本發(fā)明屬于環(huán)保裝置領(lǐng)域，具體涉及一種溶解氧自動化控制的MBR全程硝化菌富集裝置及其方法。

背景技術(shù)：

長期以來硝化作用都被認(rèn)為是分兩步進(jìn)行，第一步是由氨氧化細(xì)菌(AOB)或氨氧化古菌(AOA)將氨(NH₄⁺)氧化成亞硝酸鹽(NO₂^-)，第二步是由亞硝酸鹽氧化菌(NOB)將亞硝酸鹽(NO₂^-)氧化成硝酸鹽(NO₃^-)，氨氧化微生物和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)都不能同時(shí)氧化兩種物質(zhì)。然而能量分析發(fā)現(xiàn)，全程硝化能獲得比單步氧化反應(yīng)更大的能量，理論上存在全程硝化菌。Costa團(tuán)隊(duì)在十年前對硝化作用分步進(jìn)行的機(jī)制做了研究，認(rèn)為將硝化作用分成兩步進(jìn)行可以提高生長速率，但微生物從每摩爾基質(zhì)中獲得的能量較少。而一步式全程硝化可以從每摩爾基質(zhì)中獲得更多的能量，但由于反應(yīng)路徑長，生長速率更為緩慢。因此，全程硝化菌傾向于生長在緩流、生長基質(zhì)濃度低的生境中，并且往往會形成微生物絮體或生物膜。2015年，Holger Daims，Maartje A.H.J.Van Kessel等人陸續(xù)發(fā)現(xiàn)并培養(yǎng)出了能夠同時(shí)將氨氧化為亞硝酸鹽，并將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽的菌種，這些菌都屬于硝化螺菌屬。

從全程硝化菌的首次發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在僅僅一年多的時(shí)間，對它的研究尚處于起步階段，大量的謎題等待人們揭開，因此，研究全程硝化菌的生理生化特性具有重要的意義。然而，全程硝化菌生長緩慢，富集培養(yǎng)中來自氨氧化細(xì)菌、氨氧化古菌、亞硝酸鹽氧化菌，以及厭氧氨氧化菌的競爭，導(dǎo)致很難獲得高純的全程硝化菌富集培養(yǎng)物，這極大地限制了該反應(yīng)的機(jī)理研究和應(yīng)用研究。為獲得高純的全程硝化菌富集培養(yǎng)物，需要提供具選擇性富集條件的裝置，即選擇性地促進(jìn)全程硝化菌生長，并限制其他菌的生長，所以有必要設(shè)計(jì)一種專門用于全程硝化菌富集的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過在反應(yīng)器中加入膜組件以克服現(xiàn)有裝置生物量易流失的缺點(diǎn)，并為全程硝化菌的富集培養(yǎng)提供低溶解氧、低基質(zhì)濃度的環(huán)境，構(gòu)建一種溶解氧自動化控制的MBR全程硝化菌富集裝置。

溶解氧自動化控制的MBR全程硝化菌富集裝置，包括反應(yīng)器、水浴鍋和進(jìn)水桶，其中反應(yīng)器包括圓柱形罐體、反應(yīng)器進(jìn)水口、內(nèi)置膜組件、真空表、自吸泵、調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、曝氣盤、DO探頭、反應(yīng)器采樣口、控溫夾套、控溫夾套出水口、控溫夾套進(jìn)水口、空氣閥、電磁閥、氮?dú)怃撈?、進(jìn)水桶進(jìn)料管、進(jìn)水泵和空氣泵；反應(yīng)器主體為圓柱形罐體，罐體下側(cè)設(shè)有反應(yīng)器進(jìn)水口，罐體中設(shè)有內(nèi)置膜組件，用于反應(yīng)器出水，膜組件依次連接真空表、自吸泵、調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，用于調(diào)控出水速率，膜組件下側(cè)設(shè)有曝氣盤，曝氣盤的進(jìn)氣口分兩路，分別連接氮?dú)怃撈亢涂諝獗?，與氮?dú)怃撈肯噙B的管路上設(shè)置電磁閥，與空氣泵相連的管路上設(shè)置空氣閥；反應(yīng)器頂部設(shè)有DO探頭和反應(yīng)器采樣口，反應(yīng)器外側(cè)設(shè)有中空的控溫夾套，控溫夾套下部設(shè)有與內(nèi)腔相通的控溫夾套進(jìn)水口，上部有與內(nèi)腔相通的控溫夾套出水口；水浴鍋與控溫夾套出水口和控溫夾套進(jìn)水口相連，構(gòu)成循環(huán)回路；反應(yīng)器進(jìn)水口通過進(jìn)水泵與進(jìn)水桶進(jìn)料管相連，進(jìn)水桶進(jìn)料管置于進(jìn)水桶中。

