公布日：2023.11.03
申請日：2022.04.26
分類號：C02F3/34(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種生物濾池自養(yǎng)脫氮工藝的快速啟動方法。該方法包括：(1)在生物濾池內(nèi)預(yù)先接種富含脫氮細菌的活性污泥和待處理污水，然后對污泥進行破解處理；(2)向步驟(1)經(jīng)過破解處理的污泥中裝載培養(yǎng)硝化細菌的載體，進行硝化過程所需微生物的掛膜培養(yǎng)；(3)當步驟(2)的培養(yǎng)體系中氨氮去除率為50％以上時，裝填培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體，進行厭氧氨氧化菌的掛膜培養(yǎng)；(4)當步驟(3)的培養(yǎng)體系中亞硝氮去除率達50％以上時，進行硝化細菌和厭氧氨氧化細菌的共同培養(yǎng)，直至完成啟動過程。本發(fā)明先對活性污泥體系進行預(yù)處理，再分步裝填硝化細菌載體和厭氧氨氧化菌載體，加速具有脫氮功能的微生物的快速掛膜，實現(xiàn)系統(tǒng)的快速啟動。
權(quán)利要求書
1.一種生物濾池自養(yǎng)脫氮工藝的快速啟動方法，包括以下步驟：(1)在生物濾池內(nèi)預(yù)先接種富含脫氮細菌的活性污泥和待處理污水，然后對污泥進行破解處理；(2)向步驟(1)經(jīng)過破解處理的污泥系統(tǒng)中裝載培養(yǎng)硝化細菌的載體，進行硝化過程所需微生物的掛膜培養(yǎng)；(3)當步驟(2)的培養(yǎng)體系中氨氮去除率達到50％以上，優(yōu)選60％～70％時，再裝填培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體，進行厭氧氨氧化菌的掛膜培養(yǎng)；(4)當步驟(3)的培養(yǎng)體系中亞硝氮去除率達50％以上時，優(yōu)選60％～70％時，提高溶解氧濃度進行硝化細菌和厭氧氨氧化細菌的共同培養(yǎng)，直至完成啟動過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述培養(yǎng)硝化細菌的載體是以包埋碳酸鈣的交聯(lián)殼聚糖為基體，其上吸附生長有異養(yǎng)菌，其中異養(yǎng)菌占載體質(zhì)量的5％～50％，優(yōu)選10％～30％；和/或，所述培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體中，異養(yǎng)菌占載體質(zhì)量的1％～5％，聚乙烯亞胺占載體質(zhì)量的1％～10％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，按照污泥濃度2000～3000mg/L接種富含脫氮細菌的活性污泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，對污泥進行破解處理使得胞外聚合物按照蛋白質(zhì)的質(zhì)量含量計，提高至不超過60％，優(yōu)選30％～40％時停止破解。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，破解處理的方式為過度曝氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，培養(yǎng)硝化細菌的載體按照加入后含量1～3g/L進行投加；和/或，步驟(3)中，培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體按照加入后含量2～6g/L進行投加。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，運行條件為：溶解氧1～5mg/L，優(yōu)選2～4mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為6～12h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，運行條件為：溶解氧0.05～0.5mg/L，優(yōu)選0.1～0.3mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為6～12h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中，運行條件為：溶解氧0.2～2.0mg/L，優(yōu)選0.5～1.5mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為12～24h。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，當生物濾池中氨氮去除率達90％以上、總氮去除率達80％以上，總氮去除負荷達1.0kgTN/(m3·d)以上，完成系統(tǒng)的啟動過程。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的污水的水質(zhì)為：氨氮濃度為30～50mg/L，亞硝氮濃度為30～50mg/L，總氮為60～100mg/L，COD濃度為50～150mg/L。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的異養(yǎng)菌是酵母菌、乳酸菌、硫酸鹽還原菌中的至少一種，優(yōu)選酵母菌；所述的酵母菌選自假絲酵母、隱球酵母、漢遜氏酵母屬、畢赤氏酵母、紅酵母、球擬酵母或絲孢酵母中的至少一種，優(yōu)選熱帶假絲酵母菌；所述的乳酸菌選自乳桿菌、雙歧桿菌、乳球菌中的至少一種；所述的硫酸鹽還原菌選自脫硫單胞菌、脫硫線菌中的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體是按照如下方法制備的：將利用有機碳源的異養(yǎng)菌培養(yǎng)至對數(shù)生長期后期，收獲菌體細胞；將菌體細胞與殼聚糖混合，再與碳酸鈣交聯(lián)制備交聯(lián)殼聚糖載體；采用聚乙烯亞胺對交聯(lián)殼聚糖載體進行修飾，得到培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，培養(yǎng)條件為：溫度20～38℃，優(yōu)選20～30℃，pH為6.0～8.5，優(yōu)選6.0～7.0；靜置培養(yǎng)或者搖床培養(yǎng)，靜置培養(yǎng)每隔30～60min進行攪拌，搖床培養(yǎng)的轉(zhuǎn)速為200～600r/min。