一种提高低温生物反硝化效率的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种提高低温生物反硝化效率的装置，包括反应器、碳纤维毡阴极、石墨阳极、Ag/AgCl参比电极和电源，反应器侧壁下方设有进水口，另一边侧壁上方设有出水口，石墨阳极位于反应器中部，碳纤维毡阴极贴壁一周设于反应器内，石墨阳极、碳纤维毡阴极分别与电源的正极和负极连接，所述装置还包括设在反应器内的Ag/AgCl参比电极；所述碳纤维毡阴极表面固定有一层固态腐殖质。利用该装置可对污水进行生物反硝化脱氮，该装置结构简单，利用固态腐殖质修饰的阴极为生物反硝化提供电子，减少了碳源的投加量，并加速反应过程的电子转移，提高了低温条件下的生物反硝化反应效率，并且固态腐殖质性质稳定不易流失，对水环境的影响较小。

【技术实现步骤摘要】
一种提高低温生物反硝化效率的装置及方法
本专利技术涉及一种提高低温条件下生物反硝化效率的装置及方法，属于污水处理

技术介绍
活性污泥法是污水生物脱氮的主流技术，主要由硝化和反硝化两个阶段完成，参与这一过程的微生物主要是硝化菌和反硝化菌。研究发现，对于温度的降低，反硝化细菌比硝化细菌更加敏感。在低温条件下，反硝化微生物生长缓慢，反应速率极低，会使得生物反硝化启动时间太长，严重影响生物反硝化脱氮的效果。一般认为，反硝化微生物最佳水温在30-35℃，水温15℃即属于低温。而在我国华北、东北、西北地区，一年中的大部分时间处于低温环境，冰冻期长达3-6个月，地下水温度一般在10℃左右，有的甚至低于5℃。因此，一直以来，低温是硝态氮污染水体生物修复(生物反硝化)成败的限制性因素。传统的解决方法主要有优化反硝化过程工艺参数(外加碳源浓度、溶解氧浓度、水力停留时间等)、投加耐冷菌(直接投加、固定化之后投加)、向生物膜反应器投加固体填料(IFAS、MBBR等)，虽在一定程度上能够改善反硝化脱氮的效果，但是一方面改善的程度有限，另一方面，也存在能耗及成本高等问题。因此，开发一种新的成本低的强化低温条件生物反硝化的方法迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中的不足，提供一种提高低温生物反硝化效率的装置及方法，该装置结构简单，能将反硝化菌附着在固态腐殖质修饰的阴极表面，在低温条件下快速启动生物反硝化反应，能大幅提高低温条件下微生物的反硝化效率，方法简单，成本低。本专利技术的技术方案如下：一种提高低温生物反硝化效率的装置，包括反应器、碳纤维毡阴极、石墨阳极、Ag/AgCl参比电极和电源，反应器侧壁下方设有进水口，反应器另一边的侧壁上方设有出水口，石墨阳极位于反应器中部，碳纤维毡阴极贴壁一周设于反应器内，所述石墨阳极、碳纤维毡阴极分别与电源的正极和负极连接，所述装置还包括设在反应器内的Ag/AgCl参比电极；所述碳纤维毡阴极表面固定有一层固态腐殖质。进一步，所述反应器为筒形的有机玻璃反应器。进一步，所述固态腐殖质的厚度为0.5mm，固态腐殖质通过碳胶固定在碳纤维毡阴极表面。进一步，所述固态腐殖质的制备方法，包括如下步骤：(1)取100g土样，风干后，加入150mL2％的HF，放在摇床上摇动24h之后，离心，去掉上清液，此步骤重复2次，收集沉淀；(2)向收集的沉淀中加入0.1mol/L的NaOH溶液，放在摇床上摇动24h之后，离心，收集下层沉淀，此步骤重复至少10次；(3)向步骤(2)得到的下层沉淀中加入2％的HF洗涤2次，然后用蒸馏水冲洗直至中性，最后进行冷冻干燥，得到固态腐殖质。利用上述装置对污水进行生物反硝化脱氮的方法，包括如下步骤：(1)以河道底泥为原始接种源，进行厌氧培养，10天后测试硝酸盐氮的减少量，将有活性的培养物连续传代3次以上，得到反硝化菌种；(2)往前述装置的反应器内接种反硝化菌种，采用蠕动泵从进水口往反应器内通入待处理污水，然后在恒定阴极电极电势为-500mV(相对于标准氢电极)的条件下进行静态阴极挂膜，通过调节蠕动泵的转速控制流量，使污水在反应器内部的水力停留15-20小时，并维持污水pH6.9-7.2，脱氮后的水从反应器的出水口排出。进一步，步骤(1)中，厌氧培养的培养基组成(g/L)为：NaNO30.425，CH3COONa0.820，Na2HPO41.920，NaH2PO40.460，KCl0.050。进一步，步骤(2)中，反硝化菌种的接种量30v％(接种液体的体积/反应器有效容积)。本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术的装置结构简单，利用固态腐殖质修饰的阴极为生物反硝化提供电子，减少了碳源的投加量，并加速反应过程的电子转移，提高了低温条件下的生物反硝化反应效率。(2)本专利技术所述的方法操作简单，固态腐殖质性质稳定且不易流失，对水环境的影响较小。(3)本专利技术可以经济高效的去除低温污水中的硝酸盐。附图说明图1为本专利技术提高低温生物反硝化效率的装置的结构示意图；其中，1-反应器；2-碳纤维毡阴极；3-石墨阳极；4-Ag/AgCl参比电极；5-电源；6-固态腐殖质；具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此。下述实施例中，使用的蠕动泵购自保定兰格恒流泵有限公司；型号是BT100-1F/DG-4，恒电位仪购自上海辰华仪器有限公司，型号是CHI1000C；电极、进出水管为常规市购设备。实施例1如图1，一种提高低温生物反硝化效率的装置，包括反应器1、碳纤维毡阴极2、石墨阳极3、Ag/AgCl参比电极4和电源5，反应器1为筒形的有机玻璃反应器，反应器1侧壁下方设有进水口，反应器1另一边的侧壁上方设有出水口，石墨阳极3位于反应器中部，碳纤维毡阴极2贴壁一周设于反应器1内，所述石墨阳极3、碳纤维毡阴极2分别与电源5的正极和负极连接，所述装置还包括设在反应器内的Ag/AgCl参比电极4；所述碳纤维毡阴极2表面固定有一层固态腐殖质6，所述固态腐殖质的厚度为0.5mm，固态腐殖质通过碳胶固定在碳纤维毡阴极表面。所述固态腐殖质的制备方法，包括如下步骤：(1)取100g土样，风干后，加入150ml2％的HF，放在摇床上摇动24h之后，离心，去掉上清液，此步骤重复2次，收集沉淀；(2)向收集的沉淀中加入0.1mol/L的NaOH溶液，放在摇床上摇动24h之后，离心，收集上清液及下层沉淀，此步骤重复至少10次；(3)向步骤(2)得到的下层沉淀中加入2％的HF洗涤2次，然后用蒸馏水冲洗直至中性，最后进行冷冻干燥，得到固态腐殖质。实施例2利用实施例1的装置对污水进行生物反硝化脱氮的方法，包括如下步骤：(1)以河道底泥(底泥采自南京市城南河)为原始接种源，进行厌氧培养(10g底泥加入到含有20mL培养基的厌氧小瓶(60mL)中培养，培养基的组成(g/L)为NaNO30.425，CH3COONa0.820，Na2HPO41.920，NaH2PO40.460，KCl0.050)，10天后测试硝酸盐氮的减少量，将有活性的培养物连续传代3次以上，得到反硝化菌种；(2)采用前述装置，往反应器内接种反硝化菌种(反硝化菌种的接种量30v％(接种液体的体积/反应器有效容积))，利用蠕动泵从进水口往反应器内通入人工模拟硝态氮污水(污水组成(g/L)：NaNO30.106,CH3COONa0.123,NaHCO30.084,Na2HPO40.350,NaH2PO40.170,KCl0.150,MgSO4·7H2O0.150,CaCl20.030,FeSO4·7H2O0.002,1mL微量元素(MnCl2·4H2O0.900,ZnSO4·7H2O0.430,NiCl2·6H2O0.200,H3BO30.014,CoCl2·6H2O0.240,CuSO4·5H2O0.250,(NH4)6Mo7O24·4H2O0.200,SeO20.050))，在10℃的恒温箱中，在恒定阴极电极电势为-500mV(相对于标准氢电极)的条件下进行静态阴极挂膜，通过调节蠕动泵的转速控制流量，使污水在反应器内部的水力停留为15-20小时，并维持污水pH6.9-7.2，得到脱氮后的水。实验测得，反应器运行40天后，阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高低温生物反硝化效率的装置，其特征在于，包括反应器、碳纤维毡阴极、石墨阳极、Ag/AgCl参比电极和电源，反应器侧壁下方设有进水口，反应器另一边的侧壁上方设有出水口，石墨阳极位于反应器中部，碳纤维毡阴极贴壁一周设于反应器内，所述石墨阳极、碳纤维毡阴极分别与电源的正极和负极连接，所述装置还包括设在反应器内的Ag/AgCl参比电极；所述碳纤维毡阴极表面固定有一层固态腐殖质。

