較高的能量消耗，導(dǎo)致反硝化效率較低，一方面電子轉(zhuǎn)移效率是氧化還原反應(yīng)的限制因素，另外，反硝化微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能也是實現(xiàn)no3-生物還原的關(guān)鍵，合理的微生物群落可以加快反硝化速度。

4、因此，有必要提供仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，解決了由于反硝化過程涉及多個氧化還原反應(yīng)且需要較高的能量消耗，導(dǎo)致反硝化效率較低的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，促進(jìn)生物脫氮效率，提高出水水質(zhì)，包括以下步驟：

3、s1、使用核苷酸在室溫下和金屬化合物進(jìn)行仿生礦化生長0.5-2小時，所述金屬化合物濃度為10-100mm，多次離心清洗后得到沉淀物，最終冷凍干燥24小時制備得到仿生礦化雙功能納米材料；

4、s2、使用s1得到的仿生礦化雙功能納米材料培養(yǎng)反硝化生物脫氮體系，加速微生物反硝化過程。

5、優(yōu)選的，所述s1中的核苷酸濃度為10-30mm。

6、優(yōu)選的，所述s1中的核苷酸選自腺嘌呤核苷酸、鳥嘌呤核苷酸、胞嘧啶核苷酸、尿嘧啶核苷酸、胸腺嘧啶核苷酸及次黃嘌呤核苷酸等的一種或兩種以上的混合物。

7、優(yōu)選的，所述s1中的金屬離子選自為cu2+、fe3+、fe2+、ni2+中的一種。

8、優(yōu)選的，所述s2中的反硝化反應(yīng)體系中加有活性污泥、反硝化菌劑或厭氧污泥中的一種或幾種。

9、優(yōu)選的，所述s2中的仿生礦化雙功能納米材料促進(jìn)電子傳遞提高反硝化速率和效率。

10、優(yōu)選的，所述s2中的仿生礦化雙功能納米材料調(diào)控生物群落演替，提高反硝化速率和效率。

11、優(yōu)選的，所述s2中的仿生礦化雙功能納米材料循環(huán)再利用，具有可持續(xù)發(fā)展意義。

12、優(yōu)選的，所述s1中進(jìn)行物體的清理時需要使用清理裝置，所述清理裝置包括箱體，所述箱體的內(nèi)部設(shè)置有連接組件，所述連接組件包括連接桿，所述連接桿的表面從上至下依次套設(shè)有多個固定環(huán)，所述固定環(huán)的表面分別設(shè)置有兩組第一放置組件和兩組第二放置組件，所述第一放置組件包括第一固定板，所述第一固定板的底部連接有第一濾盒，所述第一固定板表面左右兩側(cè)的兩邊均連接有固定座，所述固定座的表面連接有連接桿，所述連接桿的表面套設(shè)有連接套，所述連接套的一側(cè)連接有第二固定板，所述第二固定板的表面連接有第二濾盒，所述連接桿的表面且位于所述連接套的上方設(shè)置有固定環(huán)，所述第二放置組件包括矩形板，所述矩形板的表面開設(shè)有多個放置槽，所述矩形板的底部且位于多個所述放置槽的下方均連接有圓形濾盒，所述連接桿的頂端連接有支撐架，所述箱體的內(nèi)壁連接有限位環(huán)。

13、優(yōu)選的，所述箱體的內(nèi)部設(shè)置有沖洗組件，所述沖洗組件包括環(huán)形管，所述環(huán)形管的表面連接有多個噴灑管，所述環(huán)形管和多個所述噴灑管的表面均開設(shè)有多個噴水孔，所述箱體的表面設(shè)置有輸送裝置，所述輸送裝置包括輸送泵，所述輸送泵的輸入端和輸出端分別連接有第一輸送管和第二輸送管，所述箱體的頂部設(shè)置有箱蓋，所述箱體內(nèi)壁的底部開設(shè)有通孔，所述箱體的底部且位于所述通孔的下方連接有排液管，所述排液管的表面設(shè)置有閥門。

14、與相關(guān)技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法具有如下有益效果：

15、本發(fā)明提供仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，以新型仿生礦化雙功能納米材料作為外源材料投加到生物反硝化脫氮系統(tǒng)中，對硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮還原均可加速，可以將反硝化速率從2.65提高到2.95倍；

