利用木頭、腐朽木富集脫氮環境微生物菌群進行一步脫氮的方法
2023-06-10 09:04:31
利用木頭、腐朽木富集脫氮環境微生物菌群進行一步脫氮的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用木頭、腐朽木富集脫氮環境微生物菌群進行一步脫氮的方法，包括：步驟S1，將腐朽木用濃度為9-10%鹽酸溶液持續浸泡20-30個小時，撈出洗淨；步驟S3，將腐朽木放置到基礎無機鹽溶液中浸泡28-32天；步驟S5，將腐朽木放置在厭氧氨氧化環境中的脫氮池內進行菌類培養，保持該池內的溫度20-30°C；將汙水引流至該池內，腐朽木上逐步生長微生物群落，待Δ-變形菌門的組合比例達到50%以上時，可實現一步脫氮。利用腐朽木為厭氧菌類營造了寄生環境，提高了成活性及繁殖速度。在脫氮過程中，無需添加化學或有機物質，無需曝氣，在所述載體表面形成脫氮的優勢環境微生物菌群，利用汙水流動中培菌反噬除汙，節省了原料消耗、人力物力，降低了成本。
【專利說明】利用木頭、腐朽木富集脫氮環境微生物菌群進行一步脫氮的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於水處理【技術領域】，涉及以天然有機填料木頭為主體培養源的原材料培養厭氧氨氧化環境下的特殊菌群達到去除汙水中總氮的方法，特別涉及一種利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法。
【背景技術】
[0002]現代工業與生活汙水中存有大量含氮汙染物，容易導致水體富營養化，嚴重危害環境。目前，最常用的脫氮技術是硝化反硝化。硝化反硝化脫氮技術需要較高的曝氣量以滿足氨氧轉換硝酸鹽的反應，而且在有機物含量較低時需要投加額外的有機碳源以保證反硝化效率。因此，脫氮工藝運行成本較高，耗能巨大。
[0003]上世紀90年代隨著厭氧氨氧化微生物的發現，新型高效節能的厭氧氨氧化工藝應運而生。厭氧氨氧化工藝是新型高效節能的脫氮工藝，其核心是厭氧氨氧化微生物。與上述的硝化反硝化技術脫氮相比，厭氧氨氧化工藝脫氮有如下優點:(1)厭氧氨氧化微生物為自養微生物，反應過程不需要添加有機物；(2)厭氧氨氧化過程不要曝氣，大大節省勞動力消耗；(3)厭氧氨氧化工藝能處理高氨氮類廢水,並且單位負荷較高,減少反應器的體積；(4)工藝所產生的剩餘汙泥較少，可節省大量處理汙泥的費用。然而，厭氧氨氧化微生物只有在高濃度條件下才會有活性，且厭氧氨氧化微生物生長緩慢，較難培養，活性容易受抑制。因此，為了保持厭氧氨氧化微生物的活性，需要很高的成本。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種成本低的利用木頭、腐朽木富集脫氮環境微生物菌群進行一步脫氮的方法。所述技術方案如下:
一方面，提供了一種利用天然有機填料木頭、腐朽木富集脫氮環境微生物菌群進行一步脫氮的方法，其包括如下幾個步驟:步驟SI，將腐朽木用濃度為9-10%鹽酸溶液持續浸泡20-30個小時後，將腐朽木撈出，並衝洗乾淨；步驟S3，將腐朽木放置到基礎無機鹽溶液中浸泡28-32天；步驟S5，將腐朽木放置在厭氧氨氧化環境下的脫氮池內進行菌類培養，保持脫氮池內的溫度20-30° C，並將汙水引流至脫氮池內。由於所述環境微生物菌群能夠利用載體提供的環境生長，並從低含氮水環境中攝取氮源，作為自生生長營養所需，使其逐步在所述載體表面形成優勢菌群，且待Δ -變形菌門中Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria> Deltaproteobacteria的組合的比例達到50%以上時，即可實現總氮的去除。傳統硝化反硝化菌在此環境中無法生存，處於競爭劣勢。經過持續的誘導和富集，所述載體上逐漸形成脫氮環境微生物優勢菌群。所述載體使用壽命最長可達20-25年。
