專利名稱：處理低濃度氨氮的好氧生物膜的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于水環(huán)境保護領(lǐng)域，具體的涉及一種處理低濃度氨氮的好氧生物膜的裝置，具體涉及一種利用固相和液相培養(yǎng)相結(jié)合的方式，培養(yǎng)用于地表水體(諸如湖泊，河流，水庫及池塘)中低濃度氨氮硝化去除的好氧生物膜。
背景技術(shù)：
環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，然而隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，過量氨氮進入水體，嚴重污染了水體環(huán)境。氨氮是一種含氮化合物，以離子態(tài)和非離子態(tài)兩種形式存在于水中。在天然和沒有受到人類污染的河流和湖泊，含氮化合物的水平往往很低，一般也是被鎖定在水體中植物和動物體內(nèi)。然而，隨著人類活動的加劇，由于生活和工業(yè)廢水的直接排放、周邊土地面源污染及水產(chǎn)養(yǎng)殖，地表水體包括湖泊及河流中氨氮濃度上升，導(dǎo)致了地表水體氨氮污染問題。地表水體氨氮污染于工業(yè)和生活廢水中氨氮污染有明顯區(qū)別，其差別主要在于氨氮濃度。根據(jù)氨氮含量的不同，工業(yè)和生活廢水可分為高濃度氨氮廢水(氨氮濃度大于500 mg/L)、中濃度氨氮廢水(氨氮濃度范圍50 500 mg/L)、和低濃度氨氮廢水(氨氮濃度范圍5-50 mg/L)三類。按照廢水處理排放標準，出水中氨氮濃度不高于15 mg/L即可達標排放。然而氨氮污染的地表水體中氨氮濃度相對就低的多，一般也不會高于5 mg/L。目前對地表水體中氨氮引起的環(huán)境和健康問題認識不清楚。飲用水中氯化了的氨氮超過0. 2 mg/L會引起嗅味的問題。對于淡水物種，水體中氨氮濃度處于0. 53至22. 8 mg/L的范圍一般認為有毒，但問題是氨氮大于0. lmg/L就會引起問題，可能會損害淡水魚類眼睛、鰓和內(nèi)臟器官的發(fā)育。最新的研究表明，氨氮濃度處于I至4 mg/L將有利于藍藻生長和爆發(fā)。因此，地表水體中氨氮濃度即使不高，也需要治理。對于低濃度氨氮廢水的處理方法主要有電滲析法、反滲透法、空氣吹脫法、選擇離子交換法和生物脫氮法等，其中電滲析法和反滲透法成本很高，空氣吹脫法和選擇離子交換法一般只能作為預(yù)處理或后續(xù)處理手段，生物脫氮法經(jīng)濟、有效，是目前運用最廣，最具前景的方法。目前的生物脫氮法的原理是通過硝化和反硝化這兩個相互獨立的過程來進行，其中微生物硝化過程需要消耗氧氣。硝化細菌是自養(yǎng)細菌，利用無機碳源而不利用有機碳源，生長速度極為緩慢，培養(yǎng)和增值都比較困難，所以硝化過程是氨氮生物處理的關(guān)鍵限制步驟。硝化細菌懸浮生長所要求的生物反應(yīng)器必須有很強的截流污泥的作用，因而限制了反應(yīng)器的處理能力或者需要復(fù)雜的污泥沉降和回流系統(tǒng)。而硝化細菌生物膜方式解決了生物處理系統(tǒng)內(nèi)水力停留時間和污泥停留時間控制中的不協(xié)調(diào)問題，在提高系統(tǒng)的處理量時不會導(dǎo)致緩慢生長的硝化細菌隨水流排出。需要說明的是培養(yǎng)適合低濃度氨氮去除好氧生物膜是比較困難。為了使培養(yǎng)的生物膜在低濃度氨氮條件下具有高硝化活性，培養(yǎng)液中氨氮濃度同樣應(yīng)該很低，因為高濃度氨氮培養(yǎng)液通常會馴化出具有去除高氨氮濃度活性的生物膜，但是去除低氨氮濃度時活性低，速率低。使用低氨氮濃度的培養(yǎng)液進行培養(yǎng)，成功率不高，因為接種的菌種很容易流失，導(dǎo)致培養(yǎng)過程失敗。因此，需要實用新型一種能夠快速在低氨氮濃度的培養(yǎng)液中培養(yǎng)出適合低濃度氨氮去除好氧生物膜的裝置及方法。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對上述問題提供一種處理低濃度氨氮的好氧生物膜的培
