本发明涉及污水处理领域，具体是一种好氧同步硝化反硝化生物膜法处理受氮污染水体。
背景技术：
：硝化反应是指在有氧环境下，氨氮经过亚硝化菌和硝化菌的氧化作用，最终转化为硝态氮的过程。硝化反应的总反应式1.1为：NH4++1.815O2+0.1304CO2→0.0261C5H7O2+0.973NO3--N+0.921H2O+1.973H+。从式1.1可以看到，硝化过程需要大量的溶解氧，但是不需要消耗有机物。反硝化反应分为同化反硝化和异化反硝化，前者是指微生物利用硝酸盐的还原产物进行细胞合成，最终将硝酸盐转化为自身组成的一部分，后者则是微生物在一系列还原酶的作用下，将硝酸盐最终还原为氮气的过程。异化反硝化的具体过程为：NO3-+2H++2e→NO2-+H2O-89.2KJ﹒mol-1（1.2）NO2-+2H++e→NO+H2O-32.9KJ﹒mol-1（1.3）2NO+2H++2e→N2O+H2O-226.4KJ﹒mol-1（1.4）N2O+2H++2e→N2+H2O-261.8KJ﹒mol-1（1.5）5C+2H2O+4NO3-→2N2+4OH-+5CO2（1.6）NO3-+1.08CH3OH→0.065C5H7NO2+0.47N2+1.68CO2+HCO3（1.7）从式1.2~1.5可以看出，异化反硝化的四步还原过程中都需要电子供体，而在实际反应过程中，这部分电子供体主要来自废水中的可生降解的有机物，微生物内源代谢产生的可生物降解有机物以及人为补充的外加碳源。由此可见，可被微生物利用的有机物的量直接决定了生物脱氮系统的反硝化效果。它们之间的相互关系可以用COD/N来表示。通过式1.6可以计算得出，每去除1mgNO3--N需要消耗2.86mg可生物降解的COD。如果考虑反硝化过程中微生物自身生长消耗的COD，见式1.7，则通过计算得出每去除1mgNO3--N需要消耗的COD为3.7mg。因此，如果低碳源污水中COD/N的比值小于3.7mg/L，则反硝化过程会受到影响。综述所述，污水中易被微生物降解利用的有机物的量直接决定了生物脱氮过程中的反硝化效果，因此，要保证污水的除氮效果，就要满足微生物对碳源的需求。低碳源带来的最突出的问题就是低碳源污水的脱氮问题。城市污水水质呈现有机物浓度越来越低、氮磷营养物越来越高，污水C/N比值持续下降的现象。对于大多数污水处理厂而言，实现同步脱氮本身就具有一定难度，而在低碳源处理系统中，这种问题表现的更加明显。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种基于固相载体缓释碳源，对碳源的控制能力好，物理和化学吸附能力好，挂膜速度快，形成的生物膜比表面积大的好氧同步硝化反硝化生物膜法。本发明针对
背景技术：
中提到的问题，采取的技术方案为：一种好氧同步硝化反硝化生物膜法处理受氮污染水体：通过制备生物膜载体来培养得到同步硝化反硝化生物膜；其中生物膜载体为70~80%可降解纤维载体和20~30%改性贻贝壳。首先，上述生物膜载体具有发达的孔隙结构，为微生物菌群提供避免流体剪切力的“居住区域”，形成一层凝胶状生物膜，从表面向内部逐步形成一个溶解氧梯度，表面处于好氧状态，中部是兼性的，而内部属厌氧状态，形成一个相对独立的好氧-兼性-厌氧单元，即在BAF内部整体好氧环境里再形成无数个A2O单元，实现异养型同步硝化和反硝化。其次，可降解纤维载体可提供反硝化细菌生长繁殖所需的碳源，提高脱氮速率，缩短水力停留时间。最后，改性贻贝壳具有优良的物理和化学吸附效果，可将可降解纤维载体中的水溶性有机物吸附，提高BAF对碳源的控制能力。生物膜载体的制备方法为将含不可溶纤维素50%以上的农业废弃物粉碎，过50~200目筛后于0.5~2.0mol/L氢氧化钠溶液中浸泡12~48h，洗涤至中性，干燥后加入改性贻贝壳粉末，混合均匀后机械加工成固定形状。