一種基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置與方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置與方法。本發明所述基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，利用生物體帶有生物電或磁性物質的特點，通過磁場增強了游離氨進入氨氧化細菌內部的速度，縮短PN工藝的啟動時間及強化PN工藝的反應速率；本發明所述基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，具有經濟、簡單、安全、無二次污染等優點；在PN處理高氨氮污水中具有廣泛的應用前景。
【專利說明】
一種基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置與方法
技術領域
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[0001]本發明涉及一種基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置與方法，屬于污水生物處理的技術領域。
技術背景:
[0002]化肥、石油等工業的迅速發展產生了大量的高濃度廢水，其中的高濃度氨氮往往成為處理難點，這些廢水成為了制約行業發展的重要因素。如處理不當，這些廢水的排放往往導致水體的物理、化學及生物性質發生變化，造成水中溶解氧下降，水生生物大量死亡，并產生腐臭氣味，不僅給環境造成極大危害，也給經濟和社會造成巨大損失。以氨氮廢水為例，目前處理方法主要有物化法和生物法。物化法能耗較高，并且存在二次污染問題。在生物法處理污水領域，低B0D/TKN值的高氨氮廢水在應用傳統硝化-反硝化生物工藝時，必須加入有機碳以實現完全反硝化；由于好氧硝化的供氧以及反硝化的有機碳需求，加之產生的剩余污泥，傳統生物脫氮運行成本往往較高。相比而言，厭氧氨氧化技術以亞硝酸鹽為電子受體，在缺氧條件下將氨氮氧化成氮氣，并伴隨著固定無機碳過程，該工藝不需要投加外部碳源，可以節省60%能耗，因此運行成本大大節省;生物量產量低，可以減少剩余污泥處理負荷。例如，中國專利CN102701452A公開了一種部分亞硝化聯合反硝化處理垃圾滲濾液的閉環控制系統及其脫氮除碳方法。該系統通過缺氧攪拌把反應器內的部分亞硝氮和硝氮反硝化掉，然后曝氣以降解剩余有機物和進行部分亞硝化，使大部分可降解有機物得到去除并使約53%的氨氮轉化為亞硝氮，為其厭氧氨氧化處理創造條件。
[0003]然而，在應用厭氧細菌處理高氨氮污水之前必須先經過氨氧化細菌的亞硝化作用將大約一半的氨氮轉化成亞硝氮。亞硝化的啟動與其活性也在一定程度上制約著高氨氮廢水的處理效率，常規啟動PN(部分亞硝化，partial nitrificat1n的縮寫)的方法包括控制溶解氧、PH、溫度等理化因素從而逐步富集Α0Β，洗脫其他種類的細菌，最終實現PN的目的。
【發明內容】
:
[0004]針對現有技術的不足，本發明提供一種基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置。
[0005]本發明還提供一種利用上裝置統進行污水亞硝化處理的方法。
[0006]術語說明:
[0007]AOB:氨氧化細菌即亞硝化細菌，在硝化作用過程中負責將銨氧化為亞硝酸鹽，實現亞硝化作用，是硝化過程中必不可少的步驟，同時也是其限速反應。
[0008]本發明的技術方案:
[0009]—種基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，包括PN反應器，PN反應器內設置有磁場。[00?0]優選的，所述磁場的磁場強度大小為O?lOOmT。
[0011 ] 優選的，所述磁場為不均勾磁場，不均勾磁場的磁場強度大小為O?lOOmT。磁場對不同的生物及不同生物層次(如生物分子、細胞、組織和活體)的影響各不相同；通過施加不均勻磁場可以進一步縮短PN啟動時間和增強PN反應的速率。
[0012]優選的，所述磁場由永磁鐵提供;永磁鐵設置在PN反應器的左右兩側;永磁鐵使PN反應器內形成由左向右的均勻磁場。
[0013]進一步優選的，永磁鐵的規格為，長X寬X高= 3cmX 1cmX 15cm。
[0014]優選的，所述磁場由螺線圈提供，螺線圈纏繞設置在PN反應器的外側壁或內側壁上。螺線圈中通電后可以為PN反應器提供磁場;相比永磁鐵，螺線圈通過改變電流大小，線圈密度實現對磁場大小和分布的調節，為PN反應器提供不均勻磁場。
[0015]優選的，所述PN反應器為序批式生物反應器SBR(Sequencing Batch Reactor)。