養(yǎng)裝置。本實用新型實現(xiàn)其技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案如下。一種處理低濃度氨氮的好氧生物膜的培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)液貯存箱，培養(yǎng)反應(yīng)器和微孔曝氣裝置，培養(yǎng)液貯存箱和培養(yǎng)反應(yīng)器底部的進口通過管線相連接，管線上裝有閥門和進水泵；培養(yǎng)反應(yīng)器的頂部與出水管和出氣管相連接，培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)部裝有載體；微孔曝氣裝置包括微孔曝氣盤和氣泵，微孔曝氣盤置于培養(yǎng)反應(yīng)器底座內(nèi)，并與氣泵相連；所述的培養(yǎng)反應(yīng)器分為培養(yǎng)反應(yīng)器下部、培養(yǎng)反應(yīng)器中部、培養(yǎng)反應(yīng)器上部三部分，載體位于培養(yǎng)反應(yīng)器中部，培養(yǎng)反應(yīng)器下部裝有包含固態(tài)培養(yǎng)基和微生物的管材；所述的管材兩端口敞開，管壁均勻分布孔洞。所述的管材為硅膠管。所述的管材長度為l-2cm，內(nèi)徑為1cm。所述的管材中的微生物是從長期經(jīng)受低濃度氨氮環(huán)境脅迫及馴化的自然環(huán)境采取的混合微生物種群。所述的培養(yǎng)液貯存箱中培養(yǎng)液中氨氮濃度為2-4 mg/L,并且不含有機碳源。所述的固態(tài)培養(yǎng)基包括低濃度氨氮但不含有機碳源。進一步的，所述的固態(tài)培養(yǎng)基的配方為每升培養(yǎng)基中含有IOmg NH4CIjO. 4g NaHCO3, Ig KH2PO4, Ig K2HPO4, 2mL微量元素濃縮液。微量元素濃縮液組成為每升濃縮液中含有I. 25g EDTA，0. 55g ZnSO4 7H20，0. 40g CoCl2 6H20,1. 275g MnCl2 4H20，0. 40g CuSO4 5H20，0. 05g Na2MoO4 2H20,1. 375gCaCl2 2H20,1. 25g FeCl3 6H20，44. 4g MgSO4 7H20。所述的載體為塑料空心小球。所述的載體為彈性填料。采用上述技術(shù)方案的積極效果本實用新型利用固相和液相培養(yǎng)相結(jié)合的方式，使得接種的硝化功能微生物菌種在不含有機碳源且氨氮濃度低的條件下中穩(wěn)定生長，繁殖后通過硅膠管敞開的兩端及管壁上的孔洞不斷向培養(yǎng)液中釋放，隨著培養(yǎng)液的流動持續(xù)與位于培養(yǎng)反應(yīng)器中部的載體接觸，形成能夠處理低濃度氨氮的好氧生物膜，可以快速培養(yǎng)對水體中低濃度氨氮去除有高親和力的好氧生物膜；本實用新型以自然水體和沉積物中微生物作為接種菌種，無污染、運行成本低、通用性好，不僅綠色環(huán)保，且環(huán)境相容性好；此外，整個工藝運行操作簡單，安裝簡便，管理方便，不破壞湖泊具有的景觀功能，培養(yǎng)的生物膜具有有效去除水體中低濃度的氨氮能力，可用于各種天然和人工地表水體的污染控制和水質(zhì)改善。

圖I是本實用新型所述的裝置的縱剖面構(gòu)造圖。圖2是對比試驗例中湖水中氨氮濃度的變化對比。[0020]圖中I-培養(yǎng)液貯存箱，2-閥門，3-進水泵，4-培養(yǎng)反應(yīng)器下部，5-培養(yǎng)反應(yīng)器中部，6-培養(yǎng)反應(yīng)器上部，7-氣泵，8-氣體流量計，9-微孔曝氣盤，10-反應(yīng)器底座，11-包含固態(tài)培養(yǎng)基和微生物的硅膠管，12-載體，13-出水管，14-出氣管，15-氣泡，16-液面位置。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。實施例I圖I是本實用新型所述的裝置的縱剖面構(gòu)造圖，如圖所示，一種處理低濃度氨氮的好氧生物膜的培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)液貯存箱1，培養(yǎng)反應(yīng)器和微孔曝氣裝置，培養(yǎng)液貯存箱I和培養(yǎng)反應(yīng)器底部的進口通過管線相連接，管線上裝有閥門2和進水泵3，培養(yǎng)液貯存 箱I中培養(yǎng)液中氨氮濃度為2-4 mg/L，并且不含有機碳源。培養(yǎng)反應(yīng)器的頂部與出水管13和出氣管14相連接，培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)部裝有載體12。微孔曝氣裝置包括微孔曝氣盤9和氣泵7,微孔曝氣盤9置于培養(yǎng)反應(yīng)器底座10內(nèi)，并與氣泵7相連,為培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)部提供氧氣， 氧氣形成的氣泡15上升到液面位置16。