本發(fā)明涉及兼性厭氧微生物誘導(dǎo)成礦領(lǐng)域，具體涉及一種利用微生物在含Mg²⁺、NH₄⁺和PO₄^3-廢水中誘導(dǎo)鳥糞石生成的裝置及其方法。

背景技術(shù)：

目前對(duì)工業(yè)廢水中Mg²⁺、NH₄⁺和PO₄^3-的去除方法以化學(xué)方法居多，如鳥糞石結(jié)晶沉淀法，其基本原理是通過(guò)向廢水中投加鎂鹽和磷酸鹽使Mg²⁺、NH₄⁺和PO₄^3-發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成復(fù)鹽鳥糞石(MgNH₄PO₄·6H₂O)。鳥糞石是礦石的一種，亦稱鳥獸積糞，成分為MgNH₄PO₄·6H₂O，由于富含氮磷等元素，同時(shí)不易被水沖失，可以用于河漫灘，鹽堿地等環(huán)境，這些特點(diǎn)使其成為一種優(yōu)質(zhì)緩釋肥料，可實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)氮磷廢水的資源化利用。在實(shí)際處理工業(yè)廢水中的Mg²⁺、NH₄⁺和PO₄^3-過(guò)程中，使用鳥糞石結(jié)晶沉淀法存在種種限制因素。許多廢水中的氮磷濃度很高，但彼此之間的比例不能滿足鳥糞石沉淀法的要求，在這種情況下添加某些化學(xué)藥劑可以提高沉淀效率，但會(huì)增加處理成本，操作復(fù)雜，而且氮磷本身是廢水處理的控制目標(biāo)，添加過(guò)量會(huì)造成二次污染，因而有必要探求一種高效廉價(jià)的生成鳥糞石的裝置，能夠改變生成鳥糞石所需的條件，從而降低生產(chǎn)成本。

利用微生物誘導(dǎo)礦物生成已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室得到驗(yàn)證，但目前還沒(méi)有相應(yīng)的微生物誘導(dǎo)生成礦物的設(shè)備用于廢水處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一在于提供一種利用微生物誘導(dǎo)鳥糞石生成的裝置，該裝置通過(guò)反應(yīng)單元、沉淀單元和水循環(huán)單元配合使用，彌補(bǔ)了微生物誘導(dǎo)生產(chǎn)鳥糞石裝置的缺陷，該裝置克服了現(xiàn)有的化學(xué)沉積法生產(chǎn)鳥糞石中存在的成本高、操作復(fù)雜、二次污染等缺點(diǎn)。

其技術(shù)解決方案包括：

一種利用微生物誘導(dǎo)鳥糞石生成的裝置，其包括反應(yīng)單元、沉淀單元、水循環(huán)單元和N₂氣罐，所述反應(yīng)單元包括流化床反應(yīng)器和安裝在其頂部的封頭，在所述封頭上開(kāi)設(shè)有接口一、接口二和排氣管道，所述接口一通過(guò)管道連接有微生物菌液，所述接口二通過(guò)管道連接所述N₂氣罐；在所述流化床反應(yīng)器內(nèi)充填有填料，所述流化床反應(yīng)器的底部平行設(shè)置有布水支路管道，所述布水支路管道被所述填料覆蓋，所述布水支路管道上分布有小孔，所述小孔通過(guò)管道對(duì)應(yīng)連接有布水主管，在所述流化床反應(yīng)器的側(cè)部還連接有用于監(jiān)測(cè)流化床反應(yīng)器內(nèi)液體的pH計(jì)和控制溫度的溫度調(diào)節(jié)器；

所述水循環(huán)單元包括供水裝置，所述布水主管的一端與所述小孔相連的管道連接，另一端與所述供水裝置連通，在所述布水主管上還設(shè)置有回流管道；

所述沉淀單元包括沉淀器，所述沉淀器上開(kāi)設(shè)有進(jìn)口一、出口一、出口二和出口三，所述進(jìn)口一通過(guò)導(dǎo)管與流化床反應(yīng)器連接，所述出口一用于將水排出，所述出口二位于所述沉淀器的底部，用于將鳥糞石排出；所述出口三通過(guò)回流管道與布水主管連通；

