申請(qǐng)日2015.07.30
公開(公告)日2015.10.07
IPC分類號(hào)C12N1/20; C12M1/38; C12M1/04; C12M1/34; C12M1/36
摘要
本發(fā)明公開了一種污水處理過程中富集培養(yǎng)固定化硝化菌的方法及裝置，采用序批式生物膜活性污泥法富集培養(yǎng)硝化菌，在固定化硝化菌培養(yǎng)裝置內(nèi)接種脫水污泥，接種后添加富集培養(yǎng)液，培養(yǎng)過程中通過逐步提高生物膜氨氮負(fù)荷和控制pH進(jìn)行硝化菌富集培養(yǎng)。所用的富集培養(yǎng)液由NH4HCO3和經(jīng)過預(yù)處理的市政污水混合而成，氨氮濃度分別為100、300、500、700、1000mg/L，COD濃度為30～60mg/L。通過控制固定化硝化菌培養(yǎng)裝置使反應(yīng)混合物中DO為2～6mg/L，pH為6.5～8.0，掛膜馴化培養(yǎng)溫度為10～14℃，富集純化培養(yǎng)溫度為15～25℃。本發(fā)明能夠在低溫下培養(yǎng)硝化菌，硝化菌含量高達(dá)40～45%;該固定化硝化菌不僅具備較強(qiáng)的耐低溫硝化性能，而且能處理氨氮濃度達(dá)1000mg/L的廢水，使廢水中氨氮降到1.0mg/L以下。
權(quán)利要求書
1.一種污水處理過程中富集培養(yǎng)固定化硝化菌的方法，在硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)接種污水 處理廠的脫水污泥，然后按照序批式生物膜活性污泥法富集培養(yǎng)硝化菌;
所述的序批式生物膜活性污泥法指的是，每天按照進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水和閑置工序 周期性運(yùn)行;
所述的進(jìn)水，添加的是NH4HCO3和經(jīng)過預(yù)處理的市政污水配制而成的培養(yǎng)液，培養(yǎng)液中 的氨氮濃度在100～1000mg/L內(nèi)逐步提高，從而逐步提高硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)生物膜的氨氮 負(fù)荷;
在所述的曝氣工序，進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，將pH控制在6.5～8.0之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)、接種污泥：在硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)接種城市污水處理廠運(yùn)行過程中含有硝化細(xì)菌的 脫水污泥，接種后脫水污泥的可揮發(fā)性污泥濃度為2500～3500mg/L;
(2)、配制富集培養(yǎng)液：以NH4HCO3和經(jīng)過預(yù)處理的市政污水配制成氨氮濃度分別為100、 300、500、700、1000mg/L的富集培養(yǎng)液，不同氨氮濃度的富集培養(yǎng)液的COD均為30～60mg/L;
所述的經(jīng)過預(yù)處理的市政污水是指經(jīng)過粗格柵、細(xì)格柵、曝氣沉砂池和初沉池處理后的 市政污水;
(3)、固定化硝化菌的培養(yǎng)：分為掛膜馴化培養(yǎng)階段和富集純化階段，均按照序批式生物 膜活性污泥法富集培養(yǎng)硝化菌，即在硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)每天按照進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水 和閑置工序周期性運(yùn)行，每天運(yùn)行3個(gè)周期，每個(gè)周期持續(xù)8h;每個(gè)周期的曝氣階段用pH 調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物的pH，將pH控制在6.5～8.0;
所述的掛膜馴化培養(yǎng)階段，進(jìn)水的富集培養(yǎng)液中氨氮的濃度為100mg/L，培養(yǎng)時(shí)間為 30～40天，培養(yǎng)溫度為10～14℃;
所述的富集純化階段，培養(yǎng)時(shí)間為60～90天，培養(yǎng)溫度為15～25℃;該階段以逐步提高 生物膜氨氮負(fù)荷的方法進(jìn)行培養(yǎng)，即富集培養(yǎng)液中氨氮的濃度以300mg/L、500mg/L、 700mg/L、1000mg/L的梯度逐步提高，每個(gè)梯度至少培養(yǎng)15天;
所述的兩個(gè)培養(yǎng)階段，培養(yǎng)過程中反應(yīng)器內(nèi)的培養(yǎng)混合物的溶解氧不低于2mg/L，脫水 污泥的污泥沉降比不高于30%;