作為優(yōu)選，還設(shè)有控制柜，控制柜與DO探頭、空氣閥和電磁閥相連。

作為優(yōu)選，所述的反應(yīng)器內(nèi)部填充有填料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述MBR裝置的全程硝化菌富集方法，步驟如下：在反應(yīng)器內(nèi)接種10％～20％全程硝化菌種泥，將低濃度培養(yǎng)基注入反應(yīng)器內(nèi)，對微生物進(jìn)行培養(yǎng)富集，使全程硝化菌附著于填料表面形成生物膜；在富集過程中，采用連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水方式，出水時(shí)通過內(nèi)置膜組件使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)；同時(shí)，通過DO探頭檢測反應(yīng)器中培養(yǎng)基的溶氧量，并通過調(diào)控空氣閥和電磁閥對空氣量和氮?dú)饬窟M(jìn)行調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器中的溶解氧維持在低于1mg/L水平；培養(yǎng)基的溫度控制為25～30℃。

作為優(yōu)選，利用所述的曝氣盤進(jìn)行間歇性曝氣，起到控氧和攪拌的作用，并且防止膜組件堵塞。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的創(chuàng)新：1)全程硝化菌的富集條件特殊，本發(fā)明為其提供了低溶解氧、低營養(yǎng)物濃度、中溫等適宜條件，并通過溶解氧探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的變化；2)本發(fā)明的反應(yīng)罐為MBR，采用內(nèi)置的膜組件進(jìn)行出水，使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，有效避免了生物量的損失，有利于全程硝化菌的生長和富集；3)罐體內(nèi)部填充有填料，有利于微生物的附著和生物膜的生成，從而創(chuàng)造有利于全程硝化菌生長的環(huán)境；4)曝氣盤不僅可以調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧含量，還能起到攪拌和防止膜組件堵塞的作用。

