一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置论文和设计-吴智仁

全文摘要

本实用新型公开了一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置，属于污水生物处理的技术领域，其技术方案要点如下，包括以下步骤：S1.启动系统，将硝化污泥和厌氧氨氧化污泥混合后投加至已填充改性玄武岩纤维的反应器中，使污泥充分混合；S2.培养初期，将基质原水送入所述反应器内；同时开启循环水，循环流动；S3.对数生长期，采用程序设定控制原水基质进水速度，进行厌氧氨氧化菌的连续快速富集培养；本实用新型涉及的厌氧氨氧化菌的富集方法，可有效缩短厌氧氨氧化菌世代周期，短时间内实现高活性增殖，进行效率化厌氧氨氧化菌的富集培养，为新型生物脱氮技术的工程应用奠定基础。

主设计要求

1.一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置，其特征在于，包括原水箱（1）、厌氧氨氧化反应器（2）、沉淀池（3）、PLC系统（4）、进水泵（6）；所述原水箱（1）、厌氧氨氧化反应器（2）、沉淀池（3）顺次连接；其中所述原水箱（1）与所述厌氧氨氧化反应器（2）通过所述进水泵（6）连接，所述进水泵（6）的控制开关与所述PLC系统（4）的信号输出端连接，用于控制调节所述厌氧氨氧化反应器（2）的进水流量；所述厌氧氨氧化反应器（2）呈封闭式圆柱形，内部填充改性玄武岩纤维；所述厌氧氨氧化反应器（2）设置有厌氧氨氧化反应器进水口（21）和厌氧氨氧化反应器出水口（22）；所述原水箱（1）与所述厌氧氨氧化反应器进水口（21）相连接，用于将所述原水箱的水导入所述厌氧氨氧化反应器（2）中；所述厌氧氨氧化反应器出水口（22）经U型管道与所述沉淀池（3）连接，用于将所述氧氨氧化反应器（2）中排出的水导入所述沉淀池（3）；所述厌氧氨氧化反应器（2）内底部铺设氮气曝气管道（28），用于氮气曝气。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置，其特征在于，所述厌氧氨氧化反应器（2）底部设置排泥口（24），用于排出所述厌氧氨氧化反应器（2）的淤泥；所述厌氧氨氧化反应器（2）外层设置水浴保温夹套层（25），所述水浴保温夹套层（25）下端设置循环水进口（26），上端设置循环水出口（27），用于水的循环。

3.根据权利要求1所述的一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置，其特征在于，所述厌氧氨氧化反应器（2）顶端设置有出气口（23），所述出气口（23）通过气体流量计（211）与液封水箱（5）相连，用于将所述厌氧氨氧化反应器（2）封闭。

4.根据权利要求1所述的一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置，其特征在于，所述厌氧氨氧化反应器（2）的顶端设置有凹槽，所述凹槽上设置纤维束支撑件（210），使所述改性玄武岩纤维沿水流方向悬挂。

5.根据权利要求1所述的一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置，其特征在于，所述原水箱（1）、厌氧氨氧化反应器（2）和沉淀池（3）的材质都是有机玻璃、碳钢或玻璃钢中的任意一种。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及污水生物处理的技术领域，特别涉及一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置。

背景技术

厌氧氨氧化脱氮技术的关键是厌氧氨氧化菌（Anammox菌）的富集培养。目前，尚未出现任何权威机构对Anammox菌进行成功提纯分离的相关报道，ATCC（美国典型培养物保藏中心）和NBRC（NITE生物资源中心）的菌种库也没有相关保存记录。近几年，国内外部分科研团队针对Anammox菌的基础研究层出不穷，普遍利用分子生物学手段对环境中（尤其是污废水处理工艺的活性污泥中）存在的Anammox菌进行了大量的实验探讨。然而，实验室研究或小规模工程应用研究过程中出现的瓶颈问题则是Anammox菌的快速富集方法及工艺稳定运行手段。其中，Anammox菌富集困难的主要原因是Anammox菌世代周期长（世代时间＞11日），繁殖速度慢，富集培养时间长达1年以上。针对此类增殖速度慢的厌氧微生物培养，为了防止菌群流失，一般采用间隙培养的方式进行菌群富集。而现有的间隙培养方式仍普遍存在Anammox菌增殖速度慢、菌体收率低、培养时间长、培养菌液的菌体浓度低、菌群增殖槽体积大等问题。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置，有效解决现有技术中存在的大多数瓶颈问题，具有Anammox菌增殖速度快、菌体收率高、培养时间短、培养菌液的菌体浓度高等优点。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集方法，包括以下步骤：

S1.启动系统，将放置1~2周的硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按质量比（300~600）:1混合后投加至已填充改性玄武岩纤维的反应器中，使培养初期的污泥浓度达到3000~6000mg\/L，封闭反应器，氮气曝气5~15 min，使污泥充分混合；

