CN110217890A - 基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于好氧反硝化真菌强化水体氮素去除的装置和方法，所述升流式反应器分为上下两段，上、下两段接触面间密封连接，反应器上段填充铁炭微电解填料和红火山石填料，反应器下段内填充生物膜载体和固体碳源，下段底部连接漏斗状布水装置，漏斗状布水装置分别连接进水管和菌液进样管，进行进水和周期性进样，反应器下段底部设有曝气头，通过气泵向反应器内鼓入空气。本发明的装置和方法除能够有效实现水体氮去除外，还具有一定的磷和有机质去除能力。该装置能够连续运行，能耗低，成本低。

Description

基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置和方法

技术领域

本发明属于水污染治理、环境保护技术领域，具体涉及基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置和方法。该装置和方法主要可用于地表水体(如池塘、水库、溪流、河道、农田沟渠等)氮磷和有机质的去除，能够降低水体污染程度，提高水质。

背景技术

随着工农业的发展和人类生活水平的提高，地表水体受到人类活动的影响，很多已经处于受污染状态。水体营养盐水平的提高，如氮含量的升高，会导致水体富营养化。天然水体氮素包括无机氮和有机氮，其中无机氮素以氨氮和硝态氮为主。目前天然水体氮营养盐的去除主要以曝气、生态浮床和人工湿地为主。曝气主要是通过向水体增氧，水体中氨氮转化为硝态氮，但是并未实现无机氮的去除。生态浮床是结合生物膜和植物吸收的耦合工艺，生物膜上的微生物能够通过生物转化的方法去除无机氮，水生植物也能够吸收一定量的氨氮，从而实现无机氮从水体中去除，但是浮床上植物是将氨氮吸收在植物体内，植物体死亡后，氮素又回到水体中，而定期的植物收割增加人工成本。人工湿地系统也是污染水体进行修复的常用技术之一，人工湿地系统能够同时去除多种污染物，对水体进行综合治理，但是湿地一般占地面积较大，占用土地资源。生物膜工艺已经在污水处理系统中得到广泛应用，通过在载体上富集培养特定的微生物转化污染物，实现水体污染控制。生物膜工艺具有运行费用低，操作简便，能够长期稳定运行等优点。

目前针对氮去除的生物膜处理工艺所涉及的生物转化过程主要包括硝化过程、反硝化过程、厌氧氨氧化过程和短程硝化过程。水体中氨氮的转化去除主要过程包括氨好氧和厌氧氧化和动植物吸收。氨氮在好氧条件下首先被氧化为亚硝酸盐，再被氧化为硝酸盐，反硝化过程以有机质为电子供体将硝酸盐还原为氮气，实现氮去除。反硝化过程包括厌氧和好氧反硝化，目前厌氧反硝化已经被广泛应用，但是对好氧反硝化的研究和应用都较少。厌氧氨氧化是厌氧氨氧化菌在厌氧条件下将氨和亚硝酸盐转化为氮气的过程，虽然该过程是自养微生物过程，但是过程需要厌氧条件。短程硝化与厌氧氨氧化耦合是通过控制氨氧化至亚硝酸盐，再经厌氧氨氧化工艺实现氮去除，但是该过程需要精确控制溶解氧，系统稳定性较差。

天然水体一般溶解氧含量较高，常规的硝化反硝化、厌氧氨氧化和短程硝化厌氧氨氧化耦合工艺的实用性较低，相反，好氧脱氮工艺比较适用于天然水体的氮去除，但是目前关于好氧反硝化工艺的研究较少，分离的好氧反硝化菌也较少。天然水体一般有机质含量低，而且有机质的以难降解的为主，生物可利用性低，不利于反硝化微生物进行脱氮过程。固体碳源(如农作物秸秆、植物的枯枝落叶、木刨花等)在腐解的过程中会释放有机质，释放周期较长，常见的处理方式为堆肥、炭化或焚烧，填埋会产生有机物浓度高的渗滤液，焚烧会对大气环境产生影响。固体碳源释放的有机质可以作为反硝化生物膜的碳源，用于修复氮污染的天然水体。将工农业生产过程中产生的固体碳源用于反硝化生物膜工艺，在实现固体废物资源化利用的同时，还实现了水体的净化。

