本發(fā)明屬于氨氮廢水處理，具體涉及一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法。

背景技術(shù)：

1、厭氧鐵氨氧化(feammox)是一個新興的生物脫氨過程，對廢水生物脫氨技術(shù)的革新具有重要意義。理論上講，feammox功能菌能夠在厭氧和自養(yǎng)條件下直接氧化氨氮生成硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮以及氮氣，并還原三價鐵。相比于傳統(tǒng)的硝化/反硝化，feammox有望節(jié)省曝氣及有機基質(zhì)的投加成本，從而減少能量損耗和碳排放；同時，feammox生物過程具有獨特的酶促機制，可以大大降低溫室氣體n2o的產(chǎn)生，因此是一種更為清潔環(huán)保的生物技術(shù)。與厭氧氨氧化(anammox)技術(shù)相比，feammox也具有電子受體易得，對不利條件抵抗力良好等優(yōu)點。此外，feammox還可以充當其他生物工藝的前處理單元，進一步優(yōu)化脫氮框架。例如，feammox/反硝化工藝的耦合可以用來處理含鐵氨氮廢水，從而省去好氧硝化步驟的曝氣需求；類似地，feammox也可以代替短程硝化作為anammox工藝的前置單元，將氨氮廢水中的部分氨氮氧化為亞硝態(tài)氮，便于后者的穩(wěn)定運行。

2、盡管feammox在廢水脫氨領(lǐng)域具有良好的前景，其工程應(yīng)用仍處于概念驗證階段。早期研究表明，微生物與鐵源之間受限的電子傳遞速率是feammox的脫氨效率低下的主要原因之一。通過投加氧化還原活性的電子穿梭體，如aqds(蒽醌-2,6-二磺酸鹽)、活性炭等已被證實能夠介導(dǎo)功能菌與鐵礦物間的胞外電子傳遞，從而改善脫氨性能。然而，feammox功能菌間潛在種間電子傳遞卻少有研究。近年來，越來越多的分子水平研究表明，多菌feammox體系下電活性鐵還原菌與氨氧化菌間的互營共生可能是氨氮轉(zhuǎn)化的主要途徑，這意味著通過促進種間電子傳遞也有望突破feammox的效率瓶頸。在厭氧消化系統(tǒng)中，電導(dǎo)性環(huán)境功能材料已被廣泛證實可以介導(dǎo)產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌間的種間電子傳遞，從而提高產(chǎn)甲烷性能。但利用電導(dǎo)性功能材料強化feammox體系尚缺乏相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，通過向傳統(tǒng)feammox系統(tǒng)中引入fe3o4@cf功能材料，促進相關(guān)功能菌的富集與介導(dǎo)種間電子傳遞來提高feammox的脫氨效率，旨在為feammox工藝提供一種更為高效節(jié)能的技術(shù)儲備。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，包括以下步驟：

4、步驟1)采用水熱法將前驅(qū)體溶液在改性碳氈上原位生成并負載納米fe3o4，制備fe3o4@cf功能材料；

5、步驟2)向厭氧污泥中投加氨氮模擬廢水以及步驟1)制得的fe3o4@cf功能材料，完成feammox污泥馴化；

6、步驟3)向馴化后的feammox污泥中投加步驟1)制得的fe3o4@cf功能材料，構(gòu)建fe3o4@cf功能材料耦合feammox生物系統(tǒng)；再將待處理的氨氮廢水采用序批式反應(yīng)模式加入所述fe3o4@cf功能材料耦合feammox生物系統(tǒng)中進行反應(yīng)，不間斷運行系統(tǒng)，即可。

7、優(yōu)選地，步驟1)所述改性碳氈的制備方法如下：

8、將石墨碳氈裁剪成小片，用丙酮洗滌干燥后，然后將碳氈浸沒于稀硝酸溶液中，再將經(jīng)處理的碳氈用去離子水與乙醇洗滌至洗滌水呈中性，干燥后備用。

9、優(yōu)選地，步驟1)所述前驅(qū)體溶液的制備方法如下：

10、稱取0.8855g的fecl3·6h2o溶解于30ml的去離子水中，加入0.5976g檸檬酸鈉磁力攪拌均勻；加入0.1642g聚乙二醇，繼續(xù)磁力攪拌均勻；緩慢滴加氨水調(diào)至ph＝9，即得。

11、優(yōu)選地，步驟1)所述fe3o4@cf功能材料的具體制備方法如下：

12、將改性碳氈與前驅(qū)體溶液混合攪拌后全部移入反應(yīng)釜內(nèi)，放入鼓風(fēng)干燥箱中在200℃下反應(yīng)8h；反應(yīng)結(jié)束將負載有納米fe3o4的碳氈取出，用去離子水反復(fù)洗滌，放入真空干燥箱干燥，即得所述fe3o4@cf功能材料。

