一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器及利用其处理污水的方法与流程

本发明涉及一种反硝化滤池反应器及利用其处理污水的方法。

背景技术

2016年《中国环境状况公报》指出，中国地表水污染较重，七大水系总体为轻度污染，湖泊富营养化等问题突出。大量化肥产生的硝态氮、集中排放的城镇生活污水的氨氮等各种形式的氮元素积存，加剧了湖泊水体富营养化的程度，影响并制约了社会经济的发展。我国在新建及已有的污水处理厂中，执行《城市污水处理厂污水综合排放标准》一级a标准tn<15mg/l，而常规的污水处理工艺由于反硝化过程中有机物常常不足，使出水tn无法达到国家一级a标准，因此需要外加碳源。但外加碳源投加量大，且价格昂贵。因此，寻求一种廉价的外加缓释碳源成为目前研究的热点之一。

玉米芯作为我国典型的农业废弃物的之一，内部存在大量的有机物，具有较高的利用价值，以玉米芯为缓释碳源，不仅能提供反硝化微生物反硝化所需要的碳源物质，还能作为载体为微生物提供附着位点。但玉米芯表面存在的木质素较难被微生物所利用，制约着玉米芯中有机物的进一步利用。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决使用现有污水的处理工艺处理污水，出水tn无法达到国家一级a标准，且需要外加大量价格昂贵的碳源，处理成本高的问题，而提供一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器及利用其处理污水的方法。

一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器包括反应器主体、进水水箱、进水管、多个出水管和反冲洗进水管；

所述的反应器主体包括生物质载体和承托板，且生物质载体和承托板自上至下设置在反应器主体的内部；

承托板的下方、反应器主体的侧壁上开通有进水口和反冲洗进水口；承托板的上方、反应器主体的侧壁上自上而下开通有多个出水口；出水管通过出水口与反应器主体相连通；

所述的进水水箱通过进水管和进水口与反应器主体相连通；所述的反冲洗进水管通过反冲洗进水口与反应器主体相连通，且反冲洗进水管上设有阀门和反冲洗进水泵；

所述的生物质载体为挂有反硝化菌和白腐菌的玉米芯。

利用一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器处理污水的方法是按以下步骤完成的：

将污水加入到进水水箱中，打开进水蠕动泵、进水阀门和多个出水管，污水通过进水蠕动泵、进水阀门和进水管进入到反应器主体中，在反应器主体中的水力停留时间为60min～70min，再从多个出水管中排出，得到处理后的污水；每间隔20天～30天，打开阀门和反冲洗进水泵，清水通过反冲洗进水管、阀门和反冲洗进水泵进入到反应器主体中进行反冲洗，去除生物质载体上附着的老旧松散的生物膜；

所述的反应器主体的进水流量为：0.6l/h～0.7l/h。

本发明的原理及优点：

一、本发明在反应器主体中设置生物质载体，生物质载体为挂有反硝化菌和白腐菌的玉米芯，玉米芯不仅能释放有机物质充当碳源物质，还能作为载体提供微生物附着位点；另一方面，投加的白腐菌挂膜于玉米芯表面，能够有效分解木质素，以便于玉米芯内部有机物的充分释放；这样整个反硝化滤池反应器不仅降低了投加碳源所需费用，同时提高了玉米芯有机物的利用率，增加了tn的去除率，通过定期更换适当比例的玉米芯，能够保证反应器的长期稳定运行，对整个反应器的运行起关键性作用；

二、利用本发明一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器处理污水，出水中tn<15mg/l，出水水质稳定达标，达到《城市污水处理厂污水综合排放标准》一级a标准；

三、本发明反应器主体中设置承托板，承托板起到固定生物质载体的作用，兼起均匀布水的作用；

四、本发明中一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器运行111天后，更换四分之一比例的生物质载体，能够使发明中一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器继续稳定运行31天，通过定期更换适当比例的生物质载体，能够保证本发明中一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器

的长期稳定运行。

本发明适用于处理污水。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器包括反应器主体、进水水箱1、进水管4、多个出水管5和反冲洗进水管8；