好氧反硝化真菌是真菌在好氧条件下以有机质作为电子供体，将硝酸盐还原为氮气的过程。好氧真菌反硝化与传统的细菌相比，能够在好氧的条件下进行反硝化，因此该过程能够直接在好氧条件下与硝化细菌协同实现氨转化为氮气，耦合过程能够同时实现氨氮和硝酸盐的去除。同时该过程无需先将待处理水体除氧至厌氧条件，因此可以直接应用于自然水体氮的去除。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种能够在好氧条件下利用好氧反硝化真菌实现水体硝酸盐去除的装置和方法。该装置和方法用于前景广阔，主要可用于如池塘、水库、溪流、河道、农田沟渠等地表水体硝酸盐的去除。该硝酸盐去除的装置和方法投入和运行成本低，操作和运行简便，同时还能够兼顾如农作物秸秆、木刨花、植物枯枝落叶等固体碳源的处理处置。

本发明主要是采用好氧真菌反硝化实现硝酸盐在好氧条件下的去除，同时结合固体碳源降解、铁氧化氨及异化铁还原等过程，达到去除水体氮素和有机质去除的目标。具体技术方案如下：

一种基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置，包括升流式反应器和动力装置；

所述升流式反应器分为上下两段，上、下两段接触面间密封连接，下段底部、上段底部和上段顶部分别设有第一隔网、第二隔网和第三隔网用于隔断；反应器上段填充铁炭微电解填料和红火山石填料，上段顶部设置三相分离器，气体从三相分离器顶端导出，液体从三相分离器上部侧壁的出水口导出；反应器下段内填充生物膜载体和固体碳源，下段底部连接漏斗状布水装置，所述漏斗状布水装置分别连接进水管和菌液进样管；

所述菌液进样管上设有开关夹，用于周期性进样，注入好氧反硝化真菌；所述进水管上设有动力装置，用于泵水。所述反应器下段底部设有曝气头，通过气泵向反应器内鼓入空气。

作为本发明的进一步优选，所述反应器漏斗状布水装置底部连接进样管，所述进样管上设置三通管，三通管主管连接进水管，支管连接菌液进样管，周期性注入分离富集的好氧反硝化真菌。下段底端的漏斗状布水装置有利于水样均匀分布。

作为本发明的进一步优选，所述升流式反应器上下两段的高度比为1:2～1:1。

作为本发明的进一步优选，所述反应器上段铁炭微电解填料和红火山石填料的总体体积填充比例为70％～90％；铁炭微电解填料的平均直径为2～8mm，红火山石填料的平均直径为2～6mm；铁炭微电解填料和红火山石填料的体积比为1:1～2:1；第二隔网、第三隔网孔径均为1mm。

作为本发明的进一步优选，所述反应器下段中生物膜载体和固体碳源总体积填充比例为75％～90％，生物膜载体与固体碳源的体积比为1:5～1:3。

作为本发明的进一步优选，所述生物膜载体选用MBBR填料、陶瓷填料等，填料直径为1-2cm；所述固体碳源为植物残体，如木刨花、残枝落叶、农作物秸秆等，固体碳源装填前粉碎至粒径为3-20mm，第一隔网孔径为1-2mm。

本发明的装置中，所述生物膜载体可为塑料空心小球或者半软性填料；进水管和出水口连接的出水管可以是硅胶管、橡胶管或者其他类似软管。

作为本发明的进一步优选，所述反应器上段和反应器下段为两段内外径相同的有机玻璃空心圆管，由螺丝固定连接，方便拆卸及更换反应器内填料；所述反应器上段和反应器下段连接处外周设置橡胶垫圈，保证密封效果；所述反应器底部设有底托，使反应器稳固，以防倾斜。

作为本发明的进一步优选，所述两段升流式反应器每段均为圆柱体结构，材质选用有机玻璃，圆柱体的内径和外径都相同。所述的升流式反应器底部安装漏斗布进水装置使得待处理水体沿反应器均匀上流，漏斗尖端伸出反应器外部并通过软管与进水的三通管相连。

作为本发明的进一步优选，所述两段升流式反应器两段连接处放置橡胶垫片，以保证密封效果。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述装置强化水体氮去除的方法，包括如下步骤：

