利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，包括：步驟S1，將腐朽木用濃度為9-10%鹽酸溶液持續(xù)浸泡20-30個小時后，將腐朽木撈出，并沖洗干凈；步驟S3，將腐朽木放置到厭氧氨氧化基礎(chǔ)無機鹽溶液中浸泡28-32天；步驟S5，將腐朽木放置在脫氮池內(nèi)進(jìn)行菌類培養(yǎng)，保持脫氮池內(nèi)的溫度20-30℃、氧氣濃度等5-8mg/L；將污水排放至脫氮池內(nèi)，腐朽木上逐步生長微生物群落，待Δ-變形菌門的比例達(dá)到50%以上時，即可實現(xiàn)一步脫氮，這樣利用腐朽木為厭氧的菌類營造了天然的寄生環(huán)境，提高了菌類的成活性及繁殖速度。且在脫氮過程中，無需添加任何化學(xué)或有機物質(zhì)，并無需曝氣，直接利用污水中菌類來反噬除污，節(jié)省了原料消耗，節(jié)省了人力物力，從而降低了成本。
【專利說明】利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以木頭為主體培養(yǎng)源的原材料培養(yǎng)厭氧氨氧化菌達(dá)到污水脫氮的方法，特別涉及一種利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)與生活污水中存有大量含氮污染物，容易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，嚴(yán)重危害環(huán)境。目前，最常用的脫氮技術(shù)是硝化反硝化。硝化反硝化脫氮技術(shù)需要較高的曝氣量以滿足氨氧轉(zhuǎn)換硝酸鹽的反應(yīng)，而且在有機物含量較低時需要投加額外的有機碳源以保證反硝化效率。因此，脫氮工藝運行成本較高，耗能巨大。
[0003]上世紀(jì)90年代隨著厭氧氨氧化微生物的發(fā)現(xiàn)，新型高效節(jié)能的厭氧氨氧化工藝應(yīng)運而生。厭氧氨氧化工藝是新型高效節(jié)能的脫氮工藝，其核心是厭氧氨氧化微生物。與上述的硝化反硝化技術(shù)脫氮相比，厭氧氨氧化工藝脫氮有如下優(yōu)點:(1)厭氧氨氧化微生物為自養(yǎng)微生物，反應(yīng)過程不需要添加有機物；(2)厭氧氨氧化過程不要曝氣，大大節(jié)省勞動力消耗；(3)厭氧氨氧化工藝能處理高氨氮類廢水,并且單位負(fù)荷較高,減少反應(yīng)器的體積；(4)工藝所產(chǎn)生的剩余污泥較少，可節(jié)省大量處理污泥的費用。然而，厭氧氨氧化微生物只有在高濃度條件下才會有活性，且厭氧氨氧化微生物生長緩慢，較難培養(yǎng)，活性容易受抑制。因此，為了保持厭氧氨氧化微生物的活性，需要很高的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種使厭氧氨氧化微生物保持活性，且成本低的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法。所述技術(shù)方案如下:
[0005]一方面，提供了一種利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其包括如下幾個步驟:步驟SI，將腐朽木用濃度為9-10%鹽酸溶液持續(xù)浸泡20-30個小時后，將腐朽木撈出，并沖洗干凈；步驟S3，將腐朽木放置到厭氧氨氧化基礎(chǔ)的無機鹽溶液中浸泡28-32天；步驟S5，將腐朽木放置在脫氮池內(nèi)進(jìn)行菌類培養(yǎng)，保持脫氮池內(nèi)的溫度20-30°C、氧氣濃度等5-8mg/L ;并將污水排放至脫氮池內(nèi)，當(dāng)腐朽木上生長成微生物群落，且待Λ -變形菌門的比例達(dá)到50%以上時，即可實現(xiàn)總氮的去除。
[0006]進(jìn)一步地，在所述步驟SI中，沖洗干凈后的腐朽木再放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-2%的氫氧化鈉溶液中浸泡20-30小時，之后，撈起腐朽木并再次用水沖洗。