[0005]進一步地，在所述步驟SI中，衝洗乾淨後的腐朽木再放入質量分數為1-2%的氫氧化鈉溶液中浸泡20-30小時，之後，撈起腐朽木並再次用水衝洗。其特徵在於:以天然有機填料腐朽木為載體，其表面略有腐熟，內部硬度較好，可疊加組合，並且環境水溫對菌種富集速度會產生影響，但遠遠小於常規脫氮工藝。環境水溫在10° (T30° C時，富集速度會加快；水溫低於5° C大於1° C時，富集速度會受到影響，保持水溫在10° 0-30° C，在45飛O天可以完成所述載體對脫氮環境微生物菌群的富集，此後，日常運行的水溫最低可適應 I。C。
[0006]進一步地，將用氫氧化鈉溶液中浸泡、並用水衝洗後的腐朽木放入生理鹽水中浸泡20-30小時。
[0007]進一步地,所述步驟S3中，所述無機鹽溶液包括以下物質:0.40-0.6 gL_l的KHCO3, 0.30-0.35 gL-Ι 的 MgSO4.7H20, 0.02-0.03 gL-1 的 KH2PO4,0.1-0.15 gL-1 的CaCl2,0.3-0.4 gL_l 的 NaNO2,0.4-0.5 gL-1 的(NH4) 2S04。
[0008]進一步地，所述步驟S5包括:S51，將腐朽木按設定的規律擺放在所述脫氮池內；S52，將汙水充滿所述脫氮池，並使汙水在所述脫氮池內自然流動，持續保持5-8周以進行菌類培養；通過含氮汙水流經載體，可採用回流或者不回流的方式進行培養，誘使脫氮環境微生物菌群從含氮原水中攝取氮源，不斷富集；S53，當所述脫氮池內開始出現厭氧氨氧化菌，且 δ -變形菌、Y-變形菌、β -變形菌 Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Deltaproteobacteria的總數量比例達到50%以上時,持續將汙水排放至所述的脫氮池內一步脫氮。
[0009]進一步地，在所述步驟S51中，多根所述腐朽木並排成一層一層的排放在所述脫氮池內，且每相鄰兩層腐朽木之間設有固定隔網。
[0010]進一步地，所選木頭作為主體培養源的原材料，且在所述步驟SI之前，將所述木頭腐熟為所述腐朽木。用於脫氮環境微生物菌群誘導和富集的載體可採用一級或二級填料床的培養方式。
[0011]進一步地，在使用新的富集所述脫氮微生物菌群載體時，可以通過和已經進行過所述菌種富集的載體進行混合，縮短新載體上所述脫氮環境微生物菌群的富集時間，並且所述載體木頭包括椰殼、果殼、木粉、樹木或枯枝落葉等。
[0012]進一步地，所述木頭腐熟為所述腐朽木包括如下步驟:S11，將所述木頭用水充分浸泡，使所述木頭含水量達到40%-50%，所述水中可添加尿素；S15，將浸泡後的所述木頭交錯疊放以木頭堆，當監測所述木頭堆的中心處的溫度上升至55° C -65° C時，將所述木頭堆打亂，翻堆，並加入白腐菌劑；使所述白腐菌劑和所述木頭充分混合後再次建木頭堆，並持續堆放14-16天；S17，再次將所述木頭堆打亂，翻堆，並重建木頭堆，且持續堆放14-16天後腐熟完成。
[0013]進一步地，在所述Sll和所述S15之間，將浸泡後的所述木頭交錯疊放以形成木頭堆，當所述木頭堆的中心處的溫度上升至55° C -65° C時，將所述木頭堆打亂，翻堆，並再次交錯疊放重建木頭堆至少一次。
[0014]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
本發明的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法利用腐朽木為厭氧的菌類營造了天然的寄生環境，提高了菌類的成活性及繁殖速度，特別是可大量繁殖S-變形菌、Y-變形菌、β -變形菌。且在脫氮過程中，無需添加任何化學或有機物質，直接利用汙水中菌類來反噬除汙，節省了原料消耗；且為了營造菌類的厭氧生存環境，在脫氮過程中無需曝氣，節省了人力物力，從而降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1是本發明的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法的流程示意圖。
[0017]圖2是圖1中木頭腐熟的流程示意圖。
[0018]圖3是圖1中脫氮的流程示意圖。
[0019]圖4是圖1中一步脫氮的新機理、方法及與傳統方法的對比。
[0020]圖5是圖1中富集精細脫氮環境微生物菌群的載體和方法的工藝圖。
[0021]圖6是圖1中傳統脫氮(總氮)工藝與本專利在脫氮(總氮)指標的比較。