微孔曝氣盤9和氣泵7之間還可以加裝氣體流量計8，對氣體流量進行及時監(jiān)測。培養(yǎng)反應(yīng)器分為培養(yǎng)反應(yīng)器下部4、培養(yǎng)反應(yīng)器中部5、培養(yǎng)反應(yīng)器上部6三部分，三部分之間可以拆卸，載體12位于培養(yǎng)反應(yīng)器中部5，培養(yǎng)反應(yīng)器下部4裝有包含固態(tài)培養(yǎng)基和微生物的管材11，其中，固態(tài)培養(yǎng)基包括低濃度的氨氮但不含有機碳源。其中，只要能達到本實用新型目的的管材11均可，在本實施例中，管材11為硅膠管，為了使繁殖后的微生物能夠及時釋放到培養(yǎng)液中，管材11兩端口敞開，管壁均勻分布孔洞，管材11長度為l_2cm，內(nèi)徑為1cm，管材11中的微生物是從長期經(jīng)受低濃度氨氮環(huán)境脅迫及馴化的自然環(huán)境采取的混合微生物種群，如污水處理排放口附近水體或含有氨氮的水體采取的混合微生物種群。載體9為塑料空心小球或者彈性填料均可。首先，從污水處理排放口附近水體或含有氨氮的水體采集水樣和表層沉積物，將水樣和表層沉積物樣品在容器中混合，充分攪拌一段時間后自然沉降，待大部分無機顆粒沉降到容器底部后，取上部混濁液體進行物理分離。去除分離后的液相，剩下的固相用作接種微生物。固態(tài)培養(yǎng)基的配方為每升培養(yǎng)基中含有IOmg NH4CIjO. 4g NaHCO3, Ig KH2PO4,IgK2HPO4, 2mL微量元素濃縮液，微量元素濃縮液組成為每升濃縮液中含有I. 25g EDTA，0. 55g ZnSO4 7H20，0. 40g CoCl2 6H20，I. 275g MnCl2 4H20，0. 40g CuSO4 5H20，0. 05gNa2MoO4 2H20，I. 375g CaCl2 2H20，I. 25g FeCl3 6H20，44. 4g MgSO4 7H20。根據(jù)用量按比例依次稱取上述各種成分，在燒杯中加入少于所需的水量，加熱，逐一加入各成分，使其溶解，瓊脂在溶液煮沸后加入，融化過程需不斷攪拌。加熱時應(yīng)注意火力，勿使培養(yǎng)基燒焦或溢出。溶好后，補足所需水分。用lmol/L NaOH或lmol/LHCl把pH值調(diào)至7. 0-7. 8的范圍。后將上述培養(yǎng)基以0. lMpa，121°C，高壓蒸汽滅菌20min。冷卻至40°C左右，加入上述制備的接種微生物，混合均勻，倒入硅膠管內(nèi)，凝固后將硅膠管切成1-2厘米長。將硅膠管置入培養(yǎng)裝置底部，培養(yǎng)液從底部進入，向上流動至上部排放口流出培養(yǎng)裝置，固態(tài)培養(yǎng)基提供的良好生長環(huán)境條件使得接種的微生物菌種可以快速繁殖，繁殖生長的微生物又通過硅膠管敞開的兩端及管壁上的孔洞不斷向培養(yǎng)液中釋放，隨著培養(yǎng)液的流動可以持續(xù)與上面的載體接觸，從而明顯提高了硝化菌種在載體上形成生物膜的機會。在培養(yǎng)液和固態(tài)培養(yǎng)基中氨氮濃度低且不含有機碳源，因此只會馴化對低濃度氨氮去除有高親和力的硝化好氧生物膜，從而有效去除水體中低濃度的氨氮。對比試驗例I圖2是對比試驗例中湖水中氨氮濃度的變化對比，如圖所示，采用本實用新型所述的一種處理低濃度氨氮的好氧生物膜的培養(yǎng)方法及裝置培養(yǎng)的生物膜，處理被氨氮輕度污染的天然水體。作為對比實驗，同時采用傳統(tǒng)的培養(yǎng)生物膜的方法培養(yǎng)生物膜，具體掛膜方法為將載體自然放入沒有包含固態(tài)培養(yǎng)基和微生物的硅膠管的反應(yīng)器中。所用載體類似于由挪威Kaldnes Mijecpteknogi公司與SINTEF研究機構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的,運用于MBBR工藝中的載體，載體比表面積為500-800 m2/m3。這兩種培養(yǎng)方式中，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和大小、載體、培養(yǎng)液成分和進樣速度、以及曝氣量都一樣。實驗歷時45天，實驗開始三天，培養(yǎng)液中投加實 施例I中闡明的接種微生物。實驗結(jié)束后，同樣數(shù)目(20個)載體分別從各自培養(yǎng)裝置中取出放入500毫升的燒杯中，燒杯中再加入200毫升含低濃度氨氮湖泊，敞口搖晃，在不同時 間段取樣分析水中氨氮濃度變化，明顯可以反應(yīng)出本實用新型培養(yǎng)的生物膜具有高活性。
