CN112320940B - 一种利用膜接触器富集产n2o反硝化菌的装置及方法 - Google Patents

一种利用膜接触器富集产n2o反硝化菌的装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112320940B
CN112320940B CN202011133500.4A CN202011133500A CN112320940B CN 112320940 B CN112320940 B CN 112320940B CN 202011133500 A CN202011133500 A CN 202011133500A CN 112320940 B CN112320940 B CN 112320940B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hollow fiber
denitrification
fiber membrane
bioreactor
denitrifying bacteria
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011133500.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112320940A (zh
Inventor
吕永涛
王磊
朱传首
张旭阳
孙婷
孟晓荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN202011133500.4A priority Critical patent/CN112320940B/zh
Publication of CN112320940A publication Critical patent/CN112320940A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112320940B publication Critical patent/CN112320940B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2853—Anaerobic digestion processes using anaerobic membrane bioreactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/402—Dinitrogen oxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的装置及方法，包括反硝化生物反应器中放置吸收液，膜组件中的中空纤维膜，控制中空纤维膜组件分离膜的面积与反硝化生物反应器有效容积的比值；通入废水，控制反应器pH值以及中空纤维膜内腔侧负压值，连续一个周期运行，将反硝化过程产生的N2O原位转移至中空纤维膜内腔的储备液中，实现产N2O反硝化菌的富集。本发明解决了废水生物反硝化过程中N2O释放量低和回收困难的问题，将现有反硝化技术N2O的转化率低于15％提升至85％以上，实现N2O的高度转化与产N2O反硝化菌的富集。

Description

一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的装置及方法
技术领域
本发明属于环境与资源回收技术领域，主要涉及利用膜接触器富集产N2O 反硝化菌的装置及方法。
背景技术
废水生物脱氮是水处理的重要方向。传统的生物脱氮原理是将氮素转化为无害的N2并排放至大气环境，然而，反硝化过程还释放N2O。近年来，研究发现N2O是潜在的可再生能源，当替代氧作助燃剂时，可提高甲烷燃烧热值的 37％，为污水处理过程中氮的能源化利用提供了重要的科学依据。污水处理过程中氮的能源化利用日益引起人们的关注，然而，传统的反硝化过程N2O释放量很少，难以实现其富集，且不能回收利用。
研究发现，某些反硝化菌的代谢产物即为N2O，因此，富集产N2O反硝化菌可为N2O的回收利用提供新思路。如果能将反硝化过程产生的N2O实时从反应器中分离出来，就能干预反硝化的代谢过程，为产N2O反硝化菌的富集奠定基础。
发明内容
针对废水生物反硝化过程中N2O释放量低和回收困难的问题，本发明的目的在于，提供一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的装置及方法，通过控制内腔侧操作压力为负压的方法，将反硝化产生的N2O原位转移至膜的内腔侧，从而实现生物反应器中N2O的实时分离，诱导以N2O为代谢产物的功能微生物富集，为污水处理过程中氮的能源化利用提供依据。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
本发明实施例提供了一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的装置，包括以下步骤：
1)反硝化生物反应器中放置中空纤维膜组件，将中空纤维膜组件膜以U型浸没置于反硝化生物反应器中，控制中空纤维膜组件分离膜的表面面积与反硝化生物反应器有效容积的比值；
2)反硝化生物反应器中通入废水，中空纤维膜组件中通入吸收液并形成回路，通过控制中空纤维膜组件内腔侧负压值，投加HCl控制反应器中pH值，进行废水生物反硝化过程；
3)经过连续一个周期的运行，将反硝化过程废水产生的N2O原位转移至中空纤维膜组件内腔的储备液中，实现产N2O反硝化菌的富集。
对于上述技术方案，本发明进一步优选的方案为：
