本发明属于环保装置领域，具体涉及一种溶解氧自动化控制的MBR全程硝化菌富集装置及其方法。
背景技术：
长期以来硝化作用都被认为是分两步进行，第一步是由氨氧化细菌(AOB)或氨氧化古菌(AOA)将氨(NH4+)氧化成亚硝酸盐(NO2-)，第二步是由亚硝酸盐氧化菌(NOB)将亚硝酸盐(NO2-)氧化成硝酸盐(NO3-)，氨氧化微生物和亚硝酸盐氧化菌(NOB)都不能同时氧化两种物质。然而能量分析发现，全程硝化能获得比单步氧化反应更大的能量，理论上存在全程硝化菌。Costa团队在十年前对硝化作用分步进行的机制做了研究，认为将硝化作用分成两步进行可以提高生长速率，但微生物从每摩尔基质中获得的能量较少。而一步式全程硝化可以从每摩尔基质中获得更多的能量，但由于反应路径长，生长速率更为缓慢。因此，全程硝化菌倾向于生长在缓流、生长基质浓度低的生境中，并且往往会形成微生物絮体或生物膜。2015年，Holger Daims，Maartje A.H.J.Van Kessel等人陆续发现并培养出了能够同时将氨氧化为亚硝酸盐，并将亚硝酸盐氧化为硝酸盐的菌种，这些菌都属于硝化螺菌属。
从全程硝化菌的首次发现到现在仅仅一年多的时间，对它的研究尚处于起步阶段，大量的谜题等待人们揭开，因此，研究全程硝化菌的生理生化特性具有重要的意义。然而，全程硝化菌生长缓慢，富集培养中来自氨氧化细菌、氨氧化古菌、亚硝酸盐氧化菌，以及厌氧氨氧化菌的竞争，导致很难获得高纯的全程硝化菌富集培养物，这极大地限制了该反应的机理研究和应用研究。为获得高纯的全程硝化菌富集培养物，需要提供具选择性富集条件的装置，即选择性地促进全程硝化菌生长，并限制其他菌的生长，所以有必要设计一种专门用于全程硝化菌富集的装置。
技术实现要素：
本发明的目的是通过在反应器中加入膜组件以克服现有装置生物量易流失的缺点，并为全程硝化菌的富集培养提供低溶解氧、低基质浓度的环境，构建一种溶解氧自动化控制的MBR全程硝化菌富集装置。
溶解氧自动化控制的MBR全程硝化菌富集装置，包括反应器、水浴锅和进水桶，其中反应器包括圆柱形罐体、反应器进水口、内置膜组件、真空表、自吸泵、调节阀、流量计、曝气盘、DO探头、反应器采样口、控温夹套、控温夹套出水口、控温夹套进水口、空气阀、电磁阀、氮气钢瓶、进水桶进料管、进水泵和空气泵；反应器主体为圆柱形罐体，罐体下侧设有反应器进水口，罐体中设有内置膜组件，用于反应器出水，膜组件依次连接真空表、自吸泵、调节阀和流量计，用于调控出水速率，膜组件下侧设有曝气盘，曝气盘的进气口分两路，分别连接氮气钢瓶和空气泵，与氮气钢瓶相连的管路上设置电磁阀，与空气泵相连的管路上设置空气阀；反应器顶部设有DO探头和反应器采样口，反应器外侧设有中空的控温夹套，控温夹套下部设有与内腔相通的控温夹套进水口，上部有与内腔相通的控温夹套出水口；水浴锅与控温夹套出水口和控温夹套进水口相连，构成循环回路；反应器进水口通过进水泵与进水桶进料管相连，进水桶进料管置于进水桶中。
作为优选，还设有控制柜，控制柜与DO探头、空气阀和电磁阀相连。
作为优选，所述的反应器内部填充有填料。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述MBR装置的全程硝化菌富集方法，步骤如下：在反应器内接种10％～20％全程硝化菌种泥，将低浓度培养基注入反应器内，对微生物进行培养富集，使全程硝化菌附着于填料表面形成生物膜；在富集过程中，采用连续进水连续出水方式，出水时通过内置膜组件使微生物完全截留在生物反应器内；同时，通过DO探头检测反应器中培养基的溶氧量，并通过调控空气阀和电磁阀对空气量和氮气量进行调节，使反应器中的溶解氧维持在低于1mg/L水平；培养基的温度控制为25～30℃。
作为优选，利用所述的曝气盘进行间歇性曝气，起到控氧和搅拌的作用，并且防止膜组件堵塞。