(1)好氧反硝化真菌的分离和富集：将采集的天然水体或沉积物经震荡混凝沉淀后的上清液在培养基上接种培养，培养基为BTB培养基，将能够使培养基变蓝的菌斑重新接种纯化几次，在使用外加硝酸盐的好氧液体培养基鉴定菌种是否具有反硝化能力，通过显微镜和分子生物学方法鉴定其中的好氧反硝化真菌。本发明中采用的好氧反硝化真菌为经该方法分离纯化的一种真菌，归属为真核生物，真菌界，双核菌亚界，子囊菌门，盘菌亚门，散囊菌纲，散囊菌亚纲，散囊菌目，曲霉科，青霉菌属下的一种。

所述BTB培养基成分为：琼脂20g/L；NaNO₃ 0.5g/L；NaNO₂ 0.5g/L；KH₂PO₄ 1g/L；溴百里酚蓝的无水乙醇溶液0.01g/L；CH₃COONa·3H₂O 8g/L；pH＝6.8，25℃下培养；

所述液体培养基成分为：NaNO₃ 0.3g/L；KH₂PO₄ 1g/L；NaCl 0.15g/L；CH₃COONa·3H₂O 8g/L；pH＝7.0，25℃下培养；

(2)实现氮素的强化去除：动力装置将含氮素的水体通过进水口泵入两段升流式反应器底部，升流式反应器下段装有生物膜载体和固体碳源，水体中的微生物逐渐在生物膜载体和固体碳源上形成生物膜，固体碳源在微生物的作用下释放有机质；氨氮在微生物的作用下被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，生物膜上的反硝化微生物以固体碳源释放的有机质为电子供体，将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气，实现无机氮的去除。从反应器运行开始，在反应器初始运行的30天内，每3-5天从反应器底端的菌体进样口，用注射器注入适量步骤(1)分离纯化的好氧反硝化真菌菌液。菌液能够在生物膜载体和固体碳源表面快速形成好氧反硝化生物膜，在好氧环境中的生物膜上，好氧反硝化真菌为优势菌种，从而能够提升反应器的反硝化性能，强化反应器的脱氮能力，生物膜载体和固体碳源表面的生物膜有一定的厚度，生物膜内部为缺氧或厌氧环境，固体碳源被生物膜缺氧或厌氧区的微生物降解为小分子的有机物，供生物膜外表面的好氧反硝化真菌利用，同时固体碳源中的部分有机氮在缺氧或厌氧条件下被微生物转化为氨氮，氨氮在生物膜载体或固体碳源表面生物膜上的硝化细菌氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，产生的硝酸盐或亚硝酸盐能够被好氧反硝化菌转化为氮气，因此反应器下段生物膜载体和固体碳源混合段能够实现无机氮、有机氮和有机碳的在反应器的一个工序内同步去除，工艺简洁高效。同时该好氧反硝化真菌能够利用固体碳源后期释放的大分子有机物实现反硝化，如纤维素、木质素，因此反应器能够维持长期稳定的氮去除能力。反应器下段未处理完的无机氮和有机质进入到上部铁炭微电解填料和红火山石填料填充段。铁炭微电解填料和红火山石填料具有很大的孔隙度，能够为微生物的生长提供位点。红火山石铁含量高，释放出的三价铁能够在微生物的作用下转化水体中的氨氮和有机质，三价铁还原产生的二价铁能够与硝酸盐反应，将硝酸盐还原为氮气。反应器内的铁炭微电解填料腐蚀过程中形成无数个微原电池，微原电池产生大量的电子以及活性还原性物质，可有效地将水体中的无机和有机污染物还原并经吸附、絮凝、沉淀等综合作用去除。下段未去除的无机氮经过物理吸附、化学反应和微生物转化，主要被转化为氮气去除。

本发明的装置还可实现难水体中有机物去除，将含有有机物的待处理水体进入两段升流式反应器，反应器下段的生物膜载体和固体碳源表面的微生物能够转化有机物，铁炭微电解填料和红火山石填料表面形成的含有异化铁还原的微生物能够转化有机质，铁炭微电解填料电解过程也会降解水体中的有机污染物。