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，將菌體細胞與殼聚糖按照質(zhì)量比1：1～1：3混合，再與碳酸鈣交聯(lián)制備交聯(lián)殼聚糖載體。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，采用聚乙烯亞胺對交聯(lián)殼聚糖載體進行修飾，具體是將交聯(lián)殼聚糖載體浸漬于聚乙烯亞胺水溶液中，再經(jīng)干燥制得；其中，聚乙烯亞胺水溶液的質(zhì)量分數(shù)為1％～10％，浸漬時間為30～90min；干燥溫度為25～40℃，干燥時間為1～5h。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種生物濾池自養(yǎng)脫氮工藝的快速啟動方法。本發(fā)明方法能夠加速具有脫氮功能的微生物的快速掛膜，實現(xiàn)系統(tǒng)脫氮功能的快速構(gòu)建，實現(xiàn)系統(tǒng)的快速啟動。
本發(fā)明提供了一種生物濾池自養(yǎng)脫氮工藝的快速啟動方法，包括以下步驟：
(1)在生物濾池內(nèi)預(yù)先接種富含脫氮細菌的活性污泥和待處理污水，然后對污泥進行破解處理；
(2)向步驟(1)經(jīng)過破解處理的污泥系統(tǒng)中裝載培養(yǎng)硝化細菌的載體，進行硝化過程所需微生物的掛膜培養(yǎng)；
(3)當步驟(2)的培養(yǎng)體系中氨氮去除率達到50％以上，優(yōu)選60％～70％時，再裝填培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體，進行厭氧氨氧化菌的掛膜培養(yǎng)；
(4)當步驟(3)的培養(yǎng)體系中亞硝氮去除率達50％以上時，優(yōu)選60％～70％時，提高溶解氧濃度進行硝化細菌和厭氧氨氧化細菌的共同培養(yǎng)，直至完成啟動過程。
本發(fā)明中，所述培養(yǎng)硝化細菌的載體是以包埋碳酸鈣的交聯(lián)殼聚糖為基體，其上吸附生長有異養(yǎng)菌，其中異養(yǎng)菌占載體質(zhì)量的5％～50％，優(yōu)選10％～30％。
本發(fā)明中，所述培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體中，異養(yǎng)菌占載體質(zhì)量的1％～5％，聚乙烯亞胺占載體質(zhì)量的1％～10％。
本發(fā)明中，步驟(1)中，按照污泥濃度2000～3000mg/L接種富含脫氮細菌的活性污泥。接種的活性污泥可以是處理含氨污水的處理廠二沉池的剩余污泥污泥，所述二沉池的剩余污泥是指污水處理廠沉淀池經(jīng)過重力沉降，排出上清液后的含水率低于99％，優(yōu)選80％～90％的污泥。
本發(fā)明中，步驟(1)中，對污泥進行破解處理使得胞外聚合物按照蛋白質(zhì)的質(zhì)量含量計，提高至不超過60％，優(yōu)選30％～40％時停止破解。破解處理方法采用能夠破解污泥絮體結(jié)構(gòu)并且對生物沒有毒性的方法。破解處理的目的主要是促使污泥本身分泌大量胞外聚合物并釋放到水中，使體系中胞外聚合物顯著增加，從而在步驟(2)中利于菌體的快速掛膜。破解處理需要嚴格控制破解程度，否則會對污泥體系造成不利影響。
本發(fā)明中，步驟(1)中，破解處理的方式可以采用過度曝氣。所述過度曝氣方式為控制溶解氧濃度大于5mg/L，優(yōu)選5～7mg/L。
本發(fā)明中，步驟(2)中，培養(yǎng)硝化細菌的載體按照加入后含量1～3g/L進行投加。
本發(fā)明中，步驟(2)中，運行條件為：溶解氧1～5mg/L，優(yōu)選2～4mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為6～12h。
本發(fā)明中，步驟(3)中，培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體按照加入后含量2～6g/L進行投加。
本發(fā)明中，步驟(3)中，運行條件為：溶解氧0.05～0.5mg/L，優(yōu)選0.1～0.3mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為6～12h。
本發(fā)明中，步驟(4)中，運行條件為：溶解氧0.2～2.0mg/L，優(yōu)選0.5～1.5mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為12～24h。
本發(fā)明中，步驟(4)中，當生物濾池中氨氮去除率達90％以上、總氮去除率達80％以上，總氮去除負荷達1.0kgTN/(m3·d)以上，完成系統(tǒng)的啟動過程。
