[发明专利]基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置和方法

说明书

本发明公开了基于好氧反硝化真菌强化水体氮素去除的装置和方法，所述升流式反应器分为上下两段，上、下两段接触面间密封连接，反应器上段填充铁炭微电解填料和红火山石填料，反应器下段内填充生物膜载体和固体碳源，下段底部连接漏斗状布水装置，漏斗状布水装置分别连接进水管和菌液进样管，进行进水和周期性进样，反应器下段底部设有曝气头，通过气泵向反应器内鼓入空气。本发明的装置和方法除能够有效实现水体氮去除外，还具有一定的磷和有机质去除能力。该装置能够连续运行，能耗低，成本低。

技术领域

本发明属于水污染治理、环境保护技术领域，具体涉及基于好氧反硝化真菌强化水体氮去除的装置和方法。该装置和方法主要可用于地表水体(如池塘、水库、溪流、河道、农田沟渠等)氮磷和有机质的去除，能够降低水体污染程度，提高水质。

背景技术

随着工农业的发展和人类生活水平的提高，地表水体受到人类活动的影响，很多已经处于受污染状态。水体营养盐水平的提高，如氮含量的升高，会导致水体富营养化。天然水体氮素包括无机氮和有机氮，其中无机氮素以氨氮和硝态氮为主。目前天然水体氮营养盐的去除主要以曝气、生态浮床和人工湿地为主。曝气主要是通过向水体增氧，水体中氨氮转化为硝态氮，但是并未实现无机氮的去除。生态浮床是结合生物膜和植物吸收的耦合工艺，生物膜上的微生物能够通过生物转化的方法去除无机氮，水生植物也能够吸收一定量的氨氮，从而实现无机氮从水体中去除，但是浮床上植物是将氨氮吸收在植物体内，植物体死亡后，氮素又回到水体中，而定期的植物收割增加人工成本。人工湿地系统也是污染水体进行修复的常用技术之一，人工湿地系统能够同时去除多种污染物，对水体进行综合治理，但是湿地一般占地面积较大，占用土地资源。生物膜工艺已经在污水处理系统中得到广泛应用，通过在载体上富集培养特定的微生物转化污染物，实现水体污染控制。生物膜工艺具有运行费用低，操作简便，能够长期稳定运行等优点。

目前针对氮去除的生物膜处理工艺所涉及的生物转化过程主要包括硝化过程、反硝化过程、厌氧氨氧化过程和短程硝化过程。水体中氨氮的转化去除主要过程包括氨好氧和厌氧氧化和动植物吸收。氨氮在好氧条件下首先被氧化为亚硝酸盐，再被氧化为硝酸盐，反硝化过程以有机质为电子供体将硝酸盐还原为氮气，实现氮去除。反硝化过程包括厌氧和好氧反硝化，目前厌氧反硝化已经被广泛应用，但是对好氧反硝化的研究和应用都较少。厌氧氨氧化是厌氧氨氧化菌在厌氧条件下将氨和亚硝酸盐转化为氮气的过程，虽然该过程是自养微生物过程，但是过程需要厌氧条件。短程硝化与厌氧氨氧化耦合是通过控制氨氧化至亚硝酸盐，再经厌氧氨氧化工艺实现氮去除，但是该过程需要精确控制溶解氧，系统稳定性较差。

天然水体一般溶解氧含量较高，常规的硝化反硝化、厌氧氨氧化和短程硝化厌氧氨氧化耦合工艺的实用性较低，相反，好氧脱氮工艺比较适用于天然水体的氮去除，但是目前关于好氧反硝化工艺的研究较少，分离的好氧反硝化菌也较少。天然水体一般有机质含量低，而且有机质的以难降解的为主，生物可利用性低，不利于反硝化微生物进行脱氮过程。固体碳源(如农作物秸秆、植物的枯枝落叶、木刨花等)在腐解的过程中会释放有机质，释放周期较长，常见的处理方式为堆肥、炭化或焚烧，填埋会产生有机物浓度高的渗滤液，焚烧会对大气环境产生影响。固体碳源释放的有机质可以作为反硝化生物膜的碳源，用于修复氮污染的天然水体。将工农业生产过程中产生的固体碳源用于反硝化生物膜工艺，在实现固体废物资源化利用的同时，还实现了水体的净化。

好氧反硝化真菌是真菌在好氧条件下以有机质作为电子供体，将硝酸盐还原为氮气的过程。好氧真菌反硝化与传统的细菌相比，能够在好氧的条件下进行反硝化，因此该过程能够直接在好氧条件下与硝化细菌协同实现氨转化为氮气，耦合过程能够同时实现氨氮和硝酸盐的去除。同时该过程无需先将待处理水体除氧至厌氧条件，因此可以直接应用于自然水体氮的去除。

发明内容