一种厌氧氨氧化菌的富集装置及方法

摘要

本发明提供一种厌氧氨氧化菌的富集装置及方法，所述厌氧氨氧化菌的富集装置包括装置本体，所述装置本体的上部设有填料层，所述填料层的下方为厌氧氨氧化菌的富集区，所述厌氧氨氧化菌的富集区设有加热装置；所述装置本体的下部设有进水管，所述进水管与水箱连接；所述装置本体在填料层或填料层以下设有回流出水管，所述回流出水管与进水管连接，所述装置本体在回流出水管的上方设有排水管。采用本发明的技术方案，结构简单，高效的实现了厌氧氨氧化菌的富集，培养的厌氧氨氧化菌损失率小，利用水循环，自动实现了温度的均匀化，达到节能减排的效果。

权利要求

1.一种厌氧氨氧化菌的富集装置，其特征在于：包括装置本体，所述装置本体的上部设有填料层，所述填料层的下方为厌氧氨氧化菌的富集区，所述厌氧氨氧化菌的富集区设有加热装置；所述装置本体的下部设有进水管，所述进水管与水箱连接；所述装置本体在填料层或填料层以下设有回流出水管，所述回流出水管经回流泵通过三通与进水管连接；所述装置本体在回流出水管的上方设有排水管；所述加热装置为加热棒，所述加热棒从装置本体的顶部向下穿过填料层；所述进水管设在所述装置本体的底部；所述填料层为软性填料层。

2.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化菌的富集装置，其特征在于：所述填料层的高度为所述装置本体高度的1/4 1/3。

~

3.根据权利要求2所述的厌氧氨氧化菌的富集装置，其特征在于：所述装置本体为圆筒形，所述装置本体的顶部开口，所述装置本体的下部为漏斗形。

4.根据权利要求3所述的厌氧氨氧化菌的富集装置，其特征在于：所述装置本体的圆筒直径为10cm，所述装置本体的高度为90cm，所述填料层的高度为30cm，所述填料层顶部与装置本体的顶部的距离为2 4cm。

~

5.根据权利要求1 4任意一项所述的厌氧氨氧化菌的富集装置，其特征在于：所述加热~装置的加热温度为30 45℃，所述装置本体的材质为有机玻璃。

~

6.一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：采用如权利要求1 5任意一项所述的厌~氧氨氧化菌的富集装置，包括以下步骤：

步骤S1：在所述厌氧氨氧化菌的富集装置内放入厌氧活性污泥和营养液，两者混合，使厌氧氨氧化菌增殖；在填料层填放软性填料；

步骤S2：向所述水箱内加入营养液，开启所述加热装置，使反应器逐步稳定运行；

步骤S3：检测所述排水管出水的氨氮、亚硝酸氮及硝酸氮的浓度变化，当出水的亚硝酸氮浓度低于20mg/L时，提高进水的氨氮及亚硝酸氮浓度，使进水的氨氮、亚硝酸氮的比例为

1：1.1 1.3；

~

步骤S4：培养100 170天后，所述厌氧氨氧化菌的富集装置的底部富集得到沉降的颗粒~厌氧氨氧化污泥。

7.根据权利要求6所述的厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：所述营养液中包含NH4+-N和NO2--N，所述NH4+-N和NO2--N的比例为1:1.1 1.5，所述营养液的pH值为7.5 8.2，所述~ ~NH4+-N和NO2--N的容积负荷分别为0.05~0.9kgNH4+-N/（m3·d）、0.06~1.0 kgNO2--N/（m3·d）。

8.根据权利要求7所述的厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：步骤S3中，提高进水的氨氮及亚硝酸氮浓度时，氨氮浓度每次提升50mg/L。

说明书

一种厌氧氨氧化菌的富集装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于环境生物技术领域，尤其涉及一种厌氧氨氧化菌的富集装置及方法。

背景技术

[0002] 厌氧氨氧化菌是一种新发现的厌氧自养型细菌，它能够将氨氮和亚硝氮按1：1.32的比例转化成氮气。厌氧氨氧化菌具有特殊的细胞结构和生理特征，它的科研价值和开发价值俱佳，倍受生物界和环境工程界的关注。