优选的，所述吸收液储罐中的吸收液为丙醇，分离膜的面积与丙醇总容积之比为50～100m2/m3，更换周期为5d。
优选的，所述中空纤维膜组件的分离膜膜丝平均孔径0.35μm，材质为聚四氟乙烯或聚丙烯。
优选的，所述反硝化生物反应器为密闭系统，反硝化生物反应器底部通过磁力搅拌实现泥水混合，通过投加1mol/L的HCl将反应器中pH值控制为6.5。
优选的，通过压力泵控制中空纤维膜组件内腔侧负压值为0.03-0.06MPa。
优选的，生物反硝化过程包括全程反硝化、短程反硝化、内源反硝化和自养反硝化；一个周期为25d。
本发明实施例进一步给出了所述方法的利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的装置，包括中空纤维膜组件、反硝化生物反应器、吸收液储罐电磁搅拌台；所述反硝化生物反应器放置在电磁搅拌台上，反硝化生物反应器中放置有中空纤维膜组件，中空纤维膜组件与吸收液储罐连通构成循环回路。
优选的，所述反硝化生物反应器与吸收液储罐之间设有阀门、压力泵和液体压力表。
优选的，所述电磁搅拌台上设有伸入反硝化生物反应器的转子。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)通过中空纤维膜组件实现N2O的高效、原位分离，采用生物反应器和一套膜接触器装置，利用中空纤维膜组件将反硝化过程产生的N2O实时从反应器中分离出来，避免了N2O被过度还原为氮气，同时，逐渐强化产N2O反硝化菌的生长环境，为产N2O反硝化菌富集提供了必需的条件。
(2)无需设置内源反硝化，简化了工艺流程，降低了建设与运行费用。
(3)通过控制反硝化的pH值为6.5，无需设置过低pH值，减小了投药量，降低了运行成本。
(4)通过定期更换吸收液，最终实现N2O的高度转化，转化率达到85％以上，并实现以N2O为代谢主产物的反硝化菌的富集。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本技术做进一步说明。
图1是膜接触反应器结构示意图；
图2是利用膜接触器富集N2O的效果图。
图中：1.中空纤维膜组件；2.反硝化生物反应器；3.进液管；4.吸收液储罐； 5.出液管；6.压力泵；7.液体压力表8.电磁搅拌台；9.转子；10.阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚的描述。显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，以及在此基础上做出的简单修改都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的装置，包括中空纤维膜组件1、反硝化生物反应器2、吸收液储罐4、电磁搅拌台8；反硝化生物反应器2放置在电磁搅拌台8上，电磁搅拌台8上设有伸入反硝化生物反应器2的转子9；反硝化生物反应器2中放置有U型的中空纤维膜，中空纤维膜组件与吸收液储罐4通过进液管3、出液管5连通构成循环回路。出液管5上分布有阀门10、压力泵6和液体压力表7。
下面以反硝化脱氮系统为例，给出本发明实施例利用膜接触器富集产N2O 反硝化菌的方法，包括以下步骤：
1)反硝化生物反应器中放置中空纤维膜组件，将中空纤维膜以U型浸没置于反硝化生物反应器中，在图1中，中空纤维膜组件的分离膜以U型浸没于液面以下，该中空纤维膜的主材为聚四氟乙烯或聚丙烯，平均孔径为0.35μm。控制中空纤维膜组件分离膜的面积与反硝化生物反应器有效容积比为 50～100m2/m3。
2)反硝化生物反应器中通入废水，反硝化生物反应器为密闭系统，反硝化生物反应器底部通过磁力搅拌实现泥水混合，中空纤维膜组件通过进液管3和出液管5与吸收液储罐相连，中空纤维膜组件中通入吸收液并形成回路，吸收液储罐中为丙醇，吸收液的更换周期为5d；通过控制中空纤维膜组件内腔侧负压值为0.03-0.06MPa，投加1mol/L的HCl控制反应器中pH值为6.5，进行生物反硝化过程；反硝化过程包括全程反硝化、短程反硝化、内源反硝化和自养反硝化；一个周期为25d。
3)经过连续一个周期25d的运行，将反硝化过程产生的N2O原位转移至中空纤维膜组件内腔的储备液中，在反应过程中通过将产生的N2O不断分离至中空纤维膜组件的内腔侧，从而为产N2O反硝化菌的驯化奠定条件，N2O的转化率可升至85％以上，从而实现产N2O反硝化菌的富集。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明方法实施过程。
采用如图1所示的膜接触器反应器，中空纤维膜组件的膜丝以U型浸没于液面以下，膜丝主材为聚四氟乙烯，膜面平均孔径为0.35μm。反应器的有效容积为4L，中空纤维膜的面积与反应器有效容积比为90m2/m3。反应器接种普通活性污泥，浓度约为3500mg/L，进水基质为硝酸钠和乙酸钠，浓度分别为：硝酸盐氮90mg/L，COD为360mg/L。利用pH计实时监测反应器中的pH值，投加1mol/L的HCl并通过PLC控制反应器中pH值为6.5。运行的过程中，定期排泥，维持SRT＝9d。吸收液储罐中为丙醇溶液，每5天更换一次吸收液，定期测定系统中N2O的转化效率，效果见图2。
由图2可见，接种污泥的N2O转化率仅有0.4％，随着实时将N2O从反应器分离至吸收液中，强化了产N2O还原菌的生长条件，N2O的转化率逐步得到提升，15d时，已经提升至28％；第24d时，N2O的转化率达到87％，之后逐步稳定至90％左右，表明产N2O还原菌已经得到富集。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）反硝化生物反应器中放置中空纤维膜组件，中空纤维膜组件的分离膜膜丝平均孔径0.35μm，材质为聚四氟乙烯；将中空纤维膜以U型浸没置于反硝化生物反应器中，控制中空纤维膜组件分离膜的表面面积与反硝化生物反应器有效容积的比值；