作为本发明的进一步优选，所述方法还包括：通过流量计控制曝气头的曝气速率，从而控制下段反应器溶解氧在3mg/L以上。反应器下段生物膜载体和固体碳源生物膜上的好氧反硝化真菌在好氧条件下，反硝化速率得到提升，同时在好氧条件下，氨氧化速率和有机质氧化速率均得到提升，从而使得反应器整体的氮去除性能得到提升。上段铁炭微电解填料和红火山石填料能够与氧气发生反应，为异化铁还原微生物和铁氧化氨微生物提供三价铁，在上段填料上附着的生物膜内部缺氧和厌氧区域，异化铁还原能够利用三价铁氧化有机质，铁氧化氨微生物能够利用三价铁将氨氧化为氮气，因此能够提升上段反应器的氨氮有机质去除性能。

本发明采用两段升流式反应器处理含氮素和有机质的地表水体(诸如池塘、水库、溪流、河道、农田沟渠等)。升流式反应器在前一个月运行的时间内，每3-5天从反应器底端的菌体进样口，用注射器注入适量的好氧反硝化真菌菌液。菌液能够在生物膜载体和固体碳源表面快速形成好氧反硝化生物膜，在好氧环境中的生物膜上，好氧反硝化真菌为优势菌种，从而能够提升反应器的反硝化性能，强化反应器的脱氮性能。上段铁炭微电解填料和红火山石填料亦会与氨氮、硝酸盐反应去除下段未完全去除的氮素，铁炭微电解填料电解过程会去除一部分有机物，铁炭微电解填料和红火山石填料表面生物膜中的异化铁还原过程会通过三价铁将有机质去除，同时铁炭微电解填料和红火山石填料的多孔装结构也会吸附一定量的有机质。

本发明的装置和方法具有如下优点：

1.本发明以从水环境中分离出的好氧反硝化菌作为菌剂，应用于水体氮素的去除装置，结合菌剂培养、好氧反硝化、固体碳源降解、异化铁还原过程和物理吸附等结合的方式，实现地表水体氮素去除的同时，兼顾有机质的去除。

2.此方法能耗低，运行简便，方便更换反应器内的固体碳源和铁炭微电解填料和红火山石填料，且更换填料的前后对反应器运行效果影响较小，不会出现空窗期，能够连续运行；本发明的技术基本无二次污染，适用于如池塘、水库、溪流、河道、农田沟渠等地表水体氮素的去除，适用范围广；

3.本发明的两段升流式反应器除了能够实现氮素和有机物的去除，还兼顾了固体碳源(如农作物秸秆、木刨花、植物枯枝落叶)的处置，实现了固体废物的资源化利用。

附图说明

图1是本发明所述的装置的纵剖面构造图；

其中，1、反应器下段；2、反应器上段；3、动力装置；4、底托；5、三相分离器；6、出水口；7、气体排出口；11、生物膜载体；12、固体碳源；13、铁炭微电解填料；14、红火山石填料；15、布水装置；16、第一隔网；17、第二隔网；18、第三隔网；19、螺丝；31、三通管；32、开关夹；33、气泵；34、曝气头；箭头表示水流方向。

图2是分离纯化出的菌种示意图。

图3是菌种硝酸盐去除能力示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1

本实施例具体说明本发明的装置结构。

如图1所示的基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置，包括升流式反应器和动力装置3；动力装置3选用水泵。

升流式反应器分为上下两段，反应器上段2和反应器下段1为两段内外径相同的有机玻璃空心圆管，上、下两段接触面间由螺丝19固定连接，连接处外周设置橡胶垫圈；下段底部和上段底部、上段顶部分别设有第一隔网16、第二隔网17和第三隔网18用于隔断；反应器底部设有底托4。反应器上段2填充铁炭微电解填料13和红火山石填料14，上段顶部设置三相分离器5，气体从三相分离器5顶端的气体排出口7导出，液体从三相分离器5上部侧壁的出水口6导出；反应器下段1内填充生物膜载体11和固体碳源12，下段底部连接漏斗状布水装置15，反应器漏斗状布水装置15底部连接水平进样管，水平进样管上设置三通管31，三通管31主管连接进水管，支管连接菌液进样管，菌液进样管上设有开关夹32，周期性注入分离富集的好氧反硝化真菌。进水管上设置动力装置3，用于泵水，进水管连接出水口6。反应器下段1底部设有曝气头34，通过气泵33向反应器底部鼓入空气。

