生物发酵耦合人工湿地系统净化低碳氮比生活污水的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水净化领域，具体涉及一种生物发酵耦合人工湿地系统净化低碳氮比生活污水的方法。
【背景技术】
[0002]人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，根据人们的具体需求而人为设计建造的湿地。人工湿地处理系统可以分为:表面流人工湿地处理系统，水平潜流人工湿地处理系统和垂直潜流人工湿地处理系统。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化及各类动植物的作用。人工湿地具有污染物去除效率高，投资、运行及维护费用低，适用面广，耐冲击负荷强等优点。
[0003]随着经济的高速发展和人们生活水平的提高，生活污水中的碳氮比越来越低，为使生活污水处理达标，人们不得不通过各种方法向污水中投加碳源，以此提高碳氮比。目前常用的方法是向污水中投加甲醇、乙醇等有机物，这将极大地提高污水处理代价，同时造成巨大的资源和能源浪费。
[0004]中国专利201410170207.3公开了一种利用植物碳源强化人工湿地对低碳高氮污水脱氮的方法和系统，补充的有机碳源主要是植物材料用浸泡液浸泡水解得到水解液，其缺点是只是单纯添加有机碳源，除氮效果不好。
【发明内容】
[0005]本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种生物发酵耦合人工湿地系统净化低碳氮比生活污水方法。
[0006]本发明采用以下技术方案:
[0007]一种生物发酵耦合人工湿地系统净化低碳氮比生活污水的方法，包括以下步骤:
[0008](1)将秸杆采用酵母菌、放线菌和醋酸杆菌的复合菌剂进行发酵，所述酵母菌、放线菌和醋酸菌的活性菌种数量比为(6?8): (2?3): (4?6)，得到微生物发酵液；
[0009](2)将微生物发酵液投加至人工湿地中；
[0010](3)微生物发酵液与生活污水混合，混合液经过人工湿地的处理后得到了净化后的生活污水。
[0011]步骤⑴中，每克干秸杆加入0.1?0.2cfu/g活性的微生物。在秸杆中加水，秸杆与水的质量体积比以g/mL计，为1:8?12，使其湿度维持在70?80%，pH在6.0?6.8，发酵温度为35?40°C，发酵时间为一周至两周。发酵结束后得到的发酵液中含有丰富的可被反硝化细菌容易利用的有机酸和醇类物质。
[0012]本发明中所用的发酵菌株均可以通过常规的商业途径购买得到。
[0013]优选的，本发明采用的酵母菌为产朊假丝酵母(Candida utilis)，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)，菌种保藏编号为31268。
[0014]优选的，本发明采用的放线菌为微白色放线菌转换变种(Actinomyces albidus)，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)，菌种保藏编号为11012。
[0015]放线菌能分解许多有机物，包括芳香化合物、石蜡、橡胶、纤维素、木质等复杂化合物。因此，放线菌不仅在自然界物质循环中，更在污水及有机固体废物的生物处理中有积极的作用。
[0016]优选的，本发明采用的醋酸杆菌为巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)，菌种保藏编号为20056。
[0017]为了使微生物更好的发酵，将秸杆进行粉碎，粉碎至1?2_。