所述的反应器主体包括生物质载体6和承托板7，且生物质载体6和承托板7自上至下设置在反应器主体的内部；

承托板7的下方、反应器主体的侧壁上开通有进水口和反冲洗进水口；承托板7的上方、反应器主体的侧壁上自上而下开通有多个出水口；出水管5通过出水口与反应器主体相连通；

所述的进水水箱1通过进水管4和进水口与反应器主体相连通；所述的反冲洗进水管8通过反冲洗进水口与反应器主体相连通，且反冲洗进水管8上设有阀门9和反冲洗进水泵10；

所述的生物质载体6为挂有反硝化菌和白腐菌的玉米芯。

本实施方式的原理及优点：

一、本实施方式在反应器主体中设置生物质载体6，生物质载体6为挂有反硝化菌和白腐菌的玉米芯，玉米芯不仅能释放有机物质充当碳源物质，还能作为载体提供微生物附着位点；另一方面，投加的白腐菌挂膜于玉米芯表面，能够有效分解木质素，以便于玉米芯内部有机物的充分释放；这样整个反硝化滤池反应器不仅降低了投加碳源所需费用，同时提高了玉米芯有机物的利用率，增加了tn的去除率，通过定期更换适当比例的玉米芯，能够保证反应器的长期稳定运行，对整个反应器的运行起关键性作用；

二、利用本实施方式一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器处理污水，出水中tn<15mg/l，出水水质稳定达标，达到《城市污水处理厂污水综合排放标准》一级a标准；

三、本实施方式反应器主体中设置承托板7，承托板7起到固定生物质载体6的作用，兼起均匀布水的作用；

四、本实施方式中一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器运行111天后，更换四分之一比例的生物质载体6，能够使发明中一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器继续稳定运行31天，通过定期更换适当比例的生物质载体6，能够保证本发明中一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器

的长期稳定运行。

本实施方式适用于处理污水。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的反应器主体为封闭式。其他步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的承托板7上均匀设有多个直径为0.6mm～0.8mm的孔，承托板7的穿孔率为10％～15％。其他步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的进水管4上设有进水蠕动泵2和进水阀门3。其他步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的生物质载体6是按以下方法制备的：

一、制备玉米芯载体：将玉米芯切成半径为0.8cm～1.1cm的圆柱体，再自然干燥至其质量不再发生变化，得到干燥的玉米芯圆柱体；将多个干燥的玉米芯圆柱体规则的摆放至承托板7上，得到玉米芯载体；

步骤一中承托板7上方的玉米芯载体的高度为48cm～50cm；

二、污泥挂膜：

将活性污泥与人工配水混合，得到活性污泥与人工配水的混合物；将活性污泥与人工配水的混合物加入到进水水箱1中，打开进水蠕动泵2和进水阀门3，活性污泥与人工配水的混合物通过进水蠕动泵2、进水阀门3和进水管4进入到反应器主体中，在反应器主体中停留1.5天～2天，使活性污泥挂膜于玉米芯载体表面，再将活性污泥与人工配水的混合物从出水管5中排出，关闭进水蠕动泵2和进水阀门3；

步骤二中所述的活性污泥与人工配水的混合物中活性污泥的质量分数为20％～25％；

三、白腐菌培养及挂膜：

①、白腐菌phanerochaetcchrysosporium培养于白腐菌培养基中：

步骤三①中所述的白腐菌培养基为：20％马铃薯配制液1l、葡萄糖20g、kh2po43g、mgso4·7h2o1.5g、硫胺素微量8mg和琼脂20g；

步骤三①中所述的20％马铃薯配制液制作方法为：去皮马铃薯200g，切成小块，加水1l，煮沸20min，滤去马铃薯块，将滤液补足1l；

步骤三①中所述的白腐菌培养基需要在112℃下灭菌20min；

步骤三①中所述的白腐菌需在无菌条件下接入至白腐菌培养基中，在30℃，160r/min的摇床中培养至对数生长期，然后将白腐菌种子液与人工配水混合，得到白腐菌种子液和人工配水的混合液；

步骤三①中所述的白腐菌种子液与人工配水的体积比为1:1；

②、将白腐菌种子液和人工配水的混合液加入到进水水箱1中，打开进水蠕动泵2和进水阀门3，白腐菌种子液和人工配水的混合液通过进水蠕动泵2、进水阀门3和进水管4进入到反应器主体中，在反应器主体中停留6天～7天，使白腐菌挂膜于玉米芯载体表面，得到挂有反硝化菌和白腐菌的玉米芯，即为生物质载体6。其他步骤与具体实施方式一至四相同。