在反应器运行的前一个月内，每3-5天打开菌液进样口开关夹32，注入好氧反硝化真菌菌液。含氮待处理水体经水泵3，通过三通管31与菌液混合首先进入布水装置15，再进入反应器下段1。好氧反硝化菌液或是附着在生物膜载体11、固体碳源12和铁炭微电解填料13和红火山石填料14上，或是悬浮在水体中。水体中的氨氮在生物膜载体11和固体碳源12上的微生物作用下被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐。生物膜上或水体中悬浮的反硝化微生物以固体碳源12释放的有机质为电子供体，将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气，实现无机氮的去除。固体碳源12释放的未经降解的有机质或水体中残留的氮素随水流进入铁炭微电解填料和红火山石填料反应器上段2，氮素在铁炭微电解填料和红火山石填料表面形成的微生物的作用下被去除，有机质在铁炭微电解填料和红火山石填料表面好氧反硝化真菌或异化铁还原菌的作用下被降解，铁炭微电解填料电解过程会去除一部分有机物，同时铁炭微电解填料和红火山石填料的多孔结构亦可以通过物理吸附去除氮素和有机质。处理后的水经出水口6进入受纳水体，经过反应器的多余气体和反应过程产生的气体经排气口7排除至外界大气中。

实施例2

本实施例具体说明好氧反硝化真菌分离鉴定的方法。

本实施例中使用的培养基成分为：

BTB培养基：琼脂20g/L；NaNO₃ 0.5g/L；NaNO₂ 0.5g/L；KH₂PO₄ 1g/L；溴百里酚蓝(BTB，溶解于0.5ml无水乙醇)0.01g/L；CH₃COONa·3H₂O 8g/L；pH＝6.8，25℃下培养。

液体培养基：NaNO₃ 0.3g/L；KH₂PO₄ 1g/L；NaCl 0.15g/L；CH₃COONa·3H₂O 8g/L；pH＝7.0，25℃下培养。

采集的天然水体或沉积物，震荡混凝沉淀后，取上清液在BTB培养基上接种培养，筛选出能够使培养基变蓝的菌斑，重新接种纯化几次，再使用外加硝酸盐的好氧液体培养基鉴定菌种是否具有反硝化能力，通过显微镜和分子生物学方法鉴定其中的好氧反硝化真菌，筛选出具备反硝化能力的菌种。本发明中采用的好氧反硝化真菌为经该方法分离纯化的一种真菌，归属为真核生物，真菌界，双核菌亚界，子囊菌门，盘菌亚门，散囊菌纲，散囊菌亚纲，散囊菌目，曲霉科，青霉菌属下的一种，分离出的菌种如图2所示，液体培养基中菌液浓度为1.72g/L，菌种的硝酸盐去除能力详见图3。

实施例3

本实施例说明本发明方法的具体实施方式。

本发明的方法具体包括如下步骤：

(1)实现氮素的强化去除：水泵将含氮素的水体通过进水口泵入两段升流式反应器底部，升流式反应器下段装有生物膜载体和固体碳源，水体中的微生物逐渐在生物膜载体上和固体碳源上形成生物膜，固体碳源在微生物的作用下释放有机质；氨氮在微生物的作用下被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，生物膜上的反硝化微生物以固体碳源释放的有机质为电子供体，将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气，实现无机氮的去除。从反应器运行开始，在反应器初始运行的30天内，每3-5天从反应器底端的菌体进样口，用注射器注入适量的好氧反硝化真菌菌液，菌液经三通管与反应器进水一同经布水装置进入反应器内。菌液能够在生物膜载体和固体碳源表面快速形成好氧反硝化生物膜，在好氧环境中的生物膜上，好氧反硝化真菌为优势菌种，从而能够提升反应器的反硝化性能，强化反应器的脱氮性能。同时该好氧反硝化真菌能够利用固体碳源后期释放的大分子有机物实现反硝化，如纤维素、木质素，因此反应器能够维持长期稳定的氮去除能力。反应器下段未处理完的无机氮和有机质进入到上部铁炭微电解填料和红火山石填料填充段。铁炭微电解填料和红火山石填料会释放三价铁，填料生物膜内缺氧和厌氧区内的微生物能够以三价铁为电子受体将水中的氨氮氧化为氮气去除，三价铁还原产生的二价铁能够将水中的亚硝酸盐还原为氮气，或在微生物的作用下将水中的硝酸盐还原为氮气。除此之外，铁炭微电解填料和红火山石填料的多孔装结构及腐蚀过程中产生的胶体也会吸附一定量氮素，从而实现水中氮素的去除。

