專利名稱:一種以菌絲球?yàn)檩d體的好氧反硝化反應(yīng)器及同步硝化反硝化運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及通過好氧反硝化技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的以菌絲球?yàn)檩d體的水處理反應(yīng)器及其運(yùn)行方法。
背景技術(shù):
進(jìn)入21世紀(jì),全球性水資源危機(jī)給人類社會(huì)帶來巨大困擾,我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展大國(guó),水污染治理已經(jīng)成為我國(guó)加強(qiáng)水資源保護(hù)的主要目標(biāo)之一。2009年《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》指出,中國(guó)地表水污染較重,七大水系總體為輕度污染,湖泊富營(yíng)養(yǎng)化等問題突出。大量化肥產(chǎn)生的硝態(tài)氮、集中排放的城鎮(zhèn)生活污水的氨氮等各種形式的氮元素積存,加劇了湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化的程度,影響并制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?!笆濉逼陂g,我國(guó)在新建及 已有的污水處理廠中,執(zhí)行《城市污水處理廠污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002) —級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(氨氮〈51^/13%151^/1),表明城市污水處理的目標(biāo)已經(jīng)從關(guān)注COD和懸浮固體的去除擴(kuò)大到氮等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除。因此,研究和開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的生物脫氮理論和技術(shù)已成為水污染控制領(lǐng)域熱點(diǎn)之一。由于好氧反硝化較傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)存在著明顯的優(yōu)勢(shì),近年來好氧反硝化技術(shù)成為了國(guó)內(nèi)外廢水生物脫氮新的發(fā)展方向。但是在好氧反硝化技術(shù)應(yīng)用過程中,發(fā)現(xiàn)了許多限制性因素。例如將好氧反硝化菌投入曝氣池后,作為外來菌種的好氧反硝化菌,與土著菌種相比,具有較為弱勢(shì)的競(jìng)爭(zhēng)力,這致使好氧反硝化菌在系統(tǒng)內(nèi)的生長(zhǎng)繁殖收到嚴(yán)重阻礙,無法形成優(yōu)勢(shì)種群,難以在系統(tǒng)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留,降低了水處理系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了克服上述不足,提供一種以菌絲球?yàn)檩d體的好氧反硝化反應(yīng)器,主要?jiǎng)?chuàng)新在于反應(yīng)器內(nèi)以菌絲球?yàn)樯镔|(zhì)載體固定好氧反硝化菌,解決了好氧反硝化菌在系統(tǒng)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)力弱、難以形成優(yōu)勢(shì)菌群致使其大量流失、造成整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行周期短的問題,對(duì)整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行起到關(guān)鍵性作用。具體是這樣實(shí)施的一種以菌絲球?yàn)檩d體的好氧反硝化反應(yīng)器,包括封閉式反應(yīng)器,反應(yīng)器底部置有曝氣頭,進(jìn)水管、出水管分別設(shè)置在反應(yīng)器的上下側(cè)面,其特征在于反應(yīng)器內(nèi)置有生物質(zhì)載體,所述的生物質(zhì)載體為菌絲球,菌絲球上掛膜有好氧反硝化菌。反應(yīng)器內(nèi)還設(shè)有定向?qū)Я靼?,運(yùn)行時(shí)使反應(yīng)器內(nèi)形成定向環(huán)流,為菌絲球提供定向剪切力,提高其使用壽命。設(shè)備運(yùn)行時(shí),從反應(yīng)器側(cè)面進(jìn)水管進(jìn)水,由定向?qū)Я靼搴推貧忸^的共同作用在反應(yīng)器內(nèi)部形成定向環(huán)流,經(jīng)一個(gè)周期的處理后,從反應(yīng)器出水管排水。反應(yīng)器外設(shè)有菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置,該裝置與反應(yīng)器間管道連接。外置的菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置可為反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)及時(shí)供應(yīng)、補(bǔ)充好氧反硝化菌量,保證系統(tǒng)在長(zhǎng)周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置上設(shè)有進(jìn)水口,出水口、排泥管,其內(nèi)置有攪拌槳和曝氣頭。反應(yīng)器頂部設(shè)有氣體收集裝置,避免好氧反硝化過程所產(chǎn)生的溫室氣體N2O直接排入大氣,造成污染。為了監(jiān)控反應(yīng)器的運(yùn)行環(huán)境,反應(yīng)器上設(shè)有溫控裝置、pH探頭及溶解氧探頭。反應(yīng)器底部設(shè)有排放污泥的排泥管。這種反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的運(yùn)行方法,包括以下步驟
(O制備菌絲球載體在菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置中,按公式計(jì)算比例加入定量菌絲球培養(yǎng)基以及菌絲球孢子懸液,在135r/min -145r/min,30°C搖床中培養(yǎng)36h-48h后形成菌絲球。 所述菌絲球孢子選用黑曲霉如/ 6 /^777心niger Y3,保藏編號(hào)為CGMCC No.
