基于铁-壳聚糖微珠的活性污泥系统及富集副球菌的方法技术方案

本发明专利技术公开了基于铁

【技术实现步骤摘要】
基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统及富集副球菌的方法


[0001]本专利技术涉及污水生物处理
，具体是涉及基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统及富集副球菌的方法。

技术介绍

[0002]脱氮一直是生活污水处理中的一个重要问题，生物硝化反硝化工艺因其成本低、性能好而被广泛应用于各大污水处理厂。而生活污水具有低碳氮比的特性，往往限制了脱氮效率。近年来，许多研究致力于探索新的脱氮途径以减少对碳源的依赖。其中，厌氧氨氧化技术作为低碳的生物脱氮新工艺得到国内外的普遍认可和关注，但在实际应用过程中发现，厌氧氨氧化菌倍增时间长、系统启动时间长、运行不稳定、温度要求高、一体式系统更易被环境因素抑制等一系列不利影响制约了其进一步的发展。
[0003]副球菌作为一种同时具有铁还原、氨氧化、好氧反硝化功能的微生物，相较于厌氧氨氧化菌具有更广泛的生存空间，并且倍增时间相对较短，对温度要求不高。副球菌可以在氨氧化的同时好氧条件同步完成反硝化，实现系统的高效脱氮。同时，副球菌可以将铁作为电子供体，减少对碳源的消耗，对低碳氮比污水的处理具有重要意义。此外，副球菌对吡啶等难降解有机物具有一定的去除作用，在污染物去除方面发挥着重要作用。但是在污水处理系统中检测到的副球菌占比普遍较少，仅有不到5％，甚至更少。目前仍没有关于如何通过简单易行的培养方式富集副球菌的报道，如何实现副球菌的有效富集来应对低碳氮比废水的处理成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，提供一种基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统及富集副球菌的方法，本技术方案通过制备新型铁
‑
壳聚糖微珠并将其投加到活性污泥系统中，采用间歇曝气到运行模式进行驯化培养，利用新型铁
‑
壳聚糖微珠和活性污泥之间的电子传递机制富集铁还原/氨氧化功能菌——副球菌，利用副球菌的铁还原、氨氧化、好氧反硝化的功能实现高效处理低碳氮比生活污水。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统，包括按照体积占比为20％
‑
50％的铁
‑
壳聚糖微珠和按照体积占比50％
‑
80％的活性污泥组成；
[0007]其中，所述铁
‑
壳聚糖微珠的化学式为：
[0008][0009]优选的，所述铁
‑
壳聚糖微珠的制备工艺为：
[0010]按照壳聚糖：FeCl3溶液的质量体积比为1g：50ml的比例，向摩尔浓度为0.5M的FeCl3溶液中加入壳聚糖，并搅拌至壳聚糖完全溶解，获得混合溶液；
[0011]将混合溶液逐滴滴入摩尔浓度为0.5M的NaOH溶液中，形成铁
‑
壳聚糖微珠；
[0012]将铁
‑
壳聚糖微珠在NaOH溶液中固化12h，之后用去离子水清洗铁
‑
壳聚糖微珠至中性并去除杂质。
[0013]进一步的，提出一种富集副球菌的方法，包括如下步骤:
[0014]采用间歇曝气运行模式，对如上述的活性污泥系统进行长期运行培养；
[0015]其中，所述间歇曝气运行模式以8小时为一个周期，每个周期内的运行模式为：
[0016]5分钟进水、450分钟间歇曝气、24分钟沉淀、5分钟排水，其中，排水比为50％。
[0017]可选的，所述间歇曝气至少包括短曝气模式、均衡模式和长曝气模式；
[0018]所述短曝气模式为：曝气75分钟之后搅拌150分钟；
[0019]所述均衡模式为：曝气120分钟之后搅拌105分钟；
[0020]所述长曝气模式为：曝气150分钟之后搅拌75分钟。
[0021]可选的，所述间歇曝气的具体流程为：
[0022]先以均衡模式运行225分钟，之后以短曝气模式运行225分钟；
[0023]或；
[0024]先以均衡模式运行225分钟，之后以长曝气模式运行225分钟。
[0025]进一步的，提出如上述的基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统在富集脱氮处理特定功能微生物中的应用，具体的，所述脱氮处理特定功能微生物具体为副球菌。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0027](1)本专利技术提出的铁
‑
壳聚糖微珠介导的间歇曝气活性污泥系统在单个反应器中即可实现短程硝化反硝化，节约曝气能耗和碳源、更高效、占地面积小。
[0028](2)基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统调控方式简单、灵活、启动时间短，可有效抑制亚硝酸盐氧化细菌活性，实现稳定的短程硝化反硝化脱氮，脱氮效果好。
[0029](3)基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统诱导了既有硝化功能、好氧反硝化功能，又有铁还原功能的副球菌(Paracoccus)的定向富集，有利于增强脱氮效果和微生物与微珠间的电子传递。
[0030](4)铁
‑
壳聚糖微珠中可成功富集活性副球菌，微珠中的Fe
3+
可以作为桥梁通过灵
活稳定的螯合键(
–
NH2‑
Fe
3+
–
)将污染物吸引到微珠表面，与副球菌协同参与氮循环，有利于提高系统脱氮效率。
[0031](5)基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统中副球菌的大量富集显著提升了系统中污泥的沉降性能。
[0032](6)铁
‑
壳聚微珠上Fe
3+
与Fe
2+
之间的转换有利于针铁矿的形成，在Fe
2+
与Fe
3+
分别作为电子供、受体参与微生物氮循环，增强电子传递系统活性的同时，又可参与针铁矿形成过程中的化学反硝化过程，提高系统脱氮效率的同时，极大地减少了对碳源的需求。为低碳氮比污水的处理以及铁还原功能菌——副球菌的定向富集提供了新的方案和思路。
附图说明
[0033]图1为间歇曝气活性污泥系统R1和对比污泥系统R2的长期日常运行性能图；
[0034]图2为间歇曝气活性污泥系统R1和对比污泥系统R2典型周期污染物的去除特性图；
[0035]图3为间歇曝气活性污泥系统R1和对比污泥系统R2中的微生物群落结构；
[0036]图4为间歇曝气活性污泥系统R1和对比污泥系统R2污泥生物量差异图；
[0037]图5为铁
‑
壳聚糖微珠中铁的晶体结构以及化学状态的变化图。
具体实施方式
[0038]以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
[0039]实施例1：
[0040]一种基于铁<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统，其特征在于，包括按照体积占比为20％
‑
50％的铁
‑
壳聚糖微珠和按照体积占比50％
‑
80％的活性污泥组成；其中，所述铁
‑
壳聚糖微珠的化学式为：。2.根据权利要求1所述的一种基于铁
‑
壳聚糖微珠的活性污泥系统，其特征在于，所述铁
‑
壳聚糖微珠的制备工艺为：按照壳聚糖：FeCl3溶液的质量体积比为1g：50ml的比例，向摩尔浓度为0.5M的FeCl3溶液中加入壳聚糖，并搅拌至壳聚糖完全溶解，获得混合溶液；将混合溶液逐滴滴入摩尔浓度为0.5M的NaOH溶液中，形成铁
‑
壳聚糖微珠；将铁
‑
壳聚糖微珠在NaOH溶液中固化12h，之后用去离子水清洗铁
‑
壳聚糖微珠至中性并去除杂质。3.一种富集副球菌的方法，其特征在于，包括如下步骤:采用间歇曝气运行模式，对如权利要求1
‑
2任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长青，栾亚男，殷悦，郭忠泓，张峰，肖宜华，魏朋浩，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：