CN114634245A - 一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统及其构建方法 - Google Patents
一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统及其构建方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114634245A CN114634245A CN202210244309.XA CN202210244309A CN114634245A CN 114634245 A CN114634245 A CN 114634245A CN 202210244309 A CN202210244309 A CN 202210244309A CN 114634245 A CN114634245 A CN 114634245A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- denitrification
- water
- solid
- carbon source
- phase
- 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.)
- Pending
Links
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 title claims abstract description 74
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 70
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 70
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 173
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 54
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 18
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 claims description 11
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 9
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 8
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007836 KH2PO4 Substances 0.000 claims description 5
- 229910021380 Manganese Chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical compound Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 5
- 229910052927 chalcanthite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 5
- 239000011565 manganese chloride Substances 0.000 claims description 5
- 229910052603 melanterite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 5
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 claims description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 17
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 6
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000002464 physical blending Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 229910021580 Cobalt(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 4
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000032770 biofilm formation Effects 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012531 culture fluid Substances 0.000 description 2
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 2
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 108010061951 Methemoglobin Proteins 0.000 description 1
- MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 208000011580 syndromic disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 1
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 description 1
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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
- C02F2101/163—Nitrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2203/00—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage
- C02F2203/006—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage details of construction, e.g. specially adapted seals, modules, connections
Abstract
本发明公开了一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统及其构建方法，旨在解决目前反硝化动力不足、效率低下等问题。该反硝化系统依次包括水池(1)、水泵(2)和反硝化装置(3)；所述反硝化装置(3)从下到上依次设有反硝化进水区(33)、反硝化反应区(34)和反硝化出水区(35)；所述反硝化反应区(34)在竖直方向上平均、平行排布有多个穿孔板(36)，相邻的两个穿孔板(36)之间填充有固相碳源纳米纤维膜(37)。本发明通过反重力上升流的反硝化反应区构造，穿孔板与固相碳源纳米纤维膜交替分布，利用纳米纤维固相碳源来稳定释碳，从而构建下进上出式高效固相反硝化系统，使培养液和活性污泥能够与固相碳源充分接触并进行反硝化。
Description
技术领域
本发明涉及自然水体修复技术领域，具体涉及一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统及其构建方法。
背景技术
近几十年来，随着工农业生产的发展，农业化肥的过量使用，尤其是氮肥的过量使用和动物排泄物的处置不当，使世界许多地方自然水体中硝酸盐氮的含量在不断升高，已经危及包气带土壤和地下水的质量安全，硝酸盐污染日趋严重。
硝酸盐污染造成水体中硝酸盐浓度过高，从而导致一系列的人类健康和环境风险。饮用水中高浓度的硝酸盐含量会增加人类患有高铁血红蛋白和“蓝婴综合症”的风险。过高的硝酸盐会诱发相邻地表水体的富营养化，藻类在活动过程中会产生毒素和减少水体的溶解氧含量，从而影响该区域的生物多样性。
生物反硝化是针对污水脱氮处理最有效的方法，但是会受到碳源不足、碳氮比较低从而反硝化动力不足的影响。固相反硝化是有效去除原水中硝酸盐的一种新工艺，该工艺利用不溶于水的固体有机物(生物质、可生物降解聚合物等)同时作为反硝化微生物的碳源和附着生长的载体，避免了常规异养反硝化工艺中存在的甲醇、乙醇等液体碳源易投加过量而影响出水水质的风险。但是常规的天然固相碳源和合成高聚物固相碳源受其比表面积的限制，存在出水浊度、色度的二次污染和反硝化效率低下的弊端。
公布号为CN111826805A的发明专利公开了一种纳米纤维膜状高效水体固相反硝化碳源的合成方法，但是并没有一种能够高效、稳定地利用纳米纤维膜状固相反硝化碳源的设备，也没有如何使用纳米纤维膜状高效水体固相反硝化碳源的方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统及其构建方法。本发明利用反重力上升流的反应区构造以及穿孔板与固相碳源纳米纤维膜的交替填充，使培养液和活性污泥能够与固相碳源充分接触并被截留；反硝化菌群能够在纳米纤维膜上高效附着并富集，并有效利用固相碳源纳米纤维膜进行反硝化，从而构建下进上出式高效固相反硝化系统。
本发明的技术方案如下：
一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统，依次包括水池(1)、水泵(2)和反硝化装置(3)；
所述水池(1)设有水池进水口(11)和水池出水口(12)，水池(1)内还设有搅拌器(13)；
所述水泵(2)设有水泵进水口(21)和水泵出水口(22)；
所述反硝化装置(3)从下到上依次设有反硝化进水区(33)、反硝化反应区(34)和反硝化出水区(35)；所述反硝化进水区(33)设有反硝化进水口(31)，所述反硝化出水区(35)设有反硝化出水口(32)；
所述反硝化反应区(34)在竖直方向上平均、平行排布有多个穿孔板(36)，相邻的两个穿孔板(36)之间填充有固相碳源纳米纤维膜(37)；
