CN206814582U - 用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置，包括培养室、除氧机构、过滤膜组件和曝气部件，所述曝气部件位于培养室的底部，所述除氧机构与曝气部件连通，用于通过所述曝气部件向所述培养室通入混合气体，所述培养室的顶部开设有出气口，用于排出培养室内的气体。本实用新型提供的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置可以大大缩短了厌氧氨氧化菌的富集培养时间，实现快速富集培养单细胞状态厌氧氨氧化菌；而且，富集培养得到的厌氧氨氧化菌的单细胞比例所占比例大大提高；减少了对主体厌氧氨氧化反应器的反应条件的干扰，减少了氧气和外源杂菌的引入，提高了厌氧氨氧化菌的生长速率和纯度。

Description

用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置。

背景技术

厌氧氨氧化污水处理工艺因能耗运行成本低、剩余污泥量小和工艺占地面积小等优点，被认为是未来可以替代传统硝化反硝化工艺的新兴污水处理工艺。在厌氧氨氧化污水处理工艺中发挥作用的厌氧氨氧化菌以氨氮为电子供体，以亚硝酸态氮为电子受体，将其转为无害的氮气，从而实现污水脱氮的目的。

在实验研究和实际应用过程中发现，厌氧氨氧化菌有以下几个主要特征：①菌体生长十分缓慢，倍增时间在11天以上，细胞产率极低；②具有密度依赖效应，即菌体在低密度时无活性，在高密度时才有活性，导致绝大对数的厌氧氨氧化菌以颗粒或生物膜的形态存在；③所需生长条件苛刻，对环境条件敏感，环境条件的波动对菌生长的影响十分严重；④对氧十分敏感，培养液中浓度非常低的氧即可抑制菌的生长。因此，厌氧氨氧化菌以上这些特征使得富集培养十分困难，无法得到易于保藏和复壮的单细胞菌体。

现在通用的富集厌氧氨氧化菌体的装置和方法，主要是序批式反应器法(又称序批式反应器Sequencing Batch Reactor，简称SBR法)和上流式厌氧反应器法(又称上流式厌氧污泥床反应器Upflow Anaerobic Sludge Blanket，简称UASB法)。但这两种方法因厌氧氨氧化菌特有的生理生化特点和反应器运行的自身特点，使得他们在富集培养厌氧氨氧化菌的应用中存在以下技术问题：

1)SBR在运行过程中，反应器内的底物浓度逐渐降低，导致在反应器运行周期的后半段底物浓度过低，会限制菌体的生长；

2)SBR在运行过程中，在每个周期交替时，在排水和进水的过程中不可避免地会引入氧气，进入底物中的氧气会抑制厌氧氨氧化菌的生长；

3)在SBR和UASB运行过程中，出水和菌体的分离主要依赖沉淀法，这就要求厌氧氨氧化菌必须以颗粒的形式存在，这就降低了底物的传质速率，进而影响了菌体的生长速率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置，以解决现有技术存在的技术问题。

基于上述目的，本实用新型提供的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置包括培养室、除氧机构、过滤膜组件和曝气部件，所述曝气部件位于培养室的底部，所述除氧机构与曝气部件连通，用于通过所述曝气部件向所述培养室通入混合气体，所述培养室的顶部开设有出气口，用于排出培养室内的气体；

所述培养室侧壁的上部开设有第一进料口，与所述第一进料口相对的侧壁上开设有第二进料口，所述培养室侧壁的下部开设有出料口，所述出料口与过滤膜组件的进料口相连，所述过滤膜组件的截留物出口与所述培养室的第二进料口相连，所述过滤膜组件的截留物出口用于将过滤膜组件所截留的菌体通过进料口输送回培养室，所述过滤膜组件的滤出物出口用于排出通过过滤膜组件的滤出物。

在本实用新型的一些实施例中，所述用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置还包括位于培养室内的搅拌器，用于搅拌培养室内的物料。

在本实用新型的一些实施例中，所述混合气体包括惰性气体和二氧化碳。

在本实用新型的一些实施例中，所述培养室的出料口与过滤膜组件的进料口连接有输送泵，用于将菌体和培养基混合液通过出料口输送至所述过滤膜组件，并产生水压使截留物由截留物出口通过第二进料口返回到所述培养室。