[0016]優選的，所述PN反應器內還設置有曝氣頭、攪拌器和電子溫度計;PN反應器通過蠕動栗與進水桶連接;PN反應器通過電磁閥與出水桶連接;曝氣頭連接有氣栗。
[0017]進一步優選的，基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置還包括控制器;氣栗、攪拌器、電子溫度計、蠕動栗和電磁閥分別與控制器連接；
[0018]一種利用上裝置統進行污水亞硝化處理的方法，包括具體步驟如下:
[0019](I)PN反應器的搭建與啟動:選取PN反應種泥，培養氨氧化細菌;通過攪拌使反應體系中的種泥和污水混合，進行污水亞硝化處理；
[0020](2)添加磁場:在PN反應器中施加磁場；
[0021 ] (3)反應檢測:檢測PN啟動時間和氨氧化細菌的活性；
[0022](4)調整磁場強度:通過調整磁場強度和磁場分布，使PN啟動時間、氨氧化細菌的活性達到最優。
[0023]優選的，所述步驟(I)中PN反應器的運行溫度為32土 TC ;PN反應器中污水的溶氧量為0.lmg/L?0.2mg/L0
[0024]優選的，污水亞硝化處理的反應時間為8h?12h。
[0025]優選的，所述步驟(3)中反應檢測的具體方法為，通過檢測PN反應出水中氨氮、亞硝氮及硝態氮的濃度反映PN啟動時間，PN啟動時間是指從接種種泥到PN的成功啟動所使用的時間；通過測定氨氧化細菌的耗氧速率反映PN反應中氨氧化細菌的活性;通過高通量測序方法探究磁場的加入對氨氧化細菌的影響。通過高通量測序方法探究因素對PN反應中微生物種群的影響是現有技術中的常用方法，目前國內測序技術已經相當成熟，具體做法是首先提取環境樣品中的所有DNA，然后對這些DNA進行16SrRNA PCR以獲得大量16srRNA基因片段，測序公司選取20000條16SrRNA序列進行測序并對序列和數據庫比對分析得出所讀序列是什么物種。比對的數據庫通常為greengene或genebank。
[0026]進一步優選的，氨氮、亞硝氮及硝態氮的濃度檢測方法為紫外可見光吸收法;所述用于檢測氨氧化細菌的耗氧速率所用的化學物質包括NaClO3和丙烯基硫脲;所述高通量測序所用基因為16SrRNA基因，測序條帶數為20000條。
[0027]進一步優選的，判斷PN成功啟動的方法為，出水中亞硝氮濃度高于氨氮濃度。由于在入水中只存在氨氮而不存在亞硝態氮，如果經過AOB的反應后使出水中亞硝氮濃度高于氨氮濃度則PN反應成功啟動。(每隔三到五天檢測一次出水水質)。
[0028]進一步優選的，測定氨氧化細菌的耗氧速率的方法為，取450ml兩反應器中的泥水混合物(此時所用新鮮的培養液)，置于500ml錐形瓶中，用氣栗對其充分曝氣后立即密封并測量泥水混合物的溶解氧。NaClO3和丙烯基硫脲可以分別抑制NOB和AOB的活性，通過兩種物質的添加并通過測溶解氧的方式可以得到AOB及NOB的耗氧速率。
[0029]本發明的有益效果是:
[0030]1、本發明所述基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，利用生物體帶有生物電或磁性物質的特點，通過磁場增強了游離氨進入氨氧化細菌內部的速度，縮短PN工藝的啟動時間及強化PN工藝的反應速率；
[0031]2、本發明所述基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，具有經濟、簡單、安全、無二次污染等優點;在PN處理高氨氮污水中具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明所述基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置的結構示意圖；
[0033]其中，1、磁場；2、PN反應器;3、曝氣頭;4、攪拌器;5、氣栗;6、電磁閥；7、蠕動栗;8、進水桶;9、出水桶；1控制器;11、電子溫度計。
[0034]具體實施方法
[0035]下面通過實施例并結合附圖對本發明做進一步說明，但不限于此。
[0036]實施例1
[0037]如圖1所示。
[0038]一種基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，包括PN反應器2，PN反應器2內設置有磁場
[0039]實施例2
[0040]如實施例1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其區別在于，所述磁場I的磁場強度大小為5mT。經過試驗測試，在均勻磁場中，施加磁場后的PN反應速率隨著磁場強度的增加而逐步提高，磁場強度為5mT時達到最強，磁場強度超過5mT后反應速率逐步下降，但是仍然大于無磁場強度時的反應速率。
[0041 ] 實施例3
[0042]如實施例1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其區別在于，所述磁場I為不均勾磁場，不均勾磁場的磁場強度大小為O?1 O m T。磁場對不同的生物及不同生物層次(如生物分子、細胞、組織和活體)的影響各不相同；通過施加不均勻磁場可以進一步縮短PN啟動時間和增強PN反應的速率。經過實驗測試，PN污泥微生物中與膜轉運、信號轉導及細胞流動相關的功能基因在5mT磁場強度下表達量比無外加磁場時分別提高12.3%，9.3%和
11.1%。
[0043]實施例4
[0044]如實施例1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其區別在于，所述磁場I由永磁鐵提供;永磁鐵設置在PN反應器2的左右兩側;永磁鐵使PN反應器2內形成由左向右的均勾磁場。
[0045]實施例5
[0046]如實施例4所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其區別在于，永磁鐵的規格為，長X 寬 X 高= 3cmX 1cmX 15cm。
[0047]實施例6
[0048]如實施例1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其區別在于，所述磁場I由螺線圈提供，螺線圈纏繞設置在PN反應器2的外側壁上。螺線圈中通電后可以為PN反應器2提供磁場；相比永磁鐵，螺線圈通過改變電流大小，線圈密度實現對磁場大小和分布的調節，為PN反應器2提供不均勻磁場。
[0049]實施例7
[0050]如實施例6所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其區別在于，螺線圈纏繞設置在PN反應器2的內側壁上。
[0051 ] 實施例8
[0052]如實施例1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其區別在于，所述PN反應器2為序批式生物反應器SBR(Sequencing Batch Reactor)。序批式生物反應器SBR由直徑10cm，高30cm的有機玻璃制成，工作體積為6.0L。
[0053]實施例9
[0054]如實施例1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其區別在于，所述PN反應器2內還設置有曝氣頭3、攪拌器4和電子溫度計11 ;PN反應器2通過蠕動栗7與進水桶8連接;PN反應器2通過電磁閥6與出水桶9連接;曝氣頭3連接有氣栗5。
[0055]實施例10
[0056]如實施例1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其區別在于，基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置還包括控制器10;氣栗5、攪拌器4、電子溫度計11、蠕動栗7和電磁閥6分別與控制器10連接；
[0057]實施例11
[0058]一種利用實施例1-10所述裝置統進行污水亞硝化處理的方法，包括具體步驟如下:
[0059](I)取濟南光大水務處理廠好氧池末端活性污泥作為PN反應的種泥，使用人工模擬高氨氮污水培養培養氨氧化細菌。通過加熱棒控制PN反應器2的運行溫度在32± 1°C，通過曝氣頭3維持PN反應器2中污水的溶氧量在0.1mg/!?0.2mg/L，利用攪拌器4使反應體系中的種泥和污水混合，進行污水亞硝化處理；
[0060]人工模擬高氨氮污水的組份為:碳酸氫銨2820mg/L，氯化鈣200mg/L，七水硫酸鎂30mg/L，磷酸二氫鉀810mg/L，乙酸鈉4mg/L，微量元素母液lmL/L。其中微量元素組成成分為四水氯化猛200mg/L，六水氯化鎳40mg/L，二水鉬酸鈉110mg/L，六水氯化鐵240mg/L，六水氯化鈷200mg/L，七水硫酸鋅100mg/L。
[0061 ] (2)添加磁場:在PN反應器2中施加磁場；
[0062](3)反應檢測:檢測PN啟動時間和氨氧化細菌的活性；
[0063](4)調整磁場強度:通過調整磁場強度和磁場分布，使PN啟動時間、氨氧化細菌的活性達到最優。
[0064]實施例12
[0065]如實施例10所述污水亞硝化處理的方法，其區別在于，所述步驟(3)中反應檢測的具體方法為，通過檢測PN反應出水中氨氮、亞硝氮及硝態氮的濃度反映PN啟動時間，PN啟動時間是指從接種種泥到PN的成功啟動使用的時間；通過測定氨氧化細菌的耗氧速率反映PN反應中氨氧化細菌的活性;通過高通量測序方法探究磁場的加入對氨氧化細菌的影響。通過高通量測序方法探究因素對PN反應中微生物種群的影響是現有技術中的常用方法，目前國內測序技術已經相當成熟，具體做法是首先提取環境樣品中的所有DNA，然后對這些DNA進行16SrRNA PCR以獲得大量16srRNA基因片段，測序公司選取20000條16SrRNA序列進行測序并對序列和數據庫比對分析得出所讀序列是什么物種。比對的數據庫通常為greengeneI^genebank0