所述水池出水口(12)与所述水泵进水口(21)连通，所述水泵出水口(22)与所述反硝化进水口(31)连通，所述反硝化出水口(32)与所述水池进水口(11)连通。
优选的，所述穿孔板(36)的孔径为2～5mm，厚度为2～5mm，相邻的两个穿孔板(36)间的间距为5～10cm，穿孔板(36)的数量为5～10张。
两个穿孔板(36)的间距大小，对于填充膜材料以及在其中发生反硝化反应是比较有利的。
优选的，所述反硝化进水区(33)的高度为2～5cm，所述反硝化反应区(34)的有效容积为1～2L，所述反硝化反应区(34)的高度与底面直径比为5～10：1，所述反硝化出水区(35)的高度为5～10cm。
上述高效固相反硝化系统的构建方法，包括以下步骤：
S1、将固相碳源纳米纤维膜(37)分层堆积填充到穿孔板(36)间，使穿孔板(36)与固相碳源纳米纤维膜(37)交替布置于所述反硝化反应区(34)内；
S2、将培养液与活性污泥混合加入所述水池(1)，用搅拌器(13)进行持续搅拌，通过水泵(2)将培养液与活性污泥的混合物提升到所述反硝化反应区(34)，使培养液和活性污泥能够与固相碳源充分接触，连续运行3日，直至反硝化出水口(32)出水稳定，即为接种完成；
接种，也叫挂膜(让微生物附着在材料上形成一层生物膜)，实质是将污泥转移到固相碳源纳米纤维膜(37)上，将污泥和培养液的混合物一起泵进反应区，这样污泥就会附着于固相碳源纳米材料上，即挂膜完成。
S3、在水池(1)中加入单独的培养液，通过水泵(2)将培养液提升至所述反硝化反应区(34)，进行反硝化菌的驯化和培养以进行高效反硝化。
步骤S3中，反重力上升流的反应区构造以及穿孔板(36)与固相碳源纳米纤维膜(37)的交替填充，使培养液和活性污泥能够与固相碳源充分接触并被截留。
优选的，固相碳源纳米纤维膜(37)的制备方法如下：选用PHA：PBS以质量比为1：1～10进行物理共混，选用DMF：三氯甲烷以体积比为1：1～10混合作为溶剂，在室温下混合均匀使其成为质量体积比为10～20％的聚合物溶液；通过静电纺丝，在工作距离为20～25cm、工作电压为25～35kV、环境温度为20～30℃、环境湿度为40～45％RH的条件下制成纳米纤维膜，其中纳米纤维的直径为300nm～1μm，孔隙率为70％～90％。
优选的，所述活性污泥为二沉池活性污泥，将二沉池活性污泥与培养液混合置于所述水池(1)，通过搅拌器(13)持续搅拌使二沉池活性污泥与培养液的混合液呈均匀悬浮状态，污泥浓度为1500～3000mg/L。
如果污泥浓度太大，可能由于固相碳源的投加质量不足导致碳氮比较低不利于反硝化的进行；如果污泥浓度太低，污泥中所含生物量太低，则处理效果较差；因此污泥浓度合适是比较重要的。
优选的，所述反硝化装置(3)采用下进上出式运行方式，水力停留时间为3～8h，进水前的曝气时间为30～60min，保持溶解氧为0.2～2mg/L。
此水力停留时间更有利于生物膜与进水的交互，从而达到更好的处理效果。进水前曝气半小时到一小时可以达到充分排氧的效果，从而达到进水中溶解氧很低的条件。
优选的，每1L所述培养液中含有25mg NaNO3、10mg KH2PO4、0.2mL微量元素溶液，溶剂为水；其中微量元素溶液按每1L水包含50.0g EDTA、2.2g ZnSO4、5.5g CaCl2、5.06gMnCl2·4H2O、5.0g FeSO4·7H2O、1.7g CuSO4·5H2O、1.61g CoCl2·6H2O配制，以NaOH溶液调节pH至7。
本发明有益的技术效果在于：
1、本发明利用固相碳源纳米纤维膜作为缓释碳源，可持续且稳定释碳，为反硝化菌群的生长及反硝化反应提供持续的碳源和电子供体，解决了碳氮比较低、反硝化动力不足的问题；
2、通过反重力上升流的反硝化反应区构造，穿孔板与固相碳源纳米纤维膜交替分布，利用纳米纤维固相碳源来稳定释碳，从而构建下进上出式高效固相反硝化系统，使培养液和活性污泥能够与固相碳源充分接触并进行反硝化。
3、固相碳源纳米纤维膜力学性能优异，不易水解，可保持良好的形态结构，不会造成出水浊度和色度的问题；良好生物可降解性使其与微生物相互作用；巨大的比表面积和孔隙率更利于反硝化菌群物理附着和富集，可以快速启动反硝化，从而实现反硝化高效进行和脱氮性能的提升。
附图说明
图1为本发明实施例1中基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统的示意图。
图2为本发明实施例1中反硝化系统中反硝化装置的示意图。
图3为本发明实施例2中高效固相反硝化系统中对于反硝化特征菌的富集效果示意图(门水平，中文)。
图4为本发明实施例2中高效固相反硝化系统中对于反硝化特征菌的富集效果示意图(门水平，英文)。
图5为本发明实施例2中高效固相反硝化系统脱氮效果示意图。
图6为本发明实施例2中高效固相反硝化系统出水COD效果示意图。
图中，部件名称与附图编号的对应关系为：
1、水池，11、水池进水口，12、水池出水口，13、搅拌器，2、水泵，21、水泵进水口，22、水泵出水口，3、反硝化装置，31、反硝化进水口，32、反硝化出水口，33、反硝化进水区，34、反硝化反应区，35、反硝化出水区，36、穿孔板，37、固相碳源纳米纤维膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。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。
