申请日2016.08.25
公开(公告)日2016.11.23
IPC分类号C02F3/34; C02F3/32; C02F9/14
摘要
本发明公开了集胞藻‑芽孢杆菌共混体系的污水处理装置及其使用方法，主要涉及微生物矿化处理城市生活污水领域。集胞藻‑芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，包括自上而下依次连通的灭菌装置、微生物反应器、矿物回收装置，所述微生物反应器内按菌藻比1:1000～1：50装入集胞藻和芽孢杆菌以形成共生体系，本发明的有益效果在于：它通过在装置中建立菌‑藻共生体系，利用集胞藻产氧，供应和平衡芽孢杆菌的生长需求，实现了微生物污水处理在规模化生产中的应用，具有较高的经济价值和社会意义。
摘要附图
权利要求书
1.集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：包括自上而下依次连通的灭菌装置、微生物反应器、矿物回收装置，所述微生物反应器内按菌藻比1:1000～1：50装入集胞藻和芽孢杆菌以形成共生体系，所述集胞藻的起始浓度为0.16×109个/ml～0.64×109个/ml。
2.根据权利要求1所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述微生物反应器内按菌藻比1:100装入集胞藻和芽孢杆菌，所述芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌，所述集胞藻的起始浓度为0.35×109个/ml。
3.根据权利要求1所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述微生物反应器包括透明结构的壳体(1)，所述壳体(1)的侧壁上安装有光源灯，所述壳体(1)的侧壁上设有透明结构的连通器(2)，所述壳体(1)内装有接种有集胞藻的BG-11培养基，所述壳体(1)内竖直的设有筒状的反应柱(3)，所述反应柱(3)的内腔中填充有包埋芽孢杆菌的海藻酸钠胶囊(4)，所述反应箱的底部安装有曝气装置(5)。
4.根据权利要求3所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述壳体(1)为有机玻璃结构的圆柱形壳体(1)，所述反应柱(3)为有机玻璃筒体结构，所述光源灯为LED灯，所述曝气装置(5)包括用于充入灭菌气体的进气管(6)，所述进气管(6)的外端设有进气阀门，所述进气管(6)上设有与其相连通的曝气管(7)，所述曝气管(7)的顶部设有曝气孔(8)。
5.根据权利要求1所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述灭菌装置包括灭菌箱(9)，所述灭菌箱(9)内安装有用于高温灭菌的石棉加热板，所诉灭菌箱(9)的顶部设有进液口(10)，所述灭菌箱(9)与微生物反应器之间安装有流量控制阀门。
6.根据权利要求5所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述灭菌箱(9)内设有若干个水平的分层隔板(11)，所述分层隔板(11)与灭菌箱(9)的截面相对应，所述灭菌箱(9)的一端设有缺口(19)，相邻所述分层隔板(11)的缺口(19)错位设置，所述分层隔板(11)上设有若干个竖直的挡板(12)，所述挡板(12)交错设置形成蛇形通道。
7.根据权利要求1所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述矿物回收装置包括回收斗(13)，所述回收斗(13)的顶部设有与微生物反应器相连通的卸料通道(14)，所述回收斗(13)侧壁的顶部设有废液排放口(20)，所述卸料通道(14)上安装有卸料阀门，所述回收斗(13)的底面为锥形坡面，所述回收斗(13)内居中的安装有与其转动连接的中轴(15)，所述中轴(15)的下部设有桁架(16)，所述桁架(16)的底侧设有与回收斗(13)相配合的刮料板(17)，所述回收斗(13)的底面居中的设有出料口(18)，所述出料口(18)上安装有出料阀门。
8.一种使用如权利要求1～7任一项所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为20～28℃，使用光照强度为4000～6000lx，进行10～14小时光照和10～14小时黑暗的交替光照连续培养5～7天;
步骤2：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在0.05～0.2MPa条件下进行110～130℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，与集胞藻-芽孢杆菌共生体系在光照强度4000～6000lx下恒温20～28℃反应20～28天，得到废液和矿物沉淀;