13、優(yōu)選地，步驟2)所述feammox污泥馴化的具體步驟如下：

14、將氨氮濃度為20mg/l的模擬廢水以及fe3o4@cf功能材料加入到厭氧污泥中進行馴化，其中，每升厭氧污泥加入0.4l模擬廢水，每升模擬廢水投加120mg?fe3o4@cf功能材料；待模擬廢水中的氨氮完全轉(zhuǎn)化后，將模擬廢水的氨氮濃度逐步提高至40mg/l，加入到厭氧污泥中繼續(xù)進行污泥馴化，待出水質(zhì)穩(wěn)定后，完成污泥馴化。

15、優(yōu)選地，步驟3)所述fe3o4@cf功能材料的投加量為0.6～2.4g/l。

16、優(yōu)選地，所述投加量為1.2g/l。

17、優(yōu)選地，步驟3)所述待處理的氨氮廢水與所述馴化后的feammox污泥的體積比為3:1，所述待處理的氨氮廢水中氨氮濃度≤40mg/l。

18、優(yōu)選地，步驟3)所述不間斷運行系統(tǒng)的具體步驟如下：

19、將加入了待處理的氨氮廢水的fe3o4@cf功能材料耦合feammox生物系統(tǒng)放置于恒溫振蕩器進行混合反應(yīng)，其中，控制轉(zhuǎn)速為170r/min，控制溫度為30℃，反應(yīng)時間為84h。

20、本發(fā)明的有益效果如下：

21、(1)本發(fā)明提供的方法不需要復(fù)雜的反應(yīng)要求與條件，僅加入少量易制備獲取的fe3o4@cf功能材料即可促進feammox系統(tǒng)中氨氮的轉(zhuǎn)化，廢水中氨氮濃度為40mg/l以下時，向fe3o4@cf功能材料耦合feammox生物系統(tǒng)中加入fe3o4@cf功能材料，氨氮轉(zhuǎn)化率可達95％以上。該過程無需曝氣及額外有機碳源投加，降低了廢水的處理成本。

22、(2)本發(fā)明依據(jù)多菌feammox體系下功能菌互營脫氨的原理，加入電導(dǎo)性良好的fe3o4@cf功能材料來促進電活性功能菌的富集，并通過介導(dǎo)功能菌間的種間電子傳遞來強化feammox系統(tǒng)脫氨性能。同時，功能材料中的納米fe3o4可以作為feammox反應(yīng)的額外電子受體，進一步促進氨氮轉(zhuǎn)化；此外，用于負載fe3o4的碳氈可以為微生物提供附著載體，提高細菌細胞密度，增強系統(tǒng)對不利條件的抵抗力。本發(fā)明探究了強化feammox脫氨的新途徑，對降低氨氮廢水處理成本，以及feammox的工程應(yīng)用具有較高的實際意義。

技術(shù)特征：

1.一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，其特征在于，步驟1)所述改性碳氈的制備方法如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，其特征在于，步驟1)所述前驅(qū)體溶液的制備方法如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，其特征在于，步驟1)所述fe3o4@cf功能材料的具體制備方法如下：將改性碳氈與前驅(qū)體溶液混合攪拌后全部移入反應(yīng)釜內(nèi)，放入鼓風(fēng)干燥箱中在200℃下反應(yīng)8h；反應(yīng)結(jié)束將負載有納米fe3o4的碳氈取出，用去離子水反復(fù)洗滌，放入真空干燥箱干燥，即得所述fe3o4@cf功能材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，其特征在于，步驟2)所述feammox污泥馴化的具體步驟如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，其特征在于，步驟3)所述fe3o4@cf功能材料的投加量為0.6～2.4g/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，其特征在于，所述投加量為1.2g/l。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，其特征在于，步驟3)所述待處理的氨氮廢水與所述馴化后的feammox污泥的體積比為3:1，所述待處理的氨氮廢水中氨氮濃度≤40mg/l。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3o4@cf功能材料提高feammox脫氨效率的方法，其特征在于，步驟3)所述不間斷運行系統(tǒng)的具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@CF功能材料提高Feammox脫氨效率的方法，首先采用水熱法將前驅(qū)體溶液在改性碳氈上原位生成并負載納米Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;，制備Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@CF功能材料；然后向厭氧污泥中投加氨氮模擬廢水以及Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@CF功能材料，完成Feammox污泥馴化后，再向馴化后的Feammox污泥中投加所述Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@CF功能材料，構(gòu)建Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@CF功能材料耦合Feammox生物系統(tǒng)，最后將待處理的氨氮廢水采用序批式反應(yīng)模式加入耦合系統(tǒng)中進行反應(yīng)，不間斷運行系統(tǒng)，即可。本發(fā)明探究了強化Feammox脫氨的新途徑，對降低氨氮廢水處理成本，以及Feammox的工程應(yīng)用具有較高的實際意義。

技術(shù)研發(fā)人員：歐昌進,史柯,廖志鵬,秦娟,鞠建峰
受保護的技術(shù)使用者：南通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17