实施例1：
一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统，参见图1和2，包括水池1、水泵2和反硝化装置3。水池1设有水池进水口11和水池出水口12，水池内设有搅拌器13，水泵2设有水泵进水口21和水泵出水口22。
反硝化装置3从下到上依次设有反硝化进水区33、反硝化反应区34和反硝化出水区35，反硝化进水区33的高度为2～5cm，反硝化反应区34的有效容积为1～2L，反硝化反应区34的高度与底面直径比为5～10：1，反硝化出水区35的高度为5～10cm。
反硝化进水区33设有反硝化进水口31，反硝化出水区35设有反硝化出水口32，反硝化反应区34在竖直方向上平均、平行排布有5～10张穿孔板36，穿孔板36的孔径为2～5mm，厚度为2～5mm，相邻的两个穿孔板36的间距为5～10cm。两个穿孔板36的间距大小，对于填充膜材料以及在其中发生反硝化反应是比较有利的。相邻的两个穿孔板36之间填充有固相碳源纳米纤维膜37。水池出水口12与水泵进水口11连通，水泵出水口22与反硝化进水口31连通，反硝化出水口32与水池进水口11连通。
实施例2：
一种实施例1所述的反硝化系统的构建方法，包括以下步骤：
S1、将固相碳源纳米纤维膜37分层堆积填充到穿孔板36间，使36穿孔板与固相碳源纳米纤维膜37交替布置于反硝化反应区34内。固相碳源纳米纤维膜37的制备方法如下：选用PHA：PBS以质量比为1：1进行物理共混，选用DMF：三氯甲烷以体积比为1：1混合作为溶剂，在室温下混合均匀使其成为质量体积比为10％的聚合物溶液；通过静电纺丝，静电纺丝提供高比表面积，在工作距离为20cm、工作电压为25kV、环境温度为20℃、环境湿度为40％RH的条件下制成纳米纤维膜，其中纳米纤维的直径为300nm，孔隙率为70％。
S2、将培养液与二沉池活性污泥混合加入水池1，用搅拌器13进行持续搅拌，使二沉池活性污泥与培养液的混合液呈均匀悬浮状态，污泥浓度为1500mg/L。
如果污泥浓度太大，可能由于固相碳源的投加质量不足导致碳氮比较低不利于反硝化的进行；如果污泥浓度太低，污泥中所含生物量太低，则处理效果较差；因此污泥浓度合适是比较重要的。
其中培养液中含有25mg/L NaNO3、10mg/L KH2PO4、微量元素溶液0.2mL/L，溶剂为水；其中微量元素溶液按每1L水包含50.0g EDTA、2.2g ZnSO4、5.5g CaCl2、5.06g MnCl2·4H2O、5.0g FeSO4·7H2O、1.7g CuSO4·5H2O、1.61g CoCl2·6H2O配制，以NaOH溶液调节pH至7。
通过水泵2将培养液与二沉池活性污泥的混合物提升到反硝化反应区34，直至反硝化出水口32出水稳定，即为接种完成。接种，也叫挂膜(让微生物附着在材料上形成一层生物膜)，实质是将污泥转移到固相碳源纳米纤维膜上，将污泥和培养液的混合物一起泵进反应区，这样污泥就会附着于固相碳源纳米材料上，即挂膜完成。
反硝化装置采用下进上出式运行方式，水力停留时间为3h，进水前的曝气时间为30min，保持溶解氧为0.2mg/L。此水力停留时间更有利于生物膜与进水的交互，从而达到更好的处理效果。进水前曝气半小时到一小时可以达到充分排氧的效果，从而达到进水中溶解氧很低的条件。反重力上升流的反硝化反应区34构造以及穿孔板36与固相碳源纳米纤维膜37的交替填充，使培养液和二沉池活性污泥能够与固相碳源纳米纤维膜37充分接触并进行反硝化。
S3、在水池中加入单独的步骤S2中的培养液，通过水泵2将培养液提升至反硝化反应区34，进行反硝化菌的驯化和培养以进行高效反硝化。
实施例3：
一种实施例1所述的反硝化系统的构建方法，包括以下步骤：
S1、将固相碳源纳米纤维膜37分层堆积填充到穿孔板36间，使36穿孔板与固相碳源纳米纤维膜37交替布置于反硝化反应区34内。固相碳源纳米纤维膜37的制备方法如下：选用PHA：PBS以质量比为1：10进行物理共混，选用DMF：三氯甲烷以体积比为1：10混合作为溶剂，在室温下混合均匀使其成为质量体积比为20％的聚合物溶液；通过静电纺丝，静电纺丝提供高比表面积，在工作距离为25cm、工作电压为35kV、环境温度为30℃、环境湿度为45％RH的条件下制成纳米纤维膜，其中纳米纤维的直径为1μm，孔隙率为90％。
S2、将培养液与二沉池活性污泥混合加入水池1，用搅拌器13进行持续搅拌，使二沉池活性污泥与培养液的混合液呈均匀悬浮状态，污泥浓度为3000mg/L。其中培养液中含有25mg/L NaNO3、10mg/L KH2PO4、微量元素溶液0.2mL/L，溶剂为水；其中微量元素溶液按每1L水包含50.0g EDTA、2.2g ZnSO4、5.5g CaCl2、5.06g MnCl2·4H2O、5.0g FeSO4·7H2O、1.7g CuSO4·5H2O、1.61g CoCl2·6H2O配制，以NaOH溶液调节pH至7。
通过水泵2将培养液与二沉池活性污泥的混合物提升到反硝化反应区34，直至反硝化出水口32出水稳定，即为接种完成。反硝化装置采用下进上出式运行方式，水力停留时间为8h，进水前的曝气时间为60min，保持溶解氧为2mg/L。此水力停留时间更有利于生物膜与进水的交互，从而达到更好的处理效果。