(4)、收集固定化硝化菌：當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)脫水污泥的可揮發(fā)性污泥濃度由2500～3500mg/L 下降至1500～1800mg/L、富集固定化硝化菌的活性污泥的可揮發(fā)性污泥濃度由0mg/L增長至 950～1150mg/L、且富集培養(yǎng)液中氨氮的濃度不高于1.0mg/L時(shí)培養(yǎng)結(jié)束，收集反應(yīng)器內(nèi)的懸 浮填料上富集的活性污泥，即得固定化硝化菌。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述的pH調(diào)節(jié)劑為濃度 為5mol/L的NaOH溶液，硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)的培養(yǎng)混合物的pH為7.0～8.0，溶解氧為2～6 mg/L，污泥沉降比為30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所述的固定化硝化菌，數(shù)量 占活性污泥中總菌數(shù)量的40～45%;固定化硝化菌的優(yōu)勢菌屬為亞硝化單胞菌屬和硝化桿菌 屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(3)按照序批式生物膜活性污泥法 富集培養(yǎng)硝化菌，每個(gè)周期按照下述步驟運(yùn)行：
�、龠M(jìn)水：向固定化硝化菌培養(yǎng)裝置內(nèi)通入配制好的富集培養(yǎng)液，進(jìn)水時(shí)間為30min，富 集培養(yǎng)液進(jìn)水量為富集培養(yǎng)液、脫水污泥總體積的20%;
�、谄貧猓哼M(jìn)水結(jié)束的同時(shí)開始曝氣計(jì)時(shí)，曝氣6.5h，曝氣階段進(jìn)行所述的pH調(diào)節(jié);
③沉淀：曝氣結(jié)束的同時(shí)開始沉淀計(jì)時(shí)，沉淀時(shí)間為10min;
�、芘潘撼恋斫Y(jié)束后立即排出裝置內(nèi)混合液，排水時(shí)間為30min，排水量與步驟①中的 進(jìn)水量相同;
�、蓍e置：排水結(jié)束后閑置20min，然后進(jìn)入下一個(gè)周期依次循環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的掛膜馴化培養(yǎng)階段每個(gè)周期進(jìn)水時(shí)， 通入富集培養(yǎng)液中的氨氮濃度均為100mg/L，曝氣4h時(shí)檢測硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物 的氨氮濃度，當(dāng)運(yùn)行至少30天、且氨氮濃度不高于1.0mg/L時(shí)培養(yǎng)結(jié)束;
所述的富集純化階段進(jìn)水的富集培養(yǎng)液中氨氮濃度以300mg/L、500mg/L、700mg/L、 1000mg/L的梯度逐步提高，每個(gè)氨氮濃度梯度至少培養(yǎng)15天、且曝氣4h時(shí)檢測硝化菌培養(yǎng) 反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物氨氮的濃度不高于1.0mg/L時(shí)，該培養(yǎng)階段結(jié)束提高進(jìn)水氨氮;直至進(jìn) 水氨氮濃度提高為1000mg/L，此濃度下至少培養(yǎng)15天且曝氣4h時(shí)檢測硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi) 培養(yǎng)混合物氨氮的濃度不高于1.0mg/L，富集純化階段結(jié)束。
7.一種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的固定化硝化菌培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)液貯水箱(1)、加 堿桶(4)、硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器(11)和可編程過程控制器(29)，其特征在于，所述培養(yǎng)液貯 水箱、加堿桶分別通過進(jìn)水管(3)、加堿管(6)與硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器相連，進(jìn)水管、加堿管 上分別設(shè)有進(jìn)水泵(2)、加堿泵(5);所述的硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)底設(shè)有曝氣管(9)，曝氣 管上設(shè)有曝氣頭(10)，曝氣管的進(jìn)口處與硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器外部的鼓風(fēng)機(jī)(7)相連，曝氣 管上安裝有進(jìn)氣閥門(8)，用來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣量;所述的硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器還安裝有一 個(gè)出水管(18)和三個(gè)取樣閥門(12)，出水管上安有出水閥門(17)，硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi) 