3.3926,其能夠在液體淹沒攪拌的條件下自絮凝成為菌絲球。所述菌絲球培養(yǎng)基為C6H12O6,10g/L;NH4Cl,lg/L ;KH2P04 · 3H20,lg/L ;MgSO4 · 7Η20,0· 5g/L。菌絲球培養(yǎng)基與菌絲球孢子懸液投加比例按下公式計(jì)算
菌絲球孢子懸液接種量(mL)=0. 25*0. 1%*菌絲球培養(yǎng)基量(mL)/A620,其中A620是菌絲球孢子懸液在620nm波長(zhǎng)下的吸光度。(2)好氧反硝化菌掛膜將步驟(I)中的上清液倒出,在菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置中加入好氧反硝化菌培養(yǎng)基,以培養(yǎng)基體積10%-15%的接種量接種好氧反硝化細(xì)菌菌液,D0=3mg/L±0. 2下連續(xù)曝氣培養(yǎng),以9h_10h為一個(gè)反應(yīng)周期,經(jīng)過3個(gè)周期的培養(yǎng),完成掛膜。所述好氧反硝化菌選用黑龍江省生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所篩選出的好氧反硝化菌-施氏假單胞菌Pseudomonas stutzeri (T13)菌液,菌種于2012年6月I日保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心,保藏編號(hào)為CGMCC No. 6182。所述好氧反硝化菌培養(yǎng)基為丁二酸鈉,4. 7g/L ; NaH2PO4 · 7H20, 7. 9g/L ;MgSO4 · 7Η20,0· lg/L ;ΚΝ03,1. 5g/L ;NH4Cl, O. 3g/L ;KH2PO4,1. 5g/L,微量元素,2mL/L。其中微量元素為EDTA,50g/L ;ZnSO4, 2. 2g/L ;CaCl2, 5. 5g/L ;MnCl2 · 4Η20,5· 06g/L ;FeS04 · 7H20, 5. Og/L ; (NH4) 6Mo702 · 4H20,1. lg/L ;CuS04 · 5H20,1. 57g/L ;CoCl2 · 6H20,I. 61g/L。( 3 )反應(yīng)器運(yùn)行向反應(yīng)器內(nèi)加入活性污泥,將菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置中的已附著好氧反硝化菌的菌絲球注入反應(yīng)器,進(jìn)水開始運(yùn)行反應(yīng)器。反應(yīng)器采用連續(xù)曝氣運(yùn)行,溶解氧濃度控制在3mg/L±0. 2,溫度控制在30°C ±2°C,反應(yīng)器中液體pH控制在7-7. 5。反應(yīng)器采用間歇式進(jìn)水,反應(yīng)周期為9h-10h。上述活性污泥來源于哈爾濱太平污水處理廠。上述反應(yīng)器進(jìn)水使用哈爾濱工業(yè)大學(xué)小區(qū)內(nèi)生活污水。與現(xiàn)有技術(shù)相比較,本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果
本發(fā)明利用生物強(qiáng)化技術(shù),對(duì)好氧反硝化菌以菌絲球?yàn)檩d體進(jìn)行固定化,在不影響好氧反硝化菌活性的同時(shí),提高了系統(tǒng)內(nèi)好氧反硝化菌的菌量,使用菌絲球?yàn)樯镔|(zhì)載體固定好氧反硝化菌可以彌補(bǔ)好氧反硝化菌作為外來菌種投入系統(tǒng)后競(jìng)爭(zhēng)能力差、停留時(shí)間短、易流失、降低系統(tǒng)穩(wěn)定性及高效性等不足(由于傳統(tǒng)方法將好氧反硝化菌直接投加系統(tǒng)后的大量流失,反硝化作用成為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的短板)。以菌絲球?yàn)檩d體固定好氧反硝化菌后再投加系統(tǒng)內(nèi),強(qiáng)化了整個(gè)系統(tǒng)的短板,這較于傳統(tǒng)的直接投加方式延長(zhǎng)了高效而穩(wěn)定的運(yùn)行周期,提高了整個(gè)系統(tǒng)的處理效能。該反應(yīng)器的運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)同步硝化、反硝化作用,具有良好的穩(wěn)定的和高效的降解率。另外本發(fā)明的好氧反硝化反應(yīng)器還帶有氣體收集裝置,避免由于好氧反硝化作用所產(chǎn)生的溫室氣體N2O直接排入大氣,造成二次污染。