[0003] 传统的生物脱氮工艺主要包括硝化和反硝化两个阶段，这两个过程独立运行，需要在不同的反应构筑物内进行，硝化阶段硝化菌需要大量的氧气将氨氮转化为亚硝氮，进一步转化为硝酸盐氮，反硝化阶段微生物还原硝酸盐需要一定的有机物，而且在处理过程中总氮负荷低，因此传统的生物脱氮工艺，处理高氨氮废水难度大，而且浪费能量，处理费用高。厌氧氨氧化工艺是厌氧氨氧化菌在缺氧或厌氧的环境下，以亚硝酸氮为电子受体，以氨氮为电子供体，将两者转化为氮气的过程，过程中不需要投加有机物，以二氧化碳或碳酸盐为碳源，并具有更高的总氮负荷，节约了处理成本及占地面积，处理过程也更环保，是一种低能耗生物脱氮的新思路。

[0004] 但是，厌氧氨氧化菌生长缓慢，倍增时间长，对氧敏感，但是氧分压过高，厌氧氨氧化菌的活性或受到抑制。且厌氧氨氧化菌对铵盐及亚硝酸盐基质的亲和力常数较低，基质浓度过高会抑制其生长。因此，造成厌氧氨氧化反应器启动缓慢，较难实现纯种培养，厌氧氨氧化菌损失率高，其工艺应用受到限制。

发明内容

[0005] 针对以上技术问题，本发明提供了一种厌氧氨氧化菌的富集装置及方法，结构简单，高效的实现了厌氧氨氧化菌的富集，培养的厌氧氨氧化菌损失率小，利用水循环，自动实现了温度的均匀化，达到节能减排的效果。

[0006] 对此，本发明的技术方案为：

[0007] 一种厌氧氨氧化菌的富集装置，包括装置本体，所述装置本体的上部设有填料层，所述填料层的下方为厌氧氨氧化菌的富集区，所述厌氧氨氧化菌的富集区设有加热装置；所述装置本体的下部设有进水管，所述进水管与外部进水系统连接；所述装置本体在填料层或填料层以下设有回流出水管，所述回流出水管与进水管连接，所述装置本体在回流出水管的上方设有排水管。

[0008] 采用此技术方案，在装置本体的上部设置填料层，水从底部向上流动时经过填料层，厌氧氨氧化菌受到填料层的阻挡，不会随着水流走，停留在填料层的下部，从而使得培养的厌氧氨氧化菌损失率大大减小；另外，采用内部直接对水进行加热，利用水循环，自动实现了温度的均匀化，达到节能减排的效果。

[0009] 进一步优选的，所述填料为软性填料。

[0010] 作为本发明的进一步改进，所述进水管通过进水泵与水箱连接。

[0011] 作为本发明的进一步改进，所述回流出水管通过回流泵与进水管连接。采用此技术方案，稀释了进水口处氨氮、亚硝酸氮浓度，使反应器达到更高的总氮去除负荷。

[0012] 进一步优选的，所述装置本体的上部设有排水口，所述排水口的高度高于回流出水管的出水口高度。

[0013] 作为本发明的进一步改进，所述加热装置为加热棒，所述加热棒从装置本体的顶部向下穿过填料层。采用此技术方案，结构简单，便于安装；采用内部直接对水进行加热，利用水循环，达到节能减排的效果。

[0014] 作为本发明的进一步改进，所述加热装置为设置在所述装置本体内的电加热器。

[0015] 作为本发明的进一步改进，所述进水管设在所述装置本体的底部。采用此技术方案，水的回流，自动实现了温度的均匀化，且水从底部向上回流，使得本装置没有死角的地方，提高了效率。

[0016] 作为本发明的进一步改进，所述填料层的高度为所述装置本体高度的1/4～1/3。采用此技术方案，在保证足够大的富集空间的同时，减少了厌氧氨氧化菌的流失，实现了厌氧氨氧化菌的高效富集。