2）反硝化生物反应器中通入废水，中空纤维膜组件中通入吸收液并形成回路，吸收液储罐中为丙醇，通过控制中空纤维膜组件内腔侧负压值，通过投加1mol/L的HCl控制反应器中的pH值为6.5，进行废水生物反硝化过程；
3）经过连续一个周期的运行，将反硝化过程废水产生的N2O原位转移至中空纤维膜组件内腔的储备液中，实现产N2O反硝化菌的富集。
2.如权利要求1所述的一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的方法，其特征在于，分离膜的面积与丙醇总容积之比为50~100m2/m3，更换周期为5d。
3.如权利要求1所述的一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的方法，其特征在于，所述反硝化生物反应器为密闭系统，反硝化生物反应器底部通过磁力搅拌实现泥水混合。
4.如权利要求1所述的一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的方法，其特征在于，通过压力泵控制中空纤维膜组件内腔侧负压值为0.03-0.06MPa。
5.如权利要求1所述的一种利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的方法，其特征在于，生物反硝化过程包括全程反硝化、短程反硝化、内源反硝化和自养反硝化；一个周期为25d。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述方法的利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的装置，其特征在于，包括中空纤维膜组件、反硝化生物反应器、吸收液储罐、电磁搅拌台；所述反硝化生物反应器放置在电磁搅拌台上，反硝化生物反应器中放置有中空纤维膜组件，中空纤维膜组件与吸收液储罐连通构成循环回路。
7.根据权利要求6所述的利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的装置，其特征在于，所述反硝化生物反应器与吸收液储罐之间设有阀门、压力泵和液体压力表。
8.根据权利要求6所述的利用膜接触器富集产N2O反硝化菌的装置，其特征在于，所述电磁搅拌台上设有伸入反硝化生物反应器的转子。
CN202011133500.4A 2020-10-21 2020-10-21 一种利用膜接触器富集产n2o反硝化菌的装置及方法 Active CN112320940B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011133500.4A CN112320940B (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种利用膜接触器富集产n2o反硝化菌的装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011133500.4A CN112320940B (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种利用膜接触器富集产n2o反硝化菌的装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112320940A CN112320940A (zh) 2021-02-05
CN112320940B true CN112320940B (zh) 2023-03-14

Family

ID=74312113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011133500.4A Active CN112320940B (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种利用膜接触器富集产n2o反硝化菌的装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112320940B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113354106A (zh) * 2021-07-13 2021-09-07 南开大学 一种反硝化脱氮除磷的污水处理系统及处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8157993B1 (en) * 2010-01-21 2012-04-17 Pedros Philip B Nitrous oxide reduction from biological wastewater treatment processes
CN103408141A (zh) * 2013-08-16 2013-11-27 北京工业大学 一种强化污水处理过程中n2o产生的装置与控制方法
CN107827232A (zh) * 2017-11-09 2018-03-23 北京建筑大学 一种以n2o为终产物的反硝化菌的培养方法
CN107954515A (zh) * 2017-11-08 2018-04-24 河南师范大学 一种污水净化、污泥处理和能源回收的组合装置及其运行方法