圖I是本發(fā)明反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是菌絲球照片。 圖3是附有好氧反硝化菌的菌絲球電鏡掃描照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1,一種以菌絲球?yàn)檩d體的好氧反硝化反應(yīng)器,封閉式反應(yīng)器的底部置有曝氣頭8、排泥管15,進(jìn)水管7、出水管10分別設(shè)置在反應(yīng)器的上下側(cè)面,反應(yīng)器內(nèi)置有菌絲球生物質(zhì)載體,菌絲球上掛膜有好氧反硝化菌,反應(yīng)器內(nèi)還設(shè)有定向?qū)Я靼?;反應(yīng)器頂部設(shè)有氣體收集裝置A和氣體收集管11 ;反應(yīng)器上設(shè)有溫控裝置14、pH探頭12及溶解氧探頭13 ;
反應(yīng)器外設(shè)有菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置B,該裝置B與反應(yīng)器間管道6連接,菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置B上設(shè)有進(jìn)水口 4,出水口 2、排泥管5,其內(nèi)置有攪拌槳I和曝氣頭3。實(shí)施例2,用實(shí)施例I的反應(yīng)器以菌絲球?yàn)檩d體強(qiáng)化好氧反硝化菌實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的運(yùn)行方法,包括以下步驟
(O菌絲球載體的制備及掛膜
將黑曲霉As/76 r^777w5· niger Y3孢子懸液與菌絲球培養(yǎng)基按一定比例投加入載體制備與掛膜裝置B中,經(jīng)攪拌槳I攪拌(135-145r/min) 36_48h形成菌絲球。孢子懸液與菌絲球培養(yǎng)基投加比例按下公式計(jì)算
孢子懸液接種量(mL) =0. 25*0. 1%*菌絲球培養(yǎng)基量(mL) /A6200其中A62tl孢子懸液在620nm波長(zhǎng)下的吸光度。菌絲球培養(yǎng)基為=C6H12O6,10g/L;NH4Cl, lg/L ;KH2PO4 · 3H20,lg/L ;MgS04 · 7H20,0.5g/L。(2)菌絲球固定化好氧反硝化菌T13
步驟(I)停止攪拌,將沉淀后的上清液由排水管2排出,向裝置B中加入好氧反硝化菌培養(yǎng)基,接種好氧反硝化菌T13 (培養(yǎng)基量(mL) :T13菌液量(mL)=10:1 ),經(jīng)攪拌槳I攪拌(135-145r/min),曝氣頭3曝氣(D0=3mg/L),進(jìn)行掛膜培養(yǎng)。以IOh為一個(gè)反應(yīng)周期,經(jīng)過3個(gè)周期的培養(yǎng),完成掛膜。好氧反好氧反硝化菌培養(yǎng)基為丁二酸鈉,4. 7g/L; NaH2PO4 · 7H20, 7. 9g/L ;MgSO4 · 7Η20,0· lg/L ;ΚΝ03,1. 5g/L ;NH4Cl, O. 3g/L ;KH2PO4,1. 5g/L,微量元素,2mL/L。
其中微量元素為EDTA,50g/L ;ZnSO4, 2. 2g/L ;CaCl2, 5. 5g/L ;MnCl2 · 4H20, 5. 06g/L ;FeS04 · 7H20, 5. Og/L ; (NH4) 6Mo702 · 4H20,1. lg/L ;CuS04 · 5H20,1. 57g/L ;CoCl2 · 6H20,I. 61g/L。(3)反應(yīng)器運(yùn)行
I、處理污水參數(shù)
污水采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)小區(qū)內(nèi)生活污水,主要水質(zhì)指標(biāo)C0D,160-200mg/L ;Ν03__Ν,(5mg/L ;N02:N,(5mg/L ;NH:-N,40_60mg/L ;pH=6. 5-7. 0 ;水溫為 20-30。。。2、污水處理階段
將活性污泥與污水通過蠕動(dòng)泵b從進(jìn)水管7注入反應(yīng)器,然后將裝置B中掛膜后的菌絲球通過連接管6注入反應(yīng)器,使用曝氣盤8進(jìn)行曝氣,使反應(yīng)器能形成好氧環(huán)境。在曝氣 與定向?qū)Я靼?的綜合作用下,反應(yīng)器內(nèi)形成定向環(huán)流,為菌絲球提供定向剪切力,提高其 使用壽命。反應(yīng)器采用間歇式進(jìn)水,反應(yīng)周期為10h,周期末從出水管10采樣、排水。3、氣體收集
由于好氧反硝化作用將氮素主要還原為N2O, N2O為溫室氣體,直接排入大氣會(huì)造成二次污染,所以本反應(yīng)器設(shè)計(jì)了氣體收集裝置A,將氣體收集袋連接排氣口 11,收集的氣體可以經(jīng)過處理后排放。4、反應(yīng)器運(yùn)行條件控制