部填充有懸浮填料(13);所述的硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置溶解氧DO傳感器(14)、pH傳感 器(15)、溫度傳感器(16)，分別通過電導(dǎo)線與硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器外部的DO測定儀(19)、 pH測定儀(20)和溫度測定儀(21)連接;所述的DO測定儀、pH測定儀和溫度測定儀分 別與PLC上的DO信號(hào)接口(22)、pH信號(hào)接口(23)、溫度信號(hào)接口(24)相連;所述的 PLC內(nèi)設(shè)置進(jìn)水繼電器(27)、加堿繼電器(26)、曝氣繼電器(28)、出水繼電器(25)，分 別經(jīng)接口與進(jìn)水泵、加堿泵、鼓風(fēng)機(jī)和出水閥門相連接;所述的PLC通過手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)(30) 對(duì)硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制模式進(jìn)行切換，同時(shí)通過啟動(dòng)/停止開關(guān)(31)對(duì)硝 化菌培養(yǎng)反應(yīng)器進(jìn)行自動(dòng)控制;所述的浮填料(13)的填充比為30～50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固定化硝化菌培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的懸浮填料裝填于 硝化菌反應(yīng)器內(nèi)，曝氣時(shí)，懸浮填料隨著氣流均勻懸浮于硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器(11)內(nèi)部;所 述的懸浮填料的填充比為35～45%。
9.權(quán)利要求7-8任一項(xiàng)所述的固定化硝化菌培養(yǎng)裝置的使用方法，包括以下步驟：
I、進(jìn)水：可編程過程控制器通過進(jìn)水繼電器啟動(dòng)進(jìn)水泵將富集培養(yǎng)液從培養(yǎng)液貯水箱引 入硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器中，啟動(dòng)進(jìn)水泵的同時(shí)可編程過程控制器通過曝氣繼電器開啟鼓風(fēng)機(jī)， 當(dāng)達(dá)到設(shè)定的進(jìn)水時(shí)間后，進(jìn)水泵關(guān)閉;
II、曝氣：進(jìn)水泵關(guān)閉的同時(shí)可編程過程控制器開始曝氣階段計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的曝氣 時(shí)間時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)關(guān)閉;此階段，硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物的pH不在設(shè)定范圍時(shí)，可 編程過程控制器通過控制加堿繼電器啟動(dòng)或關(guān)閉加堿泵自動(dòng)調(diào)節(jié)pH;
III、沉淀：曝氣結(jié)束之后可編程過程控制器開始沉淀階段計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的沉淀時(shí)間 后，進(jìn)入下一個(gè)工序;
IV、排水：沉淀結(jié)束之后開始排水階段計(jì)時(shí)，可編程過程控制器通過控制出水繼電器打 開出水閥門，將處理后的水通過出水管排出硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器;
V、閑置：排水結(jié)束后到下一個(gè)周期開始定義為閑置期。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的可編程過程控制器通過控制加堿 繼電器啟動(dòng)加堿泵自動(dòng)調(diào)節(jié)pH過程為：pH傳感器將采集到的pH信息傳遞到pH測定儀， pH測定儀將測定到的pH值通過pH信號(hào)接口反饋給可編程過程控制器;當(dāng)硝化菌培養(yǎng)反應(yīng) 器內(nèi)培養(yǎng)混合物的pH一旦達(dá)到設(shè)定的pH范圍下限時(shí)，可編程過程控制器通過控制加堿繼電 器啟動(dòng)加堿泵，自動(dòng)向養(yǎng)混合物中投加堿液;當(dāng)養(yǎng)混合物的pH達(dá)到設(shè)定的pH范圍上限時(shí)， 可編程過程控制器通過控制加堿繼電器關(guān)閉加堿泵從而停止堿泵。
說明書