【技术特征摘要】
1.一种提高低温生物反硝化效率的装置，其特征在于，包括反应器、碳纤维毡阴极、石墨阳极、Ag/AgCl参比电极和电源，反应器侧壁下方设有进水口，反应器另一边的侧壁上方设有出水口，石墨阳极位于反应器中部，碳纤维毡阴极贴壁一周设于反应器内，所述石墨阳极、碳纤维毡阴极分别与电源的正极和负极连接，所述装置还包括设在反应器内的Ag/AgCl参比电极；所述碳纤维毡阴极表面固定有一层固态腐殖质。2.如权利要求1所述提高低温生物反硝化效率的装置，其特征在于，所述反应器为筒形的有机玻璃反应器。3.如权利要求1所述提高低温生物反硝化效率的装置，其特征在于，所述固态腐殖质的厚度为0.5mm，固态腐殖质通过碳胶固定在碳纤维毡阴极表面。4.如权利要求1或2或3所述提高低温生物反硝化效率的装置，其特征在于，所述固态腐殖质的制备方法，包括如下步骤：(1)取100g土样，风干后，加入150mL2％的HF，放在摇床上摇动24h之后，离心，去掉上清液，此步骤重复2次，收集沉淀；(2)向收集的沉淀中加入0.1mol/L的NaOH溶液，放在摇床上摇动24h之后，离心，收集下层沉淀，此步骤重复至少10次；(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖智兴，陈丹，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32