(2)实现难水体中有机物去除：含有有机物的待处理水体进入两段升流式反应器，反应器最下段的生物膜载体和固体碳源表面的微生物能够转化有机物。上段铁炭微电解填料电解过程会去除一部分有机物，铁炭微电解填料和红火山石填料表面生物膜中的异化铁还原过程会通过三价铁将有机质去除，同时铁炭微电解填料和红火山石填料的多孔装结构也会吸附一定量的有机质。

(3)曝气强化氮素和有机质的去除：从反应器的最底端开始曝气，通过流量计控制曝气速率，从而控制下段反应器溶解氧在3mg/L以上。反应器下段生物膜载体和固体碳源生物膜上的好氧反硝化真菌在好氧条件下，反硝化速率得到提升，同时在好氧条件下，氨氧化速率和有机质氧化速率均得到提升，从而使得反应器整体的氮去除性能得到提升。在好氧条件下，下段固体填料和上段铁炭微电解填料和红火山石填料表面均会形成能够降解有机质的微生物，从而促进有机质的降解。

实施例4

实施例4-实施例6用于说明本发明装置的具体应用效果。本实施例中，对南京市玄武区某景观水体开展氮素和有机质同步去除。在景观湖泊岸边中构建本发明实施例1所述的两段升流式反应器装置。

本实施例中两段升流式反应器每段的直径均为20cm，每段高度50cm，反应器下段1中生物膜载体11为直径为1cm的MBBR填料，固体碳源12为尺寸为3-20mm的杨树木刨花，下段1中生物膜载体11和固体碳源12总体积填充比例为75％，生物膜载体与固体碳源的体积比为1:5，第一隔网16孔径为1mm。铁炭微电解填料直径为2～6mm，红火山石填料的直径为2～5mm，上段铁炭微电解填料和红火山石填料的总体积填充比例为90％，铁炭微电解填料和红火山石填料的体积比为2：1，上段的底端和中部的第二隔网、第三隔网的孔径均为1mm。装置最低端安设托底4，反应器和底托材质均为有机玻璃，反应器中的水流采用上流形式。

在反应器运行的前一个月内，每3天打开菌液进样口开关夹32，注入实施例2中分离纯化的好氧反硝化真菌菌液30毫升。含氮待处理水体经水泵3，通过三通管31与菌液混合首先进入布水装置15，再进入反应器下段1。气泵34以每分钟20L速率将空气经曝气头34通入反应器底部。好氧反硝化菌液或是附着在载体11、杨树木刨花12、铁炭微电解填料13和红火山石填料14上，或是悬浮在水体中。水体中的氨氮在生物膜载体11和木刨花12上的微生物作用下被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐。生物膜上或水体中悬浮的好氧反硝化微生物以木刨花12释放的有机质为电子供体，将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气，实现无机氮的去除。木刨花12释放的未经降解的有机质或水体中残留的氮素随水流进入上段铁炭微电解填料和红火山石填料段2，氮素在铁炭微电解填料和红火山石填料表面形成的微生物的作用下被去除，有机质在铁炭微电解填料和红火山石填料表面好氧反硝化真菌或异化铁还原菌的作用下被降解。同时铁炭微电解填料和红火山石填料的多孔结构亦可以通过物理吸附去除氮素和有机质。处理后的水经出水口6进入受纳水体，多余的空气及反应器内产生的气体经三相分离器5收集后通过排气口7排至外界大气中。水流在整个升流式反应器中的停留时间为6小时，水泵3选用220VBT100-2J恒流泵。