采用低浓度氢氧化钠溶液浸泡农业废弃物，可除去一部分可溶性有机物并能提高反硝化细菌对农业废弃物的利用率。上述生物膜载体可很好地控制碳源的释放，不容易造成水层堵塞，适用于大规模污水处理。生物膜载体的投加量为15~25kg/m3，在生物膜载体中投加功能性细菌，生物曝气池底部曝气对其供氧，水体中溶解氧含量为2.0~8.0mg/L。上述条件的限定可使生物膜上的硝化细菌的消化速率和反硝化细菌的反硝化速率达到平衡状态，系统脱氮速率快，硝化细菌产生的碳源和氢离子可供反硝化细菌吸收利用，节约能耗，减少污泥产量。采用浓度梯度变化方式加快功能性细菌的驯养，缩短系统启动时间：刚开始生物曝气池的进水氨氮浓度梯度变化为10~20mg/L，7~14d后降低水环境含氮量为3~8mg/L。功能性细菌从城市生活污水中筛选得到，具体操作为：1）将10ml城市生活污水加入到100mlSM富集培养液中，30℃,130r/min培养，每天吸取10ml培养液加入到新鲜的SM富集培养液，连续培养7d。接种环沾取富集培养液于SM固体培养基上划线，30℃下培养3d。挑取培养基上菌落在SM固体培养基上多次划线培养，直至获得纯的单菌落；2）将得到的纯培养物分别划线接种于BTB培养基，30℃培养24h挑取能使BTB培养基由绿变蓝的菌落得到反硝化细菌；3）将10ml城市生活污水加入到100ml亚硝化细菌富集培养液中，30℃,130r/min培养，每天吸取10ml培养液加入到新鲜的亚硝化细菌富集培养液，连续培养7d。接种环沾取亚硝化细菌富集培养液于固体培养基上划线，30℃下培养3d。挑取亚硝化细菌富集培养基上菌落在新的固体富集培养基上多次划线培养，直至获得纯的单菌落；4）将纯化的到的亚硝化菌株接种到筛选培养液中，30℃，130r/min培养，利用纳氏试剂光度法检测筛选微生物对氨态氮的利用情况、利用格里斯试剂法检测培养基中NO2--N生产情况，筛选出利用氨氮效率高、速率快的微生物即为硝化细菌。城市污水中的细菌已适应污水中的环境，对污水中的氨氮、硝态氮的分解利用能力强。改性贻贝壳的制备方法为：1）将贻贝壳清洗干净，于0.1~0.3mol/L的NaOH溶液中静置10~12h，取出，用蒸馏水洗涤至中性，再浸没在2~5%的稀H2SO4溶液中10~12h，取出，用蒸馏水洗涤至中性，于120℃下烘干2~3h，得干燥贻贝壳，备用；2）将步骤1）制得的贻贝壳置于盐度为20~30‰的盐溶液中，经超声波震荡2~4h后，于120℃下烘干2~3h，得干燥贻贝壳，备用；3）将步骤2）制得的贻贝壳高温焙烧，高温焙烧为：100~120℃煅烧5~10min；400~500℃煅烧10~15min；1000~1200℃煅烧30~40min；700~750℃煅烧10~20min；600~650℃煅烧10~20min；400~450℃煅烧10~20min；200~250℃煅烧10~20min。焙烧结束后于干燥环境中冷却至室温，得到改性贻贝壳。相对于未改性之前，改性贻贝壳的比表面积呈指数倍增长，物理吸附和化学吸附功能均明显提高，机械强度较好的碳骨架起到支撑的作用。为优化上述技术方案，采取的措施还包括：在高温焙烧前，将贻贝壳研磨粉碎，过20~50目筛，加入0.1~0.4%的硅酸盐类物质和0.0002~0.0007%苯胺-2,4-双磺酸，高温焙烧，焙烧结束后于干燥环境中冷却至室温，得到改性贻贝壳。高温焙烧为：100℃煅烧10min；450℃煅烧15min；1000℃煅烧40min；700℃煅烧15min；650℃煅烧15min；400℃煅烧10min；200℃煅烧20min。硅酸盐类物质和苯胺-2,4-双磺酸的添加可提高贻贝壳的孔隙率，提高贻贝壳的物理和化学吸附能力和提高生物膜的比表面积。与现有技术相比，本发明的优点在于：1.