[發(fā)明專利]反硝化厭氧甲烷氧化微生物富集的系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310119900.3
• 申請日: 2013-04-08
• 公開（公告）號: CN103172171A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾建雄;丁兆威;付亮;錢祝勝;丁靜;申曉菲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學技術(shù)大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及反硝化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種反硝化厭氧甲烷氧化微生物富集的系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

反硝化也稱脫氮作用，是指在反硝化菌的作用下，硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮被還原成氮氣的過程，是污水處理領(lǐng)域中脫氮的主要工藝之一。在經(jīng)典反硝化過程中，反硝化菌以氮氧化物為電子受體，以有機物即碳源作為電子供體。反硝化厭氧甲烷氧化（Denitrifying?anaerobic?methane?oxidation，DAMO）是一種比較新的生物反應(yīng)，其是DAMO微生物以氮氧化物為電子受體，以甲烷為電子供體，將二者分別轉(zhuǎn)化為氮氣和二氧化碳。甲烷是厭氧發(fā)酵的主要產(chǎn)物，在污水處理廠的反硝化工藝中可以利用這些甲烷作為反硝化微生物的碳源，從而避免因外加甲醇等可溶性碳源所造成的二次污染，同時可降低成本，因此，DAMO過程是一種潛在的新型脫氮除碳途徑。

由于DAMO微生物為自養(yǎng)微生物，生長緩慢，倍增時間為數(shù)周至數(shù)月，DAMO微生物的富集時間長是限制該技術(shù)發(fā)展的主要因素。目前，現(xiàn)有技術(shù)中主要有序批式反應(yīng)器（SBR）、序半連續(xù)式反應(yīng)器（SFBR）和連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器（CSTR）這三種反應(yīng)器被用于DAMO微生物的富集。

其中，SBR和SFBR反應(yīng)器對于富集生長緩慢的微生物具有一些優(yōu)勢，例如，能夠?qū)崿F(xiàn)較長的污泥停留時間以及溶解底物、溶解產(chǎn)物和微生物的均勻分布等。由于DAMO微生物的生長需要利用難溶于水的甲烷，現(xiàn)有技術(shù)中利用SBR和SFBR反應(yīng)器富集DAMO微生物時，一般通過在頂空注入甲烷，或者在底部連續(xù)吹甲烷來提供所需甲烷。由于甲烷在水相中的溶解度低，傳質(zhì)系數(shù)小，甲烷從氣相傳到液相、再由液相傳給微生物的傳質(zhì)過程受到極大限制，從而導(dǎo)致延長微生物的富集時間。而CSTR反應(yīng)器雖然操作簡單，可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)操作，但其也是通過從反應(yīng)器底部連續(xù)鼓甲烷的方式提供甲烷，因而甲烷傳質(zhì)也受到限制，且泄漏的甲烷量較大。此外，CSTR反應(yīng)器還存在微生物易于流失等問題。因此，目前現(xiàn)有技術(shù)對DAMO微生物富集的時間均比較長，不利于應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種反硝化厭氧甲烷氧化微生物富集的系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)及其方法能在較短時間內(nèi)得到富集的DAMO微生物。

本發(fā)明提供一種反硝化厭氧甲烷氧化微生物富集的系統(tǒng)，包括：

中空纖維膜反應(yīng)器，所述中空纖維膜反應(yīng)器包括殼體、設(shè)置在所述殼體頂端的上法蘭和設(shè)置在所述殼體底端的下法蘭；所述殼體下部設(shè)有進水口，中部設(shè)有取樣口，上部設(shè)有出水口；所述上法蘭上設(shè)有出氣口，所述下法蘭上設(shè)有進氣口；所述殼體內(nèi)部設(shè)有中空纖維膜束，其上端封閉，下端開口且與所述進氣口相連；

與所述中空纖維膜反應(yīng)器進氣口相連的甲烷供氣裝置；

與所述中空纖維膜反應(yīng)器進水口相連的供水裝置。

優(yōu)選的，所述殼體上部還設(shè)有內(nèi)循環(huán)口；

在所述內(nèi)循環(huán)口與進水口之間還包括內(nèi)循環(huán)裝置。

優(yōu)選的，所述甲烷供氣裝置包括甲烷氣瓶，其通過設(shè)置在管道上的氣體穩(wěn)壓閥與進氣口相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的反硝化厭氧甲烷氧化微生物富集的系統(tǒng)包括中空纖維膜反應(yīng)器及分別與其相連的甲烷供氣裝置和供水裝置，其中，中空纖維膜反應(yīng)器包括殼體、設(shè)置在所述殼體頂端的上法蘭和設(shè)置在所述殼體底端的下法蘭；所述殼體下部設(shè)有進水口，中部設(shè)有取樣口，上部設(shè)有出水口；所述上法蘭上設(shè)有出氣口，所述下法蘭上設(shè)有進氣口；所述殼體內(nèi)部設(shè)有中空纖維膜束，其上端封閉，下端開口且與所述進氣口相連。工作時，供水裝置能提供含有反硝化厭氧甲烷氧化微生物的接種物和含有氮氧化物的液體培養(yǎng)基，由進水口進入中空纖維膜反應(yīng)器；甲烷供氣裝置能提供甲烷氣體，由進氣口進入中空纖維膜反應(yīng)器；在中空纖維膜反應(yīng)器中，反硝化厭氧甲烷氧化微生物以氮氧化物為電子受體，以甲烷為電子供體，將二者分別轉(zhuǎn)化為氮氣和二氧化碳而排出，同時微生物得以富集。在本發(fā)明中，所述中空纖維膜反應(yīng)器以中空纖維膜作為微生物的附著介質(zhì)，使接種的微生物附著在中空纖維膜上，生長形成一層生物膜，實現(xiàn)固液分離，能減少微生物的流失；同時，所述中空纖維膜也作為甲烷供給途徑，即甲烷氣體從中空纖維膜上滲出，透過膜絲直接接觸到附著在其上的微生物，提高了甲烷到微生物的傳質(zhì)效率，提高了甲烷的利用率，能使DAMO微生物在較短時間內(nèi)得到富集。

進一步的，本發(fā)明采用氣體穩(wěn)壓閥控制輸入甲烷量，控制更簡單，甲烷泄露更少，從而進一步提高甲烷利用率。

本發(fā)明還提供一種反硝化厭氧甲烷氧化微生物富集的方法，包括：

構(gòu)建上文所述的系統(tǒng)；