系统试运行后，对处理景观水体的两段升流式反应器进出水水质进行了检测分析，各阶段去除效果如下表1所示：

表1各阶段去除效率

在系统试运行的140天期间，对处理景观水体的两段升流式反应器进出水水质进行了检测分析，发现系统以较高的去除率实现了地表水体氮素和有机质的同步去除。

实施例5

本实施例中，对句容茅山某农田溪流开展氮素和有机质同步去除。在农田溪流岸边中构建本发明实施例1所述的两段升流式反应器装置。

本实施例中两段升流式反应器每段的直径均为15cm，下段高度80cm，上段高度40cm，反应器下段1中生物膜载体11为直径为1-2cm的陶瓷填料，固体碳源12为尺寸为4-15mm的玉米秸秆，下段1中生物膜载体11和固体碳源12总体积填充比例为80％，生物膜载体与固体碳源的体积比为1:4，第一隔网16孔径为1mm。铁炭微电解填料13的直径为2～8mm，红火山石填料14的直径为2～6mm，上段铁炭微电解填料和红火山石填料的总体积填充比例为85％，铁炭微电解填料和红火山石填料的体积比为1：1，上段的底端和上部的第二隔网、第三隔网的孔径均为1mm。装置最低端安设托底4，反应器和底托材质均为有机玻璃，反应器中的水流采用上流形式。

在反应器运行的前一个月内，每3天打开菌液进样口开关夹32，注入好氧反硝化真菌50毫升。含氮待处理水体经水泵3，通过三通管31与菌液混合首先进入布水装置15，再进入下段反应器。好氧反硝化菌液或是附着在载体11、玉米秸秆12、铁炭微电解填料13和红火山石填料14上，或是悬浮在水体中。气泵34以每分钟30L速率将空气经曝气头34通入反应器底部。水体中的氨氮在生物膜载体11和玉米秸秆12上的微生物作用下被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐。生物膜上或水体中悬浮的反硝化微生物以玉米秸秆12释放的有机质为电子供体，将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气，实现无机氮的去除。玉米秸秆12释放的未经降解的有机质或水体中残留的氮素随水流进入上段铁炭微电解填料和红火山石填料段2，氮素在铁炭微电解填料和红火山石填料表面形成的微生物的作用下被去除，有机质在铁炭微电解填料和红火山石填料表面好氧反硝化真菌或异化铁还原菌的作用下被降解。同时铁炭微电解填料和红火山石填料的多孔结构亦可以通过物理吸附去除氮素和有机质。处理后的水经出水口6进入受纳水体，多余的空气及反应器内产生的气体经三相分离器5收集后通过排气口7排至外界大气中。水流在整个升流式反应器中的停留时间为6小时，水泵3选用220VBT100-2J恒流泵。

系统试运行后，对处理景观水体的两段升流式反应器进出水水质进行了检测分析，各阶段去除效果如下表2所示：

表2各阶段去除效率

在系统试运行的90天期间，对处理景观水体的两段升流式反应器进出水水质进行了检测分析，发现系统以较高的去除率实现了地表水体氮素和有机质的同步去除。

实施例6

本实施例中，对南京市江宁区某池塘开展氮素和有机质同步去除。在池塘岸边中构建本发明实施例1所述的两段升流式反应器装置。

本实施例中两段升流式反应器每段的直径均为25cm，下段高度90cm，上段高度50cm，反应器下段1中生物膜载体11为直径为2cm的MBBR填料，固体碳源12为尺寸为4-20mm的杨树、梧桐树等树的枯枝，下段1中生物膜载体11和固体碳源12总体积填充比例为90％，生物膜载体与固体碳源的体积比为1:3，第一隔网16孔径为1mm。铁炭微电解填料13的直径为2～7mm，红火山石填料14的直径为2～6mm，上段铁炭微电解填料和红火山石填料的总体积填充比例为75％，铁炭微电解填料和红火山石填料的体积比为1：1，上段的底端和上部的第二隔网、第三隔网的孔径均为1mm。装置最低端安设托底4，反应器和底托材质均为有机玻璃，反应器中的水流采用上流形式。

在反应器运行的前一个月内，每3天打开菌液进样口开关夹32，注入好氧反硝化真菌60毫升。含氮待处理水体经水泵3，通过三通管31与菌液混合首先进入布水装置15，再进入下段反应器。好氧反硝化菌液或是附着在载体11、枯枝12、铁炭微电解填料13和红火山石填料14上，或是悬浮在水体中。气泵34以每分钟35L速率将空气经曝气头34通入反应器底部。水体中的氨氮在生物膜载体11和枯枝12上的微生物作用下被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐。生物膜上或水体中悬浮的反硝化微生物以杨树、梧桐树等树的枯枝12释放的有机质为电子供体，将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气，实现无机氮的去除。枯枝12释放的未经降解的有机质或水体中残留的氮素随水流进入上段铁炭微电解填料和红火山石填料段2，氮素在铁炭微电解填料和红火山石填料表面形成的微生物的作用下被去除，有机质在铁炭微电解填料和红火山石填料表面好氧反硝化真菌或异化铁还原菌的作用下被降解。同时铁炭微电解填料和红火山石填料的多孔结构亦可以通过物理吸附去除氮素和有机质。处理后的水经出水口6进入受纳水体，多余的空气及反应器内产生的气体经三相分离器5收集后通过排气口7排至外界大气中。水流在整个升流式反应器中的停留时间为6小时，水泵3选用220VBT100-2J恒流泵。