步骤3：打开矿物回收装置使所述废液和矿物沉淀进入，并收集矿物沉淀，即完成。
9.根据权利要求8所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，其特征在于：所述步骤1为：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为25℃，使用光照强度为5000lx，进行12小时光照和12小时黑暗的交替光照连续培养7天;所述步骤2为：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在0.15MPa条件下进行120℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，与集胞藻-芽孢杆菌共生体系在光照强度5000lx下恒温25℃反应20～28天，得到废液和矿物沉淀。
说明书
集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及微生物矿化处理城市生活污水领域，具体是集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置及其使用方法。
背景技术
随着我国工业的蓬勃发展和人民生活质量的不断提高，城市污水产量越来越大。由于我国的污水处理能力严重不足，导致近50%的城市污水得不到妥善的处理而被排入河流、湖泊、海洋等自然环境，造成水体环境污染，威胁生态平衡，影响人们的身体健康。而通过微生物处理污水是近年来污水处理研究的热点，微生物净水以其效率高、成本底、见效快等优势逐步成为最具有前景的净水方向，目前随着对此种方法的探讨和研究逐渐深入，人们逐渐将目光集中在光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、酵母菌上，将上述微生物作为净水的主要主体。其中，芽孢杆菌是土壤中的优势种群，具有丰富的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶等，它能够强烈的分解碳、氮系、磷系、硫系污染物，分解复杂多糖、蛋白质和水溶性有机物，成为目前净水研究的热点。
然而，上述结论大部分仍然处于实验室的探讨阶段，在实际应用中尚欠缺相应的反应处理设备，使研究成果的经济价值大受影响，降低对实际生产的指导意义。
此外，在进行规模化实验中，芽孢杆菌的生长需要氧等条件，如何快速的培养和保持芽孢杆菌的浓度与活性，就成为利用芽孢杆菌进行生产的主要技术点之一。如果能降低对系统的输入，平衡芽孢杆菌的生长需求，维持微生物反应中足够的浓度和活性，就成为微生物技术应用与生产的主要研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置及其使用方法，它通过在装置中建立菌-藻共生体系，利用集胞藻产氧，供应和平衡芽孢杆菌的生长需求，实现了微生物污水处理在规模化生产中的应用，具有较高的经济价值和社会意义。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，包括自上而下依次连通的灭菌装置、微生物反应器、矿物回收装置，所述微生物反应器内按菌藻比1:1000～1：50装入集胞藻和芽孢杆菌以形成共生体系，所述集胞藻的起始浓度为0.16×109个/ml～0.64×109个/ml。
优选的，所述微生物反应器内按菌藻比1:100装入集胞藻和芽孢杆菌，所述芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌，所述集胞藻的起始浓度为0.35×109个/ml。
所述微生物反应器包括透明结构的壳体，所述壳体的侧壁上安装有光源灯，所述壳体的侧壁上设有透明结构的连通器，所述壳体内装有接种有集胞藻的BG-11培养基，所述壳体内竖直的设有筒状的反应柱，所述反应柱的内腔中填充有包埋芽孢杆菌的海藻酸钠胶囊，所述反应箱的底部安装有曝气装置。
所述壳体为有机玻璃结构的圆柱形壳体，所述反应柱为有机玻璃筒体结构，所述光源灯为LED灯，所述曝气装置包括用于充入灭菌气体的进气管，所述进气管的外端设有进气阀门，所述进气管上设有与其相连通的曝气管，所述曝气管的顶部设有曝气孔。
所述灭菌装置包括灭菌箱，所述灭菌箱内安装有用于高温灭菌的石棉加热板，所诉灭菌箱的顶部设有进液口，所述灭菌箱与微生物反应器之间安装有流量控制阀门。
所述灭菌箱内设有若干个水平的分层隔板，所述分层隔板与灭菌箱的截面相对应，所述灭菌箱的一端设有缺口，相邻所述分层隔板的缺口错位设置，所述分层隔板上设有若干个竖直的挡板，所述挡板交错设置形成蛇形通道。
所述矿物回收装置包括回收斗，所述回收斗的顶部设有与微生物反应器相连通的卸料通道，所述回收斗侧壁的顶部设有废液排放口，所述卸料通道上安装有卸料阀门，所述回收斗的底面为锥形坡面，所述回收斗内居中的安装有与其转动连接的中轴，所述中轴的下部设有桁架，所述桁架的底侧设有与回收斗相配合的刮料板，所述回收斗的底面居中的设有出料口，所述出料口上安装有出料阀门。