形成的凝胶状生物膜，从表面向内部逐步形成一个溶解氧梯度，表面处于好氧状态，中部是兼性的，而内部属厌氧状态，形成一个相对独立的好氧-兼性-厌氧单元，即在BAF内部整体好氧环境里再形成无数个A2O单元，实现异养型同步硝化和反硝化。生物膜上的硝化细菌的消化速率和反硝化细菌的反硝化速率达到平衡状态，系统脱氮速率快，硝化细菌产生的碳源和氢离子可供反硝化细菌吸收利用，节约能耗，减少污泥产量；2.可降解纤维载体可提供反硝化细菌生长繁殖所需的碳源，提高脱氮速率，缩短水力停留时间；3.可降解纤维载体和改性贻贝壳有耦合作用，使得生物膜载体具有优良的物理和化学吸附效果，进而具有优异的碳源控制能力，不容易造成水层堵塞，适用于大规模污水处理；4.采用浓度梯度变化方式加快功能性细菌的驯养，缩短系统启动时间。附图标记图1为本发明装置结构示意图。附图标记说明：1曝气池；2生物膜载体；3曝气盘；4水泵；→水流方向。具体实施方式下面通过附图和实施例对本发明方案作进一步说明：实施例1：一种好氧同步硝化反硝化生物膜法处理受氮污染水体：通过制备生物膜载体来培养得到同步硝化反硝化生物膜；其中生物膜载体为70%可降解纤维载体和30%改性贻贝壳。生物膜载体的制备方法为将含不可溶纤维素50%以上的农业废弃物粉碎，过100目筛后于1.0mol/L氢氧化钠溶液中浸泡48h，洗涤至中性，干燥后加入改性贻贝壳粉末，混合均匀后机械加工成固定形状。生物膜载体的投加量为20kg/m3，在生物膜载体中投加功能性细菌，生物曝气池底部曝气对其供氧，水体中溶解氧含量为6.0mg/L。采用浓度梯度变化方式加快功能性细菌的驯养，缩短系统启动时间：刚开始生物曝气池的进水氨氮浓度梯度变化为20mg/L，10d后降低水环境含氮量为8mg/L。功能性细菌从城市生活污水中筛选得到，具体操作为：1）将10ml城市生活污水加入到100mlSM富集培养液中，30℃,130r/min培养，每天吸取10ml培养液加入到新鲜的SM富集培养液，连续培养7d。接种环沾取富集培养液于SM固体培养基上划线，30℃下培养3d。挑取培养基上菌落在SM固体培养基上多次划线培养，直至获得纯的单菌落；2）将得到的纯培养物分别划线接种于BTB培养基，30℃培养24h挑取能使BTB培养基由绿变蓝的菌落得到反硝化细菌；3）将10ml城市生活污水加入到100ml亚硝化细菌富集培养液中，30℃,130r/min培养，每天吸取10ml培养液加入到新鲜的亚硝化细菌富集培养液，连续培养7d。接种环沾取亚硝化细菌富集培养液于固体培养基上划线，30℃下培养3d。挑取亚硝化细菌富集培养基上菌落在新的固体富集培养基上多次划线培养，直至获得纯的单菌落；4）将纯化的到的亚硝化菌株接种到筛选培养液中，30℃，130r/min培养，利用纳氏试剂光度法检测筛选微生物对氨态氮的利用情况、利用格里斯试剂法检测培养基中NO2--N生产情况，筛选出利用氨氮效率高、速率快的微生物即为硝化细菌。改性贻贝壳的制备方法为：1）将贻贝壳清洗干净，于0.2mol/L的NaOH溶液中静置10h，取出，用蒸馏水洗涤至中性，再浸没在3%的稀H2SO4溶液中10h，取出，用蒸馏水洗涤至中性，于120℃下烘干2.5h，得干燥贻贝壳，备用；2）将步骤1）制得的贻贝壳置于盐度为25‰的盐溶液中，经超声波震荡3h后，于120℃下烘干2.5h，得干燥贻贝壳，备用；3）将步骤2）制得的贻贝壳高温焙烧，焙烧结束后于干燥环境中冷却至室温，得到改性贻贝壳。高温焙烧为：110℃煅烧8min；400℃煅烧15min；1200℃煅烧30min；700℃煅烧15min；650℃煅烧15min；400℃煅烧10min；250℃煅烧10min。焙烧结束后于干燥环境中冷却至室温，得到改性贻贝壳。