[0018]步骤⑴中，所述秸杆为芦苇秸杆、小麦秸杆、水稻秸杆、玉米秸杆、薯类秸杆、油菜稻杆、棉花稻杆、香蒲稻杆、水枝棉稻杆、浮萍稻杆或甘鹿稻杆的一种或多种。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸杆中，秸杆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源，秸杆也是一种粗饲料。特点是:含碳量高，容易被微生物利用，粗纤维含量高(30% -40% )，并含有木质素等。不同农作物秸杆具有不同的营养特性，根据植物的营养特性的不同，发现将芦苇秸杆制作成微生物发酵液应用在处理低碳氮比的生活污水中，其处理效果最好。
[0019]步骤(2)中，为使脱氮效果更加优异，投加是投加至人工湿地的表面上。
[0020]步骤(3)中，所述人工湿地的处理条件为:添加微生物发酵液使生活污水的C/N比为4?6:1，温度为25?29°C，时间为3?5天。上述人工湿地的处理条件使得脱氮效果更加优异。
[0021]投加至人工湿地的微生物发酵液提高了人工湿地污水中的碳氮比，经过人工湿地的处理后得到了净化后的生活污水。
[0022]—种生物发酵耦合人工湿地系统，由微生物发酵系统和湿地单元串联组成。
[0023]所述微生物发酵系统包括罐体，罐体上设有空气处理系统、流量计和出水管，罐体内设有微生物菌种和秸杆。
[0024]所述空气处理系统用于控制发酵罐的气体交换
[0025]所述流量计用于调整发酵液的流量以使污水混合后达到合理的碳氮比。
[0026]所述湿地单元设置有流通污水的进水管和出水管。
[0027]进一步，所述微生物发酵系统设置在污水混合池中，既大大节约了生物发酵系统的占地面积，有有利于保持生物发酵系统中的温度的恒定。
[0028]本发明中的生物发酵耦合人工湿地系统中的湿地单元为各种人工湿地系统。优选的，所述湿地单元为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地。经过大量实验与分析，所述优选的湿地单元与生物发酵系统配合使用，使生活污水的净化效果更好。
[0029]优选的，所述表面流人工湿地的基质层为田园土和黄沙的混合物，基质层上种植芦苇、香蒲、水枝锦、浮萍等湿地植物。由于表面流人工湿地处理系统的表层具有较好的富氧能力，使系统能有效去除有机污染物。该处理系统处理污水的效果优异。
[0030]优选的，所述水平潜流人工湿地的基质层下部填充砾石，上部设有田园土层，田园土上种植芦苇、香蒲、菰草等湿地植物。其中，砾石的粒径为2?5cm。生活污水和微生物发酵液的混合液进入水平潜流人工湿地，悬浮物被混合土壤和植物根系直接吸收，大部分有机污染物被生物膜吸附降解，废水中的一部分N、P作为营养物质和植物直接吸收，一部分通过硝化、反硝化作用被去除。该处理系统处理污水的效果优异。
[0031]优选的，所述垂直潜流人工湿地的基质下部填充砾石，其厚度为90?100cm，上部设有田园土层，其厚度为15?25cm，田园土上设有湿地植物。生活污水和微生物发酵液的混合液进入垂直潜流人工湿地的田园土层，通过下渗进入砾石层，经植物根系、其表面的生物膜及微生物的共同作用，使污水中的污染物得到处理，该处理系统处理污水的效果优异。
[0032]上述生物发酵耦合人工湿地系统运行时，首先将秸杆从发酵罐罐顶处加入，随后加入适量的水和复合菌剂，使秸杆的湿度维持在70?80%，pH维持在6.0?6.8(优选6.5)，随后密封发酵罐。秸杆在生物发酵罐内高活性发酵菌种的作用下进行发酵。2周就可得到一定量的发酵液，测定其中有机碳的含量，并将得到的发酵液通入待处理的污水中，以发酵液中所含有的醇类、有机酸等多种有机物提高污水碳氮比，随后混合污水流入人工湿地系统进行进一步处理，处理后的污水由出水口排出。由于发酵液中的有机物适当地提高了污水碳氮比，因此，相比于其他方法，本发明对污水中污染物的去除效率更高。
[0033]本发明的有益效果是:
[0034](1)本发明的微生物发酵所用菌株，其中，酵母菌为兼性厌氧菌种，对木质纤维的分解起着重要作用，并能利用秸杆中的碳水化合物代谢产生有机酸和醇类物质，并能同化硝酸盐，将发酵液的添加至生活污水中，酵母菌发酵产生的有机酸和醇类物质可提高生活污水中的碳氮比，并且酵母本身与生活污水中的