在所述沉淀器的頂部安設(shè)有超聲波裝置。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述接口二與所述N₂氣罐連接的管道上布設(shè)有針型閥和流量計(jì)。

作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，所述填料占流化床反應(yīng)器體積的1/5～1/4。

優(yōu)選的，所述流化床反應(yīng)器與所述導(dǎo)管相通處設(shè)置有用于阻擋載體通過(guò)的濾網(wǎng)。

優(yōu)選的，所述濾網(wǎng)由耐酸堿的不銹鋼材料制成，所述濾網(wǎng)上每一孔隙規(guī)格為1mm*1mm。

優(yōu)選的，所述布水支路管道上連接有閥門、壓力計(jì)、流量計(jì)和水泵。

優(yōu)選的，所述填料為沸石或聚氨酯材料載體。

所述布水支路管道上的小孔分布有多個(gè)，每個(gè)小孔均通過(guò)管道連接在布水主管上，所述布水主管、布水支路管道均由耐酸堿不銹鋼材料制成。

上述每個(gè)小孔的出水面積基本相等，有利于鳥糞石流化生長(zhǎng)。

本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種采用微生物誘導(dǎo)鳥糞石生成的方法。

一種利用微生物誘導(dǎo)鳥糞石生成的方法，其特征在于，依次包括以下步驟：

a將安裝在流化床反應(yīng)器上方的封頭打開(kāi)，向該流化床反應(yīng)器內(nèi)裝入填料，其中填料的加入量為流化床反應(yīng)器體積的1/5～1/4，關(guān)閉封頭；

通過(guò)N₂氣罐向流化床反應(yīng)器內(nèi)通入N₂氣體，與此同時(shí)，打開(kāi)封頭上的排氣管道，使流化床反應(yīng)器內(nèi)的空氣排出后關(guān)閉所述排氣管道和N₂氣罐，控制流化床反應(yīng)器內(nèi)液體的溫度為37℃；從進(jìn)口一向流化床反應(yīng)器內(nèi)注入酸堿液，通過(guò)pH計(jì)顯示的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整并保持流化床反應(yīng)器內(nèi)的pH為8.2-8.4；在流化床反應(yīng)器底部設(shè)置布水支路管道，該布水支路管道上分布小孔，所述小孔通過(guò)管道連接布水主管，布水主管上設(shè)置回流管道，所述回流管道的另一端連接有沉淀器，通過(guò)控制該回流管道上水泵的流速，使得所述流化床反應(yīng)器內(nèi)的填料處于“上升-沉降”狀態(tài)；

c通過(guò)供水裝置向流化床反應(yīng)器內(nèi)注水，打開(kāi)與供水裝置連接的布水主管通水，布水主管在布水支路管道的初步過(guò)濾下，水進(jìn)入流化床反應(yīng)器內(nèi)，與此同時(shí)打開(kāi)位于沉淀器頂部的超聲波裝置；

d超聲波裝置以50kHz的頻率和300W的功率工作120s，使鳥糞石懸濁粒子與容器壁或微生物等分離，充分沉降進(jìn)入沉淀器底部的出口二，當(dāng)沉積的鳥糞石達(dá)到一定規(guī)模，打開(kāi)出口二并將所得鳥糞石排出，排凈后關(guān)閉出口二；

e將沉淀器的出口一打開(kāi)，使處理后的廢水排出。

本發(fā)明所帶來(lái)的有益技術(shù)效果：

采用體積小、比表面積大、透水性好、吸附性強(qiáng)的顆粒填料作為微生物載體，填料的投放、補(bǔ)充、更新操作簡(jiǎn)單，同時(shí)具有很強(qiáng)的抵抗沖擊負(fù)荷的能力，使細(xì)菌附著其上可以長(zhǎng)達(dá)百天。