【具體實施方式】
[0022]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0023]請參照圖1， 本發明實施例提供了一種利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法，用於汙水處理。該利用木頭進行一步脫氮的方法包括如下步驟:
步驟SI，將腐朽木用濃度為9-10%鹽酸溶液持續浸泡20-30個小時，使得鹽酸溶液將腐朽木腐蝕形成多個便於細菌生長的微細孔徑；然後，撈出腐朽木，並用水將腐朽木上殘餘的鹽酸溶液衝洗乾淨。
[0024]為了避免腐朽木上附著有殘餘的鹽酸溶液會損傷細菌，將衝洗後的腐朽木用質量分數為1-2%的氫氧化鈉溶液浸泡20-30小時，以中和腐朽木上附著的鹽酸溶液或其它酸性物質。用氫氧化鈉溶液浸泡完成後，撈起腐朽木並再次用水衝洗，以進一步的去除腐朽木上的雜質。之後,將腐朽木放入生理鹽水中浸泡20-30小時後待用。
[0025]需要說明的是，在其它實施方式中，也可以用木頭作為主體培養源的原材料。當用木頭作為主體培養源的原材料時，在進行步驟Si之前，需先將木頭腐熟為腐朽木，請結合參照圖2，具體過程為:
首先，第一步S11，將木頭用水充分浸泡，使木頭含水量達到40%-50%，並且上述水中可添加尿素；需要說明的是，當木頭選用的是樹木時，為了使得樹木充分潮溼以及耐汙水衝擊，選擇每一樹木的長度為lm-1.2m,直徑為12cm_20cm。
[0026]接著，第二步S13，將浸泡後的木頭交錯疊放以形成多個木頭堆，且為了保證每根木頭的腐熟效果，每一木頭上設有多個孔。每一木頭堆的中心位置設有溫度傳感器或溫度監測計，用於感測木頭堆中心處的溫度。當木頭堆的中心處的溫度上升至55° C -65° C；優選地，當木頭堆的中心處的溫度上升至60° C時，將對應的木頭堆打亂，翻堆，並再次交錯疊放重建木頭堆。這個過程中包括至少一次翻堆和重建木頭堆。需要說明的是，根據需要，第二步S13中的翻堆和重建木頭堆可以重複多次；而當使用的是易腐熟的木頭作為主體培養源的原材料時，可以省略第二步S13直接進行建木頭堆，然後直接進行下述第三步S15。
[0027]第三步S15，第二步S13完成後，當監測木頭堆的中心處的溫度上升至55° C-65° C ;優選地，當木頭堆的中心處的溫度上升至60° C時，再次將木頭堆打亂，翻堆，並加入白腐菌劑；使白腐菌劑和木頭充分混合後再次建木頭堆，並持續堆放14-16天，優選地，持續堆放15天。
[0028]第四步S17，當持續堆放了第一個14-16天後，再次將木頭堆打亂，翻堆，並重建木頭堆，且持續堆放14-16天，優選地，持續堆放15天；此時，木頭腐熟完成形成腐朽木。
[0029]需要說明的是，在其它實施方式中，作為主體培養源的原材料還包括椰殼、果殼、木粉、樹木或枯枝落葉等。
[0030]步驟S3，將腐朽木放置到厭氧氨氧化基礎的無機鹽溶液中浸泡28-32天；其中，無機鹽溶液包括以下物質:0.40-0.6 gL-Ι 的 KHCO3, 0.30-0.35 gL_l 的 MgSO4.7H20，
0.02-0.03 gL-1 的 KH2PO4,0.1-0.15 gL_l 的 CaCl2,0.3-0.4 gL_l 的 NaNO2,0.4-0.5 gL_l的(NH4)2S04。作為優選的方式:腐朽木需在無機鹽溶液中浸泡30天。
[0031]步驟S5:將經過上述步驟S1、S3處理過的腐朽木放置在厭氧氨氧化環境下的脫氮池內，並待腐朽木上形成微生物群落，且待Δ-變形菌門的比例達到50%以上時(即是指Δ-變形菌門中的δ-變形菌、Y-變形菌、β -變形菌Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria>Deltaproteobacteria的總數量比例達到50%以上時)，將汙水排放至脫氮池內，即可實現總氮的去除，即是一步脫氮。具體地，步驟S5包括如下步驟:
第一步S51,將腐朽木按照設定的規律擺放在脫氮池內。多根腐朽木並排成一層一層的排放在脫氮池內，且每相鄰兩層腐朽木之間設有隔網，以通過隔網將腐朽木固定，防止腐朽木在脫氮池內浮起來。作為優選的:在腐朽木擺放的下方放置反衝系統，避免堵塞同時給脫氮菌群更好的環境條件，在池體內設置氣提管，定期清理池體內的汙泥。
