CN102864068A - 一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水生物处理技术领域，特别涉及一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置。本发明的快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，包括厌氧反应器、内压管式超滤膜、进水控制装置、pH自动调节装置、平衡药剂补充装置、气压调节装置和电控自动恒温装置，所述厌氧反应器设置在所述电控自动恒温装置内，所述厌氧反应器分别与内压管式超滤膜、pH自动调节装置、平衡药剂补充装置、进水控制装置和气压调节装置连接。与现有技术相比，本发明的快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置能提供使Anammox菌快速增殖的环境，从而缩短倍增时间，提高Anammox菌的生长速度。
Description
技术领域
本发明涉及废水生物处理技术领域，特别涉及一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置。
背景技术
1990年，荷兰Delft技术大学Kluyver生物技术实验室开发出厌氧氨氧化工艺，即在厌氧条件下，微生物直接以NH4 +做电子供体，以NO2 -为电子受体，将NH4 +或NO2 -转变成N2的生物氧化过程。由于厌氧氨氧化过程是利用自养型微生物完成的，因此不需要另加COD来支持反硝化作用，与常规脱氮工艺相比可节约100%的碳源。而且，如果把厌氧氨氧化过程与一个前置的硝化过程结合在一起，那么硝化过程只需要将部分NH4 +氧化为NO2 --N，这样的短程硝化可比全程硝化节省62.5%的供氧量和50%的耗碱量。Sharon-Anammox(亚硝化—厌氧氨氧化)工艺被用于处理厌氧硝化污泥分离液并首次应用于荷兰鹿特丹的Dokhaven污水处理厂。由于剩余污泥浓缩后再进行厌氧消化，污泥分离液中的氨浓度很高(约1200～2000mg/L)，因此，该污水处理厂采用了Sharon-Anammox工艺，并取得了良好的氨氮去除效果。
厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation,简称Anammox菌)是一类细菌，属于浮霉菌门，包括(Candidatus Brocadia)、(Candidatus Kuenenia)和,Candidatus"Anammoxoglobus",Candidatus"Jettenia",(Candidatus Scalindua)属。它们至今未能成功分离得到纯菌株，因此尚未获得正式命名和分类。但是，在实际工程应用中，它们可以在缺氧环境中，将铵离子(NH4 +)用亚硝酸根(NO2 -)氧化为氮气：
NH4 ++NO2 -→N2+2H2O,ΔG=-357kJ mol
在厌氧氨氧化过程中，羟胺和肼为代谢过程的中间体。和其它浮霉菌门细菌一样，厌氧氨氧化菌也具有细胞内膜结构，其中，进行氨厌氧氧化的囊称作厌氧氨氧化体(anammoxozome)，小分子且有毒的肼在此厌氧氨氧化体内生成。厌氧氨氧化体的膜脂具有特殊的梯烷(ladderane)结构，可阻止肼外泄，从而充分利用化学能以避免肼毒害细胞。
厌氧氨氧化菌族降解污水中氨氮的反应通常对外界条件（pH值、温度、溶解氧等）的要求比较苛刻，但由于这种反应不需要氧气和有机物的参与，因此对其研究和工艺的开发具有可持续发展的意义。厌氧氨氧化菌族目前在商业领域被用于高氨氮、低碳源的污水净化，因为它能够低能耗地分解水中的氨。对全球氮循环具有重要意义，也是污水处理中重要的细菌。
目前，工程应用上Anammox菌群的培养难度较大，Anammox菌的生长速度缓慢，倍增时间长，一般自然条件下培养需要200d～1000d或更长时间才能使用。因此，采用人工强化措施在短期内培养Anammox菌群，使其迅速形成优势菌群在工程应用上意义重大。
发明内容