在本实用新型的一些实施例中，所述过滤膜组件为中空纤维超滤膜组件，孔径为0.05-0.1微米。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置可以大大缩短了厌氧氨氧化菌的富集培养时间，实现快速富集培养单细胞状态厌氧氨氧化菌；而且，富集培养得到的厌氧氨氧化菌的单细胞比例所占比例大大提高；减少了对主体厌氧氨氧化反应器的反应条件的干扰，减少了氧气和外源杂菌的引入，提高了厌氧氨氧化菌的生长速率和纯度。另外，由于超滤膜组件为外置，在更换膜组件的过程中，无需对整个装置进行繁琐的操作，简化了更换膜组件的步骤；搅拌转速的控制和除氧装置通过曝气盘进行，使富集得到厌氧氨氧化菌更容易实现。

附图说明

图1为本实用新型实施例的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、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，对本实用新型进一步详细说明。

参见图1，其为本实用新型实施例的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置的结构示意图。作为本实用新型的一个实施例，所述用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置包括培养室1、除氧机构2、过滤膜组件3、曝气部件4、搅拌器5，所述曝气部件4位于培养室1的底部，能够将通入的惰性气体均匀地散布于培养室1内的培养基中，所述除氧机构2与曝气部件4连通，用于通过所述曝气部件4向所述培养室1通入惰性气体和二氧化碳的混合气体，其中惰性气体氮气可以去除培养基中的氧气，二氧化碳溶于培养基后可以作为缓冲物质，中和厌氧氨氧化菌生长过程中产生的酸，所述培养室1的顶部开设有出气口14，用于排出培养室1内的气体(例如除氧机构4通入的混合气体和厌氧氨氧化菌反应过程中产生的氮气)。

进一步地，所述培养室1侧壁的上部开设有第一进料口11，与所述第一进料口11相对的侧壁上开设有第二进料口12，所述培养室1侧壁的下部开设有出料口13，所述出料口13与过滤膜组件3的进料口31相连，所述过滤膜组件3的截留物出口33与所述培养室1的第二进料口12相连，所述过滤膜组件3的截留物出口33用于将过滤膜组件所截留的菌体通过进料口12输送回培养室1，所述过滤膜组件3的滤出物出口32用于排出通过过滤膜组件3的滤出物，所述滤出物包括菌液的代谢物和未被利用的成分。

所述搅拌器5位于培养室1内，用于搅拌培养室1内的物料，使其处于完全混合状态，同时通过转速的控制使厌氧氨氧化菌体的生长处于单细胞状态。

作为本实用新型的又一个实施例，所述培养室1的出料口13与过滤膜组件3的进料口31连接有输送泵7，用于将菌体和培养基混合液通过出料口13输送至所述过滤膜组件3，并产生水压使截留物由截留物出口33通过第二进料口12返回到所述培养室1。较佳地，所述过滤膜组件3为中空纤维超滤膜组件，孔径为0.05-0.1微米，优选地，孔径可以为0.01微米。一方面此膜组件可以有效的截留住通过滤膜组件3的菌体，并通过与第二进料口12相连的截留物出口33返回培养室1，保证了培养室1中的菌体浓度；另一方面，菌体的代谢物可以通过中空纤维超滤膜由滤出物出口32及时排出，避免代谢物对菌体生长产生抑制作用。

该装置的使用方法可以包括：

1)在培养室中接种厌氧氨氧化菌丰度较低的污泥，通过进水泵通入氮浓度均为30-50mg/L的硫酸铵和亚硝酸钠的模拟废水；

2)通过除氧机构经过曝气盘通入95％氩气和5％氮气混合气体，将培养室中的氧气去除，为厌氧氨氧化菌提供厌氧的反应条件；

3)通过控制第一进料口、输送泵和滤出物出口的流速，调节所述用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置的水力停留时间，使其从启动期的72h逐渐上升到稳定运行期的12h；

4)通过控制从截留物出口的厌氧氨氧化污泥的量，将污泥停留时间控制在10天到20天；

5)为了保持超滤膜组件的透水效率，超滤膜组件每5-15天更换一次，更换后的膜组件清洗之后可重复使用；

6)为使培养室内的厌氧氨氧化菌的菌体保持在单细胞状态，搅拌器的搅拌速率控制在100rpm到300rpm之间，培养室内的pH通过通入的5％氩气和5％氮气混合缓冲气体，维持在7.0-8.0之间，不做外加酸碱溶液进行控制。

