基于包埋的菌藻共生载体短程硝化工艺及其试验设备

本发明属于污水处理，具体涉及基于包埋的菌藻共生载体短程硝化工艺及其试验设备。

背景技术：

1、随着我国经济和城镇化的快速发展，城镇生活污水排放量逐年增加，已成为氮、磷的最主要来源。因此，城市污水处理是水污染防治的关键，也是保障我国国民经济发展和水生态安全的重要环节。

2、传统生物脱氮工艺针对城市污水中氮素的去除主要通过硝化和反硝化作用完成，但我国城市污水中的有机物含量较少，而低c/n比的特点使得城市污水处理厂在运行过程中往往需要额外投加有机碳源(甲醇、乙酸钠)以满足反硝化脱氮，而且污水处理过程中，耗氧量大，能耗大。

3、厌氧氨氧化脱氮工艺的发现极大的推动了污水生物脱氮技术的发展，首先短程硝化通过控制硝化过程抑制亚硝酸盐氧化菌(nob)的活性，将nh4+仅转化至no2-而不继续转化至no3-，随后通过厌氧氨氧化工艺由no2-氧化nh4+并最终生成n2。相比于传统硝化反硝化脱氮过程，基于短程硝化的厌氧氨氧化脱氮工艺能够节省57％的耗氧量和100％的碳源，但在实际城市污水处理中，受到低氨氮浓度和低温的影响，对于nob活性的抑制往往需要复杂的控制手段，同时单一的抑制手段对于nob活性抑制的有效性和稳定性仍有待进一步研究。

4、包埋固定化技术是一种新型生物处理技术，在微生物包埋后，沿着载体表面向内部的方向会产生较大氧气浓度梯度，因此通过控制反应器溶液中的溶解氧(do)浓度就能够在载体内部形成氧气限制区，实现对nob活性的抑制。由于包埋固定化技术具有实现微生物的定性定量投加特性，因此通过将含有大量氨氧化菌(aob)和少量nob的活性污泥制成包埋固定化填料，利用包埋固定化填料中的限氧区对nob的活性和生长进行抑制，从而在城市污水中实现高效、稳定的短程硝化。但是，由于包埋固定化填料中存在的较大氧气浓度梯度，为了维持包埋固定化填料中aob的活性以实现较高的氨氧化效率，则需要维持反应器中较高的do浓度(>3mg/l)，因此在实际应用中存在能耗过高的问题。

5、菌藻共生技术是一种通过利用藻类与细菌间的协同作用，以提升污染物去除效率、降低污水处理能耗为目的的生物处理技术，但是菌藻共生系统面临着藻类流失严重、易引起二次污染等难题。而利用包埋固定化技术，能有效减少藻类和细菌的流失，并大幅提高系统生物量。同时，在光照的作用下，藻类可通过光合作用为系统中参与氨氧化反应的aob提供do，而系统中所有细菌呼吸、代谢产生的co2可被藻类用作底物，促进光合作用。因此，将藻类引入短程硝化包埋固定化填料中可以实现以藻供氧，降低传统过程中的机械曝气量，从而实现短程硝化系统的节能降耗。

6、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于包埋的菌藻共生载体短程硝化工艺及其试验设备，其能够解决上述背景技术中的问题。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：

3、基于包埋的菌藻共生载体短程硝化工艺，包括以下步骤：

4、s1、优化包埋生物填料组分；

5、s2、制备短程硝化菌藻共生包埋生物填料；

6、s3、利用反应器对短程硝化菌藻共生包埋生物填料进行实验；

7、s4、分析实验结果。

8、在本发明的一个或多个实施例中，在所述s1中，包括制备未添加菌藻的不同组分比例膜状载体的步骤，用于测定包埋填料的透光率和do传质，达到改善包埋生物填料组分的作用；

9、所述s1具体包括以下步骤：

10、s101、将聚乙烯醇、caco3和粉末活性炭混合液涂覆在平板载体上，制备成2-3mm的膜状载体；

11、s102、使用透光率仪测定膜状载体的透光率，使用双室隔膜法稳态操作法测定膜状载体的do传质；

12、s103、多点测定取平均值，根据测定结果，基于响应面分析法确定包埋生物填料的最优组分。

13、在本发明的一个或多个实施例中，在所述s2中，通过聚乙烯醇-硼酸交联法制备短程硝化菌藻共生包埋生物填料，短程硝化菌藻共生包埋生物填料利用聚乙烯醇稳定的化学特性，机械强度高，不容易解体，同时在调整筒型短程硝化菌藻共生包埋生物填料组分不影响机械特性；