本发明目的在于提供一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，以解决现有技术中工程应用上Anammox菌群的培养难度较大，Anammox菌的生长速度缓慢，倍增时间长，一般自然条件下培养需要200d～1000d或更长时间才能使用的技术性问题。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，包括厌氧反应器、内压管式超滤膜、进水控制装置、pH自动调节装置、平衡药剂补充装置、气压调节装置和电控自动恒温装置，其中，
厌氧反应器，用于培养厌氧氨氧化微生物菌群；
内压管式超滤膜，用于控制出水和提供水力搅拌；
进水控制装置，用于去除进水中的氧并控制厌氧反应器的进水；
pH自动调节装置，用于自动调节厌氧反应器内的pH值，使厌氧反应器内的pH值维持在适宜厌氧氨氧化微生物菌群繁殖的范围；
平衡药剂补充装置，用于补充提供进水中氨氮氧化所需的电子供体不足，主要采用亚硝酸盐，使厌氧反应器中氨离子（NH4 +）与亚硝酸根（NO2 -）的当量比例保持1∶1左右；
气压调节装置，用于调节厌氧反应器上方的空气压力，并确保进入厌氧反应器中的空气无氧；
电控自动恒温装置，用于调节厌氧反应器内的温度，使厌氧反应器内的温度维持在适宜厌氧氨氧化微生物菌群繁殖的范围；
所述厌氧反应器设置在所述电控自动恒温装置内，所述厌氧反应器分别与内压管式超滤膜、pH自动调节装置、平衡药剂补充装置、进水控制装置和气压调节装置连接。
优选地，所述厌氧反应器的中部位置设有吸水管，所述厌氧反应器的底部位置设有穿孔管，所述吸水管与所述内压管式超滤膜的进水口连接，所述穿孔管与所述内压管式超滤膜的出水口连接。
优选地，所述穿孔管侧面设有若干通孔。
优选地，所述电控自动恒温装置包括水浴内夹层，所述水浴内夹层套设在所述厌氧反应器外侧。
优选地，还包括保温层，所述水浴内夹层和所述厌氧反应器密封在所述保温层内。
优选地，所述气压调节装置包括设置在所述厌氧反应器的顶部的除氧水封装置和单向导出气体装置，所述除氧水封装置的出气管与所述厌氧反应器连接，所述单向导出气体装置的入气口与所述厌氧反应器连接。
优选地，所述除氧水封装置中的除氧剂为亚硫酸钠溶液，所述除氧水封装置中设有进气管和所述出气管。
优选地，所述进水控制装置包括进水生物预除氧调节罐，所述进水生物预除氧调节罐的出水口与所述厌氧反应器连接。
优选地，所述pH自动调节装置中的pH调节剂为重碳酸盐。
优选地，所述平衡药剂补充装置根据进水在线氨氮检测提供的实时氨氮含量和亚硝氮含量，实时补充亚硝酸盐，使厌氧反应器中氨离子（NH4 +）与亚硝酸根（NO2 -）的当量比例保持1∶1左右。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
1、本发明的快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置能提供使Anammox菌快速增殖的环境，从而缩短倍增时间，提高Anammox菌的生长速度；
2、厌氧反应器采用外置内压管式超滤膜错流（crossflow）运行控制出水，不仅控制流失，并可以利用错流循环混合液提供厌氧***水力搅拌，整个运行环节出水量可以调控，且没有任何其它含氧气体混入；同时，由于厌氧反应器内部没有机械设备，使得***的维护成本较低，管理方便。3、在厌氧反应器周边及底部设置水浴内夹层，并在整个反应***的外部采用绝热材料保温层密封，能够更好地保持温度的稳定；
4、采用进水生物预除氧调节罐除掉进水中的氧，调节罐为顶部设排气装置的密封罐体，按照进水流量计算水力停留时间为30min～60min之间，利用废水中残留好氧菌群将进水中的微量溶解氧消耗殆尽；并在制备调节药剂时采用除氧水密闭配置措施，控制进水基本无溶解氧（溶解氧含量低于0.1mg/L）；
5、在厌氧反应器顶部设有除氧水封装置和单向导出气体装置，确保反应器内部气体层无氧；在自动控制进出水条件下，***上部空间基本变化不大，主要是反应器产生的N2和少量惰性气体需要及时导出，因此，除氧水封装置的药剂耗量很小，仅需要定期检查更换除氧亚硫酸钠（sodium sulfite）溶液即可；
6、采用重碳酸盐作为pH调节剂，通过自动控制投加，使厌氧反应器内pH值可以控制在适宜范围。