權(quán)利要求1.ー種處理低濃度氨氮的好氧生物膜的培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)液貯存箱(I)，培養(yǎng)反應(yīng)器和微孔曝氣裝置，培養(yǎng)液貯存箱(I)和培養(yǎng)反應(yīng)器底部的進ロ通過管線相連接，管線上裝有閥門(2)和進水泵(3);培養(yǎng)反應(yīng)器的頂部與出水管(13)和出氣管(14)相連接，培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)部裝有載體(12);微孔曝氣裝置包括微孔曝氣盤(9)和氣泵(7)，微孔曝氣盤(9)置于培養(yǎng)反應(yīng)器底座(10)內(nèi)，并與氣泵(7)相連，其特征在于所述的培養(yǎng)反應(yīng)器分為培養(yǎng)反應(yīng)器下部(4)、培養(yǎng)反應(yīng)器中部(5)、培養(yǎng)反應(yīng)器上部(6)三部分，載體(12)位于培養(yǎng)反應(yīng)器中部(5),培養(yǎng)反應(yīng)器下部(4)裝有包含固態(tài)培養(yǎng)基和微生物的管材(11);管材(11)兩端ロ敞開，管壁均勻分布孔洞。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的處理低濃度氨氮的好氧生物膜的培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的管材(11)為娃膠管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的處理低濃度氨氮的好氧生物膜的培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的管材(11)長度為l_2cm,內(nèi)徑為1cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的處理低濃度氨氮的好氧生物膜的培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的載體(9)為塑料空心小球。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的處理低濃度氨氮的好氧生物膜的培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的載體(9)為彈性填料。
專利摘要本實用新型屬于水環(huán)境保護領(lǐng)域，具體的涉及一種處理低濃度氨氮的好氧生物膜的裝置，其包括培養(yǎng)液貯存箱，培養(yǎng)反應(yīng)器和微孔曝氣裝置，培養(yǎng)液貯存箱和培養(yǎng)反應(yīng)器底部的進口通過管線相連接，管線上裝有閥門和進水泵；培養(yǎng)反應(yīng)器的頂部與出水管和出氣管相連接，培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)部裝有載體；微孔曝氣裝置包括微孔曝氣盤和氣泵，微孔曝氣盤置于培養(yǎng)反應(yīng)器底座內(nèi)，并與氣泵相連，其特征在于所述的培養(yǎng)反應(yīng)器分為培養(yǎng)反應(yīng)器下部、培養(yǎng)反應(yīng)器中部、培養(yǎng)反應(yīng)器上部三部分，載體位于培養(yǎng)反應(yīng)器中部，培養(yǎng)反應(yīng)器下部裝有包含固態(tài)培養(yǎng)基和微生物的管材；管材兩端口敞開，管壁均勻分布孔。本實用新型利用固相和液相培養(yǎng)相結(jié)合的方式，使得接種的硝化功能微生物菌種在不含有機碳源且氨氮濃度低的條件下中穩(wěn)定生長，繁殖后通過硅膠管敞開的兩端及管壁上的孔洞不斷向培養(yǎng)液中釋放，隨著培養(yǎng)液的流動持續(xù)與位于培養(yǎng)反應(yīng)器中部的載體接觸，形成能夠處理低濃度氨氮的好氧生物膜，可以快速培養(yǎng)對水體中低濃度氨氮去除有高親和力的好氧生物膜。
文檔編號C12M1/00GK202415529SQ2011205612
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者江和龍 申請人:江和龍