附圖說明

圖1是溶解氧自動化控制的MBR全程硝化菌富集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：反應(yīng)器1、水浴鍋2、控制柜3、進(jìn)水桶4，其中反應(yīng)器1包括圓柱形罐體5、反應(yīng)器進(jìn)水口6、內(nèi)置膜組件7、真空表8、自吸泵9、調(diào)節(jié)閥10、流量計(jì)11、曝氣盤12、填料13、DO探頭14、反應(yīng)器采樣口15、控溫夾套16、控溫夾套出水口17、控溫夾套進(jìn)水口18、空氣閥19、電磁閥20、氮?dú)怃撈?1、進(jìn)水桶進(jìn)料管22、進(jìn)水泵23和空氣泵24。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，溶解氧自動化控制的MBR全程硝化菌富集裝置，包括反應(yīng)器1、水浴鍋2、控制柜3和進(jìn)水桶4，其中反應(yīng)器1包括圓柱形罐體5、反應(yīng)器進(jìn)水口6、內(nèi)置膜組件7、真空表8、自吸泵9、調(diào)節(jié)閥10、流量計(jì)11、曝氣盤12、填料13、DO探頭14、反應(yīng)器采樣口15、控溫夾套16、控溫夾套出水口17、控溫夾套進(jìn)水口18、空氣閥19、電磁閥20、氮?dú)怃撈?1、進(jìn)水桶進(jìn)料管22、進(jìn)水泵23和空氣泵24；反應(yīng)器1主體為圓柱形罐體5，罐體下側(cè)設(shè)有反應(yīng)器進(jìn)水口6，罐體中設(shè)有內(nèi)置膜組件7，用于反應(yīng)器出水，膜組件依次連接真空表8、自吸泵9、調(diào)節(jié)閥10和流量計(jì)11，用于調(diào)控出水速率，膜組件下側(cè)設(shè)有曝氣盤12，曝氣盤的進(jìn)氣口分兩路，分別連接氮?dú)怃撈?1和空氣泵24，與氮?dú)怃撈?1相連的管路上設(shè)置電磁閥20，與空氣泵24相連的管路上設(shè)置空氣閥19；反應(yīng)器頂部設(shè)有DO探頭14和反應(yīng)器采樣口15，反應(yīng)器外側(cè)設(shè)有中空的控溫夾套16，控溫夾套下部設(shè)有與內(nèi)腔相通的控溫夾套進(jìn)水口18，上部有與內(nèi)腔相通的控溫夾套出水口17；水浴鍋2與控溫夾套出水口17和控溫夾套進(jìn)水口18相連，構(gòu)成循環(huán)回路；反應(yīng)器進(jìn)水口6通過進(jìn)水泵23與進(jìn)水桶進(jìn)料管22相連，進(jìn)水桶進(jìn)料管22置于進(jìn)水桶4中。控制柜3與DO探頭14、空氣閥19和電磁閥20相連。反應(yīng)器1內(nèi)部填充有填料13，作為全程硝化菌附著的載體。

本發(fā)明中，反應(yīng)器1采用內(nèi)置的膜組件7進(jìn)行出水，使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，有效避免了生物量的損失，有利于全程硝化菌的生長和富集。反應(yīng)器1內(nèi)部填充了填料13，填料比表面積大、親水性好，有利于微生物的附著和生物膜的生成，為全程硝化菌提供了適宜的生長環(huán)境。反應(yīng)器1底部設(shè)置了曝氣盤12，曝氣盤與空氣閥19和電磁閥20相連，控制柜3可以調(diào)節(jié)空氣與氮?dú)獾倪M(jìn)氣比和進(jìn)氣量，從而調(diào)控反應(yīng)器中的溶解氧濃度，間歇性的曝氣開可以起到攪拌的作用，并且防止膜組件堵塞。反應(yīng)器1由水浴鍋2和控溫夾套1控制溫度，溫度控制為25～30℃；控溫夾套16包裹圓柱形罐體5的中部和底部，與圓柱形罐體5之間的間隔(即內(nèi)腔的厚度)為1～2cm。

溶解氧自動化控制的MBR全程硝化菌富集裝置的菌種富集方法如下：反應(yīng)器1內(nèi)接種10％～20％(污泥占反應(yīng)器有效容積的比例)全程硝化菌種泥，微生物與填料13接觸后會附著在填料上形成生物膜。進(jìn)水桶4內(nèi)的低氨氮濃度(氨氮≤0.5mM)的培養(yǎng)基在進(jìn)水泵23的作用下通過進(jìn)料管22和反應(yīng)器進(jìn)水口6進(jìn)入圓柱形罐體5，出水采用內(nèi)置膜組件7，在自吸泵9的作用下使膜內(nèi)形成負(fù)壓，將反應(yīng)器中的水過濾后抽出，出水流量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。反應(yīng)器底部設(shè)置曝氣盤12，曝氣盤與空氣閥19和電磁閥20相連，控制柜3通過DO探頭14檢測反應(yīng)器中的溶氧量，并通過調(diào)控空氣閥19和電磁閥20對空氣量和氮?dú)饬窟M(jìn)行調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器1中的溶解氧維持在較低的水平(1mg/L以下)。除控制溶解氧濃度之外，曝氣還起到了攪拌的作用，并有效解決了內(nèi)置膜組件7易堵塞的問題；水浴鍋2連接控溫夾套16的進(jìn)水口18和出水口17，對反應(yīng)器的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，培養(yǎng)基的溫度控制為25～30℃。