污水處理過程中富集培養(yǎng)固定化硝化菌的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種污水處理過程中富集培養(yǎng)固定化硝化菌的方法，以及培養(yǎng)方法中所使用 的培養(yǎng)裝置。培養(yǎng)的固定化硝化菌不僅可直接用于處理高氨氮濃度的工業(yè)廢水，而且可以用 于傳統(tǒng)活性污泥污水處理廠的升級(jí)改造，屬于污水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量生活污水和工業(yè)廢水直接排入各種水體，雖然環(huán)境監(jiān)管 機(jī)制日趨完善，但是我國水體污染問題依舊不容樂觀，在一定程度上影響經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
目前污水生物脫氮是當(dāng)今世界最為經(jīng)濟(jì)有效的污水處理技術(shù)。目前實(shí)際污水處理廠的處 理工藝主要以硝化反硝化生物過程為基礎(chǔ)，高濃度高活性的硝化菌是污水生物脫氮性能的有 力保障。一旦活性污泥中的硝化細(xì)菌含量偏低或者硝化細(xì)菌活性受到低溫抑制，硝化反應(yīng)緩 慢，污水生物脫氮就難以實(shí)現(xiàn)。通常污水處理廠活性污泥中硝化細(xì)菌所占的比例一般低于5%。 同時(shí)硝化細(xì)菌為自養(yǎng)型微生物，具有世代時(shí)間長、繁殖速度慢、活性受低溫影響大等特點(diǎn)， 只有快速富集出硝化細(xì)菌占很大比例且具備耐低溫特性的固定化硝化菌，才能保證污水處理 廠冬季低溫條件下的出水水質(zhì)穩(wěn)定。另外，目前國內(nèi)很多污水處理廠升級(jí)改造過程中存在用 地緊張和施工周期短的情況，因此無需新增用地和改造簡單的移動(dòng)床生物膜-活性污泥組合工 藝已經(jīng)成為污水處理廠升級(jí)改造項(xiàng)目的首選工藝，如果提高移動(dòng)床生物膜工藝采用的懸浮填 料上生物膜的硝化菌含量，將大大強(qiáng)化移動(dòng)床生物膜的硝化效果，尤其是在冬季低溫條件下， 污水處理廠的硝化性能維持穩(wěn)定。
CN10207025A公開了一種固定化耐冷硝化細(xì)菌的制備方法，以生活污水剩余污泥為原 料，培養(yǎng)液采用微量元素培養(yǎng)液和生活污水混合配制，同時(shí)投加組合式纖維填料，富集的硝 化菌含量只有5%，耐低溫極限為12℃。CN102051356A公布了一種用于細(xì)胞固定化的無機(jī) 載體及其制備的固定化硝化細(xì)菌，載體采用粘土燒制，以硫酸銨溶液為培養(yǎng)基富集固定化硝 化菌。CN103805590A公布了一種固定化低溫硝化菌處理低溫氨氮廢水的方法，以生活污水 活性污泥為原料，在6～10℃條件下培養(yǎng)，培養(yǎng)基由葡萄糖、氯化銨、碳酸氫鈉和微量元素營 養(yǎng)液組成，固定載體為海藻酸鈉、聚氨脂泡沫、氯化鈣等材料。CN103319000A公開了一種 耐低溫自養(yǎng)硝化菌劑的制備方法，以低溫活性污泥為原料，培養(yǎng)基由乙酸鈉、氯化銨、氯化 鈣、緩沖液組成，在10℃條件下培養(yǎng)，富集的硝化菌劑沒固定在載體上，所培養(yǎng)的硝化菌種 類和含量沒有提及。CN102559489A公開了一種快速富集氨氧化菌的方法，以生活污水活性 污泥為原料，培養(yǎng)基由微量元素培養(yǎng)液、緩沖液和氨鹽配制而成，氨氮濃度在100～500mg/L, 所富集的氨氧化菌為亞硝化單胞菌，含量為60～65%，該專利沒有在低溫條件下培養(yǎng)馴化，所 富集的氨氧化菌不是生物膜形態(tài)，容易流失。CN 101240253B公開了一種高效硝化細(xì)菌的富 集方法，以含油廢水或催化劑廢水活性污泥為原料，氨氮濃度控制在100～1200mg/L，加入 一定量葡萄糖或甲醇將COD控制在200mg/L以內(nèi)，所富集的硝化細(xì)菌包括氨氧化菌和亞硝 酸鹽氧化菌。該專利中沒有提到所富集的硝化細(xì)菌占總菌種的含量及具體硝化菌種�！锻瑵�(jì)大 學(xué)學(xué)報(bào)》1999年第27卷第3期中，屈計(jì)寧等發(fā)表的“高效硝化細(xì)菌的富集技術(shù)研究”論文 中公開了一種用氨氮濃度低于300mg/L、有機(jī)物濃度在500～1000mg/L范圍的廢水富集硝化 細(xì)菌的培養(yǎng)方法。該文中所述方法不適合處理氨氮濃度高于300mg/L且有機(jī)物含量低的廢 水。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種污水處理過程中 富集培養(yǎng)固定化硝化菌的方法，該方法不僅能夠處理氨氮含量高(100～1000mg/L)、有機(jī)物 含量低(COD為30～60mg/L)的工業(yè)廢水，并且在廢水處理過程中富集培養(yǎng)的固定化硝化菌 可以吸附于載體上形成生物膜形態(tài)不易流失;得到的硝化菌具有較強(qiáng)的耐低溫特性 (10～14℃)，其含量為40～45%，硝化菌優(yōu)勢菌屬為亞硝化單胞菌屬和硝化桿菌屬，與污水 處理系統(tǒng)中菌群結(jié)構(gòu)相一致。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述方法中使用的培養(yǎng)裝置，在培養(yǎng)過程中可以自動(dòng)調(diào) 節(jié)pH及其他培養(yǎng)條件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種污水處理過程中富集培養(yǎng)固定化硝化菌的方法，在硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)接種污水處 理廠具有硝化活性的脫水污泥，然后按照序批式生物膜活性污泥法富集培養(yǎng)硝化菌;
所述的序批式生物膜活性污泥法富集培養(yǎng)硝化菌指的是，每天按照進(jìn)水、曝氣、沉淀、 排水和閑置工序周期性運(yùn)行;
所述的進(jìn)水工序時(shí)，添加的是NH4HCO3和經(jīng)過預(yù)處理的市政污水配制而成的培養(yǎng)液，培 養(yǎng)液中的氨氮濃度(NH4+-N)在100～1000mg/L內(nèi)逐步提高，從而逐步提高硝化菌培養(yǎng)反應(yīng) 器內(nèi)生物膜的氨氮負(fù)荷;
所述的曝氣工序時(shí)，進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，將pH控制在6.5～8.0之間。
上述技術(shù)方案中，富集培養(yǎng)方法包括以下具體步驟：
(1)接種污泥：在硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)接種脫水污泥，脫水污泥的可揮發(fā)性污泥濃度為 2500～3500mg/L;
所述的脫水污泥為城市污水處理廠運(yùn)行過程中常用的含有硝化細(xì)菌的脫水污泥，該脫水 污泥具有良好硝化活性。
(2)配制富集培養(yǎng)液：富集培養(yǎng)液的主要成分是NH4HCO3，是由NH4HCO3和經(jīng)過預(yù)處 理的市政污水配制而成的，配制成NH4+-N濃度分別為100、300、500、700、1000mg/L的富 集培養(yǎng)液，不同NH4+-N濃度的富集培養(yǎng)液的化學(xué)需氧量(COD)均為30～60mg/L;
所述的經(jīng)過預(yù)處理的市政污水是指經(jīng)過粗格柵、細(xì)格柵、曝氣沉砂池和初沉池處理后的 市政污水。
(3)固定化硝化菌的培養(yǎng)，培養(yǎng)過程分為掛膜馴化培養(yǎng)階段和富集純化階段，均按照序 批式生物膜活性污泥法富集培養(yǎng)硝化菌，即在硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)每天按照進(jìn)水、曝氣、沉 淀、排水和閑置工序周期性運(yùn)行，每天運(yùn)行3個(gè)周期，每個(gè)周期8h;每個(gè)周期的曝氣階段用 pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物的pH，將pH控制在6.5～8.0;
所述的掛膜馴化培養(yǎng)階段，進(jìn)水的富集培養(yǎng)液中NH4+-N的濃度為100mg/L，培養(yǎng)時(shí)間為 30～40天，培養(yǎng)溫度為10～14℃;
所述的富集純化階段，培養(yǎng)時(shí)間為60～90天，培養(yǎng)溫度為15～25℃;該階段以逐步提高 生物膜氨氮負(fù)荷的方法進(jìn)行培養(yǎng)，即富集培養(yǎng)液中NH4+-N的濃度以300mg/L、500mg/L、 700mg/L、1000mg/L的梯度逐步提高，每個(gè)梯度至少培養(yǎng)15天;
所述的掛膜馴化培養(yǎng)階段和富集純化階段，培養(yǎng)過程中固定化硝化菌培養(yǎng)裝置內(nèi)的培養(yǎng) 混合物的溶解氧(DO)不低于2mg/L，脫水污泥的污泥沉降比(SV)不高于30%;
(4)、培養(yǎng)過程中，含有固定化硝化菌的活性污泥富集于硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)的懸浮填 料上，脫水污泥不斷從硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器中淘洗出去，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)脫水污泥的可揮發(fā)性污泥 濃度由2500～3500mg/L下降至1500～1800mg/L、富集固定化硝化菌的活性污泥的可揮發(fā)性污 泥濃度由0mg/L增長至950～1150mg/L、且反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物中NH4+-N的濃度不高于1.0 mg/L時(shí)培養(yǎng)結(jié)束;收集懸浮填料上富集的含有固定化硝化菌的活性污泥，經(jīng)宏基因組16sDNA 測序分析，結(jié)果顯示，固定化硝化菌的數(shù)量占活性污泥中總菌數(shù)量的40～45%，活性污泥中硝 化菌的菌種結(jié)構(gòu)與污水處理系統(tǒng)相一致，固定化硝化菌的優(yōu)勢菌屬為亞硝化單胞菌屬 (Nitrosomonas)和硝化桿菌屬(Nitrobacter)。
上述技術(shù)方案中，步驟(3)中，由于固定化硝化菌在生長過程中會(huì)消耗堿，因此在每個(gè) 周期的曝氣階段進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，所述的pH調(diào)節(jié)劑為濃度為5mol/L的NaOH溶液，硝化菌培 養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)的培養(yǎng)混合物的pH優(yōu)選為7.0～8.0，培養(yǎng)混合物中溶解氧(DO)優(yōu)選為2～6mg/L， 污泥沉降比(SV)優(yōu)選為30%。
上述技術(shù)方案中，步驟(3)中，按照序批式生物膜活性污泥法富集培養(yǎng)硝化菌具體操作 為：
�、佟⑦M(jìn)水：向硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)通入配制好的富集培養(yǎng)液，進(jìn)水時(shí)間為30min，富集 培養(yǎng)液的進(jìn)水量與接種的脫水污泥的體積比為1:4，即富集培養(yǎng)液進(jìn)水量占富集培養(yǎng)液、脫水 污泥總體積的20%，該數(shù)值通常被稱為充水比，也就說富集培養(yǎng)液的充水比為20%;
�、�、曝氣：進(jìn)水結(jié)束的同時(shí)開始曝氣計(jì)時(shí)，曝氣6.5h，該階段進(jìn)行pH調(diào)節(jié);
�、�、沉淀：曝氣結(jié)束的同時(shí)開始沉淀計(jì)時(shí)，沉淀時(shí)間為10min;
�、堋⑴潘撼恋斫Y(jié)束后立即排出裝置內(nèi)混合液，排水時(shí)間為30min，排水量與步驟①中 的進(jìn)水量相同;
�、荨㈤e置：排水結(jié)束后閑置20min，然后進(jìn)入下一個(gè)周期依次循環(huán);
上述技術(shù)方案中，步驟(3)中，所述的掛膜馴化培養(yǎng)階段：每個(gè)周期曝氣步驟，曝氣 4h時(shí)用GB7479-87納氏試劑光度法檢測硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物的NH4+-N濃度，當(dāng) 連續(xù)運(yùn)行至少30天、且NH4+-N的濃度不高于1.0mg/L時(shí)掛膜馴化培養(yǎng)階段結(jié)束，如果NH4+-N 的濃度沒有達(dá)到要求則繼續(xù)周期性進(jìn)行。
上述技術(shù)方案中，步驟(3)中，所述的富集純化階段：進(jìn)水的富集培養(yǎng)液中NH4+-N 的濃度以300mg/L、500mg/L、700mg/L、1000mg/L的梯度逐步提高，每個(gè)氨氮濃度純化階 段至少培養(yǎng)15天且反應(yīng)內(nèi)培養(yǎng)混合物NH4+-N的濃度不高于1.0mg/L時(shí)才可以提高進(jìn)水的富 集培養(yǎng)液中的NH4+-N至下一個(gè)濃度;直至進(jìn)水NH4+-N濃度提高為1000mg/L，此濃度下至 少培養(yǎng)15天且曝氣4h時(shí)檢測硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物NH4+-N的濃度不高于1.0 mg/L，富集純化階段結(jié)束。
進(jìn)一步的，富集純化階段采用逐步提高生物膜氨氮負(fù)荷的方法進(jìn)行硝化菌的富集培養(yǎng)， 具體步驟為：當(dāng)掛膜馴化培養(yǎng)階段結(jié)束后，提高進(jìn)水步驟時(shí)通入的富集培養(yǎng)液中NH4+-N的 濃度，使其濃度為300mg/L，曝氣步驟曝氣4h時(shí)用GB7479-87納氏試劑光度法檢測硝化菌培 養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物的NH4+-N濃度，當(dāng)連續(xù)運(yùn)行15天后、且NH4+-N的濃度不高于1.0mg/L 時(shí)，繼續(xù)提高進(jìn)水步驟時(shí)通入的富集培養(yǎng)液中NH4+-N的濃度，使其濃度為500mg/L(如果培 養(yǎng)混合物NH4+-N的濃度高于1.0mg/L則繼續(xù)周期性培養(yǎng)直至達(dá)到要求);當(dāng)連續(xù)運(yùn)行15天 后、且培養(yǎng)混合物NH4+-N的濃度不高于1.0mg/L時(shí)，繼續(xù)提高進(jìn)水步驟時(shí)通入的富集培養(yǎng) 液中NH4+-N的濃度，使其濃度為700mg/L(如果培養(yǎng)混合物NH4+-N的濃度高于1.0mg/L則 繼續(xù)周期性培養(yǎng)直至達(dá)到要求);當(dāng)連續(xù)運(yùn)行15天后、且培養(yǎng)混合物NH4+-N的濃度不高于 1.0mg/L時(shí)，繼續(xù)提高進(jìn)水步驟時(shí)通入的富集培養(yǎng)液中NH4+-N的濃度，使其濃度為1000mg/L， 當(dāng)連續(xù)運(yùn)行15天后、且培養(yǎng)混合物NH4+-N的濃度不高于1.0mg/L時(shí)富集純化結(jié)束。