系统试运行后，对处理景观水体的两段升流式反应器进出水水质进行了检测分析，各阶段去除效果如下表3所示：

表3各阶段去除效率

在系统试运行的170天期间，对处理景观水体的两段升流式反应器进出水水质进行了检测分析，发现系统以较高的去除率实现了地表水体氮素和有机质的同步去除。

Claims (10)

1.一种基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置，其特征在于，包括升流式反应器和动力装置；

所述升流式反应器分为上下两段，上、下两段接触面间密封连接，下段底部、上段底部和上段顶部分别设有第一隔网、第二隔网和第三隔网用于隔断；反应器上段填充铁炭微电解填料和红火山石填料，上段顶部设置三相分离器，气体从三相分离器顶端导出，液体从三相分离器上部侧壁的出水口导出；反应器下段内填充生物膜载体和固体碳源，下段底部连接漏斗状布水装置，所述漏斗状布水装置分别连接进水管和菌液进样管；

所述菌液进样管上设有开关夹，用于周期性进样，注入好氧反硝化真菌；所述进水管上设有动力装置，用于泵水；所述反应器下段底部设有曝气头，通过气泵向反应器内鼓入空气。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器漏斗状布水装置底部连接水平进样管，所述水平进样管上设置三通管，三通管主管连接进水管，支管连接菌液进样管，周期性注入分离富集的好氧反硝化真菌。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述升流式反应器上下两段的高度比为1:2～1:1。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器上段铁炭微电解填料和红火山石填料的总体体积填充比例为70％～90％；铁炭微电解填料的平均直径为2-8mm，红火山石填料的平均直径为2-6mm；铁炭微电解填料和红火山石填料的体积比为1:1～2:1；第二隔网、第三隔网孔径均为1mm。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器下段中生物膜载体和固体碳源总体积填充比例为75％～90％，生物膜载体与固体碳源的体积比为1:5～1:3。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物膜载体选用MBBR填料或陶瓷填料，填料直径为1-2cm；所述固体碳源为植物残体，包括木刨花、残枝落叶、农作物秸秆，固体碳源粒径为3-20mm；第一隔网孔径为1-2mm。

7.根据权利要求1所述的一种基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置，其特征在于，所述反应器上段和反应器下段为两段内外径相同的有机玻璃空心圆管，由螺丝固定连接；所述反应器上段和反应器下段连接处外周设置橡胶垫圈；所述反应器底部设有底托。

8.权利要求1～7任一项所述装置强化水体氮去除的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将采集的天然水体或沉积物经震荡混凝沉淀后的上清液在BTB培养基上接种培养，将能够使培养基变蓝的菌斑重新接种纯化几次，再使用外加硝酸盐的好氧液体培养基鉴定菌种是否具有反硝化能力，分离和富集好氧反硝化真菌；

所述BTB培养基成分为：琼脂20g/L；NaNO₃ 0.5g/L；NaNO₂ 0.5g/L；KH₂PO₄ 1g/L；溴百里酚蓝的无水乙醇溶液0.01g/L；CH₃COONa·3H₂O 8g/L；pH＝6.8，25℃下培养；

所述液体培养基成分为：NaNO₃ 0.3g/L；KH₂PO₄ 1g/L；NaCl 0.15g/L；CH₃COONa·3H₂O8g/L；pH＝7.0，25℃下培养；

(2)动力装置将含氮素的水体通过进水口泵入升流式反应器底部，运行反应器；

(3)在反应器初始运行的30天内，每3-5天从菌液进样管注入好氧反硝化真菌菌液。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：通过流量计控制曝气头的曝气速率，控制下段反应器溶解氧在3mg/L以上。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述好氧反硝化真菌为青霉菌属的真菌。