S2.培养初期，将基质原水送入所述反应器内；同时开启循环水，循环流动，保持循环水温度36~39 ℃；水力停留时间为10~30 h，以3~7天为一周期，间歇式曝气5~15 min；监测出水基质浓度，当基质浓度≤1\/2进水基质浓度时，进入厌氧氨氧化菌对数生长期；

S3.对数生长期，采用程序设定控制原水基质进水速度，进行厌氧氨氧化菌的连续快速富集培养；

程序设定的原理公式为M=A×exp（K×T）；其中M为基质进料速度，单位是L\/h，A为培养初期设定的基质浓度，单位是mg\/L，K为基质进料常数，T为厌氧氨氧化菌进入对数生长期后的培养天数，单位是d；基质包括氨氮和亚硝态氮，所述基质浓度A范围为30~50 mg\/L，基质进料常数K范围为0.08~0.12。

进一步的，改性玄武岩纤维采用的改性方法为物理涂覆法壳聚糖涂层改性，SiO_{2<\/sub>、聚丙烯酰胺、环氧树脂有机、无机涂层化学接枝改性，二乙胺基接枝改性，物理涂覆阳离子性聚丙烯酰胺改性、物理涂覆十六烷基三甲基氯化铵改性，有机铁改性方法中的任意一种。}

进一步的，改性玄武岩纤维的直径为10~20 cm，适用pH范围为5~9，表面带正电荷范围为2~20 mv。

进一步的，改性玄武岩纤维填料的填充率范围为30~70%。

进一步的，一种基于改性玄武岩纤维的厌氧氨氧化菌富集装置，包括原水箱1、厌氧氨氧化反应器2、沉淀池3、PLC系统4、进水泵6；原水箱1、厌氧氨氧化反应器2、沉淀池3顺次连接；其中原水箱1与所述厌氧氨氧化反应器2通过进水泵6连接，所述进水泵6的控制开关与所述PLC系统4的信号输出端连接，用于控制调节所述厌氧氨氧化反应器2的进水流量；厌氧氨氧化反应器2呈封闭式圆柱形，内部填充改性玄武岩纤维；厌氧氨氧化反应器2设置有厌氧氨氧化反应器进水口21和厌氧氨氧化反应器出水口22；原水箱1与厌氧氨氧化反应器进水口21相连接，用于将原水箱的水导入厌氧氨氧化反应器2中；厌氧氨氧化反应器出水口22经U型管道与沉淀池3连接，用于将氧氨氧化反应器2中排出的水导入沉淀池3；厌氧氨氧化反应器2内底部铺设氮气曝气管道28，用于氮气曝气。

进一步的，厌氧氨氧化反应器2底部设置排泥口24，用于排出所述厌氧氨氧化反应器2的淤泥；所述厌氧氨氧化反应器2外层设置水浴保温夹套层25，所述水浴保温夹套层25下端设置循环水进口26，上端设置循环水出口27，用于水的循环。

进一步的，厌氧氨氧化反应器2顶端设置有出气口23，出气口23通过气体流量计211与液封水箱5相连，用于将厌氧氨氧化反应器2封闭。

进一步的，厌氧氨氧化反应器2的顶端设置有凹槽，凹槽上设置纤维束支撑件210，使改性玄武岩纤维沿水流方向悬挂。

进一步的，水浴保温夹套层25材质为有机玻璃、碳钢或玻璃钢中的任意一种。

进一步的，纤维束支撑件210的材质为不锈钢、有机玻璃、PP或PVC中的任意一种。

进一步的，纤维束支撑件210的固定方式为螺丝固定、胶粘式或焊接式中的任意一种。

进一步的，原水箱1、厌氧氨氧化反应器2和沉淀池3的材质都是有机玻璃、碳钢或玻璃钢中的任意一种。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1.与现有的Anammox菌培养技术相比，该方法培养的Anammox菌世代周期短（可以实现1.8天的世代周期）、短时间内可实现高活性增殖，还能节省基质进料量，进行效率化培养；

2. 采用的改性玄武岩填料与常规填料相比，其柔韧性、水力分散性、生物亲和性更加优良，对Anammox菌体的吸附力更强。填料在水中分散呈现的三维空间结构可促进Anammox菌体的高浓度富集，且不易脱落流失。填料本身绿色环保，使用完可直接填埋，无需二次处理，节省成本；

3.Anammox菌富集装置简单，只需设定进水基质浓度，实施连续自动化控制培养，无需复杂操作，即可达到快速富集Anammox菌的目的。

附图说明

图1为基于MBF新型填料的厌氧氨氧化菌富集装置示意图。

附图标记

1原水箱，2厌氧氨氧化反应器，3沉淀池，4PLC系统，5液封水箱，6进水泵，21厌氧氨氧化反应器进水口，22厌氧氨氧化反应器出水口，23进气口，24排泥口，25水浴保温夹套层，26循环进水口，27循环出水口，28氮气曝气管道，210纤维束支撑件，211气体流量计。

具体实施方式

实施例

如图1所示，基于改性玄武岩纤维的厌氧氨氧化菌富集装置，包括原水箱1、厌氧氨氧化反应器2、沉淀池3，材质均为有机玻璃；原水箱1通过进水泵6与厌氧氨氧化反应器进水口21相连接，厌氧氨氧化反应器出水口22经U型管道与沉淀池3连接；进水泵6的控制开关与PLC系统4的信号输出端连接，控制调节进水流量；厌氧氨氧化反应器2呈封闭式圆柱形，顶端设置出气口23通过气体流量计211与液封水箱5相连，底部设置排泥口24，外层设置水浴保温夹套层25，采用有机玻璃材质，夹套层下端设置循环水进口26，上端设置循环水出口27；厌氧氨氧化反应器2内底部铺设氮气曝气管道28，沿水流方向悬挂改性玄武岩纤维，顶端凹槽设置纤维束支撑件210。

其中，PLC系统4的程序设定原理公式为M=A×exp（K×T）；其中M为基质进料速度，A为培养初期设定的基质浓度，K为基质进料常数，T为厌氧氨氧化菌进入对数生长期后的培养天数；基质包括氨氮、亚硝态氮，培养初期的氨氮及亚硝态氮的浓度均为30~35 mg\/L，基质进料常数K为0.1；

厌氧氨氧化反应器中填充改性玄武岩纤维是玄武岩纤维经物理涂覆法壳聚糖涂层改性（首先对玄武岩纤维表面用碱液刻蚀，采用去离子水洗至中性，烘干活化；再采用物理涂覆，以壳聚糖为改性剂，将刻蚀后干燥的玄武岩纤维浸泡在壳聚糖溶液中，制得亲水性聚合物改性玄武岩纤维）后，机械编制而得，其纤维束直径为15 cm，适用pH范围为5~9，表面带正电荷约为5.5 mv，采用卡扣式固定，填料填充率约35%。

厌氧氨氧化顶端的填料支撑件210材质为有机玻璃，采用螺丝固定。

基于改性玄武岩纤维的厌氧氨氧化菌富集方法具体包括以下步骤：

S1.启动系统，将放置2周的硝化污泥和少量厌氧氨氧化污泥按质量比500:1混合后投加至已填充改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化反应器2中，使培养初期厌氧氨氧化反应器2内污泥浓度达到5000 mg\/L，封闭厌氧氨氧化反应器2，通过底部的氮气曝气管道28曝气约10 min，使污泥充分混合；

S2.培养初期，将原水箱1中模拟配制的基质原水由进水泵6连续抽入厌氧氨氧化反应器2内，开始培养维持水力停留时间24 h；同时开启水浴保温夹套25中的循环水循环流动，保持循环水温度约39 ℃，并开启出气口23连接的气体流量计211；以3~5天为一周期，间歇式通过底部的氮气曝气管道28微曝气10 min，加速改性玄武岩纤维对活性污泥的吸附；监测出水氨氮及亚硝态氮浓度，当氨氮及亚硝态氮浓度均低于15 mg\/L时，判断该反应器已进入厌氧氨氧化菌对数生长（增殖）期。

S3.对数生长期，采用PLC系统4联动进水泵智能控制原水基质进水速度，进行厌氧氨氧化菌的连续快速富集培养。

连续试验效果：

驯养10天，大量活性污泥负载于MBF填料上，呈黄褐色，反应器内开始出现明显的上浮气泡，出水氨氮浓度约22 mg\/L，亚硝态氮浓度20 mg\/L。23天后，厌氧氨氧化反应器2内MBF填料上黄褐色的污泥中间出现少量红色，气泡数量增多，出水氨氮浓度约15 mg\/L，亚硝态氮浓度13 mg\/L，总氮去除率约45%，容积氮负荷达到0.04 kg\/m3･d。驯养40天左右，厌氧氨氧化反应器2内污泥颜色介于黄褐色与红褐色之间，说明Anammox菌体浓度升高，增殖趋势良好。培养65天左右，厌氧氨氧化反应器2内出现肉眼可见的红色絮体污泥，系统对氨氮的去除率达到92%，对亚硝态氮的去除率达到95%，总氮去除率大于78%。

综上所述，本实用新型提供的一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集方法及装置，具有Anammox菌增殖速度快、菌体收率高、培养时间短、培养菌液的菌体浓度高、菌群增殖槽体积小等优点，具有产业价值。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

设计图

一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置论文和设计

一种基于改性玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌富集装置论文和设计-吴智仁

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