[0032]第二步S52，將汙水充滿脫氮池進行菌類培養，並持續培養5-8周，優選為6周；在此過程中，保持汙水在脫氮池內自然流動，並保持脫氮池內的水溫20-25 ° C、馴化進水總氮濃度為8-10mg/L, BOD5不高於15mg/L。
[0033]第三步S53，當所述脫氮池內開始出現厭氧氨氧化菌，經過富集培養後，一級載體Deltaproteobacteria佔總菌種的17%左右，二級載體Deltaproteobacteria佔總菌種的36%左右，且δ -變形菌、Υ -變形菌、β -變形菌的總數量比例達到50%以上時，持續將汙水排放至所述的脫氮池內，通過脫氮池內的菌類吞噬汙水中的含氮有機物，從而除去汙水中的氮汙染物，總氮去除率達到85%以上，達到淨化汙水的目的。
[0034]具體地，當所述脫氮池內開始出現厭氧氨氧化菌群時，特別是δ-變形菌、Υ-變形菌、變形菌的數量比例達到50%以上時，持續將汙水排放至所述的脫氮池內，通過脫氮池內的菌類吞噬汙水中的含氮有機物，從而除去汙水中的氮汙染物，達到淨化汙水的目的，脫氮過程便捷，一步到位且效果好(參照圖5)。在此過程中，菌類附著在腐朽木的微細孔徑內通過不斷攝食汙水中的有機物特別是總氮，生長繁殖，完成其生命周期後，一部分菌屍隨著水體流動從微細孔徑內流走，或是被鮮活細菌從微細孔徑內擠出，因此用腐朽木處理汙水將有效解決堵塞問題。
[0035]請結合參照圖4，上述第三步S53的除氮過程中，以ΝΗ4+-Ν為電子供體、NO2-N為電子受體、羥胺和聯氨為關鍵中間產物及氮氣為終產物的生物反應。圖4中實線部分表示的是上述第三步S53中除氮的新機理，其總的反應式為:ΝΗ4+ + 1.32N02- + 0.066 HCO3- +0.13H+ — 1.02N2 + 0.26 NO3-+ 0.066 CH2Oci 5Ntl l5 + 2.03H20。
[0036]圖4中的虛線部分及點劃線部分分別表示的是傳統的硝化反應及反硝化反應。由圖4的虛線部分可以看出:在傳統的硝化反應過程中，需要通過曝氣的方式來添加額外的氧氣，需要大量的勞力物力來維持曝氣；且在傳統的反硝化反應過程中，需要向脫氮池內額外投加碳源，增加了能源消耗。請參照表一，可清楚地看出本發明利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法與傳統的硝化反硝化脫氮方法在能量消耗、化學品消耗及二氧化碳排放上的對比。
[0037]表一:能量消耗、化學品消耗及二氧化碳排放的對比數據
【權利要求】
1.一種利用天然有機填料木頭、腐朽木富集脫氮環境微生物菌群進行一步脫氮的方法，包括如下幾個步驟: 步驟SI，將腐朽木用濃度為9-10%鹽酸溶液持續浸泡20-30個小時後，將腐朽木撈出，並衝洗乾淨； 步驟S3，將腐朽木放置到基礎無機鹽溶液中浸泡28-32天； 步驟S5，將腐朽木放置在厭氧氨氧化環境下的脫氮池內進行菌類培養，保持脫氮池內的溫度20-30° C ;並將汙水引流至脫氮池內，由於所述環境微生物菌群能夠利用載體提供的環境生長，並從低含氮水環境中攝取氮源，作為自生生長營養所需，使其逐步在所述載體表面形成優勢菌群，且待Δ-變形菌門中Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria>Deltaproteobacteria的組合的比例達到50%以上時，即可實現總氮的去除即一步脫氮。傳統硝化反硝化菌在此環境中無法生存，處於競爭劣勢。經過持續的誘導和富集，所述載體上逐漸形成精細脫氮環境微生物優勢菌群。所述載體使用壽命最長可達20-25年。
2.根據權利要求1所述的利用木頭、腐朽木富集脫氮環境微生物菌群進行一步脫氮的方法，其特徵在於，在所述步驟SI中，衝洗乾淨後的腐朽木再放入質量分數為1-2%的氫氧化鈉溶液中浸泡20-30小時，之後，撈起腐朽木並再次用水衝洗。其特徵在於:天然有機填料腐朽木為載體，表面略有腐熟，內部硬度較好，可疊加組合，並且環境水溫對菌種富集速度產生影響，但遠遠小於常規脫氮工藝。環境水溫在10° (T30° C時，富集速度會加快；水溫低於5° C大於1° C時，富集速度會受到影響，保持水溫在10° 0-30° C，在45飛O天可以完成所述載體對脫氮環境 微生物菌群的富集，此後，日常運行的水溫最低可適應1° C。