[0007]進(jìn)一步地，將用氫氧化鈉溶液中浸泡、并用水沖洗后的腐朽木放入生理鹽水中浸泡20-30小時。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟S3中，所述無機鹽溶液包括以下物質(zhì):0.40-0.6g.L1的KHCO3,0.30-0.35g.L1 的 MgSO4.7H20,0.02-0.03g.L1 的 KH2PO4,0.1-0.15g.L1 的 CaCl2,0.3-0.4g.L1 的 NaNO2,0.4-0.5g.L1 的(NH4) 2S04。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟S5包括:S51，將腐朽木按設(shè)定的規(guī)律擺放在所述脫氮池內(nèi)；S52，將污水充滿所述脫氮池，·并使污水在所述脫氮池內(nèi)自然流動，持續(xù)保持1-3周以進(jìn)行菌類培養(yǎng)；S53，當(dāng)所述脫氮池內(nèi)開始出現(xiàn)厭氧氨氧化菌，且δ-變形菌、Y-變形菌、β-變形菌的總數(shù)量比例達(dá)到50%以上時，持續(xù)將污水排放至所述的脫氮池內(nèi)一步脫氮。
[0010]進(jìn)一步地，在所述步驟S51中，多根所述腐朽木并排成一層一層的排放在所述脫氮池內(nèi)，且每相鄰兩層腐朽木之間設(shè)有固定所述腐朽木的隔網(wǎng)。
[0011]進(jìn)一步地，所選木頭作為主體培養(yǎng)源的原材料，且在所述步驟SI之前，將所述木頭腐熟為所述腐朽木。
[0012]進(jìn)一步地,所述木頭包括椰殼、果殼、木粉、樹木或枯枝落葉。
[0013]進(jìn)一步地，所述木頭腐熟為所述腐朽木包括如下步驟:S11，將所述木頭用水充分浸泡，使所述木頭含水量達(dá)到40%-50%，所述水中添加有尿素；S15，將浸泡后的所述木頭交錯疊放以木頭堆，當(dāng)監(jiān)測所述木頭堆的中心處的溫度上升至55°C _65°C時，將所述木頭堆打亂，翻堆，并加入白腐菌劑；使所述白腐菌劑和所述木頭充分混合后再次建木頭堆，并持續(xù)堆放14-16天；S17，再次將所述木頭堆打亂，翻堆，并重建木頭堆，且持續(xù)堆放14-16天后腐熟完成。
[0014]進(jìn)一步地，在所述Sll和所述S15之間，將浸泡后的所述木頭交錯疊放以形成木頭堆，當(dāng)所述木頭堆的中心處的溫度上升至55°C _65°C時，將所述木頭堆打亂，翻堆，并再次交錯疊放重建木頭堆至少一次。
[0015]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0016]本發(fā)明的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法利用腐朽木為厭氧的菌類營造了天然的寄生環(huán)境，提高了 菌類的成活性及繁殖速度，特別是可大量繁殖S-變形菌、Y-變形菌、β_變形菌。且在脫氮過程中，無需添加任何化學(xué)或有機物質(zhì)，直接利用污水中菌類來反噬除污，節(jié)省了原料消耗；且為了營造菌類的厭氧生存環(huán)境，在脫氮過程中無需曝氣，節(jié)省了人力物力，從而降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1是本發(fā)明的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法的流程示意圖。
[0019]圖2是圖1中木頭腐熟的流程示意圖。
[0020]圖3是圖1中脫氮的流程示意圖。
[0021]圖4是圖1中一步脫氮的新機理、方法及與傳統(tǒng)方法的對比。
[0022]圖5是圖1的脫氮的效果對比圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0024]請參照圖1，本發(fā)明實施例提供了一種利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，用于污水處理。該利用木頭進(jìn)行一步脫氮的方法包括如下步驟:[0025]步驟SI，將腐朽木用濃度為9-10%鹽酸溶液持續(xù)浸泡20-30個小時，使得鹽酸溶液將腐朽木腐蝕形成多個便于細(xì)菌生長的微細(xì)孔徑；然后，撈出腐朽木，并用水將腐朽木上殘余的鹽酸溶液沖洗干凈。