CN111087071A (zh) * 2019-12-25 2020-05-01 北京林业大学 用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009000075A1 (de) * 2009-01-08 2010-07-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Gewinnung von Distickstoffoxid
US8932847B2 (en) * 2009-04-28 2015-01-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Microbial production of nitrous oxide coupled with chemical reaction of gaseous nitrous oxide

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8157993B1 (en) * 2010-01-21 2012-04-17 Pedros Philip B Nitrous oxide reduction from biological wastewater treatment processes
CN103408141A (zh) * 2013-08-16 2013-11-27 北京工业大学 一种强化污水处理过程中n2o产生的装置与控制方法
CN107954515A (zh) * 2017-11-08 2018-04-24 河南师范大学 一种污水净化、污泥处理和能源回收的组合装置及其运行方法
CN107827232A (zh) * 2017-11-09 2018-03-23 北京建筑大学 一种以n2o为终产物的反硝化菌的培养方法
CN111087071A (zh) * 2019-12-25 2020-05-01 北京林业大学 用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Max Weißbach等.Separation of nitrous oxide from aqueous solutions applying a micro porous hollow fiber membrane contactor for energy recovery.《Separation and Purification Technology》.2017,第195卷 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112320940A (zh) 2021-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103771650B (zh) 一种煤气化废水的处理方法
CN111167513B (zh) 一种用于去除水中硝酸盐的柔性电催化膜及其制备方法和应用
CN110240367B (zh) 一种碳氮磷同步高效去除的污水处理系统及方法
CN103112991A (zh) 焦化废水处理系统及焦化废水处理方法
CN112661266B (zh) 一种利用生物膜法富集磷及回收蓝铁矿的工艺
CN104681843B (zh) 一种正渗透膜‑微生物燃料电池
CN111422983A (zh) 一种短程硝化-厌氧氨氧化两级污水处理装置及工艺
CN112320940B (zh) 一种利用膜接触器富集产n2o反硝化菌的装置及方法
CN114873837B (zh) Pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法及装置
CN210885707U (zh) 一体式短程反硝化厌氧氨氧化水处理系统
CN111484138A (zh) 一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法
CN109321444B (zh) 降流式两步厌氧发酵制取氢烷气的方法及生物膜反应器
CN111252889A (zh) 一种菌藻共生法与膜生物膜反应器结合的高盐废水处理装置及方法
CN104628131A (zh) 一种在连续流中实现稳定反硝化亚硝酸盐的产生装置与方法
CN112441701B (zh) 一种页岩气返排液高效处理、回用、零排放方法及系统
CN107235553B (zh) 一种基于污泥焚烧灰的低温好氧颗粒污泥快速培养方法
CN112340843A (zh) 一种实现产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮的装置与方法
CN201250160Y (zh) 节能型污水处理设备
CN111573833A (zh) 一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法
CN106830354B (zh) 利用mbbr反应器富集甲烷氧化耦合高氯酸盐还原菌群的方法
CN203173936U (zh) 焦化废水氧化及生化处理设备
CN112321112B (zh) 一种污水处理厂氮能源化的装置及方法
CN115432805A (zh) 一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类废水深度脱氮除硫的方法与装置
CN210505741U (zh) 一种膜生物反应器及污水处理系统
CN211170336U (zh) 组合式压力曝气好氧反应装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant