[发明专利]一种反硝化型甲烷厌氧氧化反应器及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及厌氧微生物富集培养反应器的开发，具体是一种反硝化型甲烷厌氧氧化反应器及其使用方法。在控制反应器严格厌氧的环境条件下实现营养物质的添加及甲烷的曝气，定期检测相关指标，完成反硝化甲烷厌氧氧化微生物的培养。

背景技术

自工业化进程以来，大气中甲烷（CH₄）浓度从715 ppbv 上升到1770 ppbv，是工业化前的2.5倍。目前，CH₄是仅次于CO₂和CFCs的第三大温室气体，且每吨CH₄造成全球暖化的威力，比CO₂高出25倍。因此，CH₄成为了当前环境领域的关注焦点，减排温室气体CH₄首当其冲。

生物脱氮也是当前废水处理领域的研究热点，传统的生物脱氮通过硝化过程将NH₄⁺氧化为NO₂^-后再进一步转化成NO₃^-，然后再由反硝化细菌将NO₃^-转化成N₂，其中反硝化过程需要碳源。目前，很多高含氮污水由于碳氮比低，在反硝化过程往往需要外加碳源。而同时在污水处理厂的厌氧处理过程如污泥厌氧消化过程中，会产生大量的CH₄，如这些CH₄能作为反硝化过程的碳源，不仅能降低污水处理厂的能耗，而且能减少CH₄的排放量。

根据化学反应热力学，自然界存在以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的甲烷厌氧氧化反应。但是这样的反应过程及相关的微生物一直未被发现。直到2006年，荷兰内梅亨大学的科研人员才在Nature上发表论文，报道他们在实验室中证实了这个反硝化型甲烷厌氧氧化过程，该课题组以荷兰Twentekanaal河底泥为接种物，以NO₃^-和NO₂^-作为电子受体，不断地供给CH₄，经过16个月的培养，成功富集了反硝化型甲烷厌氧氧化微生物。

紧接着，澳大利亚昆士兰大学的研究人员以布里斯班一污水处理厂的活性污泥、消化污泥和淡水湖的底泥为接种物，也成功富集了反硝化型甲烷厌氧氧化微生物。

反硝化型甲烷厌氧氧化工艺过程的证实对促进全球氮及甲烷循环的生物过程的认识和以甲烷为有机碳源的废水生物脱氮技术的发展意义重大。反硝化型甲烷厌氧氧化过程的研究随之成为环境领域研究的热点。

为了进一步研究反硝化型甲烷厌氧氧化工艺的相关机理，最主要的任务就是富集反硝化型甲烷厌氧氧化微生物。但是反硝化型甲烷厌氧氧化微生物的培养具有一定的难度。其难度在于该种微生物必需在严格厌氧的环境下生长，并且在维持其生长环境完全厌氧状态的同时，必须提供碳源及各种营养物质满足其生长所需，并调节pH、溶解氧等相关参数，使微生物的生长环境保持最适状态。

发明内容

本发明的目的是为反硝化型甲烷厌氧氧化微生物得到成功富集培养，提供一种反硝化型甲烷厌氧氧化反应器及其使用方法。

一种反硝化型甲烷厌氧氧化反应器，采用圆柱体结构, 反应器顶部设有顶盖、加料口以及传感器放置口，其中顶盖上设有排气口；加料口和传感器放置口均配制螺纹盖，能保证反应器的密闭性；反应器侧壁上设置有多个取样口，且多个取样口位于不同高度；圆柱内底面设置有搅拌子。

所述的取样口与排气口均设有阀门，能接橡胶软管，加料口设置有实心胶塞。当反应器所设螺纹盖都拧紧，所有阀门均关闭时，反应器呈全封闭状态，其内部环境完全厌氧。

一种反硝化型甲烷厌氧氧化反应器的使用方法，具体如下：

打开顶盖加入接种污泥；加料口用于日常添加小剂量液体药剂；传感器放置口用于放置各种传感器以便各种实验参数的控制，如pH探头、溶解氧探头；排气口用于排气；反应器取样口除了用于取样之外还用于充CH₄进行曝气、添加固体药剂；启动磁力搅拌器后，底部搅拌子持续搅拌使反应器内泥水均匀混合。

本发明取样口充CH₄曝气的具体操如下：

取样口接橡胶软管充入CH₄，同时打开顶部排气口的阀门接通通向大气的橡胶软管，排出反应器内由反硝化反应产生的其他气体。如需为反应器加压，则关闭顶盖排气口的阀门，从取样口充入CH₄数分钟，具体参照实际情况。