CN113087154A - Fmnr纳米硅藻高效生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了FMNR纳米硅藻高效生物反应器，属于污水处理技术领域，其技术方案要点是，包括依次沿着污水处理方向设置的格栅槽、调节池、FMNR一体化设备以及消毒池，其中所述FMNR一体化设备内放有基于纳米硅藻和好氧反硝化细菌的微生物功能填料。该种FMNR纳米硅藻高效生物反应器在农村污水治理有着很好的应用前景，同样也可作用于城镇污水治理及工业高浓度有机废水治理生化单元。FMNR微生物功能填料根据微生物负载量、去除效率等要求，对反应器在脱氮环节使用的菌剂及填料方面和反应器工艺设计方面进行改进，采用高度集成的模块化设计。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体为FMNR纳米硅藻高效生物反应器。
背景技术
固定化微生物技术(immobilized microbial technology)是20世纪70年代发展起来的一项生物技术，是指利用物理或化学手段将游离微生物限定在特定载体内，使其高浓度富集的一种新型技术。微生物包埋固定化的载体材料主要为有机高分子材料，分天然和合成两类。天然高分子载体如琼脂、卡拉胶、海藻酸钠和明胶等；合成高分子载体如聚丙烯酰胺、聚乙稀醇等。目前研究和应用最多的微生物菌剂固定化载体材料主要有海藻酸钠和聚乙烯醇。
硅藻是一类微小的单细胞藻类，具有由无定形氧化硅组成的坚硬细胞壁(硅壳)。硅壳具有精致的纳米形态和结构，因此通过单细胞硅藻的培养，利用其直接自组装系统，可为设计和制造纳米硅藻材料提供一条新的途径。近年来硅藻纳米技术已经成为一个研究的热点。
现有的处理方法包括：活性污泥法、A/O、A2/O、MBR法等处理方法。
活性污泥法是一种污水的好氧生物处理法，由英国的克拉克(Clark)和盖奇(Gage)于1912年发明。如今，活性污泥法及其衍生改良工艺是处理城市污水最广泛使用的方法。
A/O工艺法也叫厌氧好氧工艺法，A(Anaerobic)是厌氧段，用与脱氮除磷；O(Oxic)是好氧段，用于除水中的有机物。它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以AO法是改进的活性污泥法。
A2/O工艺(AAO工艺、AAO法),是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称(厌氧-缺氧-好氧),是一种常用的二级污水处理工艺,
膜生物反应器(MBR)是将微滤或超滤等膜过程与生物废水处理过程、活性污泥过程相结合。它现在被广泛用于市政和工业废水处理。
活性污泥法、A/O和A2/O等传统的处理方法处理效果不佳，出水水质很难达到GB18918-2002一级A标准。且占地面积大。而MBR法的运行成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种FMNR纳米硅藻高效生物反应器，以及FMNR纳米硅藻高效生物反应器中微生物功能填料的制备方法，以解决上述背景技术中提到的现有技术所面临的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：FMNR纳米硅藻高效生物反应器，用于污水处理，包括依次沿着污水处理方向设置的格栅槽、调节池、FMNR一体化设备以及消毒池，其中所述FMNR一体化设备内放有基于纳米硅藻和好氧反硝化细菌的微生物功能填料。
进一步的，所述格栅槽内包括有粗细不同的两种格栅。
进一步的，所述FMNR一体化设备包括依次沿着污水处理方向设置的生物选培池、厌氧区、缺氧区、FMNR池以及沉淀池，其中所述生物选培池与所述调节池连接，所述沉淀池与所述消毒池连接，且所述微生物功能填料分别放在所述生物选培池、所述厌氧区、所述缺氧区以及所述FMNR池内。
进一步的，所述FMNR一体化设备还包括风机，所述风机的出风通入至所述FMNR池内。
进一步的，所述FMNR一体化设备还包括污泥浓缩池，所述污泥浓缩池包括一个入口和两个出口，所述入口与所述FMNR池连接，一个所述出口与所述生物选培池连接，另一个所述出口通向所述FMNR一体化设备外。
一种微生物功能填料的制备方法，包括以下步骤：
a.制备培养基：
配方为：按牛肉膏3g，蛋白胨5g，氯化钠5g，蒸馏水1L的比例，调节pH＝7.0～7.2；
培养方法：在28℃，150r/min振荡频率的条件下，于空气浴振荡器中培养7d。
b.选用功能菌剂：所选用的微生物为好氧反硝化细菌；
c.纳米硅藻改性：通过酸化、煅烧工艺对纳米硅藻进行改性；
d.制备微生物功能填料：将改性后的纳米硅藻按比例加入含有功能菌剂的培养基之中，改性纳米硅藻与功能菌剂的比例为100～1000:1，搅拌2d，待吸附饱和后静置，倒去上清液后对滤渣进行造粒。
进一步的，步骤b中所述好氧反硝化细菌包括β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria和Uncultured bacterium。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
该种FMNR纳米硅藻高效生物反应器，以改性纳米硅藻为载体，结合好氧反硝化细菌功能菌剂在特制的培养基中进行培养，这样一来，实现将具有高效脱氮除磷净水功能的微生物菌剂负载于纳米硅藻表面，从而制备出一种微生物功能填料，然后基于该功能填料，构建一种微生物填料与生化处理单元协同作用的纳米硅藻高效生物反应器(FunctionalMicrobe loaded Nano-diatom Reactor，简称FMNR)。该反应器在农村污水治理有着很好的应用前景，同样也可作用于城镇污水治理及工业高浓度有机废水治理生化单元。FMNR微生物功能填料根据微生物负载量、去除效率等要求，对反应器在脱氮环节使用的菌剂及填料方面和反应器工艺设计方面进行改进，采用高度集成的模块化设计。产品用于农村生活污水处理时，相比于活性污泥法、A/O法和MBR法等方法具有处理效果好、运行成本低、占地面积小及运行更加灵活等优势。
附图说明
图1为本发明的FMNR纳米硅藻高效生物反应器的工作流程示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，FMNR纳米硅藻高效生物反应器，用于污水处理，包括依次沿着污水处理方向设置的格栅槽、调节池、FMNR一体化设备以及消毒池，其中FMNR一体化设备内放有基于纳米硅藻和好氧反硝化细菌的微生物功能填料，FMNR一体化设备为一种微生物功能填料与生化单元相结合的一体式结构。通过以上技术方案，污水首先进入格栅槽内进行预处理，以筛除掉污水中的一些大颗粒杂质，然后缓存至调节池中，根据实际需求借助调节池对污水的流量、流速以及流向进行分配调节，接着污水进入至FMNR一体化设备内，以实现对污水的深层次处理，污水穿过微生物功能填料之后，借助附着在纳米硅藻上的好氧反硝化细菌实现对污水的生物处理，经过深层次处理之后的污水输送至消毒池内，以实现对污水的杀菌消毒，使污水达到排放标准，达到排放标准的污水可从消毒池中直接排放至外界。该种FMNR纳米硅藻高效生物反应器，微生物功能填料和生化单元采取一体式结构设计，促进了微生物功能填料的活化进程；采用纳米硅藻菌剂复合微生物填料，设备运行时冲击力小，更加稳定可靠，能够适应多种恶劣工况环境；并且整个FMNR纳米硅藻高效生物反应器按模块化设计，使得产品可以根据不同水量、排放标准无缝切换运行模式，有效应对农村“空心村”污水的水量冲击变化。
进一步的，格栅槽内包括有粗细不同的两种格栅，可实现对污水中粗细不同的两种杂质进行分批筛除，由此提升了格栅槽的杂质筛除效果。
进一步的，FMNR一体化设备包括依次沿着污水处理方向设置的生物选培池、厌氧区、缺氧区、FMNR池以及沉淀池，其中生物选培池与调节池连接，沉淀池与消毒池连接，且微生物功能填料分别放在生物选培池、厌氧区、缺氧区以及FMNR池内，污水依次通过生物选培池、厌氧区、缺氧区、FMNR池以及沉淀池，在生物选培池、厌氧区、缺氧区以及FMNR池中借助附着在纳米硅藻上的好氧反硝化细菌实现对污水的生物处理。并且在上述工艺中，FMNR池中的硝化液将回流至工艺前端的缺氧区内，硝化液中含有硝化细菌氧化氨氮产生的硝酸盐氮，它们回流到前端后，可以与缺氧区中进水里的有机物混合，由反硝化细菌进行硝酸盐氮的反硝化，实现总氮去除。
进一步的，FMNR一体化设备还包括风机，风机的出风通入至FMNR池内，实现对FMNR池的曝气充氧，以满足FMNR池的供氧需求。
进一步的，FMNR一体化设备还包括污泥浓缩池，污泥浓缩池包括一个入口和两个出口，入口与FMNR池连接，一个出口与生物选培池连接，另一个出口通向FMNR一体化设备外，FMNR池中从污水中沉淀下来的污泥将进入至污泥浓缩池内，废水处理过程中产生的污泥含水率很高，所以污泥的体积比较大，对污泥的处理、利用和运输造成困难，污泥浓缩就是通过污泥增稠来降低污泥的含水率和减小污泥的体积，从而降低后续处理费用，刚进入污泥浓缩池内的污泥将被传输至生物选培池内，由此实现在缺氧条件下充分去除回流污泥中的硝酸盐，反硝化产生的氧将在此区域得到充分释放，消除了氧对脱磷环境的影响，同时反硝化回收的部分碱度，对好氧硝化提供了有力条件，最终，污泥经过再次循环之后，再由污泥浓缩池排出至外界。
一种微生物功能填料的制备方法，包括以下步骤：
a.制备培养基：
配方为：按牛肉膏3g，蛋白胨5g，氯化钠5g，蒸馏水1L的比例，调节pH＝7.0～7.2；
培养方法：在28℃，150r/min振荡频率的条件下，于空气浴振荡器中培养7d。
b.选用功能菌剂：所选用的微生物为好氧反硝化细菌，好氧反硝化细菌包括β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria和Uncultured bacterium；
c.纳米硅藻改性：通过酸化、煅烧工艺对纳米硅藻进行改性；
d.制备微生物功能填料：将改性后的纳米硅藻按比例加入含有功能菌剂的培养基之中，改性纳米硅藻与功能菌剂的比例为100:1，搅拌2d，待吸附饱和后静置，倒去上清液后对滤渣进行造粒。
将按照上述方法制备的微生物功能填料应用至FMNR纳米硅藻高效生物反应器内之后，测试处理规模在20～300t/d的农村生活污水。
产品主要技术指标如下：
(1)化学需氧量(COD)、总氮(以N计)、氨氮(以N计)、总磷(以P计)的进水浓度(日均值)分别为250mg/L、20mg/L、12mg/L、4mg/L，出水浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A和《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB361102-2019)一级标准要求，处理效率分别达到80％、25％、58.3％、87.5％；
(2)产品的占地面积0.3-0.8㎡/吨。
(3)产品建设成本0.45-0.99万元/吨；运行成本0.35-0.8元/吨。
FMNR系列纳米硅藻高效生物反应器采用高效微生物填料与水处理生化单元的有机结合，反应器采用填料替换装置，维护、投加更加方便；填料和生化单元采取一体式结构设计，促进填料活化进程；采用纳米硅藻菌剂复合微生物填料，设备运行时冲击力小，更加稳定可靠；高强度的处理器设计，适应多种恶劣工况环境；填料系统和生化处理系统按模块化设计，使得产品可以根据不同水量、排放标准无缝切换运行模式，有效应对农村“空心村”污水的水量冲击变化。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，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，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.FMNR纳米硅藻高效生物反应器，用于污水处理，其特征在于：
包括依次沿着污水处理方向设置的格栅槽、调节池、FMNR一体化设备以及消毒池，其中所述FMNR一体化设备内放有基于纳米硅藻和好氧反硝化细菌的微生物功能填料。
2.根据权利要求1所述的FMNR纳米硅藻高效生物反应器，其特征在于：所述格栅槽内包括有粗细不同的两种格栅。
3.根据权利要求1所述的FMNR纳米硅藻高效生物反应器，其特征在于：所述FMNR一体化设备包括依次沿着污水处理方向设置的生物选培池、厌氧区、缺氧区、FMNR池以及沉淀池，其中所述生物选培池与所述调节池连接，所述沉淀池与所述消毒池连接，且所述微生物功能填料分别放在所述生物选培池、所述厌氧区、所述缺氧区以及所述FMNR池内。
4.根据权利要求1所述的FMNR纳米硅藻高效生物反应器，其特征在于：所述FMNR一体化设备还包括风机，所述风机的出风通入至所述FMNR池内。
5.根据权利要求1所述的FMNR纳米硅藻高效生物反应器，其特征在于：所述FMNR一体化设备还包括污泥浓缩池，所述污泥浓缩池包括一个入口和两个出口，所述入口与所述FMNR池连接，一个所述出口与所述生物选培池连接，另一个所述出口通向所述FMNR一体化设备外。
6.一种微生物功能填料的制备方法，用于制作权利要求1至5任一项所述的FMNR纳米硅藻高效生物反应器中的微生物功能填料，其特征在于：
包括以下步骤：
a.制备培养基：
配方为：按牛肉膏3g，蛋白胨5g，氯化钠5g，蒸馏水1L的比例，调节pH＝7.0～7.2；
培养方法：在28℃，150r/min振荡频率的条件下，于空气浴振荡器中培养7d。
b.选用功能菌剂：所选用的微生物为好氧反硝化细菌；
c.纳米硅藻改性：通过酸化、煅烧工艺对纳米硅藻进行改性；
d.制备微生物功能填料：将改性后的纳米硅藻按比例加入含有功能菌剂的培养基之中，改性纳米硅藻与功能菌剂的比例为100～1000:1，搅拌2d，待吸附饱和后静置，倒去上清液后对滤渣进行造粒。
7.根据权利要求6所述的一种微生物功能填料的制备方法，其特征在于：步骤b中所述好氧反硝化细菌包括β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria和Uncultured bacterium。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113549585A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-10-26 | 江西中江环保集团股份有限公司 | 一株耐盐异养硝化好氧反硝化菌及其应用 |
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