[0017] 作为本发明的进一步改进，所述装置本体为圆筒形，所述装置本体的顶部开口，所述装置本体的下部为漏斗形。

[0018] 作为本发明的进一步改进，所述装置本体的圆筒直径为10cm，所述装置本体的高度为90cm。

[0019] 作为本发明的进一步改进，所述填料层的高度为30cm。

[0020] 作为本发明的进一步改进，所述填料层顶部与装置本体的顶部的距离为2～4cm。

[0021] 作为本发明的进一步改进，所述加热装置的加热温度为30～45℃。进一步优选的，所述加热装置的加热温度为35℃。

[0022] 作为本发明的进一步改进，所述装置本体的材质为有机玻璃。采用此技术方案，整个装置为透明材质，便于观察装置内部的情况。

[0023] 本发明还提供了一种厌氧氨氧化菌的富集方法，采用如上所述的厌氧氨氧化菌的富集装置，包括以下步骤：

[0024] 步骤S1：在所述厌氧氨氧化菌的富集装置内填料层的下方放入厌氧活性污泥和营养液，两者混合，使厌氧氨氧化菌增殖；在填料层填放软性填料；其中，所述营养液为本领域常规的营养液；

[0025] 步骤S2：向所述水箱内加入营养液，开启所述加热装置，使反应器逐步稳定运行；

[0026] 步骤S3：检测所述排水管的出水的氨氮、亚硝酸氮及硝酸氮的浓度变化，当出水亚硝酸氮浓度低于20mg/L时，提高进水的氨氮及亚硝酸氮浓度，使进水的氨氮、亚硝酸氮比例为1：1.1～1.3；优选的，使进水的氨氮、亚硝酸氮比例为1：1.2。优选的，提高进水的氨氮及亚硝酸氮浓度时，氨氮浓度每次提升50mg/L；

[0027] 步骤S4：培养100～150天后，所述厌氧氨氧化菌的富集装置的底部富集得到沉降的颗粒厌氧氨氧化污泥。

[0028] 作为本发明的进一步改进，所述营养液中包含NH4+-N和NO2--N，所述NH4+-N和NO2--N的比例为1:1.2。

[0029] 作为本发明的进一步改进，所述营养液的pH值为7.5～8.2。

[0030] 作为本发明的进一步改进，所述NH4+-N和NO2--N的容积负荷分别为0.05～0.9kgNH4+-N/(m3·d)、0.06～1.0kgNO2--N/(m3·d)。

[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0032] 第一，采用本发明的技术方案，结构简单，高效的实现了厌氧氨氧化菌的富集，在装置本体的上部设置填料层，一方面对污泥有很好的截留效果，更有利厌氧氨氧化菌的富集，使得培养的厌氧氨氧化菌损失率小；另一方面填料层与污水层分界面处的填料起到载体作用，有微生物挂膜，增强其处理能力。

[0033] 第二，采用本发明的技术方案，在颗粒污泥完全形成前，反应过程中产生微小气泡附着在污泥表面，污泥上浮，在填料下端堆积，堆积污泥可随回流管路回流至装置底端，使反应可以持续稳定运行。

[0034] 第三，采用本发明的技术方案，利用水的回流，自动实现了温度的均匀化，且水从底部向上回流，使得本装置没有死角的地方，提高了效率。

[0035] 第四，采用本发明的技术方案，对NH4+-N和NO2--N有很高的去除效果，在较短的时间内(150到200天内)就表现出很好的处理效果，NH4+-N和NO2—N的去除率分别达到99％和98％，总氮负荷达到1.5kg TN/(m3·d)。

附图说明

[0036] 图1是本发明一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0037] 下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

[0038] 实施例1

[0039] 如图1所示，一种厌氧氨氧化菌的富集装置，包括装置本体1，装置本体1呈圆筒形，装置本体1的顶部开口，装置本体1的底部呈漏斗形，装置本体1的上部设有软性填料层2，用于防止颗粒污泥的流失，装置本体1的顶部插入一根加热棒3，加热棒3穿过软性填料层2，用于控制装置本体1内的水温，加热棒3的加热温度为35℃。装置本体1的底部设有进水管4，进水管4经进水泵9与水箱10连接，在装置本体1的软性填料层2处，设有回流管路5，回流管路5经回流泵6通过三通7进入到进水管4中。所述装置本体1的上部设有排水口8，所述排水口8在回流管路5的上方。所述装置本体1的圆筒直径为10cm，所述装置本体1的高度为90cm，所述软性填料层2的高度为30cm，所述软性填料层2的体积为装置本体1的圆筒体积的1/3，所述软性填料层2的顶端距所述装置本体1的顶端为3cm。所述装置本体1选用透明的有机玻璃制作。