进水前曝气半小时到一小时可以达到充分排氧的效果，从而达到进水中溶解氧很低的条件。反重力上升流的反硝化反应区34构造以及穿孔板36与固相碳源纳米纤维膜37的交替填充，使培养液和二沉池活性污泥能够与固相碳源纳米纤维膜37充分接触并进行反硝化。
S3、在水池中加入单独的步骤S2中的培养液，通过水泵2将培养液提升至反硝化反应区34，进行反硝化菌的驯化和培养以进行高效反硝化。
实施例4：
一种实施例1所述的反硝化系统的构建方法，包括以下步骤：
S1、将固相碳源纳米纤维膜37分层堆积填充到穿孔板36间，使36穿孔板与固相碳源纳米纤维膜37交替布置于反硝化反应区34内。固相碳源纳米纤维膜37的制备方法如下：选用PHA：PBS以质量比为1：5进行物理共混，选用DMF：三氯甲烷以体积比为1：5混合作为溶剂，在室温下混合均匀使其成为质量体积比为15％的聚合物溶液；通过静电纺丝，静电纺丝提供高比表面积，在工作距离为25cm、工作电压为35kV、环境温度为30℃、环境湿度为45％RH的条件下制成纳米纤维膜，其中纳米纤维的直径为600nm，孔隙率为80％。
S2、将培养液与二沉池活性污泥混合加入水池1，用搅拌器13进行持续搅拌，使二沉池活性污泥与培养液的混合液呈均匀悬浮状态，污泥浓度为3000mg/L。其中培养液中含有25mg/L NaNO3、10mg/L KH2PO4、微量元素溶液0.2mL/L，溶剂为水；其中微量元素溶液按每1L水包含50.0g EDTA、2.2g ZnSO4、5.5g CaCl2、5.06g MnCl2·4H2O、5.0g FeSO4·7H2O、1.7g CuSO4·5H2O、1.61g CoCl2·6H2O配制，以NaOH溶液调节pH至7。
通过水泵2将培养液与二沉池活性污泥的混合物提升到反硝化反应区34，直至反硝化出水口32出水稳定，即为接种完成。反硝化装置采用下进上出式运行方式，水力停留时间为5h，进水前的曝气时间为40min，保持溶解氧为1mg/L。此水力停留时间更有利于生物膜与进水的交互，从而达到更好的处理效果。
进水前曝气半小时到一小时可以达到充分排氧的效果，从而达到进水中溶解氧很低的条件。反重力上升流的反硝化反应区34构造以及穿孔板36与固相碳源纳米纤维膜37的交替填充，使培养液和二沉池活性污泥能够与固相碳源纳米纤维膜37充分接触并进行反硝化。
S3、在水池中加入单独的步骤S2中的培养液，通过水泵2将培养液提升至反硝化反应区34，进行反硝化菌的驯化和培养以进行高效反硝化。
对比例：
对照组control与实施例2的反硝化效果参见图3-6。
其中，对照组control与实施例2的区别在于：对照组control的固相碳源不利用静电纺丝方法，直接将PHA与PBS颗粒以质量比为1：1进行物理共混投加至反应系统中，污泥的投加不进行前期的挂膜操作，取相同质量的污泥投加至反应系统，保证聚合物即固相碳源以及污泥质量与实施例2相等即可。与实施例2相比，对照组control直接利用高聚物的颗粒料，没有比表面积的优势。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (8)
1.一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统，其特征在于，依次包括水池(1)、水泵(2)和反硝化装置(3)；
所述水池(1)设有水池进水口(11)和水池出水口(12)，水池(1)内还设有搅拌器(13)；
所述水泵(2)设有水泵进水口(21)和水泵出水口(22)；
所述反硝化装置(3)从下到上依次设有反硝化进水区(33)、反硝化反应区(34)和反硝化出水区(35)；所述反硝化进水区(33)设有反硝化进水口(31)，所述反硝化出水区(35)设有反硝化出水口(32)；
所述反硝化反应区(34)在竖直方向上平均、平行排布有多个穿孔板(36)，相邻的两个穿孔板(36)之间填充有固相碳源纳米纤维膜(37)；
所述水池出水口(12)与所述水泵进水口(21)连通，所述水泵出水口(22)与所述反硝化进水口(31)连通，所述反硝化出水口(32)与所述水池进水口(11)连通。
2.根据权利要求1所述的高效固相反硝化系统，其特征在于，所述穿孔板(36)的孔径为2～5mm，厚度为2～5mm，相邻的两个穿孔板(36)间的间距为5～10cm，穿孔板(36)的数量为5～10张。
3.根据权利要求1所述的高效固相反硝化系统，其特征在于，所述反硝化进水区(33)的高度为2～5cm，所述反硝化反应区(34)的有效容积为1～2L，所述反硝化反应区(34)的高度与底面直径比为5～10：1，所述反硝化出水区(35)的高度为5～10cm。
4.一种权利要求1-3中任一项所述的高效固相反硝化系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将固相碳源纳米纤维膜(37)分层堆积填充到穿孔板(36)间，使穿孔板(36)与固相碳源纳米纤维膜(37)交替布置于所述反硝化反应区(34)内；
S2、将培养液与活性污泥混合加入所述水池(1)，用搅拌器(13)进行持续搅拌，通过水泵(2)将培养液与活性污泥的混合物提升到所述反硝化反应区(34)，直至反硝化出水口(32)出水稳定，即为接种完成；