[0026]為了避免腐朽木上附著有殘余的鹽酸溶液會損傷細(xì)菌，將沖洗后的腐朽木用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-2%的氫氧化鈉溶液浸泡20-30小時，以中和腐朽木上附著的鹽酸溶液或其它酸性物質(zhì)。用氫氧化鈉溶液浸泡完成后，撈起腐朽木并再次用水沖洗，以進(jìn)一步的去除腐朽木上的雜質(zhì)。之后,將腐朽木放入生理鹽水中浸泡20-30小時后待用。
[0027]需要說明的是，在其它實施方式中，也可以用木頭作為主體培養(yǎng)源的原材料。當(dāng)用木頭作為主體培養(yǎng)源的原材料時，在進(jìn)行步驟SI之前，需先將木頭腐熟為腐朽木，請結(jié)合參照圖2，具體過程為:
[0028]首先，第一步S11，將木頭用水充分浸泡，使木頭含水量達(dá)到40%_50%，并且上述水中添加有尿素；需要說明的是，當(dāng)木頭選用的是樹木時，為了使得樹木充分潮濕以及耐污水沖擊，選擇每一樹木的長度為lm-1.2m,直徑為12cm_20cm。
[0029]接著，第二步S13，將浸泡后的木頭交錯疊放以形成多個木頭堆，且為了保證每根木頭的腐熟效果，每一木頭上設(shè)有多個孔。每一木頭堆的中心位置設(shè)有溫度傳感器或溫度監(jiān)測計，用于感測木頭堆中心處的溫度。當(dāng)木頭堆的中心處的溫度上升至55°C -65°C;優(yōu)選地，當(dāng)木頭堆的中心處的溫度上升至60°C時，將對應(yīng)的木頭堆打亂，翻堆，并再次交錯疊放重建木頭堆。這個過程中包括至少一次翻堆和重建木頭堆。需要說明的是，根據(jù)需要，第二步S13中的翻堆和重建木頭堆可以重復(fù)多次；而當(dāng)使用的是易腐熟的木頭作為主體培養(yǎng)源的原材料時，可以省略第二步S13直接進(jìn)行建木頭堆，然后直接進(jìn)行下述第三步S15。[0030]第三步S15，第二步S13完成后，當(dāng)監(jiān)測木頭堆的中心處的溫度上升至55°C _65°C ；優(yōu)選地，當(dāng)木頭堆的中心處的溫度上升至60°C時，再次將木頭堆打亂，翻堆，并加入白腐菌劑；使白腐菌劑和木頭充分混合后再次建木頭堆，并持續(xù)堆放14-16天，優(yōu)選地，持續(xù)堆放15天。
[0031]第四步S17，當(dāng)持續(xù)堆放了第一個14-16天后，再次將木頭堆打亂，翻堆，并重建木頭堆，且持續(xù)堆放14-16天，優(yōu)選地，持續(xù)堆放15天；此時，木頭腐熟完成形成腐朽木。
[0032]需要說明的是，在其它實施方式中，作為主體培養(yǎng)源的原材料還包括椰殼、果殼、木粉、樹木或枯枝落葉。
[0033]步驟S3，將腐朽木放置到厭氧氨氧化基礎(chǔ)的無機鹽溶液中浸泡28-32天；其中，無機鹽溶液包括以下物質(zhì):0.40-0.6g.L1 的 KHCO3,0.30-0.35g.L1 的 MgSO4.7H20，
0.02-0.03g.L1 的 KH2PO4,0.1-0.15g.L1 的 CaCl2,0.3-0.4g.L1 的 NaNO2,0.4-0.5g.L1的(NH4)2S04。作為優(yōu)選的方式:腐朽木需在無機鹽溶液中浸泡30天。
[0034]步驟S5:將經(jīng)過上述步驟S1、S3處理過的腐朽木放置在脫氮池內(nèi)，并待腐朽木上形成微生物群落，且待Λ-變形菌門的比例達(dá)到50%以上時(即是指Λ-變形菌門中的S-變形菌、Y-變形菌、變形菌的總數(shù)量比例達(dá)到50%以上時)，將污水排放至脫氮池內(nèi)，即可實現(xiàn)總氮的去除，即是一步脫氮。具體地，步驟S5包括如下步驟:
[0035]第一步S51,將腐朽木按照設(shè)定的規(guī)律擺放在脫氮池內(nèi)。多根腐朽木并排成一層一層的排放在脫氮池內(nèi)，且每相鄰兩層腐朽木之間設(shè)有隔網(wǎng)，以通過隔網(wǎng)將腐朽木固定，防止腐朽木在脫氮池內(nèi)浮起來。作為優(yōu)選的:在腐朽木擺放的下方放置反沖系統(tǒng)，避免堵塞同時給厭氧氨氧化菌更好的環(huán)境條件，在池體內(nèi)設(shè)置氣提管，定期清理池體內(nèi)的污泥。
[0036]第二步S52，將污水充滿脫氮池進(jìn)行菌類培養(yǎng)，并持續(xù)培養(yǎng)1-3周，優(yōu)選為3周；在此過程中，保持污水在脫氮池內(nèi)自然流動，并保持脫氮池內(nèi)的溫度20-30°C、氧氣濃度5_8mg/L0