本發(fā)明還提供一種上述方法中所述的固定化硝化菌培養(yǎng)裝置，包括裝有富集培養(yǎng)液的培 養(yǎng)液貯水箱(1)、裝有pH調(diào)節(jié)劑的加堿桶(4)、硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器(11)和可編程過程控 制器(即PLC)(29)，所述培養(yǎng)液貯水箱、加堿桶分別通過進(jìn)水管(3)、加堿管(6)與硝化 菌培養(yǎng)反應(yīng)器相連，進(jìn)水管、加堿管上分別設(shè)有進(jìn)水泵(2)、加堿泵(5);所述的硝化菌培 養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)底設(shè)有曝氣管(9)，曝氣管上設(shè)有曝氣頭(10)，曝氣管的進(jìn)口處與硝化菌培養(yǎng)反 應(yīng)器外部的鼓風(fēng)機(jī)(7)相連，曝氣管上安裝有進(jìn)氣閥門(8)，用來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣量;所 述的硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器還安裝有一個(gè)出水管(18)和三個(gè)取樣閥門(12)，出水管上安有出水 閥門(17)，硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)部填充有懸浮填料(13);所述的硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置 溶解氧DO傳感器(14)、pH傳感器(15)、溫度傳感器(16)，分別通過電導(dǎo)線與硝化菌培 養(yǎng)反應(yīng)器外部的DO測定儀(19)、pH測定儀(20)和溫度測定儀(21)連接;所述的DO 測定儀、pH測定儀和溫度測定儀分別與PLC上的DO信號(hào)接口(22)、pH信號(hào)接口(23)、 溫度信號(hào)接口(24)相連;所述的PLC內(nèi)設(shè)置進(jìn)水繼電器(27)、加堿繼電器(26)、曝氣繼 電器(28)、出水繼電器(25)，分別經(jīng)接口與進(jìn)水泵、加堿泵、鼓風(fēng)機(jī)和出水閥門相連接; 所述的PLC通過手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)(30)對(duì)硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制模式進(jìn)行切換， 同時(shí)通過啟動(dòng)/停止開關(guān)(31)對(duì)硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器進(jìn)行自動(dòng)控制。
上述技術(shù)方案中，所述的懸浮填料填充于硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)部，非工作狀態(tài)時(shí)，懸浮 填料位于硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器底部，當(dāng)曝氣時(shí)，懸浮填料隨著氣流均勻懸浮于硝化菌培養(yǎng)反應(yīng) 器內(nèi)部。
所述的懸浮填料(13)的填充比為30～50%，優(yōu)選為35～45%;所述的填充比指的是，懸 浮填料的體積占硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器(11)容積的百分比;所述的懸浮填料為本領(lǐng)域常用懸浮 填料。
使用上述固定化硝化菌培養(yǎng)裝置按照序批式生物膜活性污泥法富集培養(yǎng)硝化菌時(shí)，包括 以下步驟：
I、進(jìn)水：根據(jù)進(jìn)水量和進(jìn)水泵(2)的流量計(jì)算具體進(jìn)水時(shí)間，并通過可編程過程控制 器PLC(29)設(shè)定進(jìn)水泵具體的進(jìn)水時(shí)間，PLC通過進(jìn)水繼電器(27)啟動(dòng)進(jìn)水泵將富集培 養(yǎng)液從培養(yǎng)液貯水箱(1)引入硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器(11)，啟動(dòng)進(jìn)水泵的同時(shí)PLC通過曝氣繼 電器(28)開啟鼓風(fēng)機(jī)(7)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的進(jìn)水時(shí)間后，關(guān)閉進(jìn)水泵;
II、曝氣：進(jìn)水泵關(guān)閉的同時(shí)PLC開始曝氣階段計(jì)時(shí)，達(dá)到設(shè)定的曝氣時(shí)間時(shí)，鼓風(fēng)機(jī) 關(guān)閉，系統(tǒng)進(jìn)入下一步工序;曝氣階段，硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物的pH不在6.5～8.0 范圍時(shí)，PLC通過控制加堿繼電器(26)啟動(dòng)加堿泵(5)自動(dòng)調(diào)節(jié)pH;
III、沉淀：曝氣結(jié)束之后PLC開始沉淀階段計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的沉淀時(shí)間后，進(jìn)入 下一個(gè)工序;
IV、排水：沉淀結(jié)束之后PLC開始排水階段計(jì)時(shí)，PLC通過控制出水繼電器(25)打開 出水閥門(17)，將處理后的水通過出水管(18)排出硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器;
V、閑置：排水結(jié)束后到下一個(gè)周期開始定義為閑置期;根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定閑置時(shí)間;當(dāng)達(dá) 到預(yù)先設(shè)定的閑置時(shí)間后，該周期結(jié)束，此時(shí)系統(tǒng)讀取此培養(yǎng)液濃度下預(yù)先設(shè)定的反應(yīng)周期 數(shù)，若未達(dá)到預(yù)先設(shè)定的周期數(shù)，則PLC控制從工序I到工序V自動(dòng)循環(huán);當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定 的整個(gè)反應(yīng)的循環(huán)周期數(shù)后，此時(shí)提高培養(yǎng)液中氨氮濃度，系統(tǒng)開始進(jìn)入下一個(gè)氨氮濃度培 養(yǎng)階段，則系統(tǒng)從工序I到工序V自動(dòng)循環(huán)，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)記錄的運(yùn)行周期數(shù)清零且重新開 始記錄，依次類推，直到系統(tǒng)進(jìn)入到營養(yǎng)液為1000mg/L NH4+-N階段且運(yùn)行預(yù)先設(shè)定的反應(yīng) 周期數(shù)之后，固定化硝化菌的富集過程結(jié)束。
進(jìn)一步的，步驟II中，所述的PLC通過加堿繼電器(26)控制加堿泵(5)自動(dòng)調(diào)節(jié)pH 過程為：pH傳感器(15)將采集到的pH信息傳遞到pH測定儀(20)，pH測定儀將測定到 的pH值通過pH信號(hào)接口(23)反饋給PLC;當(dāng)硝化菌培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)混合物的pH一旦 達(dá)到設(shè)定的pH范圍下限時(shí)，PLC通過控制加堿繼電器啟動(dòng)加堿泵，自動(dòng)向培養(yǎng)混合物中投 加堿液;當(dāng)培養(yǎng)混合物的pH達(dá)到設(shè)定的pH范圍上限時(shí)，PLC通過控制加堿繼電器關(guān)閉加堿 泵從而停止堿泵，加堿泵加堿的次數(shù)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況自動(dòng)投加。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明主要針對(duì)氨氮含量高(NH4+-N≤1000mg/L)、有機(jī)物含量少(COD含量低于 60mg/L)的特殊類型的工業(yè)廢水;培養(yǎng)過程中采用以碳酸氫氨為主要成分的培養(yǎng)液，并且將 pH控制在最適合硝化菌培養(yǎng)的6.5-8.0之間，培養(yǎng)過程中，硝化菌逐漸富集于懸浮填料載體 上，培養(yǎng)液中的氨氮被富集的硝化菌氧化成亞硝酸鹽，亞硝酸進(jìn)一步被硝化菌氧化成硝酸鹽， 富集過程中亞硝酸鹽積累率極低，亞硝酸鹽對(duì)硝化菌的毒性降低又有利于硝化菌的富集從而 保證硝化菌成為活性污泥中的優(yōu)勢菌群;此外，以市政預(yù)處理污水和碳酸氫氨配置富集培養(yǎng) 液，可以簡化培養(yǎng)步驟，大大節(jié)約富集培養(yǎng)的成本，便于污水處理廠就地取材，提高本發(fā)明 方法的實(shí)用性，促進(jìn)本發(fā)明在實(shí)際污水處理廠的推廣和應(yīng)用。
(2)本發(fā)明富集固定化硝化菌的培養(yǎng)過程中，逐步提高進(jìn)水富集培養(yǎng)液的氨氮濃度從而 強(qiáng)化硝化菌對(duì)高氨氮廢水的耐受性，提高富集的固定化硝化菌的處理能力;得到的菌群能夠 耐受越來越高的氨氮濃度，最終達(dá)到處理濃度高達(dá)1000mg/L的氨氮污水，并且，處理后的 水中氨氮濃度降到1.0mg/L以下，甚至檢測不出。
(3)本發(fā)明在污水處理過程中投加懸浮填料，曝氣時(shí)，懸浮填料隨著氣流均勻懸浮于反 應(yīng)器內(nèi)部，反應(yīng)器內(nèi)的培養(yǎng)混合物與懸浮填料充分接觸，從而有利于固定化硝化菌在懸浮填 料富集形成生物膜，不易流失。
(4)本發(fā)明富集培養(yǎng)的硝化菌，在低溫條件下馴化培養(yǎng)，水溫低至10～14℃時(shí)處理系統(tǒng) 仍能維持良好的硝化效果，具有較強(qiáng)的耐低溫性，即使在冬季條件下也能保證出水氨氮穩(wěn)定 達(dá)標(biāo)排放，可以強(qiáng)化污水處理廠冬季的硝化性能。
(5)本發(fā)明富集培養(yǎng)的硝化菌優(yōu)勢菌種為亞硝化單胞菌和硝化桿菌，微生物分析結(jié)果顯 示:固定化硝化菌數(shù)量占活性污泥中細(xì)菌總數(shù)量的40～45%;培養(yǎng)的活性污泥中的硝化菌種群 結(jié)構(gòu)與污水處理系統(tǒng)相一致。