本实施方式步骤二中所述的活性污泥来源于哈尔滨太平污水处理厂；

本实施方式步骤三①中所述的白腐菌phanerochaetcchrysosporium购买于中国微生物菌种网。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述的人工配水组成为：mgso4·7h2o，0.08g/l；kno3，0.15g/l；kh2po4，0.015g/l；cacl2，0.04g/l及微量元素，1ml/l；所述的人工配水是按以下方法配制的：将0.08gmgso4·7h2o、0.15gkno3、0.015gkh2po4、0.04gcacl2和1ml微量元素溶解到1l蒸馏水中，得到1l的人工配水。其他步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述的微量元素组成为：edta，50mg/l；cocl2·6h2o，0.05mg/l；h3bo3，0.05mg/l；(nh4)6mo7o24·4h2o，0.05mg/l；ki，0.1mg/l；cuso4·5h2o，1.6mg/l；znso4，2.2mg/l；feso4·7h2o，5mg/l。其他步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三②中所述的人工配水组成为：mgso4·7h2o，0.08g/l；kno3，0.15g/l；kh2po4，0.015g/l；cacl2，0.04g/l及微量元素，1ml/l；所述的人工配水是按以下方法配制的：将0.08gmgso4·7h2o、0.15gkno3、0.015gkh2po4、0.04gcacl2和1ml微量元素溶解到1l蒸馏水中，得到1l的人工配水。其他步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式是利用一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器处理污水的方法是按以下步骤完成的：

将污水加入到进水水箱1中，打开进水蠕动泵2、进水阀门3和多个出水管5，污水通过进水蠕动泵2、进水阀门3和进水管4进入到反应器主体中，在反应器主体中的水力停留时间为60min～70min，再从多个出水管5中排出，得到处理后的污水；每间隔20天～30天，打开阀门9和反冲洗进水泵10，清水通过反冲洗进水管8、阀门9和反冲洗进水泵10进入到反应器主体中进行反冲洗，去除生物质载体6上附着的老旧松散的生物膜；

所述的反应器主体的进水流量为：0.6l/h～0.7l/h。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：所述的污水指标为cod，53.8mg/l～56.2mg/l；no3^--n18.7mg/l～19.3mg/l；no2^--n<0.9mg/l；tn，18.2mg/l～19.8mg/l。其他步骤与具体实施方式九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：利用一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器处理污水的方法，是按以下步骤完成的：

将污水加入到进水水箱1中，打开进水蠕动泵2、进水阀门3和多个出水管5，污水通过进水蠕动泵2、进水阀门3和进水管4进入到反应器主体中，在反应器主体中的水力停留时间为65min，再从多个出水管5中排出，得到处理后的污水；每间隔25天，打开阀门9和反冲洗进水泵10，清水通过反冲洗进水管8、阀门9和反冲洗进水泵10进入到反应器主体中进行反冲洗，去除生物质载体6上附着的老旧松散的生物膜；

所述的反应器主体的进水流量为：0.65l/h；

所述的污水指标为cod，53.8mg/l～56.2mg/l；no3^--n，18.7mg/l～19.3mg/l；tn，18.2mg/l～19.8mg/l；

所述的一种以玉米芯为生物质载体的反硝化滤池反应器包括反应器主体、进水水箱1、进水管4、多个出水管5和反冲洗进水管8；

所述的反应器主体包括生物质载体6和承托板7，且生物质载体6和承托板7自上至下设置在反应器主体的内部；

承托板7的下方、反应器主体的侧壁上开通有进水口和反冲洗进水口；承托板7的上方、反应器主体的侧壁上自上而下开通有多个出水口；出水管5通过出水口与反应器主体相连通；

所述的进水水箱1通过进水管4和进水口与反应器主体相连通；所述的反冲洗进水管8通过反冲洗进水口与反应器主体相连通，且反冲洗进水管8上设有阀门9和反冲洗进水泵10；

所述的生物质载体6为挂有反硝化菌和白腐菌的玉米芯；

所述的反应器主体为封闭式；

所述的承托板7上均匀设有多个直径为0.6mm～0.8mm的孔，承托板7的穿孔率为15％；

所述的进水管4上设有进水蠕动泵2和进水阀门3；

所述的生物质载体6是按以下方法制备的：

一、制备玉米芯载体：将玉米芯切成半径为1cm的圆柱体，再自然干燥至其质量不再发生变化，得到干燥的玉米芯圆柱体；将多个干燥的玉米芯圆柱体规则的摆放至承托板7上，得到玉米芯载体；