16、以新型仿生礦化雙功能納米材料作為外源材料投加到生物反硝化脫氮系統(tǒng)中，不僅促進(jìn)細(xì)胞外聚合物質(zhì)(eps)中氧化還原活性物質(zhì)的大量分泌，還通過fe3+/fe2+的動態(tài)轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)電子傳遞和代謝活性物質(zhì)，從而加速了細(xì)胞內(nèi)/外電子傳遞。

17、新型仿生礦化雙功能納米材料中繼信號分子作用，通過群體感應(yīng)調(diào)控微生物群落的多樣性，并選擇性地豐富微生物群落(尤其是thauera?50.7％)。

技術(shù)特征：

1.仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，促進(jìn)生物脫氮效率，提高出水水質(zhì)，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，所述s1中的核苷酸濃度為10-30mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，所述s1中的核苷酸選自腺嘌呤核苷酸、鳥嘌呤核苷酸、胞嘧啶核苷酸、尿嘧啶核苷酸、胸腺嘧啶核苷酸及次黃嘌呤核苷酸等的一種或兩種以上的混合物。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，所述s1中的金屬離子選自為cu2+、fe3+、fe2+、ni2+中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，所述s2中的反硝化反應(yīng)體系中加有活性污泥、反硝化菌劑或厭氧污泥中的一種或幾種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，所述s2中的仿生礦化雙功能納米材料促進(jìn)電子傳遞提高反硝化速率和效率。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，所述s2中的仿生礦化雙功能納米材料調(diào)控生物群落演替，提高反硝化速率和效率。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，所述s2中的仿生礦化雙功能納米材料循環(huán)再利用，具有可持續(xù)發(fā)展意義。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，所述s1中進(jìn)行物體的清理時需要使用清理裝置，所述清理裝置包括箱體，所述箱體的內(nèi)部設(shè)置有連接組件，所述連接組件包括連接桿，所述連接桿的表面從上至下依次套設(shè)有多個固定環(huán)，所述固定環(huán)的表面分別設(shè)置有兩組第一放置組件和兩組第二放置組件，所述第一放置組件包括第一固定板，所述第一固定板的底部連接有第一濾盒，所述第一固定板表面左右兩側(cè)的兩邊均連接有固定座，所述固定座的表面連接有連接桿，所述連接桿的表面套設(shè)有連接套，所述連接套的一側(cè)連接有第二固定板，所述第二固定板的表面連接有第二濾盒，所述連接桿的表面且位于所述連接套的上方設(shè)置有固定環(huán)，所述第二放置組件包括矩形板，所述矩形板的表面開設(shè)有多個放置槽，所述矩形板的底部且位于多個所述放置槽的下方均連接有圓形濾盒，所述連接桿的頂端連接有支撐架，所述箱體的內(nèi)壁連接有限位環(huán)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，其特征在于，所述箱體的內(nèi)部設(shè)置有沖洗組件，所述沖洗組件包括環(huán)形管，所述環(huán)形管的表面連接有多個噴灑管，所述環(huán)形管和多個所述噴灑管的表面均開設(shè)有多個噴水孔，所述箱體的表面設(shè)置有輸送裝置，所述輸送裝置包括輸送泵，所述輸送泵的輸入端和輸出端分別連接有第一輸送管和第二輸送管，所述箱體的頂部設(shè)置有箱蓋，所述箱體內(nèi)壁的底部開設(shè)有通孔，所述箱體的底部且位于所述通孔的下方連接有排液管，所述排液管的表面設(shè)置有閥門。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，促進(jìn)生物脫氮效率，提高出水水質(zhì)，包括以下步驟：使用核苷酸在室溫下和金屬化合物進(jìn)行仿生礦化生長0.5?2小時，所述金屬化合物濃度為10?100mM，多次離心清洗后得到沉淀物，最終冷凍干燥24小時制備得到仿生礦化雙功能納米材料；使用S1得到的仿生礦化雙功能納米材料培養(yǎng)反硝化生物脫氮體系，加速微生物反硝化過程。本發(fā)明提供的仿生礦化雙功能納米材料及其在生物反硝化脫氮的方法，以新型仿生礦化雙功能納米材料作為外源材料投加到生物反硝化脫氮系統(tǒng)中，對硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮還原均可加速，可以將反硝化速率從2.65提高到2.95倍。

技術(shù)研發(fā)人員：郭建博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中泰博超智能環(huán)?？萍迹ㄌK州）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9