所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为20～28℃，使用光照强度为4000～6000lx，进行10～14小时光照和10～14小时黑暗的交替光照连续培养5～7天;
步骤2：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在0.05～0.2MPa条件下进行110～130℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，与集胞藻-芽孢杆菌共生体系在光照强度4000～6000lx下恒温20～28℃反应20～28天，得到废液和矿物沉淀;
步骤3：打开矿物回收装置使所述废液和矿物沉淀进入，并收集矿物沉淀，即完成。
优选的，所述步骤1为：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为25℃，使用光照强度为5000lx，进行12小时光照和12小时黑暗的交替光照连续培养7天;所述步骤2为：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在0.15MPa条件下进行120℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，与集胞藻-芽孢杆菌共生体系在光照强度5000lx下恒温25℃反应20～28天，得到废液和矿物沉淀。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明利用微生物提供了一种专门用于处理城市生活污水的装置，将微生物净水的研究成果应用于实际生产，具有较高的生产指导意义和经济价值。所述灭菌装置用于对所处理的污水进行灭菌处理，通过所述微生物反应器内按菌藻比1:1000～1：50装入集胞藻和芽孢杆菌能够建立菌-藻共生体系，在上述比例条件下的芽孢杆菌生长旺盛，活性较好，利用集胞藻产氧，为芽孢杆菌的生长提供必要条件，使其满足污水处理的需要，并减少对共生系统的输入，有效节约资源。通过反复试验得知，应用本发明的装置及方法对已经经过沉淀过滤、去碳酸化的城市生活污水进行处理后，能够将肺水肿的氮磷污染元素转化为例如鸟粪石等微生物所产矿石，即实现了水质的净化，亦能变废为宝，所产矿物能够广泛应用于农业肥料等产业，具有突出的经济效益、生态效益以及社会效益。
经过大量实验比对发现，所述微生物反应器内按菌藻比1:100装入集胞藻和芽孢杆菌所建立的菌-藻共生体系的生长状态最好，菌群的生长及活性均在峰值，在对矿物的转化生产方面具有突出的优势。
所述地衣芽孢杆菌对环境和人体无害，且对人体的新陈代谢具有调节功能，还具有易于通过购买获得，生物成膜性能好的优势，适合应用于污水处理。
所述微生物反应器针对菌-藻共生体系的培养及污水微生物反应而设计，所述壳体的透明结构与侧壁上的光源灯相配合，为菌-藻共生体系的建立提供培养光源条件，所述连通器的设置，方便操作者利用可见光吸光度的方法检测壳体内液相介质的吸光度，进而获得集胞藻的细胞密度，指导操作节点的判断。所述芽孢杆菌通过包埋的方法固定在海藻酸钠胶囊内，实现菌体在反应柱中的固定，避免菌体悬浮在水中，并实现反复利用，同时液相介质中仅有集胞藻，能够实现对集胞藻细胞密度的精确检测，进而保证对工艺进度和操作节点的准确判断，提高废水处理的成功率和高效性。通过曝气装置向上曝气，使污水在微生物反应器内实现有序、有效的循环，促进污水与固定的芽孢杆菌进行充分、均匀的接触、反应，提高反应效率。同时还能有效保持水体的扰动，避免菌体抱团，成矿不均等问题。
所述曝气装置的结构简洁有效，通过充入无菌气体实现对水体的有序扰动，循环效果好。
利用石棉加热板的多空加热介质结构，为污水水体快速有效的灭菌，为后续进入生物反应器后，保持芽孢杆菌的优势菌群提供条件。所述分层隔板与挡板共同形成横向三层和纵向三列的折流缓流蛇形灭菌腔，使污水能充分加热灭菌。
所述矿物回收装置主要包括回收斗和带刮料板的桁架，通过刮料板对斗底的挂起搅动作用使所处理的废水及产生的矿物能全部卸出，提高所产矿物的回收率。
所述溢流口的设置用于在矿物回收装置的顶部排出废液。反应完成后的固液混合物卸下后，固体产物多聚集在底部，液体在上部通过溢流口流出，当矿物回收装置达到饱和后，将固体产物自下端的出料口卸出，实现了固液的初步分离，有利于生产的连续化运行。
本发明所公开的集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，通过反复试验论证，采用步骤1的光照条件、恒温条件及培养时间要求，能够获得高效的菌-藻共生体系，为污水处理提供微生物前提。同时，经过实践证明，经过菌-藻共生体系反应20～28天之后的污水矿物产量最佳，净化效果最好。