7、对于前置进水中的氨离子（NH4 +）与亚硝酸根（NO2 -）比例要求不高，通过平衡药剂补充装置，根据进水在线氨氮检测提供的实时氨氮含量和亚硝氮含量，实时补充亚硝酸盐，使厌氧反应器中氨离子（NH4 +）与亚硝酸根（NO2 -）的当量比例保持1∶1左右适宜范围。
附图说明
图1为本发明的快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，详细说明本发明。
请参阅图1，本发明的快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，包括厌氧反应器1、内压管式超滤膜4、进水控制装置7、pH自动调节装置、平衡药剂补充装置、气压调节装置和电控自动恒温装置，厌氧反应器1设置在电控自动恒温装置内，厌氧反应器1分别与内压管式超滤膜4、pH自动调节装置、平衡药剂补充装置、进水控制装置7和气压调节装置连接。
厌氧反应器1的中部位置设有吸水管11，厌氧反应器1的底部位置设有穿孔管12，吸水管11从厌氧反应器伸出后与内压管式超滤膜4的进水口连接，穿孔管12从厌氧反应器伸出后与内压管式超滤膜4的出水口连接，穿孔管12的侧面设有若干通孔。利用错流循环从底部穿孔管12喷射对厌氧反应器内进行水力搅拌。搅拌主要有两个作用，一个是利用高速水流和水泵叶轮剪切作用将Anammox菌群分散，打开菌体与水的接触表面，使微生物处理的表面传质效率最高；另一个作用是对装置内部混合液进行充分搅拌，强化对流传质。由于厌氧反应器内部没有机械设备，使得***的维护成本较低，管理方便。
电控自动恒温装置包括水浴内夹层2，水浴内夹层2套设在厌氧反应器1外侧。水浴内夹层2与外部的水流管路形成水路循环，外部的水流管路上设有加热器。本发明的快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置还包括保温层3，水浴内夹层2和厌氧反应器1密封在保温层3内。保温层3采用绝热材料制成。本发明通过水浴内夹层和保温层可使得厌氧反应器内部的温度能更稳定地保持在适宜的范围内。
气压调节装置包括设置在厌氧反应器的顶部的除氧水封装置5和单向导出气体装置6，除氧水封装置5用于给厌氧反应器补充气体，单向导出气体装置6用于将厌氧反应器产生的N2和少量惰性气体及时导出。除氧水封装置的出气管与厌氧反应器连接，单向导出气体装置的入气口与厌氧反应器连接。除氧水封装置中的除氧剂为亚硫酸钠溶液，除氧水封装置中设有进气管和出气管。在自动控制进出水条件下，***上部空间基本变化不大，主要是反应器产生的N2和少量惰性气体需要及时导出，因此，除氧水封装置的药剂耗量很小，仅需要定期检查更换除氧亚硫酸钠（sodium sulfite）溶液即可。
进水控制装置7包括进水生物预除氧调节罐，进水生物预除氧调节罐的出水口与厌氧反应器1连接。采用进水生物预除氧调节罐去除进水中的氧，调节罐为顶部设排气装置的密封罐体，按照进水流量计算水力停留时间为30min～60min之间，利用废水中残留好氧菌群将进水中的微量溶解氧消耗殆尽；并在制备调节药剂时采用除氧水密闭配置措施，控制进水基本无溶解氧（溶解氧含量低于0.1mg/L）。
本发明的pH自动调节装置，用于自动调节厌氧反应器内的pH值，pH自动调节装置中的pH调节剂为重碳酸盐。采用重碳酸盐作为pH调节剂，通过自动控制投加，使厌氧反应器内pH值可以控制在适宜范围，并且，通过重碳酸盐调节pH值，可使得pH值范围更稳定，变化不大。
本发明的平衡药剂补充装置，可根据进水在线氨氮检测提供的实时氨氮含量和亚硝氮含量，通过计量投加泵联动，自动实时补充亚硝酸盐，使厌氧反应器中氨离子（NH4 +）与亚硝酸根（NO2 -）的当量比例保持1∶1左右，提供厌氧氨氧化微生物菌群快速繁殖所需要的平衡营养供给条件。
使用时，先将污水处理厂的厌氧污泥或垃圾填埋场调节池的中下层渗沥液作为接种母液放入厌氧反应器；然后将进水生物预除氧调节罐处理后的除氧水通入厌氧反应器，使液位升至厌氧反应器的有效液位；再用pH自动调节装置将厌氧反应器内反应液的pH值调至7.5-8；再用电控自动恒温装置将水浴内夹层中水浴的温度调至38℃；启动内压管式超滤膜控制出水，同时对厌氧反应器的反应液起到搅拌作用；厌氧反应器产生的N2和少量惰性气体从单向导出气体装置导出，将空气通入除氧水封装置中，经除氧后的空气进入到厌氧反应器以起到调节压力的作用；通过进水在线氨氮检测提供的实时氨氮含量和亚硝氮含量，利用计量投加泵联动，自动实时补充亚硝酸盐，使厌氧反应器中氨离子（NH4 +）与亚硝酸根（NO2 -）的当量比例保持1∶1左右，提供厌氧氨氧化微生物菌群快速繁殖所需要的平衡营养供给条件。
