一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法、设备、及应用技术

本发明专利技术涉及水、废水或污水的生物处理技术领域，公开了一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法、设备、及应用，本发明专利技术中，通过营造专一适合自养反硝化电缆细菌生长的环境，并采用电场来富集环境中的自养反硝化电缆细菌，然后采用自养反硝化电缆细菌来脱除污水中的硝态氮和亚硝态氮，不需要投入有机物作为碳源，不会造成二次污染，不需要提前接种专门筛选的菌种并进行培养；从而极大降低了污水脱硝装置的使用难度、设备成本、及运行成本，且即使装置中的菌落遭到破坏也能很快恢复。菌落遭到破坏也能很快恢复。菌落遭到破坏也能很快恢复。

【技术实现步骤摘要】
一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法、设备、及应用


[0001]本专利技术涉及水、废水或污水的生物处理
，特别是涉及一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法、设备、及应用。

技术介绍

[0002]污水中三个主要的指标是有机物含量（常以需氧量表示）、总氮、和总磷，污水处理过程中，主要就是为了降低这三个指标。一般而言，对于通常的污水，采用曝气池进行好氧消化就能有效去除其中的有机物和氮磷，对于污染程度特别重的污水，需要先用厌氧消化的方式去除其中的大部分有机物，再用曝气池进一步处理。
[0003]目前困扰污水处理的一大问题是硝态氮的去除，硝态氮由曝气池中的硝化细菌将氨氮和有机氮氧化而成。由于硝态氮非常稳定，曝气池中的很多微生物缺乏利用它作为氮源的生化机制，因此在曝气池中硝态氮的含量很难降低下来，从而导致最终排放的污水的总氮超标。
[0004]目前的硝态氮去除方法都不能令人满意。化学法，如离子交换法和反渗透法，需要消耗大量昂贵的耗材，成本很高。目前主要的硝态氮去除方式是硝化液内回流，也即将经过曝气池处理过的污水中回流到缺氧池中，利用缺氧池中的反硝化细菌进行反硝化处理，回流比通常为100%~400%。但很明显，这种方式由于涉及到回流，造成返混，极大地降低了整个污水处理装置的效率，提高污水处理的能耗以及成本。另一种方式是设置专门的反硝化深床滤池进行反硝化处理，但这种方式由于利用的主要是异养反硝化菌，需要额外投入有机物作为碳源，从而造成二次污染。
[0005]当然也有人尝试过采用自养反硝化菌来进行污水的反硝化处理(CN101973629B，CN104150592B，CN106315848B)，但由于自养反硝化菌生长缓慢且脆弱，因此需要在装置中专门接种菌种并提前进行长时间的培养，培养到菌落具备一定规模后才能进行污水处理。且一旦菌落受到破坏，整个装置即告报废，还需要从头开始菌落培养，因此这种方式尚未推广开来。
[0006]电缆细菌是一类特殊的细菌，广泛分布在河床或海床表面，这类细菌自身呈长条状，且在生长过程中会首尾相连，形成由多个细菌组成的细胞长链。这种细胞长链具有很好的导电性，一端连接电子供体（通常为河床内的有机物），一端连接电子受体（通常为氧或金属氧化物），从而充分利用河泥/海泥表面及深处的不同物质。由于具备这种特性，电缆细菌的生长及代谢均较快，且具备很强的电趋向电场的特性，在海床或河床中插入通电的电极之后，能很快富集大量的电缆细菌。
[0007]研究发现，部分电缆细菌具备反硝化能力（Yang Y , Zhao Y , Tang C , et al. Novel pyrrhotite and alum sludge as substrates in a two
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tiered constructed wetland
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microbial fuel cell[J]. Journal of Cleaner Production, 2021, 293(1):126087.），能够利用金属硫化物作为电子供体，以硝态氮作为电子受体，营化能自养生活。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法、设备、及应用。
[0009]解决的技术问题是：现有污水脱硝手段不能令人满意，化学法成本高昂，硝化液内回流法会降低整个污水处理装置的效率，反硝化深床滤池法会造成二次污染。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法，包括以下步骤：步骤一：营造以固态的无机物为最终电子供体和菌落附着基础、以无机物作为碳源的避光厌氧环境，作为培养基，并在最终电子供体中施加用于促进电子离开最终电子供体的电场；步骤二：取含自养反硝化电缆细菌的自然水或生活污水，作为待处理水，所述待处理水中含有作为最终电子受体的硝酸盐和/或亚硝酸盐；使待处理水连续流过培养基。
[0011]进一步，所述培养基中的电场由设置在培养基中的两种相互电连接、且电子逸出功不同的金属电极提供。
[0012]进一步，待处理水先后流过两种所述金属电极后与培养基中的最终电子供体接触，先流过的金属电极称作低电势极，后流过的金属电极称作高电势极，所述高电势极的电子逸出功小于低电势极，所述低电势极、高电势极、以及最终电子供体在培养基中沿待处理水流动方向依次分布为相接触的三层。
[0013]进一步，所述最终电子供体为金属硫化物，所述培养基还包括用于防止培养基中pH值过低的pH控制剂、以及用于去除待处理水中溶解的氧的除氧剂。
[0014]进一步，所述高电势极为金属活动性大于氢且不大于镁的金属，所述高电势极的标准电极电势大于低电势极，并以高电势极为pH控制剂。
[0015]进一步，所述低电势极为可与待处理水中溶解的氧反应、呈海绵状的金属，并以低电势极为除氧剂。
[0016]进一步，所述低电势极为海绵铁，所述高电势极为铝，所述金属硫化物为黄铁矿。
[0017]一种快速培养自养反硝化电缆细菌的设备，采用上述的一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法培养自养反硝化电缆细菌，且包括竖直设置的密闭的筒状外壳、以及从上到下依次分层设置在筒状外壳内的由海绵铁堆积而成的海绵铁层、由碎铝堆积而成的铝层、以及由黄铁矿石堆积而成的黄铁矿层，所述筒状外壳上开设有高于海绵铁层的进水口、以及低于黄铁矿层的出水口。
[0018]进一步，所述黄铁矿层通过开有供待处理水流过的孔的承托板架设在筒状外壳内，所述出水口低于承托板设置，所述承托板下方的筒体上还设置有用于供反洗气和反洗水混合后进入的气水反冲洗口。
[0019]一种污水脱氮方法，使污水从上述的一种快速培养自养反硝化电缆细菌的设备的进水口流入并从出水口流出来进行脱氮。
[0020]本专利技术一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法、设备、及应用与现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术中，采用自养反硝化电缆细菌来脱除硝态氮和亚硝态氮，不需要投入有机物作为碳源，不会造成二次污染；本专利技术中，主要的耗材为黄铁矿这样来源广泛且价格十分低廉的矿物，极大地降
低了装置的运行成本，相较于现有的反硝化深床滤池，其运行成本可降低40%以上；本专利技术中的装置不仅结构简单紧凑，且不需要进行回流，不会降低整个污水处理装置的效率，相较于硝化液内回流法，可采用更小规模的设备来完成污水处理工作，极大降低了设备投入；相较于反硝化深床滤池，可省去昂贵的碳源加药定量控制系统（用于精确控制碳源加药量，避免碳源过量导致出水COD超标，碳源不足导致脱氮效率低下的问题），同样能明显降低设备投入；本专利技术中，通过营造专一适合自养反硝化电缆细菌生长的环境，并采用电场来富集环境中的自养反硝化电缆细菌，不需要提前接种专门筛选的菌种并进行培养，从而极大降低了装置的使用难度，且即使装置中的菌落遭到破坏也能很快恢复；本专利技术中，采用电场来强化电缆细菌中电子的移动，从而强化其代谢过程，提高了脱硝效率；本专利技术中，采用铝和铁的接触电势差来提供电场，无需额外供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：营造以固态的无机物为最终电子供体和菌落附着基础、以无机物作为碳源的避光厌氧环境，作为培养基，并在最终电子供体中施加用于促进电子离开最终电子供体的电场；步骤二：取含自养反硝化电缆细菌的自然水或生活污水，作为待处理水，所述待处理水中含有作为最终电子受体的硝酸盐和/或亚硝酸盐；使待处理水连续流过培养基。2.根据权利要求1所述的一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法，其特征在于：所述培养基中的电场由设置在培养基中的两种相互电连接、且电子逸出功不同的金属电极提供。3.根据权利要求2所述的一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法，其特征在于：待处理水先后流过两种所述金属电极后与培养基中的最终电子供体接触，先流过的金属电极称作低电势极，后流过的金属电极称作高电势极，所述高电势极的电子逸出功小于低电势极，所述低电势极、高电势极、以及最终电子供体在培养基中沿待处理水流动方向依次分布为相接触的三层。4.根据权利要求3所述的一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法，其特征在于：所述最终电子供体为金属硫化物，所述培养基还包括用于防止培养基中pH值过低的pH控制剂、以及用于去除待处理水中溶解的氧的除氧剂。5.根据权利要求4所述的一种快速培养自养反硝化电缆细菌的方法，其特征在于：所述高电势极为金属活动性大于氢且不大于镁的金属，所述高电势极的标准电极电势大于低电势极，并以...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗少川，罗治元，李飞，
申请(专利权)人：合肥中源锦天生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：