步骤一中承托板7上方的玉米芯载体的高度为50cm；

二、污泥挂膜：

将活性污泥与人工配水混合，得到活性污泥与人工配水的混合物；将活性污泥与人工配水的混合物加入到进水水箱1中，打开进水蠕动泵2和进水阀门3，活性污泥与人工配水的混合物通过进水蠕动泵2、进水阀门3和进水管4进入到反应器主体中，在反应器主体中停留1.5天～2天，使活性污泥挂膜于玉米芯载体表面，再将活性污泥与人工配水的混合物从出水管5中排出，关闭进水蠕动泵2和进水阀门3；

步骤二中所述的活性污泥与人工配水的混合物中活性污泥的质量分数为20％；

步骤二中所述的人工配水组成为：mgso4·7h2o，0.08g/l；kno3，0.15g/l；kh2po4，0.015g/l；cacl2，0.04g/l及微量元素，1ml/l；所述的人工配水是按以下方法配制的：将0.08gmgso4·7h2o、0.15gkno3、0.015gkh2po4、0.04gcacl2和1ml微量元素溶解到1l蒸馏水中，得到1l的人工配水；

步骤二中所述的微量元素组成为：edta，50mg/l；cocl2·6h2o，0.05mg/l；h3bo3，0.05mg/l；(nh4)6mo7o24·4h2o，0.05mg/l；ki，0.1mg/l；cuso4·5h2o，1.6mg/l；znso4，2.2mg/l；feso4·7h2o，5mg/l；

三、白腐菌培养及挂膜：

①、白腐菌phanerochaetcchrysosporium培养于白腐菌培养基中：

步骤三①中所述的白腐菌培养基为：20％马铃薯配制液1l、葡萄糖20g、kh2po43g、mgso4·7h2o1.5g、硫胺素微量8mg和琼脂20g；

步骤三①中所述的20％马铃薯配制液制作方法为：去皮马铃薯200g，切成小块，加水1l，煮沸20min，滤去马铃薯块，将滤液补足1l；

步骤三①中所述的白腐菌培养基需要在112℃下灭菌20min；

步骤三①中所述的白腐菌需在无菌条件下接入至白腐菌培养基中，在30℃，160r/min的摇床中培养至对数生长期，然后将白腐菌种子液与人工配水混合，得到白腐菌种子液和人工配水的混合液；

步骤三①中所述的白腐菌种子液与人工配水的体积比为1:1；

②、将白腐菌种子液和人工配水的混合液加入到进水水箱1中，打开进水蠕动泵2和进水阀门3，白腐菌种子液和人工配水的混合液通过进水蠕动泵2、进水阀门3和进水管4进入到反应器主体中，在反应器主体中停留6天～7天，使白腐菌挂膜于玉米芯载体表面，得到挂有反硝化菌和白腐菌的玉米芯，即为生物质载体6；

步骤三②中所述的人工配水组成为：mgso4·7h2o，0.08g/l；kno3，0.15g/l；kh2po4，0.015g/l；cacl2，0.04g/l及微量元素，1ml/l；所述的人工配水是按以下方法配制的：将0.08gmgso4·7h2o、0.15gkno3、0.015gkh2po4、0.04gcacl2和1ml微量元素溶解到1l蒸馏水中，得到1l的人工配水。

实施例一步骤二中所述的活性污泥来源于哈尔滨太平污水处理厂；

实施例一步骤三①中所述的白腐菌phanerochaetcchrysosporium购买于中国微生物菌种网。

使用实施例一的方法处理后的污水指标为cod，24.5～29.5mg/l；no3^--n，5.8～6.2mg/l；no2^--n，0.7～0.9mg/l；tn，7.9～8.1mg/l。

实施例一中投加的白腐菌，经高通量测序表明，在玉米芯表面大量生殖，提高了系统对玉米芯中木质素的利用率，相比未投加白腐菌的反硝化滤池反应器，增加了系统的稳定性，延长了系统稳定运行周期，使反应器可以高效稳定的连续运行。

综上可知，本发明对污水中no3^--n及cod具有明显的去除效果，并且没有亚硝氮积累，达到良好的脱氮效果。

上述实施例只为说明本发明的技术构思特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。