本发明的快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置能提供使Anammox菌快速增殖的环境，从而缩短倍增时间，提高Anammox菌的生长速度。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，包括厌氧反应器、内压管式超滤膜、进水控制装置、pH自动调节装置、平衡药剂补充装置、气压调节装置和电控自动恒温装置，其中，
厌氧反应器，用于培养厌氧氨氧化微生物菌群；
内压管式超滤膜，用于控制出水和提供水力搅拌；
进水控制装置，用于去除进水中的氧并控制厌氧反应器的进水；
pH自动调节装置，用于自动调节厌氧反应器内的pH值，使厌氧反应器内的pH值维持在适宜厌氧氨氧化微生物菌群繁殖的范围；
平衡药剂补充装置，用于补充提供进水中氨氮氧化所需的电子供体不足，主要采用亚硝酸盐，使厌氧反应器中氨离子（NH4 +）与亚硝酸根（NO2 -）的当量比例保持1∶1左右；
气压调节装置，用于调节厌氧反应器上方的空气压力，并确保进入厌氧反应器中的空气无氧；
电控自动恒温装置，用于调节厌氧反应器内的温度，使厌氧反应器内的温度维持在适宜厌氧氨氧化微生物菌群繁殖的范围；
所述厌氧反应器设置在所述电控自动恒温装置内，所述厌氧反应器分别与内压管式超滤膜、pH自动调节装置、平衡药剂补充装置、进水控制装置和气压调节装置连接。
2.如权利要求1所述的一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，所述厌氧反应器的中部位置设有吸水管，所述厌氧反应器的底部位置设有穿孔管，所述吸水管与所述内压管式超滤膜的进水口连接，所述穿孔管与所述内压管式超滤膜的出水口连接。
3.如权利要求2所述的一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，所述穿孔管侧面设有若干通孔。
4.如权利要求1所述的一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，所述电控自动恒温装置包括水浴内夹层，所述水浴内夹层套设在所述厌氧反应器外侧。
5.如权利要求4所述的一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，还包括保温层，所述水浴内夹层和所述厌氧反应器密封在所述保温层内。
6.如权利要求1所述的一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，所述气压调节装置包括设置在所述厌氧反应器的顶部的除氧水封装置和单向导出气体装置，所述除氧水封装置的出气管与所述厌氧反应器连接，所述单向导出气体装置的入气口与所述厌氧反应器连接。
7.如权利要求6所述的一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，所述除氧水封装置中的除氧剂为亚硫酸钠溶液，所述除氧水封装置中设有进气管和所述出气管。
8.如权利要求1所述的一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，所述进水控制装置包括进水生物预除氧调节罐，所述进水生物预除氧调节罐的出水口与所述厌氧反应器连接。
9.如权利要求1所述的一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，所述pH自动调节装置中的pH调节剂为重碳酸盐。
10.如权利要求1所述的一种快速筛选培养厌氧氨氧化微生物菌群装置，其特征在于，所述平衡药剂补充装置根据进水在线氨氮检测提供的实时氨氮含量和亚硝氮含量，实时补充亚硝酸盐，使厌氧反应器中氨离子（NH4 +）与亚硝酸根（NO2 -）的当量比例保持1∶1左右。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |