CN105712491A - 脱氮装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脱氮装置，包括支撑漂浮板和纱网，所述支撑漂浮板的中间部位开设有缺口，所述缺口的周边与纱网固定连接，所述纱网上堆放有陶粒，所述陶粒中种植有浮水植物；所述陶粒的表面喷粘有菌胶液，所述支撑漂浮板的边缘连接有纤维膜，所述纤维膜上喷粘有菌胶液。该脱氮装置具有生产原料低廉(农林废弃物)、投资少、操作简单、使用寿命长及安装、后期维护方便、无需能耗等优点。

Description

脱氮装置
技术领域
本发明涉及水污染治理技术领域，特别是涉及一种接种有氨氧化菌和好氧反硝化菌的脱氮装置。
背景技术
“十一五、十二五”期间，国家在城市污水处理设施的大量投入，河流COD污染已经逐渐呈现下降趋势，氨氮已经成为目前流域水污染的首要污染因子。由于城镇化进程快，污水排放量大，即使按照《城市污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中规定的一级A的排放标准，其受纳水体(人工湿地、河道、湖泊等)氨氮和总磷的浓度仍远高于地表水V类水质，再加上早期河流污染对水生态破坏大、河流水库化且流量匮乏；在目前有大量污水厂尾水排入的情况下，尾水污染负荷远远超出水环境容量，河道生态系统功能十分脆弱，水体黑臭或富营养化现象较为突出，污水厂尾水成为水环境质量恶化的重要原因之一。
污水厂尾水的深度净化早期采用物化处理技术，主要包括活性炭吸附、脱氨、离子交换、微滤、纳滤等，其中公开号CN103964619A的发明专利公开了一种预涂膜深度处理及回用尾水的方法，但是物化处理具有强度差、寿命短、抗污染能力差及经济成本高的缺点限制了其大面积应用。随后生物-生态处理技术是近年新出现的一种尾水净化方法，目前仅有2项公开专利，主要以人工湿地为核心的生态处理方法：(1)公开号CN201850198U的发明专利公开了一种用于污水厂尾水深度处理的高效脱氮湿地系统，该系统依次连通有生物硝化池、水解脱氮池、生态补碳床、垂直流人工湿地和放流池等单元，处理后水质全面达到地表V类水标准，该方法对水质出水的标准较低；(2)公开号CN102491585A的发明专利公开了一种去除城市污水厂尾水硝态氮的组合方法，该方法涵盖了人工潜流湿地、厌氧生物滤池和活性炭滤池三级深度去除单元，该方法在人工潜流湿地处理单元中的进水布置、浮水植物的选择、湿地的运行管理方面面临诸多挑战导致容积负荷低、处理能力小、占地面积大，与预期效果存在差距，尤其在土地成本较高的城市系统中人工湿地系统受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种脱氮装置，以提高对污水厂尾水的脱氮效果。
基于上述目的，本发明提供的脱氮装置包括支撑漂浮板和纱网，所述支撑漂浮板的中间部位开设有缺口，所述缺口的周边与纱网固定连接，所述纱网上堆放有陶粒，所述陶粒中种植有浮水植物；所述陶粒的表面喷粘有菌胶液，所述支撑漂浮板的边缘连接有纤维膜，所述纤维膜上喷粘有菌胶液。
在本发明的一些实施例中，所述菌胶液中含有氨氧化菌和好氧反硝化菌，所述菌胶液中氨氧化菌和好氧反硝化菌的活菌数量之比为1:1～1.5。
在本发明的一些实施例中，所述氨氧化菌选自亚硝化单胞菌Nitrosomonassp.N-1、假单胞菌Pseudomonassp.He-X、热单胞菌ThermomonashaemolyticaD-2、无色杆菌AchromobacterxylosoxidansC-1中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述好氧反硝化菌选自水氏黄杆菌(Flavobacteriummizutaii)FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificars)DN-3中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述陶粒的堆放高度为10～20cm，所述陶粒的粒径为0.5～2cm，每500克陶粒喷粘106CFU/ml的菌胶液50～150ml。
在本发明的一些实施例中，所述纤维膜选自聚丙烯纤维膜，每米纤维膜喷粘106CFU/ml的菌胶液100～200ml。
在本发明的一些实施例中，所述菌胶液的制备方法包括：
分别配制氨化细菌培养液、好氧反硝化培养液，分别接入氨氧化菌与好氧反硝化菌进行培养；
将培养好的两种培养液分别离心，得到氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物；
将氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物倒入到聚乙烯醇水溶液中，制得菌胶液。
在本发明的一些实施例中，所述聚乙烯醇水溶液的制备方法包括：
配制0.2～0.35g/ml的聚乙烯醇水溶液，然后熬至沸腾，再冷却至20～25℃。
从上面所述可以看出，本发明首次将接种了氨氧化菌和好氧反硝化菌的脱氮装置用于污水厂尾水深度脱氮，可用于污水厂尾水受纳区(人工湿地、河道、湖泊等)黑臭水体或富营养化水体。本发明提供的脱氮装置利用接种了氨氧化菌和好氧反硝化菌的生物膜及陶粒装置处理污水厂尾水的方法，水体中氨态氮被氨氧化细菌转化为硝态氮和亚硝态氮并由好氧反硝化菌最终转化为氮气排放到大气中，以提高其脱氮效果。并且，充分发挥微生物与植物修复的各自优势，构建微生物系统为核心(水下部分)并辅助植物修复系统(水面部分)的复合植物-微生物修复系统，满负荷利用水体的立体结构，实现对富营养化水体的高效净化。
附图说明
图1为本发明实施例脱氮装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
针对城市污水厂尾水中低有效碳源、高氮磷等特征，本发明提出一种脱氮装置以及脱氮方法，利用接种了氨氧化菌和好氧反硝化菌的陶粒对污水厂尾水进行深度脱氮。
参见图1，其为本发明实施例脱氮装置的结构示意图。作为本发明的一个实施例，所述脱氮装置包括支撑漂浮板1和纱网2，所述支撑漂浮板1的中间部位开设有缺口，所述缺口的周边与纱网2固定连接，所述纱网2上堆放有陶粒3，所述陶粒3中种植有浮水植物4。可选地，所述浮水植物4选自兰草和绿萝中的至少一种，以利于对水体进行脱氮。
进一步地，所述陶粒3的表面喷粘有菌胶液。所述菌胶液中含有氨氧化菌和好氧反硝化菌，其中，所述氨氧化菌可以选自亚硝化单胞菌Nitrosomonassp.N-1、假单胞菌Pseudomonassp.He-X、热单胞菌ThermomonashaemolyticaD-2、无色杆菌AchromobacterxylosoxidansC-1中的至少一种；所述好氧反硝化菌选自水氏黄杆菌(Flavobacteriummizutaii)FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificars)DN-3中的至少一种。
作为本发明的一个较佳实施例，所述纱网2上堆放有一定数量的陶粒3。较佳地，所述陶粒3的堆放高度大约为10～12cm，所述陶粒3的粒径约为0.5～0.8cm，每500克陶粒3喷粘106CFU/ml的菌胶液55～65ml。优选地，所述菌胶液中氨氧化菌和好氧反硝化菌的活菌数量之比为1:1。
在本发明的另一个实施例中，所述陶粒3的堆放高度大约为15～17cm，所述陶粒3的粒径约为1.0～1.5cm，每500克陶粒3喷粘106CFU/ml的菌胶液85～90ml。优选地，所述菌胶液中氨氧化菌和好氧反硝化菌的活菌数量之比为1:1.2。
在本发明的又一个实施例中，所述陶粒3的堆放高度大约为18～20cm，所述陶粒3的粒径约为1.8～2.0cm，每500克陶粒3喷粘106CFU/ml的菌胶液110～120ml。优选地，所述菌胶液中氨氧化菌和好氧反硝化菌的活菌数量之比为1:1.5。
在本发明的又一个实施例中，所述陶粒3的堆放高度大约为14～18cm，所述陶粒3的粒径约为1.2～1.7cm，每500克陶粒3喷粘106CFU/ml的菌胶液142～150ml。优选地，所述菌胶液中氨氧化菌和好氧反硝化菌的活菌数量之比为1:1.5。
在本发明的又一个实施例中，如图1所示，所述支撑漂浮板1的边缘连接有纤维膜5。所述纤维膜2可以选自聚丙烯纤维膜。优选地，每米纤维膜5喷粘106CFU/ml的菌胶液100～120ml。在本发明的又一个实施例中，每米纤维膜5喷粘106CFU/ml的菌胶液150～175ml。在本发明的又一个实施例中，每米纤维膜5喷粘106CFU/ml的菌胶液170～192ml。
作为本发明的一个实施例，所述菌胶液的制备方法包括以下步骤：
表1氨化细菌培养液
药品 水 蛋白胨 氯化钠 磷酸氢二钾 七水合硫酸镁 七水合硫酸亚铁
质量 300ml 1.5g 0.075g 0.15g 0.15g 0.003g
表2好氧反硝化培养液
氨氧化菌的培养液如表1所示配制，好氧反硝化培养液如表2所示配制，选取氨氧化菌与好氧反硝化菌，分别接种入各自培养液中，置于30℃恒温摇床中150转/分钟，培养2天；
将培养好的两种培养液分别取200ml放入300ml的离心管中，高速离心3000转/分钟，离心10分钟，倒出上清液，然后继续在管中分别加入20ml的经灭菌的氨氧化菌培养液、好氧反硝化培养液，通过震荡把菌重新摇匀，得到氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物；
配制0.25g/ml左右的聚乙烯醇水溶液，熬至沸腾，再将其冷却至20～25℃左右，按氨氧化菌和好氧反硝化菌的活菌数量之比为1:1.2，将氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物倒入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，制得菌胶液，经平板计数法测定菌胶液中菌落数为106CFU/ml。
把菌胶液用喷壶均匀的喷洒在陶粒上，每500克喷粘菌胶液50～150ml。同样地，也在纤维膜5上喷粘106CFU/ml的菌胶液100～200ml。
作为本发明的又一个实施例，所述菌胶液的制备方法包括以下步骤：
表3氨化细菌培养液
药品 水 蛋白胨 氯化钠 磷酸氢二钾 七水合硫酸镁 七水合硫酸亚铁
质量 300ml 1.4g 0.082g 0.16g 0.14g 0.002g
表4好氧反硝化培养液
药品 质量
柠檬酸钠 3.8g
硫酸二铵 2.2g
碳酸钙 4.1g
磷酸氢二钾 1.2g
七水合硫酸亚铁 0.3g
七水合硫酸镁 0.45g
氯化钠 2.1g
水 1000mL
氨氧化菌的培养液如表3所示配制，好氧反硝化培养液如表4所示配制，选取氨氧化菌与好氧反硝化菌，分别接种入各自培养液中，置于28℃恒温摇床中180转/分钟，培养3天；
将培养好的两种培养液分别取200ml放入300ml的离心管中，高速离心3500转/分钟，离心8分钟，倒出上清液，然后继续在管中分别加入22ml的经灭菌的氨氧化菌培养液、好氧反硝化培养液，通过震荡把菌重新摇匀，得到氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物；
配制0.32g/ml左右的聚乙烯醇水溶液，熬至沸腾，再将其冷却至20～25℃左右，按氨氧化菌和好氧反硝化菌的活菌数量之比为1:1.5，将氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物倒入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，制得菌胶液，经平板计数法测定菌胶液中菌落数为106CFU/ml。
作为本发明的又一个实施例，所述菌胶液的制备方法包括以下步骤：
表5氨化细菌培养液
药品 水 蛋白胨 氯化钠 磷酸氢二钾 七水合硫酸镁 七水合硫酸亚铁
质量 300ml 1.7g 0.086g 0.14g 0.15g 0.004g
表6好氧反硝化培养液
氨氧化菌的培养液如表5所示配制，好氧反硝化培养液如表6所示配制，选取氨氧化菌与好氧反硝化菌，分别接种入各自培养液中，置于32℃恒温摇床中130转/分钟，培养3天；
将培养好的两种培养液分别取200ml放入300ml的离心管中，高速离心3050转/分钟，离心15分钟，倒出上清液，然后继续在管中分别加入25ml的经灭菌的氨氧化菌培养液、好氧反硝化培养液，通过震荡把菌重新摇匀，得到氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物；
配制0.22g/ml左右的聚乙烯醇水溶液，熬至沸腾，再将其冷却至20～25℃左右，按氨氧化菌和好氧反硝化菌的活菌数量之比为1:1，将氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物倒入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，制得菌胶液，经平板计数法测定菌胶液中菌落数为106CFU/ml。
作为本发明的一个实施例，采用所述脱氮装置对污水厂尾水进行脱氮的方法包括以下步骤：
1.尾水受纳区的构建：
由于该脱氮装置在水流流速稳定的水体中生长时，其脱氮效果较好，因此需要首先构建该脱氮装置的放置环境。
以人工湿地作为尾水的受纳区，首先通过输水管道将污水厂的尾水输送到人工湿地中，可以在人工湿地中以橡胶坝等工程措施建设梯级跌水环境，使该人工湿地的水深约为0.2～0.4m。然后在尾水收纳区的进水口处建设流量控制装置(例如流量计等)，在处理前期，控制尾水在尾水收纳区的水力停留时间为3～6天，后续逐步减少水力停留时间，并控制尾水在尾水收纳区的水力停留时间为2～4天。
2.氨氧化菌和好氧反硝化菌的接种
将利用培养基富集起来的氨氧化菌和好氧反硝化菌接种到纤维膜和陶粒上，并在陶粒中种植适量的浮水植物，该脱氮装置的放置面积以水面20～25％为宜。
3.运行与维护
利用接种了氨氧化菌和好氧反硝化菌的脱氮装置开展污水厂尾水深度脱氮的方法一般坚持以前期低负荷(控制尾水在尾水收纳区的水力停留时间为3～6天)启动，后续逐步增加污染负荷(控制尾水在尾水收纳区的水力停留时间为2～4天)，一般1～2个月可达到系统稳定，具有污染物脱出效果显著并可长期使用，投资少，安装和维护简便，无需能耗等特点，只需定期强化接种菌株，而无需其他维护措施。
实施案例1：脱氮装置对尾水脱氮试验
该实验在室内用河道模拟反应器运行，实验用水来源洨河，海河的支流，主要接纳石家庄桥东污水处理厂污水及沿途一些工厂的生活污水，水体富营养化严重，为石家庄污水厂尾水，河道模拟反应器长、宽、高分别为18m、0.5m、0.5m，河道坡度千分之五，模拟真实河道。河道底端铺设适当的鹅卵石和沙子和泥土，高度为5cm。
实验自2015年5月开始，将脱氮装置安放在河道内，安放面积为水面的40％，水力停留时间分别设计为15天、10天、5天、3天运行20天系统趋于稳定。具体效果如表7：
表7运行效果表
实施案例2：脱氮装置对富营养化水体脱氮试验
该实验位于石家庄市世纪公园，园内景观用水富营养化严重，示范区域约20平方米的水域，水体含氮量为15～25mg/L。
首先将直径1米的该脱氮装置5组放置水域四个角表面，装置自由漂浮，装置间用尼龙绳互相连接以防过度漂移，纤维膜的底端用钢丝圈连起，以确保纤维膜在水中垂直。经过30天实验结果发现：该示范系统可消减污染物60％以上。
本发明的微生物系统以农业废弃物生物转化的高效脱氮菌剂红球为主，并为其提供迅速定殖的软性载体，植物修复系统以氮、磷高富集植物狐尾藻、美人蕉等为主，并为其提供可随水位升降的支座，形成根孔净化、浮水植物配置与微生态原位净化的多级脱氮除磷措施，对水流流动较小富营养化水体COD、氮和磷的去除率可稳定在60％以上，实现功能微生物与植物通过物理、化学和生物组合条件下对水体污染物的快速吸收与降解。
如上所述，本发明首次将接种了氨氧化菌和好氧反硝化菌的脱氮装置用于污水厂尾水深度脱氮，可用于污水厂尾水受纳区(人工湿地、河道、湖泊等)黑臭水体或富营养化水体。本发明提供的脱氮装置利用接种了氨氧化菌和好氧反硝化菌的生物膜及陶粒装置处理污水厂尾水的方法，水体中氨态氮被氨氧化细菌转化为硝态氮和亚硝态氮并由好氧反硝化菌最终转化为氮气排放到大气中，以提高其脱氮效果。并且，充分发挥微生物与植物修复的各自优势，构建微生物系统为核心(水下部分)并辅助植物修复系统(水面部分)的复合植物-微生物修复系统，满负荷利用水体的立体结构，实现对富营养化水体的高效净化。
本发明提供的脱氮装置具有生产原料低廉(农林废弃物)、投资少、操作简单、使用寿命长及安装、后期维护方便、无需能耗等优点。本发明提供了一项治理富营养化水体的崭新途径，具有良好的经济效益和社会效益，尤其适用于水流流动较小的富营养化水体。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种脱氮装置，其特征在于，包括支撑漂浮板和纱网，所述支撑漂浮板的中间部位开设有缺口，所述缺口的周边与纱网固定连接，所述纱网上堆放有陶粒，所述陶粒中种植有浮水植物；所述陶粒的表面喷粘有菌胶液，所述支撑漂浮板的边缘连接有纤维膜，所述纤维膜上喷粘有菌胶液。
2.根据权利要求1所述的脱氮装置，其特征在于，所述菌胶液中含有氨氧化菌和好氧反硝化菌，所述菌胶液中氨氧化菌和好氧反硝化菌的活菌数量之比为1:1～1.5。
3.根据权利要求2所述的脱氮装置，其特征在于，所述氨氧化菌选自亚硝化单胞菌Nitrosomonassp.N-1、假单胞菌Pseudomonassp.He-X、热单胞菌ThermomonashaemolyticaD-2、无色杆菌AchromobacterxylosoxidansC-1中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的脱氮装置，其特征在于，所述好氧反硝化菌选自水氏黄杆菌(Flavobacteriummizutaii)FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificars)DN-3中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的脱氮装置，其特征在于，所述陶粒的堆放高度为10～20cm，所述陶粒的粒径为0.5～2cm，每500克陶粒喷粘106CFU/ml的菌胶液50～150ml。
6.根据权利要求1所述的脱氮装置，其特征在于，所述纤维膜选自聚丙烯纤维膜，每米纤维膜喷粘106CFU/ml的菌胶液100～200ml。
7.根据权利要求1所述的脱氮装置，其特征在于，所述菌胶液的制备方法包括：
分别配制氨化细菌培养液、好氧反硝化培养液，分别接入氨氧化菌与好氧反硝化菌进行培养；
将培养好的两种培养液分别离心，得到氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物；
将氨氧化菌离心产物、好氧反硝化离心产物倒入到聚乙烯醇水溶液中，制得菌胶液。
8.根据权利要求1所述的脱氮装置，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液的制备方法包括：
配制0.2～0.35g/ml的聚乙烯醇水溶液，然后熬至沸腾，再冷却至20～25℃。
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