[0040] 采用本实施例的方案，通过进水泵9将水箱10中的培养液泵入到装置本体1内，装置本体1上部的软性填料层2拦截污泥，污泥在向下的水流和重力作用下返回圆筒下部。装置本体1的顶部开口，产生的气体直接排出。培养液通过回流管路5和回流泵6经三通7回流进入到进水管4中，水回流可以缓解基质对厌氧氨氧化菌的抑制作用。

[0041] 采用本实施例的装置进行厌氧氨氧化菌的富集方法，包括如下步骤：

[0042] (1)预先在反应器内放置一定量的经过淘洗过滤的厌氧活性污泥，并将其与营养液混合，使厌氧氨氧化菌增殖；

[0043] (2)在营养液上方布置适宜高度的填料，填料下端在回流口以上，上端超过出水口；

[0044] (3)向反应器内逐步涌入人工配制的营养液，使反应器逐步稳定运行；

[0045] (4)检测出水氨氮、亚硝酸氮及硝酸氮浓度变化，当出水亚硝酸氮浓度低于20mg/L并稳定时，提高进水氨氮及亚硝酸氮浓度，进水氨氮、亚硝酸氮比例为1：1.2，氨氮浓度每次提升50mg/L；

[0046] (5)经过100～150天的培养，反应器底部富集得到沉降性能好的颗粒厌氧氨氧化污泥。

[0047] 采用该装置，以某垃圾填埋厂渗滤液处理站底泥作为接种污泥，以模拟废水作为基质，在pH值7.5～8.0，温度35℃左右的条件下，成功地富集了厌氧氨氧化菌。通过120天的培养，装置的底部有大量的红色颗粒污泥。在水流和气流的联合作用下，部分颗粒污泥向上移动，被软性填料截留，根据需要可从污泥收集口中获取。经检测，在这些红色颗粒污泥中，厌氧氨氧化菌居绝对优势。

[0048] 实施例2

[0049] 采用实施例1的装置，以某垃圾填埋厂底泥作为接种污泥，以模拟废水作为基质，+ - + 3进水中NH4 -N和NO2 -N的比例为1:1.2，容积负荷分别为0.05kgNH4 -N/(m ·d)和
0.06kgNO2--N/(m3·d)，pH值范围为7.5～8.2，加热温度35℃。在反应器运行70天和170天时，检测进出水的氨氮、亚硝酸氮及总氮平均浓度，详见表1所示。

[0050] 表1实施例2的厌氧氨氧化菌的富集装置运行情况表

[0051]

[0052] 从表1可见，经过170天后，反应器底端颗粒污泥内，厌氧氨氧化菌居绝对优势，表明采用该装置成功地富集了厌氧氨氧化菌。

[0053] 对比实施例1

[0054] 采用任宏洋等(EGSB反应器中实现完全自营养脱氮与运行优化[J].环境科学，2009，30(5):1454-1460)的方法，即采用EGSB反应器富集培养厌氧氨氧化颗粒污泥，以好氧氨氧化污泥和厌氧氨氧化污泥为接种底泥，在启动初期，为防止污泥流失而采用间歇进水，进水频次为每天1次，进水量为2L，其中进水0.5h，反应21.5h，沉淀1.5h，出水0.5h，回流流量10.8L·h-1，之后采用连续进水。反应器运行70d时，检测总氮去除速率，其总氮去除速率仅为0.101kgN/(m3·d)。

[0055] 通过对表1中实施例2的结果和对比实施例1的进行比较可见，对比实施例1耗费了更长的启动时间，且在反应器运行70d后，总氮去除速率仅为0.101kgN/(m3·d)，而采用实施例2的氨氮去除速率达到0.09kgN/(m3·d)，亚硝酸氮去除速率达到0.08kgN/(m3·d)，总氮去除速率达到0.143kgN/(m3·d)，高于对比实施例1的总氮去除率。

[0056] 由此可见，采用本发明的技术方案，本装置没有死角的地方，提高了效率，对NH4+-N和NO2--N去除速率高，去除效果更好，而且在更短的时间内就表现出很好的处理效果，在170天左右，NH4+-N和NO2-N的去除率分别达到99％和98％。

[0057] 以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。