反應(yīng)器裝有PH探頭12、溶解氧探頭13以及溫控裝置14。將pH控制在7-7. 5,溶解氧 控制在3mg/L左右,溫度控制在30°C左右。所提供點(diǎn)條件保證了異養(yǎng)COD降解菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌良好的生長(zhǎng)、繁殖,使系統(tǒng)擁有高效且穩(wěn)定的C0D、氨氮、亞硝氮及硝氮降解率。5、反應(yīng)器運(yùn)行效果
經(jīng)檢測(cè),本發(fā)明對(duì)污水中的C0D、氨氮、硝氮和亞硝氮具有明顯的去除效果,水中COD降解率可高達(dá)89%,而氨氮降解率高達(dá)91%以上,并且沒有亞硝氮和硝氮的積累,實(shí)現(xiàn)了硝化反硝化同時(shí)進(jìn)行,并達(dá)到良好效果。本發(fā)明菌絲球?yàn)檩d體的使用,爭(zhēng)強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,相比直接投加好氧反硝化菌,延長(zhǎng)了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行周期;反應(yīng)器定向?qū)Я靼宓氖褂茫瑸榫z球提供定向剪切力,延長(zhǎng)了菌絲球的使用壽命;反應(yīng)器所連接的載體制備掛膜裝置也可以為反應(yīng)器及時(shí)補(bǔ)充固定好氧反硝化菌的菌絲球,使反應(yīng)器可以高效穩(wěn)定的連續(xù)運(yùn)行。而反應(yīng)器頂部的氣體收集裝置實(shí)現(xiàn)了溫室氣體零排放。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思特點(diǎn),其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明并據(jù)以實(shí)施,并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種以菌絲球?yàn)檩d體的好氧反硝化反應(yīng)器,包括封閉式反應(yīng)器,反應(yīng)器底部置有曝氣頭,進(jìn)水管、出水管分別設(shè)置在反應(yīng)器的上下側(cè)面,其特征在于反應(yīng)器內(nèi)置有生物質(zhì)載體,所述的生物質(zhì)載體為菌絲球,菌絲球上掛膜有好氧反硝化菌。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的好氧反硝化反應(yīng)器,其特征在于反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有定向?qū)Я靼濉?br>
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的好氧反硝化反應(yīng)器,其特征在于反應(yīng)器外設(shè)有菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置,該裝置與反應(yīng)器間管道連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的好氧反硝化反應(yīng)器,其特征在于菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置上設(shè)有進(jìn)水ロ,出水ロ、排泥管,裝置內(nèi)置有攪拌槳和曝氣頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的好氧反硝化反應(yīng)器,其特征在于反應(yīng)器頂部設(shè)有氣體收集裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的好氧反硝化反應(yīng)器,其特征在于反應(yīng)器上設(shè)有溫控裝置、PH探頭及溶解氧探頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的好氧反硝化反應(yīng)器,其特征在于反應(yīng)器底部設(shè)有排泥管。