[0066]本實施例是在對20000條reads分析的基礎上對環境中功能基因進行了預測。
[0067]實施例13
[0068]如實施例12所述污水亞硝化處理的方法，其區別在于，氨氮、亞硝氮及硝態氮的濃度檢測方法為紫外可見光吸收法;所述用于檢測氨氧化細菌的耗氧速率所用的化學物質包括NaClO3和丙烯基硫脲;所述高通量測序所用基因為16SrRNA基因，測序條帶數為20000條。
[0069]實施例14
[0070]如實施例12所述污水亞硝化處理的方法，其區別在于，判斷PN成功啟動的方法為，出水中亞硝氮濃度高于氨氮濃度。由于在入水中只存在氨氮而不存在亞硝態氮，如果經過AOB的反應后使出水中亞硝氮濃度高于氨氮濃度則PN反應成功啟動。(每隔三到五天檢測一次出水水質)。
[0071]實施例15
[0072]如實施例12所述污水亞硝化處理的方法，其區別在于，測定氨氧化細菌的耗氧速率的方法為，取450ml兩反應器中的泥水混合物(此時所用新鮮的培養液)，置于500ml錐形瓶中，用氣栗對其充分曝氣后立即密封并測量泥水混合物的溶解氧。NaClO3和丙烯基硫脲可以分別抑制NOB和AOB的活性，通過兩種物質的添加并通過測溶解氧的方式可以得到AOB及NOB的耗氧速率。
[0073]實施例16
[0074]如實施例12所述污水亞硝化處理的方法，其區別在于，污水亞硝化處理的反應時間為8h。
【主權項】
1.一種基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其特征在于，包括PN反應器，PN反應器內設置有磁場。2.根據權利要求1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其特征在于，所述磁場的磁場強度大小為O?lOOmT。3.根據權利要求1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其特征在于，所述磁場為不均勾磁場，不均勾磁場的磁場強度大小為O?1 Om T。4.根據權利要求1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其特征在于，所述磁場由螺線圈提供，螺線圈纏繞設置在PN反應器的外側壁或內側壁上。5.根據權利要求1所述的基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置，其特征在于，所述PN反應器內還設置有曝氣頭、攪拌器和電子溫度計;PN反應器通過蠕動栗與進水桶連接;PN反應器通過電磁閥與出水桶連接;曝氣頭連接有氣栗;基于弱磁場的污水亞硝化處理裝置還包括控制器;氣栗、攪拌器、電子溫度計、蠕動栗和電磁閥分別與控制器連接。6.—種利用權利要求1-5任意一項所述裝置統進行污水亞硝化處理的方法，其特征在于，包括具體步驟如下: (I )PN反應器的搭建與啟動:選取PN反應種泥，培養氨氧化細菌；通過攪拌使反應體系中的種泥和污水混合，進行污水亞硝化處理； (2)添加磁場:在PN反應器中施加磁場； (3)反應檢測:檢測PN啟動時間和氨氧化細菌的活性； (4)調整磁場強度:通過調整磁場強度和磁場分布，使PN啟動時間、氨氧化細菌的活性達到最優。7.根據權利要求6所述的污水亞硝化處理的方法，其特征在于，所述步驟(I)中PN反應器的運行溫度為32 ± 1°C ;PN反應器中污水的溶氧量為0.lmg/L?0.2mg/L;污水亞硝化處理的反應時間為8h?12h。8.根據權利要求6所述的污水亞硝化處理的方法，其特征在于，所述步驟(3)中反應檢測的具體方法為，通過檢測PN反應出水中氨氮、亞硝氮及硝態氮的濃度反映PN啟動時間，PN啟動時間是指從接種種泥到PN的成功啟動所使用的時間;通過測定氨氧化細菌的耗氧速率反映PN反應中氨氧化細菌的活性;通過高通量測序方法探究磁場的加入對氨氧化細菌的影響。9.根據權利要求8所述的污水亞硝化處理的方法，其特征在于，氨氮、亞硝氮及硝態氮的濃度檢測方法為紫外可見光吸收法;所述用于檢測氨氧化細菌的耗氧速率所用的化學物質包括NaClO3和丙烯基硫脲。10.根據權利要求8所述的污水亞硝化處理的方法，其特征在于，判斷PN成功啟動的方法為，出水中亞硝氮濃度高于氨氮濃度。
【文檔編號】C02F3/12GK105967329SQ201610343798
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】倪壽清, 王志彬, 劉曉琳
【申請人】山東大學