[0037]第三步S53，當(dāng)所述脫氮池內(nèi)開始出現(xiàn)厭氧氨氧化菌，且δ-變形菌、Υ-變形菌、β-變形菌的總數(shù)量比例達(dá)到50%以上時，持續(xù)將污水排放至所述的脫氮池內(nèi)，通過脫氮池內(nèi)的菌類吞噬污水中的含氮有機物，從而除去污水中的氮污染物，達(dá)到凈化污水的目的。 [0038]具體地，當(dāng)所述脫氮池內(nèi)開始出現(xiàn)厭氧氨氧化菌時，特別是δ-變形菌、Υ-變形菌、變形菌的數(shù)量比例達(dá)到50%以上時，持續(xù)將污水排放至所述的脫氮池內(nèi)，通過脫氮池內(nèi)的菌類吞噬污水中的含氮有機物，從而除去污水中的氮污染物，達(dá)到凈化污水的目的，脫氮過程便捷，一步到位且效果好(參照圖5)。在此過程中，菌類附著在腐朽木的微細(xì)孔徑內(nèi)通過不斷攝食污水中的有機物特別是總氮，生長繁殖，完成其生命周期后，一部分菌尸隨著水體流動從微細(xì)孔徑內(nèi)流走，或是被鮮活細(xì)菌從微細(xì)孔徑內(nèi)擠出，因此用腐朽木處理污水將有效解決堵塞問題。
[0039]請結(jié)合參照圖4，上述第三步S53的除氮過程中，以ΝΗ4+-Ν為電子供體、NO2-N為電子受體、羥胺和聯(lián)氨為關(guān)鍵中間產(chǎn)物及氮氣為終產(chǎn)物的生物反應(yīng)。圖4中實線部分表示的是上述第三步S53中除氮的新機理，其總的反應(yīng)式為:ΝΗ4++1.32Ν02-+0.066HC03-+0.13H+ — 1.02N2+0.26NO3-+0.066CH200.5N0.15+2.03H20。
[0040]圖4中的虛線部分及點劃線部分分別表示的是傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)及反硝化反應(yīng)。由圖4的虛線部分可以看出:在傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)過程中，需要通過曝氣的方式來添加額外的氧氣，需要大量的勞力物力來維持曝氣；且在傳統(tǒng)的反硝化反應(yīng)過程中，需要向脫氮池內(nèi)額外投加碳源，增加了能源消耗。請參照表一，可清楚地看出本發(fā)明利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法與傳統(tǒng)的硝化反硝化脫氮方法在能量消耗、化學(xué)品消耗及二氧化碳排放上的對比。
[0041]表一:能量消耗、化學(xué)品消耗及二氧化碳排放的對比數(shù)據(jù)
[0042]
---能量消耗化學(xué)品消耗二氧化碳排
_____
硝化反硝化脫氮方法 1.3 kWh/kg 2.3 kg/kg 3.5 ton/ton 本發(fā)明揭示的脫氮方法 0.1 kWh/kg O kg/kg 0.4 ton/ton
[0043]上述表一并結(jié)合圖5可知:本發(fā)明的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法能耗??；沒有添加化學(xué)物品，且二氧化碳的排放量小，節(jié)能環(huán)保。
[0044]由上述敘述可知:本發(fā)明的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法利用腐朽木為厭氧的菌類營造了天然的寄生環(huán)境，破譯了新的生物脫氮特殊菌株或菌群及微生物轉(zhuǎn)化機制，提高了微生物群落的成活性及繁殖速度。特別是有效地促進(jìn)了 △-變形菌門(Proteobacteria)的δ-變形菌、Y -變形菌、β_變形菌的繁殖。且在脫氮過程中，無需添加任何化學(xué)或有機物質(zhì)，直接利用污水中菌類來反噬除污，節(jié)省了原料消耗；且為了營造菌類的厭氧生存環(huán)境，在脫氮過程中無需曝氣，節(jié)省了人力物力，從而降低了成本。