布水支路管道位于反應(yīng)器底部，每個(gè)小孔的出水面積基本相等，具有均勻配置污水的功能，使布水均勻無(wú)死區(qū)，同時(shí)進(jìn)水與填料或載體可以充分接觸、微生物菌體與填料或載體充分接觸，有利于鳥糞石流化生長(zhǎng)，避免了生成的鳥糞石結(jié)晶堵塞的問(wèn)題。

在沉淀器頂部安設(shè)超聲波裝置，超聲波具有較高的能量，當(dāng)超聲波通過(guò)有微生物菌體附著的鳥糞石顆粒時(shí)，會(huì)使鳥糞石顆粒從微生物團(tuán)聚物中分離沉降出來(lái)。利用超聲波對(duì)鳥糞石懸浮液進(jìn)行處理，使礦物沉淀效率提高。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明流化床反應(yīng)器底部的俯視圖；

圖中，1、封頭，2、接口一，3、接口二，4、排氣管道，5、流量計(jì)，6、針型閥，7閥門，8、法蘭，9、流化床反應(yīng)器，10、pH計(jì)，11、溫度調(diào)節(jié)器，12、填料，13、濾網(wǎng)，14、導(dǎo)管，15、沉淀器，16、超聲波裝置，17、出口三，18、出口二，19、出口一，20、閥門，21、回流管道，22、布水主管，23、布水支路管道，24、回流泵，25、閥門，26、閥門，27、壓力計(jì)，28、流量計(jì)，29、水泵，30、N₂氣罐，31、小孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明所指微生物如非脫羧勒克菌(leclercia adecarboxylata)JLS2，其在中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通生物中心的保藏編號(hào)為CGMCC No.11782，利用這種菌可以沉降Mg²⁺和/或PO₄^3-和/或NH₄⁺生成鳥糞石。

如圖1所示，本發(fā)明一種利用微生物誘導(dǎo)鳥糞石生成的裝置，包括反應(yīng)單元、沉淀單元、水循環(huán)單元和N₂氣罐30，其中，反應(yīng)單元包括流化床反應(yīng)器9，在流化床反應(yīng)器9的頂部通過(guò)封頭1進(jìn)行密封，流化床反應(yīng)器與封頭1之間可通過(guò)常規(guī)結(jié)構(gòu)如法蘭8配合，在需要向流化床反應(yīng)器內(nèi)加入填料12時(shí)，封頭1為打開(kāi)狀態(tài)，在開(kāi)啟反應(yīng)后，封頭1均為關(guān)閉狀態(tài)，在封頭1上分別設(shè)置有接口一2、接口二3和排氣管道4，接口一也作為菌液和酸堿液的注入口，接口二3通過(guò)管道連接N₂氣罐30，通過(guò)接口二3可以向流化床反應(yīng)器內(nèi)提供N₂氣體，在接口二3與N₂氣罐連接的管道上布設(shè)有流量計(jì)5和針形閥6，便于調(diào)節(jié)氣體進(jìn)量，在排氣管道上安設(shè)有閥門7，在流化床反應(yīng)器9的側(cè)上方通過(guò)導(dǎo)管14連接沉淀器15，在導(dǎo)管處還安裝有一濾網(wǎng)13，該濾網(wǎng)13由耐酸堿的不銹鋼材料制成，每一孔隙規(guī)格為1mm*1mm，用于擋住填料12；在流化床反應(yīng)器9上還設(shè)有pH計(jì)10和溫度調(diào)節(jié)器11。如圖2所示，流化床反應(yīng)器底部設(shè)置布水支路管道23，布水支路管道23上分布有多個(gè)小孔31，每個(gè)小孔的出水面積基本相等，有利于鳥糞石流化生長(zhǎng)，每個(gè)小孔31均通過(guò)管道連接在布水主管上，布水支路管道23被填料12覆蓋并與布水主管22相連，布水主管22上分別連接有水泵29、流量計(jì)28、壓力計(jì)27、閥門26，布水主管22與回流管道21相連，回流管道21上設(shè)有回流泵24和閥門25，回流管道21的另一端與出口三17相連，在沉淀器15上部安裝有超聲波裝置16，中部開(kāi)設(shè)有閥門20的出口一19，底部開(kāi)設(shè)有出口二18，鳥糞石從出口二18排出。