8.權(quán)利要求1-7之一所述的反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的運(yùn)行方法,其特征在于包括以下步驟 (1)制備菌絲球載體在菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置中,按公式計(jì)算比例加入定量菌絲球培養(yǎng)基以及菌絲球孢子懸液,在135r/min -145r/min,30°C搖床中培養(yǎng)36h-48h后形成菌絲球; 所述菌絲球孢子選用黑曲霉niger Y3,保藏編號(hào)為CGMCC No. 3. 3926 ;所述菌絲球培養(yǎng)基為=C6H12O6,10g/L ;NH4Cl, lg/L ;KH2PO4 3H20, lg/L ;MgS04 7H20,.0. 5g/L ; 菌絲球培養(yǎng)基與菌絲球孢子懸液投加比例按下公式計(jì)算 菌絲球孢子懸液接種量(mL)=0. 25*0. 1%*菌絲球培養(yǎng)基量(mL)/A620,其中A620是菌絲球孢子懸液在620nm波長(zhǎng)下的吸光度; (2)好氧反硝化菌掛膜將步驟(I)中的上清液倒出,在菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置中加入好氧反硝化菌培養(yǎng)基,以培養(yǎng)基體積10%_15%的接種量接種好氧反硝化細(xì)菌菌液,D0=3mg/L±0. 2下連續(xù)曝氣培養(yǎng),以9h-10h為ー個(gè)反應(yīng)周期,經(jīng)過3個(gè)周期的培養(yǎng),完成掛月旲; 所述好氧反硝化菌選用黑龍江省生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所篩選出的好氧反硝化菌Pseudomonas stutzeri T13菌液,菌種保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心,保藏編號(hào)為CGMCC No. 6182 ; 所述好氧反硝化菌培養(yǎng)基為丁ニ酸鈉,4. 7g/L ; NaH2PO4 7H20, 7. 9g/L ;MgS04 7H20,.0. lg/L ;KN03,1. 5g/L ;NH4CIjO. 3g/L ;KH2PO4,1. 5g/L,微量元素,2mL/L ;其中微量元素為EDTA, 50g/L ;ZnSO4, 2. 2g/L ;CaCl2, 5. 5g/L ;MnCl2 4H20, 5. 06g/L ;FeSO4 7H20, 5. Og/L ; (NH4) 6Mo702 4H20,1. lg/L ;CuSO4 5H20,1. 57g/L ;CoCl2 6H20,1. 61g/L ; (3 )反應(yīng)器運(yùn)行向反應(yīng)器內(nèi)加入活性污泥,將菌絲球制備及好氧反硝化菌掛膜的裝置中的已附著好氧反硝化菌的菌絲球注入反應(yīng)器,進(jìn)水開始運(yùn)行反應(yīng)器;反應(yīng)器采用連續(xù)曝氣運(yùn)行,溶解氧濃度控制在3mg/L±0. 2,溫度控制在30°C ±2°C,反應(yīng)器中液體pH控制在7-7. 5 ;反應(yīng)器采用間歇式進(jìn)水,反應(yīng)周期為9h-10h。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的運(yùn)行方法,其特征在于活性污泥來源于哈爾濱太平污水處理廠。
全文摘要
一種以菌絲球?yàn)檩d體的好氧反硝化反應(yīng)器,涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域,包括封閉式反應(yīng)器,反應(yīng)器底部置有曝氣頭,進(jìn)水管、出水管分別設(shè)置在反應(yīng)器的上下側(cè)面,反應(yīng)器內(nèi)置有生物質(zhì)載體,所述的生物質(zhì)載體為菌絲球,菌絲球上掛膜有好氧反硝化菌,本反應(yīng)器可使硝化細(xì)菌與好氧反硝化細(xì)菌在全周期好氧的條件下,同時(shí)良好的生長(zhǎng)繁殖,達(dá)到穩(wěn)定的同步硝化反硝化效果,利用菌絲球?yàn)檩d體,可以解決好氧反硝化菌在系統(tǒng)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)力弱,難以形成優(yōu)勢(shì)菌群致使其大量流失,造成整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行周期短的問題,對(duì)整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行起到關(guān)鍵性作用。
文檔編號(hào)C02F3/34GK102826647SQ20121028993
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者馬放, 孫移鹿, 李昂, 崔迪, 龐長(zhǎng)瀧, 周慧慧, 漆夢(mèng)媛, 蔡珺安, 彭雪璇, 孔令超 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)宜興環(huán)保研究院