本发明与现有技术相比具有的创新：1)全程硝化菌的富集条件特殊，本发明为其提供了低溶解氧、低营养物浓度、中温等适宜条件，并通过溶解氧探头实时监测反应器内溶解氧的变化；2)本发明的反应罐为MBR，采用内置的膜组件进行出水，使微生物完全截留在生物反应器内，有效避免了生物量的损失，有利于全程硝化菌的生长和富集；3)罐体内部填充有填料，有利于微生物的附着和生物膜的生成，从而创造有利于全程硝化菌生长的环境；4)曝气盘不仅可以调节反应器内的溶解氧含量，还能起到搅拌和防止膜组件堵塞的作用。
附图说明
图1是溶解氧自动化控制的MBR全程硝化菌富集装置结构示意图。
图中：反应器1、水浴锅2、控制柜3、进水桶4，其中反应器1包括圆柱形罐体5、反应器进水口6、内置膜组件7、真空表8、自吸泵9、调节阀10、流量计11、曝气盘12、填料13、DO探头14、反应器采样口15、控温夹套16、控温夹套出水口17、控温夹套进水口18、空气阀19、电磁阀20、氮气钢瓶21、进水桶进料管22、进水泵23和空气泵24。
具体实施方式
如图1所示，溶解氧自动化控制的MBR全程硝化菌富集装置，包括反应器1、水浴锅2、控制柜3和进水桶4，其中反应器1包括圆柱形罐体5、反应器进水口6、内置膜组件7、真空表8、自吸泵9、调节阀10、流量计11、曝气盘12、填料13、DO探头14、反应器采样口15、控温夹套16、控温夹套出水口17、控温夹套进水口18、空气阀19、电磁阀20、氮气钢瓶21、进水桶进料管22、进水泵23和空气泵24；反应器1主体为圆柱形罐体5，罐体下侧设有反应器进水口6，罐体中设有内置膜组件7，用于反应器出水，膜组件依次连接真空表8、自吸泵9、调节阀10和流量计11，用于调控出水速率，膜组件下侧设有曝气盘12，曝气盘的进气口分两路，分别连接氮气钢瓶21和空气泵24，与氮气钢瓶21相连的管路上设置电磁阀20，与空气泵24相连的管路上设置空气阀19；反应器顶部设有DO探头14和反应器采样口15，反应器外侧设有中空的控温夹套16，控温夹套下部设有与内腔相通的控温夹套进水口18，上部有与内腔相通的控温夹套出水口17；水浴锅2与控温夹套出水口17和控温夹套进水口18相连，构成循环回路；反应器进水口6通过进水泵23与进水桶进料管22相连，进水桶进料管22置于进水桶4中。控制柜3与DO探头14、空气阀19和电磁阀20相连。反应器1内部填充有填料13，作为全程硝化菌附着的载体。
本发明中，反应器1采用内置的膜组件7进行出水，使微生物完全截留在生物反应器内，有效避免了生物量的损失，有利于全程硝化菌的生长和富集。反应器1内部填充了填料13，填料比表面积大、亲水性好，有利于微生物的附着和生物膜的生成，为全程硝化菌提供了适宜的生长环境。反应器1底部设置了曝气盘12，曝气盘与空气阀19和电磁阀20相连，控制柜3可以调节空气与氮气的进气比和进气量，从而调控反应器中的溶解氧浓度，间歇性的曝气开可以起到搅拌的作用，并且防止膜组件堵塞。反应器1由水浴锅2和控温夹套1控制温度，温度控制为25～30℃；控温夹套16包裹圆柱形罐体5的中部和底部，与圆柱形罐体5之间的间隔(即内腔的厚度)为1～2cm。
溶解氧自动化控制的MBR全程硝化菌富集装置的菌种富集方法如下：反应器1内接种10％～20％(污泥占反应器有效容积的比例)全程硝化菌种泥，微生物与填料13接触后会附着在填料上形成生物膜。进水桶4内的低氨氮浓度(氨氮≤0.5mM)的培养基在进水泵23的作用下通过进料管22和反应器进水口6进入圆柱形罐体5，出水采用内置膜组件7，在自吸泵9的作用下使膜内形成负压，将反应器中的水过滤后抽出，出水流量可根据需要进行调节。反应器底部设置曝气盘12，曝气盘与空气阀19和电磁阀20相连，控制柜3通过DO探头14检测反应器中的溶氧量，并通过调控空气阀19和电磁阀20对空气量和氮气量进行调节，使反应器1中的溶解氧维持在较低的水平(1mg/L以下)。除控制溶解氧浓度之外，曝气还起到了搅拌的作用，并有效解决了内置膜组件7易堵塞的问题；水浴锅2连接控温夹套16的进水口18和出水口17，对反应器的温度进行调节，培养基的温度控制为25～30℃。