[0045]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，其包括如下幾個步驟: 步驟SI，將腐朽木用濃度為9-10%鹽酸溶液持續(xù)浸泡20-30個小時后，將腐朽木撈出，并沖洗干凈； 步驟S3，將腐朽木放置到厭氧氨氧化基礎(chǔ)的無機鹽溶液中浸泡28-32天； 步驟S5，將腐朽木放置在脫氮池內(nèi)進(jìn)行菌類培養(yǎng)，保持脫氮池內(nèi)的溫度20-30 V、氧氣濃度等5-8mg/L ;并將污水排放至脫氮池內(nèi)，當(dāng)腐朽木上逐步生長成微生物群落,且待Λ -變形菌門的比例達(dá)到50%以上時，即可實現(xiàn)總氮的去除即一步脫氮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，在所述步驟SI中，沖洗干凈后的腐朽木再放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-2%的氫氧化鈉溶液中浸泡20-30小時,之后,撈起腐朽木并再次用水沖洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，將用氫氧化鈉溶液中浸泡、并用水沖洗后的腐朽木放入生理鹽水中浸泡20-30小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述無機鹽溶液包括以下物質(zhì):0.40-0.6g.L1的KHCO3,0.30-0.35g.L1的MgSO4.7Η20，0.02-0.03g.L1 的 KH2PO4,0.1-0.15g.L1 的 CaCl2,0.3-0.4g.L1 的 NaNO2,0.4-0.5g.L1 的(NH4)2SO40
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，所述步驟S5包括: S51，將腐朽木按設(shè)定的規(guī)律擺放在所述脫氮池內(nèi)； S52，將污水充滿所述脫氮池，并使污水在所述脫氮池內(nèi)自然流動，持續(xù)保持1-3周以進(jìn)行菌類培養(yǎng)； S53，當(dāng)所述脫氮池內(nèi)開始出現(xiàn)厭氧氨氧化菌，且δ-變形菌、R-變形菌、β-變形菌的數(shù)量比例達(dá)到50%以上時，持續(xù)將污水排放至所述的脫氮池內(nèi)一步脫氮。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，在所述步驟S51中，多根所述腐朽木并排成一層一層的排放在所述脫氮池內(nèi)，且每相鄰兩層腐朽木之間設(shè)有固定所述腐朽木的隔網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，所選木頭作為主體培養(yǎng)源的原材料，且在所述步驟Si之前，將所述木頭腐熟為所述腐朽木。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，所述木頭包括椰殼、果殼、木粉、樹木或枯枝落葉。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，所述木頭腐熟為所述腐朽木包括如下步驟: S11，將所述木頭用水充分浸泡，使所述木頭含水量達(dá)到40%-50%，所述水中添加有尿素； S15，將浸泡后的所述木頭交錯疊放以木頭堆，當(dāng)監(jiān)測所述木頭堆的中心處的溫度上升至55°C _65°C時，將所述木頭堆打亂，翻堆，并加入白腐菌劑；使所述白腐菌劑和所述木頭充分混合后再次建木頭堆，并持續(xù)堆放14-16天； S17，再次將所述木頭堆`打亂，翻堆，并重建木頭堆，且持續(xù)堆放14-16天后腐熟完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用木頭、腐朽木進(jìn)行一步脫氮的方法，其特征在于，在所述Sll和所述S15之間，將浸泡后的所述木頭交錯疊放以形成木頭堆，當(dāng)所述木頭堆的中心處的溫度上升至55°C _65°C時，將所述木頭堆打亂，翻堆，并再次交錯疊放重建木頭堆至少一次。`
【文檔編號】C02F3/28GK103663723SQ201310652387
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】蔡瓊?cè)A, 陳亮星 申請人:武漢碧湖環(huán)境工程設(shè)計有限責(zé)任公司