高新同步降解抗生素的深度脱氮系统技术

高新同步降解抗生素的深度脱氮系统技术

1.本高新技术涉及一种同步降解抗生素的深度脱氮系统,属于污水处理技术领域。

背景技术:

2.抗生素在人类与动物疾病防治、畜禽饲料添加剂等方面得到广泛应用,但抗生素在动物体内的代谢率较低,30%~90%的抗生素以原药或初级代产物的形式通过排泄物释放到环境中,年排放量超过5万吨;由于传统污水处理工艺主要是针对cod、bod、n、p、ss等污染物,导致抗生素在传统污水处理工艺中无法有效去除。
3.常规的用于抗生素废水处理的物化方法(如吸附、光降解和电解法)需新增构筑物,控制复杂,并会增加运行成本,导致现有的污水处理厂均未设置针对抗生素等新兴有机污染物的深度处理设施。
4.甲烷氧化菌在氧化甲烷的过程中能有效地实现脱氮,该过程分为好氧甲烷氧化耦合反硝化(ame-d)和厌氧甲烷氧化耦合反硝化(anme-d),其中,好氧甲烷氧化菌氧化甲烷的过程中,会产生关键酶(甲烷单加氧酶,mmo),该酶能有效实现抗生素等难降解有机物的分解。
5.由于污水处理厂通常需要设置深度脱氮设施,故本高新技术通过甲烷氧化菌的特异性功能,构建同步降解抗生素的深度脱氮系统,是污水处理厂可行的污水深度处理技术。

技术实现要素:

6.本高新技术针对传统污水处理厂无法有效去除污水中的抗生素、现有技术难以实施应用等问题;专门针对抗生素去除的工艺对参数的控制要求严格,但无法兼顾总氮等其他污染物的去除,而总氮的去除也往往需要投加碳源,成本增加、经济效益低、资源浪费等问题突出;此外,污水和污泥处理过程中的厌氧段会产生大量甲烷气体,直接排放环境,引发温室效应,对环境造成污染;针对上述问题本高新技术的目的在于提供一种同步降解抗生素的深度脱氮系统,以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的,本高新技术提供如下技术方案:
8.一种同步降解抗生素的深度脱氮系统,包括装置主体,其特征在于:所述装置主体包括两个容腔且彼此串联,在第一个容腔左侧设置第一进水道且该进水道与第一容腔底部连通,在第二容腔左侧设置第二进水道,该第二进水道的上端与第一容腔上部的出水端连通,第二进水道的下端与第二容腔底部连通,实现两容腔内部的水流均向上;
9.在两容腔底部内都设置有配气配水区,在配气配水区内设置曝气系统,在第一容腔的曝气系统输入端连接混合器进气泵,在第二容腔的曝气系统输入端连接鼓风机;
10.在第一容腔内填充填料ⅰ,在第一容腔上方设置气体收集区;
11.在第二容腔内填充填料ⅱ,在第二容腔上方设置出气管。
12.优选的,在气体收集区和混合器进气泵的通道上均设置设有甲烷在线监测仪。
13.优选的,在第一进水道的输入端连接进水管,在第二容腔上方的出水端连接设置
出水管。
14.一种基于的同步降解抗生素的深度脱氮系统实现脱氮的方法,包括以下步骤:
15.步骤一:微生物挂膜;装置启动时,向装置主体投加接种微生物,并加入含有抗生素的污水处理厂二沉池出水并充满装置主体后,启动气体收集区、混合器进气泵、鼓风机和出气管,关闭进水管和出水管,只进行气体进出,反应3-4天,完成微生物挂膜;
16.步骤二:微生物连续降解抗生素及脱氮;挂膜阶段结束后,同时进水管和出水管,装置正常运行,通过混合气体进气泵向装置主体的第一容腔输送混合气体,通过鼓风机向装置主体的第二容腔输送空气,通过进水管向装置进水,进水通过装置第一容腔底部的配气配水区进入装置内部,下进上出,并从顶部溢流进入第二容腔的底部,在单一装置中同步实现降解抗生素和深度脱氮;
17.步骤三:相关参数检测;通过气体收集区对装置主体的第一容腔的出气进行收集,通过甲烷在线监测仪实时监测出气体收集区中甲烷浓度的变化,每天检测进出水中ph、do、温度、氨氮、亚氮、硝氮和cod浓度物化指标,每两天检测进出水中抗生素的浓度变化,分析系统对氨氮、硝氮、总氮及污染物抗生素的去除情况;
18.步骤四:甲烷消耗量计算;运行一段时间后,根据甲烷在线监测仪监测的气体收集区中甲烷浓度变化,计算系统对甲烷的消耗量,并分析系统的脱氮效率。
19.步骤五:系统运行稳定后,观察装置主体中填料ⅰ和填料ⅱ表面微生物的生长情况,采集填料ⅰ和填料ⅱ表面上微生物,并采用16s rrna高通量测序分析微生物种群结构,分析功能微生物的比例。
20.优选的,所述通过混合气体进气泵向装置主体第1段输送混合气体,通过鼓风机向装置主体第2段输送空气,气流速度均为30-50ml/min,其中混合气体中甲烷浓度为1-4%,第二容腔上的鼓风机进气为空气。
21.优选的,所述填料ⅰ可采用柔性纤维丝组合填料、纤维球或石英砂,所述填料ⅱ采用石英砂。
22.优选的,所述进水为污水处理厂二沉池出水,常规污染物浓度最大值为氨氮8mg/l、硝氮12mg/l、总氮20mg/l、总磷1mg/l,抗生素污染物浓度最大值100μg/l。
23.优选的,连续降解微生物及脱氮中第一容腔的水力停留时间为12-24h,第二容腔的水力停留时间为8-12h。
24.与现有技术相比,本高新技术的有益效果是:
25.(1)构建的反应体系能够在单一装置内同步完成抗生素及总氮的去除两种功能,反应装置占地少,操作流程简单可行;
26.(2)采用两级进气方式,装置主体左边容腔进混合气体,右边容腔进空气,在同一装置主体内部进行不同的反应;
27.(3)甲烷进气浓度可控,甲烷底部进气顶部出气,便于反应体系对甲烷的充分均匀利用,并对出气甲烷浓度进行实时监测,了解体系对甲烷的利用率;
28.(4)采用柔性纤维丝组合填料、纤维球或石英砂作为填料,在填料表面同步形成好氧、厌氧与缺氧的微环境,可富集好氧甲烷氧化菌利用甲烷作为一级基质,共代谢降解作为二级基质的抗生素,同时产生有机物,为反硝化菌脱氮提供碳源,无需再外加碳源;
29.(5)可对甲烷进行资源化利用,缓解温室效应,同时开发甲烷氧化菌资源。
30.因此,本高新技术利用甲烷氧化菌的特异性功能,构建同步降解抗生素的深度脱氮系统,形成适合各功能微生物成长的微环境,好氧甲烷氧化菌利用甲烷作为一级基质共代谢降解二级基质抗生素,反硝化菌利用甲烷氧化产生的中间产物进行脱氮,实现抗生素及氮同步去除,对污水中残留的抗生素去除提供思路,同时实现甲烷资源化利用,缓解温室效应,具有显著的经济和环境效益。
附图说明
31.图1为本高新技术的结构示意图。
32.图中:1-装置主体、2-填充填料ⅰ、3-填充填料ⅱ、4-曝气系统、5-配气配水区、6气体收集区、7-甲烷在线监测仪、8-混合器进气泵、9-鼓风机、 10-进水管、11-出水管、12-第一进水道、13-第二进水道、14-出气管。
具体实施方式
33.下面将结合本高新技术实施例中的附图,对本高新技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本高新技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本高新技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本高新技术保护的范围。
34.另外,本高新技术中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
35.请参阅图1,本高新技术实施例中,
36.一种同步降解抗生素的深度脱氮系统,包括装置主体1,所述装置主体1 包括两个容腔且彼此串联,在第一个容腔左侧设置第一进水道12且该进水道 12与第一容腔底部连通,在第二容腔左侧设置第二进水道13,该第二进水道 13的上端与第一容腔上部的出水端连通,第二进水道13的下端与第二容腔底部连通,实现两容腔内部的水流均向上;