S3、在水池(1)中加入单独的培养液，通过水泵(2)将培养液提升至所述反硝化反应区(34)，进行反硝化菌的驯化和培养以进行高效反硝化。
5.根据权利要求4所述的高效固相反硝化系统的构建方法，其特征在于，固相碳源纳米纤维膜(37)的制备方法如下：选用PHA：PBS以质量比为1：1～10进行物理共混，选用DMF：三氯甲烷以体积比为1：1～10混合作为溶剂，在室温下混合均匀使其成为质量体积比为10～20％的聚合物溶液；通过静电纺丝，在工作距离为20～25cm、工作电压为25～35kV、环境温度为20～30℃、环境湿度为40～45％RH的条件下制成纳米纤维膜，其中纳米纤维的直径为300nm～1μm，孔隙率为70％～90％。
6.根据权利要求4所述的高效固相反硝化系统的构建方法，其特征在于，所述活性污泥为二沉池活性污泥，将二沉池活性污泥与培养液混合置于所述水池(1)，通过搅拌器(13)持续搅拌使二沉池活性污泥与培养液的混合液呈均匀悬浮状态，污泥浓度为1500～3000mg/L。
7.根据权利要求4所述的高效固相反硝化系统的构建方法，其特征在于，所述反硝化装置(3)采用下进上出式运行方式，水力停留时间为3～8h，进水前的曝气时间为30～60min，保持溶解氧为0.2～2mg/L。
8.根据权利要求4所述的高效固相反硝化系统的构建方法，其特征在于，每1L所述培养液中含有25mg NaNO3、10mg KH2PO4、0.2mL微量元素溶液，溶剂为水；其中微量元素溶液按每1L水包含50.0g EDTA、2.2g ZnSO4、5.5gCaCl2、5.06g MnCl2·4H2O、5.0g FeSO4·7H2O、1.7gCuSO4·5H2O、1.61gCoCl2·6H2O配制，以NaOH溶液调节pH至7。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210244309.XA CN114634245A (zh) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | 一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统及其构建方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210244309.XA CN114634245A (zh) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | 一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统及其构建方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114634245A true CN114634245A (zh) | 2022-06-17 |
Family
ID=81947195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210244309.XA Pending CN114634245A (zh) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | 一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统及其构建方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114634245A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101456623A (zh) * | 2009-01-04 | 2009-06-17 | 清华大学 | 一种利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法 |
| CN104192988A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-10 | 华南理工大学 | 一种同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的反应器及方法 |
| CN104628131A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-05-20 | 北京工业大学 | 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 |
| CN109368776A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-22 | 广州大学 | 一种处理低碳氮比污水的方法 |
| CN111826805A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-10-27 | 同济大学 | 一种纳米纤维膜状高效水体固相反硝化碳源的合成方法 |
| CN112607851A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-06 | 西安建筑科技大学 | 一种同步去除矿山废水中重金属和硝酸盐的方法及反应器 |