实施例2：一种好氧同步硝化反硝化生物膜法处理受氮污染水体：通过制备生物膜载体来培养得到同步硝化反硝化生物膜；其中生物膜载体为80%可降解纤维载体和20%改性贻贝壳。生物膜载体的制备方法为将含不可溶纤维素50%以上的农业废弃物粉碎，过100目筛后于1.0mol/L氢氧化钠溶液中浸泡24h，洗涤至中性，干燥后加入改性贻贝壳粉末，混合均匀后机械加工成固定形状。生物膜载体的投加量为20kg/m3，在生物膜载体中投加功能性细菌，生物曝气池底部曝气对其供氧，水体中溶解氧含量为6.0mg/L。采用浓度梯度变化方式加快功能性细菌的驯养，缩短系统启动时间：刚开始生物曝气池的进水氨氮浓度梯度变化为15mg/L，10d后降低水环境含氮量为5mg/L。功能性细菌从城市生活污水中筛选得到，具体操作为：1）将10ml城市生活污水加入到100mlSM富集培养液中，30℃,130r/min培养，每天吸取10ml培养液加入到新鲜的SM富集培养液，连续培养7d。接种环沾取富集培养液于SM固体培养基上划线，30℃下培养3d。挑取培养基上菌落在SM固体培养基上多次划线培养，直至获得纯的单菌落；2）将得到的纯培养物分别划线接种于BTB培养基，30℃培养24h挑取能使BTB培养基由绿变蓝的菌落得到反硝化细菌；3）将10ml城市生活污水加入到100ml亚硝化细菌富集培养液中，30℃,130r/min培养，每天吸取10ml培养液加入到新鲜的亚硝化细菌富集培养液，连续培养7d。接种环沾取亚硝化细菌富集培养液于固体培养基上划线，30℃下培养3d。挑取亚硝化细菌富集培养基上菌落在新的固体富集培养基上多次划线培养，直至获得纯的单菌落；4）将纯化的到的亚硝化菌株接种到筛选培养液中，30℃，130r/min培养，利用纳氏试剂光度法检测筛选微生物对氨态氮的利用情况、利用格里斯试剂法检测培养基中NO2--N生产情况，筛选出利用氨氮效率高、速率快的微生物即为硝化细菌。改性贻贝壳的制备方法为：1）将贻贝壳清洗干净，于0.2mol/L的NaOH溶液中静置10h，取出，用蒸馏水洗涤至中性，再浸没在3%的稀H2SO4溶液中10h，取出，用蒸馏水洗涤至中性，于120℃下烘干2.5h，得干燥贻贝壳，备用；2）将步骤1）制得的贻贝壳置于盐度为25‰的盐溶液中，经超声波震荡3h后，于120℃下烘干2.5h，得干燥贻贝壳，备用；3）将贻贝壳研磨粉碎，过40目筛，加入0.2%的硅酸盐类物质和0.0005%苯胺-2,4-双磺酸，高温焙烧，焙烧结束后于干燥环境中冷却至室温，得到改性贻贝壳。高温焙烧为：100℃煅烧10min；450℃煅烧15min；1000℃煅烧40min；700℃煅烧15min；650℃煅烧15min；400℃煅烧10min；200℃煅烧20min。焙烧结束后于干燥环境中冷却至室温，得到改性贻贝壳。实施例3：一种好氧同步硝化反硝化生物膜法处理受氮污染水体：通过制备生物膜载体来培养得到同步硝化反硝化生物膜；其中生物膜载体为70%可降解纤维载体和30%改性贻贝壳。生物膜载体的制备方法为将含不可溶纤维素50%以上的农业废弃物粉碎，过100目筛后于1.0mol/L氢氧化钠溶液中浸泡24h，洗涤至中性，干燥后加入改性贻贝壳粉末，混合均匀后机械加工成固定形状。生物膜载体的投加量为20kg/m3，在生物膜载体中投加功能性细菌，生物曝气池底部曝气对其供氧，水体中溶解氧含量为7.0mg/L。采用浓度梯度变化方式加快功能性细菌的驯养，缩短系统启动时间：刚开始生物曝气池的进水氨氮浓度梯度变化为15mg/L，10d后降低水环境含氮量为5mg/L。功能性细菌从城市生活污水中筛选得到，具体操作为：1）将10ml城市生活污水加入到100mlSM富集培养液中，30℃,130r/min培养，每天吸取10ml培养液加入到新鲜的SM富集培养液，连续培养7d。接种环沾取富集培养液于SM固体培养基上划线，30℃下培养3d。