37.在两容腔底部内都设置有配气配水区5,在配气配水区5内设置曝气系统 4,在第一容腔的曝气系统4输入端连接混合器进气泵8,在第二容腔的曝气系统4输入端连接鼓风机9;在第一容腔内填充填料ⅰ2,在第一容腔上方设置气体收集区6;在第一容腔内填充填料ⅱ3,在第二容腔上方设置出气管14,在气体收集区6和混合器进气泵8的通道上均设置设有甲烷在线监测仪7,在第一进水道12的输入端连接进水管10,在第二容腔上方的出水端连接设置出水管11。
38.根据上述同步降解抗生素的深度脱氮系统实现脱氮的方法,包括以下步骤:
39.步骤一:微生物挂膜;装置启动时,向装置主体1投加接种微生物,并加入含有抗生素的污水处理厂二沉池出水并充满装置主体1后,启动气体收集区6、混合器进气泵8、鼓风机9和出气管14,关闭进水管10和出水管11,只进行气体进出,反应3-4天,完成微生物挂膜;
40.步骤二:微生物连续降解抗生素及脱氮;挂膜阶段结束后,同时进水管 10和出水管11,装置正常运行,通过混合气体进气泵8向装置主体1的第一容腔输送混合气体,通过鼓风机9向装置主体2的第容腔输送空气,通过进水管10向装置进水,进水通过装置第一容腔
底部的配气配水区5进入装置内部,下进上出,并从顶部溢流进入第二容腔的底部,在单一装置中同步实现降解抗生素和深度脱氮;
41.步骤三:相关参数检测;通过气体收集区6对装置主体1的第一容腔的出气进行收集,通过甲烷在线监测仪7实时监测出气体收集区6中甲烷浓度的变化,每天检测进出水中ph、do、温度、氨氮、亚氮、硝氮和cod浓度物化指标,每两天检测进出水中抗生素的浓度变化,分析系统对氨氮、硝氮、总氮及污染物抗生素的去除情况;
42.步骤四:甲烷消耗量计算;运行一段时间后,根据甲烷在线监测仪7监测的气体收集区6中甲烷浓度变化,计算系统对甲烷的消耗量,并分析系统的脱氮效率。
43.步骤五:系统运行稳定后,观察装置主体1中填料ⅰ2和填料ⅱ3表面微生物的生长情况,采集填料ⅰ2和填料ⅱ3表面上微生物,并采用16s rrna 高通量测序分析微生物种群结构,分析功能微生物的比例,所述通过混合气体进气泵8向装置主体第1段输送混合气体,通过鼓风机9向装置主体第2 段输送空气,气流速度均为30-50ml/min,其中混合气体中甲烷浓度为1-4%,第二容腔上的鼓风机进气为空气,所述填料ⅰ2可采用柔性纤维丝组合填料、纤维球或石英砂,所述填料ⅱ3采用石英砂。
44.优选的,所述进水为污水处理厂二沉池出水,常规污染物浓度最大值为氨氮8mg/l、硝氮12mg/l、总氮20mg/l、总磷1mg/l,抗生素污染物浓度最大值100μg/l。
45.本实施例运行稳定期间,在进水氨氮浓度为0.7mg/l、总氮浓度为9mg/l 的情况下,氨氮平均去除率为21.43%,总氮平均去除率为96.14%。进水中的四环素、氧氟沙星和磺胺甲恶唑抗生素分别为88114.71ng/l、6642.26ng/l 和958.81ng/l,出水分别下降为22487.37ng/l、102.10ng/l和218.65ng/l。系统中检测出的主要甲烷氧化菌属分别为methylobacter(0.52%)、 methylomonas(0.39%)、methylocaldum(0.25%)、methylosarcina(0.17%) 和methylococcus(0.16%);主要的反硝化菌属分别为terrimonas(4.74%)、 flavobacterium(1.42%)、pedobacter(0.51%)和rhizobium(0.25%);主要的硝化菌属为nitrospira(1.38%),nitrobacter(0.03%);主要的亚硝化菌属为nitrosomonas(0.07%)和nitrosospira(0.06%)。
46.对于本领域技术人员而言,显然本高新技术不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本高新技术的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本高新技术;因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本高新技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本高新技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
47.此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征:
1.一种同步降解抗生素的深度脱氮系统,包括装置主体(1),其特征在于:所述装置主体(1)包括两个容腔且彼此串联,在第一个容腔左侧设置第一进水道(12)且该进水道(12)与第一容腔底部连通,在第二容腔左侧设置第二进水道(13),该第二进水道(13)的上端与第一容腔上部的出水端连通,第二进水道(13)的下端与第二容腔底部连通,实现两容腔内部的水流均向上;在两容腔底部内都设置有配气配水区(5),在配气配水区(5)内设置曝气系统(4),在第一容腔的曝气系统(4)输入端连接混合器进气泵(8),在第二容腔的曝气系统(4)输入端连接鼓风机(9);在第一容腔内填充填料ⅰ(2),在第一容腔上方设置气体收集区(6);在第二容腔内填充填料ⅱ(3),在第二容腔上方设置出气管(14)。2.根据权利要求1所述的一种同步降解抗生素的深度脱氮系统,其特征在于:在气体收集区(6)和混合器进气泵(8)的通道上均设置设有甲烷在线监测仪(7)。3.据权利要求1所述的一种同步降解抗生素的深度脱氮系统,其特征在于:在第一进水道(12)的输入端连接进水管(10),在第二容腔上方的出水端连接设置出水管(11)。
技术总结
本高新技术公开一种同步降解抗生素的深度脱氮系统,本高新技术中装置主体分为两个容腔,采用连续式运行方式;第一容腔供应甲烷与空气形成的混合气体,第二容腔供应空气,形成适合不同微生物生长的微环境,通过好氧甲烷氧化菌利用甲烷作为一级基质共代谢降解二级基质抗生素,并为反硝化菌提供碳源;构建出的系统可利用甲烷氧化菌的特异性功能,实现同步降解抗生素和深度脱氮,对污水中残留抗生素的去除提供思路,同时实现甲烷资源化利用,缓解温室效应,具有显著的经济和环境效益。具有显著的经济和环境效益。具有显著的经济和环境效益。

技术开发人、权利持有人:李彦澄 李蕾 艾佳 罗坤 李江 吴攀

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