-
2022
- 2022-03-14 CN CN202210244309.XA patent/CN114634245A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101456623A (zh) * | 2009-01-04 | 2009-06-17 | 清华大学 | 一种利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法 |
| CN104192988A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-10 | 华南理工大学 | 一种同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的反应器及方法 |
| CN104628131A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-05-20 | 北京工业大学 | 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 |
| CN109368776A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-22 | 广州大学 | 一种处理低碳氮比污水的方法 |
| CN111826805A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-10-27 | 同济大学 | 一种纳米纤维膜状高效水体固相反硝化碳源的合成方法 |
| CN112607851A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-06 | 西安建筑科技大学 | 一种同步去除矿山废水中重金属和硝酸盐的方法及反应器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110803827B (zh) | 一种菌藻填料强化组合式生态浮床及其净化水质的方法 | |
| CN101274798B (zh) | 饮用水水源复合人工湿地系统及预处理方法 | |
| CN108033651B (zh) | 一种电镀废水零排放系统 | |
| CN110217890B (zh) | 基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置和方法 | |
| CN103265145B (zh) | 利用自然生物膜反应器净化低负荷低温河水的方法 | |
| CN104817239A (zh) | 一种新型重污染河道原位水质净化系统及净化方法 | |
| CN112919732A (zh) | 一种基于硫自养的uad生物滤塔系统及脱氮方法 | |
| CN108046540A (zh) | 一种同步硝化反硝化污水处理方法及其装置 | |
| CN100552017C (zh) | 高效氮循环细菌人工筛选及在水生态修复和水处理中的应用 | |
| CN105366894A (zh) | 一种两段式曝气生物滤池及其处理农村生活污水的方法 | |
| CN209872514U (zh) | 基于a2o的复合生态反应器 | |
| CN113233587A (zh) | 一种用于污水深度净化的微藻培养池-人工湿地耦合系统和方法 | |
| CN212025101U (zh) | Mbr一体化污水处理装置 | |
| Elmitwalli et al. | Treatment of domestic sewage at low temperature in a two-anaerobic step system followed by a trickling filter | |
| CN209759238U (zh) | 一种采用组合工艺净化湖泊水的系统 | |
| CN101580331B (zh) | 水蚯蚓-微生物共生系统泥水降解连续流反应器及应用 | |
| CN107935180B (zh) | 一种农村生活污水一体化处理设备 | |
| CN103508564A (zh) | 一种包埋固定化微生物深度脱氮反应器装置和方法 | |
| CN107777769A (zh) | 一种生物强化型河道湖泊原位生态修复方法 | |
| CN114634245A (zh) | 一种基于纳米纤维碳源的高效固相反硝化系统及其构建方法 | |
| CN105712491A (zh) | 脱氮装置 | |
| CN110054350A (zh) | 一种以软质填料滤池与磁种分离及氧化多组合水处理方法 | |
| CN109231712A (zh) | 一种A2O2+Anammox微型一体化污水处理设备及污水处理方法 | |
| CN109020045B (zh) | 一种一体化分散式农村生活污水处理装置 | |
| CN102583723A (zh) | 局部气水逆向上流式曝气生物滤池及其处理污水的方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220617 |