挑取培养基上菌落在SM固体培养基上多次划线培养，直至获得纯的单菌落；2）将得到的纯培养物分别划线接种于BTB培养基，30℃培养24h挑取能使BTB培养基由绿变蓝的菌落得到反硝化细菌；3）将10ml城市生活污水加入到100ml亚硝化细菌富集培养液中，30℃,130r/min培养，每天吸取10ml培养液加入到新鲜的亚硝化细菌富集培养液，连续培养7d。接种环沾取亚硝化细菌富集培养液于固体培养基上划线，30℃下培养3d。挑取亚硝化细菌富集培养基上菌落在新的固体富集培养基上多次划线培养，直至获得纯的单菌落；4）将纯化的到的亚硝化菌株接种到筛选培养液中，30℃，130r/min培养，利用纳氏试剂光度法检测筛选微生物对氨态氮的利用情况、利用格里斯试剂法检测培养基中NO2--N生产情况，筛选出利用氨氮效率高、速率快的微生物即为硝化细菌。改性贻贝壳的制备方法为：1）将贻贝壳清洗干净，于0.15mol/L的NaOH溶液中静置12h，取出，用蒸馏水洗涤至中性，再浸没在3%的稀H2SO4溶液中10h，取出，用蒸馏水洗涤至中性，于120℃下烘干2.5h，得干燥贻贝壳，备用；2）将步骤1）制得的贻贝壳置于盐度为25‰的盐溶液中，经超声波震荡3h后，于120℃下烘干2.5h，得干燥贻贝壳，备用；3）将贻贝壳研磨粉碎，过40目筛，加入0.2%的硅酸盐类物质和0.0005%苯胺-2,4-双磺酸，高温焙烧，焙烧结束后于干燥环境中冷却至室温，得到改性贻贝壳。高温焙烧为：100℃煅烧10min；450℃煅烧15min；1000℃煅烧40min；700℃煅烧15min；650℃煅烧15min；400℃煅烧10min；200℃煅烧20min。焙烧结束后于干燥环境中冷却至室温，得到改性贻贝壳。实施例4：如图1所示，本发明装置包括曝气池1，设置在曝气池1底部的曝气盘3和位于曝气盘3之上的生物膜载体2。污水通过水泵4自下而上进入曝气池1，生物膜载体3对水体进行物理、化学和生物净化，净化后的水从曝气池1上部流出曝气池1。实施例5：参照国家标准《水质氨氮的测定流动注射-水杨酸分光光度法》（HJ666-2013)，测定实施例1、2和3好氧同步硝化反硝化生物膜法处理前后受氮污染水体中氨氮含量，测定结果如表1所示；参照国家标准《水质总氮的测定流动注射-盐酸萘乙二胺分光光度法》（HJ668-2013)，测定实施例1、2和3好氧同步硝化反硝化生物膜法处理前后受氮污染水体中总氮含量，测定结果如表2所示：表1处理前水体中氨氮含量/mg/L处理前水体中氨氮含量/mg/L除氨氮率/%实施例15.00.1896.40实施例25.00.0199.80实施例35.00.0399.40表2处理前水体中总氮含量/mg/L处理前水体中总氮含量/mg/L除总氮率/%实施例110.00.8491.60实施例210.00.1398.70实施例310.00.2197.90由表1~2可知本发明好氧同步硝化反硝化生物膜法处理受氮污染水体的效果好，对系统氨氮去除率均达95%以上，同时总氮去除率也可达到90%以上。特别是“在高温焙烧前，将贻贝壳研磨粉碎，过20~50目筛，加入0.1~0.4%的硅酸盐类物质和0.0002~0.0007%苯胺-2,4-双磺酸，高温焙烧，焙烧结束后于干燥环境中冷却至室温，得到改性贻贝壳。高温焙烧为：100℃煅烧10min；450℃煅烧15min；1000℃煅烧40min；700℃煅烧15min；650℃煅烧15min；400℃煅烧10min；200℃煅烧20min。”对系统氨氮去除率高达99%以上，同时总氮去除率也可达到98%以上，具有较好的市场前景。本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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