作为本实用新型的一个实施例，所述培养室1的体积为5L、所述过滤膜组件3的体积为0.8L。实验开始前，在培养室1内接种厌氧氨氧化菌丰度较低的污泥1L(接种量为有效体积的20％)，同时通过第一进料口11输入配制的模拟废水4L，配方如下：磷酸二氢钾10mg/L，二水合二氯化钙2.8mg/L，七水合硫酸镁150mg/L，碳酸氢钾1250mg/L，每1L模拟废水分别添加1ml微量元素浓缩液I和II，微量元素浓缩液I和II的配方如下表。铵态氮和亚硝态氮分别用硫酸铵和亚硝酸钠配制，浓度均为50mg/L。

待培养室1中混合液的体积达到5L时，打开搅拌器5，调节转速为100-300rpm，同时打开除氧机构2，向培养室1内不断通入惰性气体，将培养室内的氧气全部排出后，打开输送泵7，调节第一进料口11的流速为69.44ml/h，滤出物出口32的流速为69.44ml/h，使水力停留时间为72小时。

此阶段运行一周后，调节第一进料口11和滤出物出口32的流速使水力停留时间变为60小时，之后每两周提高第一进料口11和滤出物出口32的流速一次，直到水力停留时间调整为12小时，到达稳定运行阶段。

在整个运行过程中，输送泵7的流速均设置为第一进料口11的流速的2倍，超滤膜组件3每5-15天更换一次，更换的膜组件清洗后可重复使用。在反应器运行到稳定阶段后，从截留物出口每天排出0.25-0.5L截留物，使污泥停留时间维持在10-20天。所述培养室1在运行过程中的pH维持在7.0-8.0，只检测不控制。

采用本实用新型提供的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置在60天的时间内，厌氧氨氧化的丰度从原来的20％提高的78％，培养室中的颗粒污泥在该装置运行过程中逐渐减少，90％以上的厌氧氨氧化菌保持在单细胞状态，且在停止搅拌后不会在培养室中发生自然沉降，说明厌氧氨氧化菌绝大多数以单细胞形式存在。

如上所述，本实用新型提供的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置可以大大缩短了厌氧氨氧化菌的富集培养时间，实现快速富集培养单细胞状态厌氧氨氧化菌；而且，富集培养得到的厌氧氨氧化菌的单细胞比例所占比例大大提高；减少了对主体厌氧氨氧化反应器的反应条件的干扰，减少了氧气和外源杂菌的引入，提高了厌氧氨氧化菌的生长速率和纯度。另外，由于超滤膜组件为外置，在更换膜组件的过程中，无需对整个装置进行繁琐的操作，简化了更换膜组件的步骤；搅拌转速的控制和除氧装置通过曝气盘进行，使富集得到厌氧氨氧化菌更容易实现。

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；在本实用新型的思路下，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实用新型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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置，其特征在于，包括培养室、除氧机构、过滤膜组件和曝气部件，所述曝气部件位于培养室的底部，所述除氧机构与曝气部件连通，用于通过所述曝气部件向所述培养室通入混合气体，所述培养室的顶部开设有出气口，用于排出培养室内的气体；

所述培养室侧壁的上部开设有第一进料口，与所述第一进料口相对的侧壁上开设有第二进料口，所述培养室侧壁的下部开设有出料口，所述出料口与过滤膜组件的进料口相连，所述过滤膜组件的截留物出口与所述培养室的第二进料口相连，所述过滤膜组件的截留物出口用于将过滤膜组件所截留的菌体通过进料口输送回培养室，所述过滤膜组件的滤出物出口用于排出通过过滤膜组件的滤出物。

2.根据权利要求1所述的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置，其特征在于，还包括位于培养室内的搅拌器，用于搅拌培养室内的物料。

3.根据权利要求1所述的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置，其特征在于，所述混合气体包括惰性气体和二氧化碳。

4.根据权利要求1所述的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置，其特征在于，所述培养室的出料口与过滤膜组件的进料口连接有输送泵，用于将菌体和培养基混合液通过出料口输送至所述过滤膜组件，并产生水压使截留物由截留物出口通过第二进料口返回到所述培养室。

5.根据权利要求1所述的用于富集培养厌氧氨氧化菌的装置，其特征在于，所述过滤膜组件为中空纤维超滤膜组件，孔径为0.05-0.1微米。