上述流化床反應(yīng)器和沉淀器均由耐酸堿的不銹鋼材料制成，橫截面為圓形。流化床反應(yīng)器長(zhǎng)徑比為2-5，沉淀器長(zhǎng)徑比為1-2。

上述充填在流化床反應(yīng)器內(nèi)的填料，優(yōu)選為沸石或聚氨酯材料載體，其添加量占流化床反應(yīng)器體積的1/5～1/4，直徑略大于1mm，具有良好的透水性，可作為微生物的良好載體，利用底部小孔向上的均勻水流，填料在反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到“上浮—沉降”的循環(huán)流化狀態(tài)。

布水支路管道位于反應(yīng)器底部，具有均勻配置污水的功能，每個(gè)小孔的出水面積基本相等，使布水均勻無(wú)死區(qū)，進(jìn)水與填料或載體可以充分接觸，微生物與填料或載體充分接觸，運(yùn)行穩(wěn)定，避免了生成的鳥糞石結(jié)晶堵塞的問(wèn)題。

利用上述裝置處理含Mg²⁺、NH₄⁺和PO₄^3-工業(yè)廢水，其處理方法如下：

(1)接種微生物菌液(非脫羧勒克菌液)：

先將封頭1打開(kāi)，將填料12裝入流化床反應(yīng)器9內(nèi)，填料裝入量為流化床反應(yīng)器體積的1/5-1/4,關(guān)閉封頭1；

將非脫羧勒克菌液從接口一2注入流化床反應(yīng)器內(nèi)，使液位達(dá)到沉淀器15的出水口一19時(shí)，合上接口一2并密封，打開(kāi)閥門6，向流化床反應(yīng)器內(nèi)通入N₂氣體約10分鐘，并且同時(shí)打開(kāi)閥門7，使流化床反應(yīng)器內(nèi)的空氣排出后，關(guān)閉閥門7，打開(kāi)溫度調(diào)節(jié)器11，對(duì)流化床反應(yīng)器內(nèi)的液體進(jìn)行加熱，使溫度維持在37℃；通過(guò)封頭上的接口一向流化床反應(yīng)器內(nèi)注入酸堿液，保持流化床反應(yīng)器內(nèi)的pH在8.2-8.4；

打開(kāi)并調(diào)節(jié)回流泵24和布水支路管道23，使流化床反應(yīng)器內(nèi)的填料發(fā)生流化，填料在流化床反應(yīng)器內(nèi)呈“上升-沉降”狀態(tài)，將流化床反應(yīng)器上述狀態(tài)保持48小時(shí)；

(2)加入廢水

位于布水主管上的水泵29將供水裝置提供的廢水經(jīng)過(guò)初步過(guò)濾，懸浮物含量較少的廢水泵入流化床反應(yīng)器內(nèi)，泵入量為1.2-1.5L/h；與此同時(shí)觀察溫度和pH，使流化床反應(yīng)器內(nèi)的液體溫度維持在37℃，pH值保持在8.2-8.4；同時(shí)保持水泵29泵入量為1.2-1.5L/h，調(diào)整水泵24流速使填料在反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到“上浮—沉降”的循環(huán)流化狀態(tài)；

(3)收集鳥糞石

打開(kāi)超聲波裝置16，以50kHz的頻率和300W的功率運(yùn)行120s，使鳥糞石與微生物菌體分離，沉降進(jìn)入出口二18，當(dāng)沉降的鳥糞石達(dá)到一定規(guī)模，打開(kāi)出口二18將所得鳥糞石排出，排凈后關(guān)閉出口二18。

(4)將出口一打開(kāi)，使處理后的廢水排出。

(5)重復(fù)進(jìn)行(2)、(3)和(4)。

需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書的教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的任何等同方式，或明顯變型方式均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。