3.根據權利要求2所述的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法，其特徵在於，將用氫氧化鈉溶液中浸泡、並用水衝洗後的腐朽木放入生理鹽水中浸泡20-30小時。
4.根據權利要求1所述的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法，其特徵在於，所述步驟S3中，所述無機鹽溶液包括以下物質:0.40-0.6 gL-1的KHCO3, 0.30-0.35 gL_l的MgSO4.7H20, 0.02-0.03 gL-1 的 KH2PO4,0.1-0.15 gL-1 的 CaCl2,0.3-0.4 gL-1 的 NaNO2,0.4-0.5 gL-1 的(NH4)2SO40
5.根據權利要求1所述的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法，其特徵在於，所述步驟S5包括: S51，將腐朽木按設定的規律擺放在所述厭氧氨氧化環境下的脫氮池內； S52，將汙水充滿所述脫氮池，並使汙水在所述脫氮池內自然流動，持續保持5-8周以進行菌類培養；通過含氮汙水流經載體，可採用回流或者不回流的方式進行培養，誘使脫氮環境微生物菌群從含氮原水中攝取氮源，不斷富集； S53，當所述脫氮池內開始出現厭氧氨氧化菌，且δ-變形菌、Υ-變形菌、β-變形菌Betaproteobacteria> Gammaproteobacteria> Deltaproteobacteria 白勺數量比{列達至[I 50%以上時，持續將汙水排放至所述的脫氮池內進行一步脫氮。
6.根據權利要求5所述的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法，其特徵在於，在所述步驟S51中，多根所述腐朽木並排成一層一層的排放在所述脫氮池內，且每相鄰兩層腐朽木之間設有固定隔網。
7.根據權利要求1所述的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法，其特徵在於，所選木頭作為主體培養源的原材料，且在所述步驟SI之前，將所述木頭腐熟為所述腐朽木。用於脫氮環境微生物菌群誘導和富集的載體可採用一級或二級填料床的培養方式。
8.根據權利要求7所述的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法，其特徵在於，在使用新的富集脫氮微生物菌群載體時，可以通過和已經進行過所述菌種富集的載體進行混合，縮短新載體上所述脫氮環境微生物菌群的富集時間，並且所述載體木頭包括椰殼、果殼、木粉、樹木或枯枝落葉。
9.根據權利要求7所述的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法，其特徵在於，所述木頭腐熟為所述腐朽木包括如下步驟: S11，將所述木頭用水充分浸泡，使所述木頭含水量達到40%-50%，所述水中可添加尿素； S15，將浸泡後的所述木頭交錯疊放成木頭堆，當監測所述木頭堆的中心處的溫度上升至55° C -65° C時，將所述木頭堆打亂，翻堆，並加入白腐菌劑；使所述白腐菌劑和所述木頭充分混合後再次建木頭堆，並持續堆放14-16天； S17，再次將所述木頭堆打亂，翻堆，並重建木頭堆，且持續堆放14-16天後腐熟完成。
10.根據權利要求9所述的利用木頭、腐朽木進行一步脫氮的方法，其特徵在於，在所述SI I和所述S15之間，將浸泡後的所述木頭交錯疊放以形成木頭堆，當所述木頭堆的中心處的溫度上升至55° C -65° C時，將所述木頭堆打亂，翻堆，並再次交錯疊放重建木頭堆至少一次。
【文檔編號】C02F3/28GK104129847SQ201410248823
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】陳柏含 申請人:武漢風林環境科技有限公司