14、所述s2具体包括以下步骤：

15、s201、将s103中确定的最优组分的包埋生物填料与接种污泥和接种藻类混合后均匀涂覆至定型模具上；

16、s202、将定型模具放入饱和硼酸的混合溶液中完成交联，最后制备成筒型短程硝化菌藻共生包埋生物填料。

17、在本发明的一个或多个实施例中，所述s201中的接种污泥取自污水处理厂二沉池回流污泥，污泥利用fa冲击抑制培养，最终取得亚硝酸积累率(nar)>90％的短程硝化污泥，所述s201中的接种藻类取自同一污水处理厂的二沉池壁，藻类接种物先沉淀1小时，沉淀后的固体物作为接种藻类，从污水处理厂中获取的接种藻类对城市污水环境适应性强，后续实验中无需进行培养驯化。

18、基于包埋的菌藻共生载体短程硝化工艺的实验设备，包括反应器，所述反应器包括反应器主体、上盖和消泡机构；

19、所述反应器主体内底壁安装有曝气环，所述反应器主体内安装有一对筛网，一对所述筛网之间转动连接有转轴，所述转轴底部连接有搅拌叶片；

20、所述上盖与所述反应器主体相连接，所述上盖上安装有搅拌电动机，所述搅拌电动机输出端连接有连接轴，所述连接轴上固定连接有卡合件；

21、所述消泡机构与所述转轴相连接，且与所述卡合件卡合连接。

22、在本发明的一个或多个实施例中，所述转轴的外侧设有搅拌防撞桶，所述搅拌防撞桶安装于一对所述筛网之间，搅拌防撞桶用于防止筒型短程硝化菌藻共生包埋生物填料被转轴破坏，保证筒型短程硝化菌藻共生包埋生物填料的实验效果；

23、所述反应器主体外壁安装有灯带，可以起到外部照明的作用。

24、在本发明的一个或多个实施例中，所述连接轴内开凿有连通腔，所述连接轴外侧转动连接有空心套，所述空心套与上侧所述筛网固定连接，所述连接轴位于空心套内的侧壁开凿有若干通孔，所述连通腔通过通孔与空心套内部相连通，连通腔内的空气通过通孔可以进入到空心套内，再通过排气管排出，避免反应器主体内气体压强过大。

25、在本发明的一个或多个实施例中，所述上盖上设有出气口和盖门，出气口用于排出气体，盖门用于对净化机构进行维护。

26、在本发明的一个或多个实施例中，所述消泡机构包括安装座，所述安装座与所述转轴固定连接，所述安装座上开凿有卡合槽，所述卡合件卡合于卡合槽内，当搅拌电动机驱动连接轴转动时，连接轴通过卡合件与卡合槽的相互配合，可以带动安装座和转轴进行转动，进而可以带动搅拌叶片进行转动，用于增强反应器主体内部气水的混合，提高曝气环的曝气效果。

27、所述安装座侧壁连接有一对捕集板，所述捕集板上固定连接有消泡板，所述消泡板上连接有导流板，在安装座旋转时，捕集板、消泡板和导流板能够同步旋转，进而使得反应器主体内液体顶部的气泡进入到捕集板内，在消泡板的作用下进行消泡处理，最后沿着导流板排出捕集板，避免气泡对筒型短程硝化菌藻共生包埋生物填料的实验造成影响，提高实验精准度。

28、在本发明的一个或多个实施例中，所述捕集板内安装有割泡网，割泡网可以起到分隔气泡的作用，进而可以加快消泡效率；

29、所述消泡板内安装有第一加热棒，第一加热棒用于加热进入到捕集板内的气泡，可以进一步加快消泡效率，同时也可以对反应器主体内上层液体进行加热处理，避免反应器主体内液体存在温度差，保证筒型短程硝化菌藻共生包埋生物填料的实验效果；

30、所述消泡板上设有若干均匀分布的集气孔，所述集气孔的外侧覆盖有集气罩，所述集气罩与所述连通腔之间连通有输送管，在曝气环曝气时，气体会被捕集板捕集，并通过集气孔进入到集气罩内，再通过输送管输送到连通腔内，最后通过出气口排出，避免反应器主体内气压过大。

31、与现有技术相比，本发明的基于包埋的菌藻共生载体短程硝化工艺及其试验设备，将菌藻共生技术与包埋固定化技术相结合，既能够解决悬浮菌藻共生系统藻类流失、沉降性差等问题，又能够降低短程硝化包埋生物填料系统的曝气能耗，为实现高效、节能的城市污水短程硝化提供了新的思路。