本發(fā)明中，所述的污水的水質(zhì)為：氨氮濃度為30～50mg/L，亞硝氮濃度為30～50mg/L，總氮為60～100mg/L，COD濃度為50～150mg/L。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)硝化細菌的載體是按照如下方法制備的：制備包埋碳酸鈣的交聯(lián)殼聚糖載體；將交聯(lián)殼聚糖載體投加到利用有機碳源的異養(yǎng)菌培養(yǎng)體系進行吸附生長，培養(yǎng)至對數(shù)生長后期停止，取出固體物干燥得到雙微載體。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)硝化細菌的載體的制備方法中，所述的包埋碳酸鈣的交聯(lián)殼聚糖載體可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的制備方法獲得。交聯(lián)的方法主要可以采用直接交聯(lián)、交聯(lián)中進行化學(xué)修飾等。直接交聯(lián)法使用的交聯(lián)劑有環(huán)氧氯丙烷、戊二醛﹑甲醛﹑冠醚類和京尼平等中至少一種，優(yōu)選京尼平。交聯(lián)是殼聚糖與交聯(lián)劑分子之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使殼聚糖分子由直鏈變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過交聯(lián)可以改善殼聚糖的比表面積和孔結(jié)構(gòu)等物理性能，有效地提高殼聚糖的穩(wěn)定性。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)硝化細菌的載體的制備方法中，所述的異養(yǎng)菌可以是酵母菌、乳酸菌、硫酸鹽還原菌等利用有機碳源的異養(yǎng)菌中的至少一種，優(yōu)選酵母菌。所述的酵母菌可以選自假絲酵母、隱球酵母、漢遜氏酵母屬、畢赤氏酵母、紅酵母、球擬酵母或絲孢酵母等中的至少一種，優(yōu)選熱帶假絲酵母菌。所述的乳酸菌可以選自乳桿菌、雙歧桿菌、乳球菌等中的至少一種。所述的硫酸鹽還原菌可以選自脫硫單胞菌、脫硫線菌等中的至少一種。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)硝化細菌的載體的制備方法中，所述的有機碳源根據(jù)選擇的具體菌種確定，一般為所選擇異養(yǎng)菌常規(guī)培養(yǎng)采用的糖類、蛋白質(zhì)、有機酸等含碳有機物，如可以是葡萄糖、己糖、木糖、蔗糖、淀粉等中的至少一種。有機碳源按照加入后體系中質(zhì)量濃度為1～5g/L進行投加。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)硝化細菌的載體的制備方法中，所述的異養(yǎng)菌的培養(yǎng)條件為：溫度20～38℃，優(yōu)選20～30℃，pH為6.0～8.5，優(yōu)選6.0～7.0；靜置發(fā)酵或者搖床培養(yǎng)，靜置發(fā)酵培養(yǎng)每隔30～60min進行攪拌，搖床培養(yǎng)轉(zhuǎn)速為200～600r/min。培養(yǎng)至對數(shù)生長后期，一般是培養(yǎng)24h～80h。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)硝化細菌的載體的制備方法中，所述的干燥溫度為25～50℃，干燥時間為1～5h。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體是按照如下方法制備的：將利用有機碳源的異養(yǎng)菌培養(yǎng)至對數(shù)生長期后期，收獲菌體細胞；將菌體細胞與殼聚糖混合，再與碳酸鈣交聯(lián)制備交聯(lián)殼聚糖載體；采用聚乙烯亞胺對交聯(lián)殼聚糖載體進行修飾，得到培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，所述的利用有機碳源的異養(yǎng)菌是在無氧或者缺氧條件下利用有機碳源繁殖生長的微生物，如可以是酵母菌、乳酸菌、硫酸鹽還原菌等中至少一種。所述的酵母菌可以選自假絲酵母、隱球酵母、漢遜氏酵母屬、畢赤氏酵母、紅酵母、球擬酵母或絲孢酵母等中的至少一種，優(yōu)選熱帶假絲酵母。所述的乳酸菌可以選自乳桿菌、雙歧桿菌、乳球菌等中至少一種。所述的硫酸鹽還原菌可以選自脫硫單胞菌、脫硫線菌等中至少一種。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，所述的有機碳源根據(jù)所選擇的異養(yǎng)菌確定，一般為選定異養(yǎng)菌常規(guī)培養(yǎng)采用的糖類、蛋白質(zhì)、有機酸等含碳有機物中的至少一種，具體可以是葡萄糖、己糖、木糖、蔗糖、淀粉等中至少一種。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，所述的利用有機碳源的異養(yǎng)菌的培養(yǎng)根據(jù)菌體選擇本領(lǐng)域常規(guī)使用的培養(yǎng)基。培養(yǎng)條件為：溫度20～38℃，優(yōu)選20～30℃，pH為6.0～8.5，優(yōu)選6.0～7.0；靜置培養(yǎng)或者搖床培養(yǎng)，靜置培養(yǎng)每隔30～60min進行攪拌，搖床培養(yǎng)的轉(zhuǎn)速為200～600r/min。培養(yǎng)至對數(shù)生長期后期，一般培養(yǎng)24～80h，可以通過過濾、離心等方式收獲菌體細胞，如可以在10000～15000r/min條件下離心棄上清液保留菌體細胞。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，將菌體細胞與殼聚糖按照質(zhì)量比1:1～1:3混合，再與碳酸鈣交聯(lián)制備交聯(lián)殼聚糖載體。交聯(lián)殼聚糖載體的制備采用本領(lǐng)域常規(guī)的制備方法。制備方法可以采用直接交聯(lián)法，直接交聯(lián)法使用的交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷、戊二醛﹑甲醛﹑冠醚類、京尼平等中至少一種，優(yōu)選京尼平。交聯(lián)是殼聚糖與交聯(lián)劑分子之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使殼聚糖分子由直鏈變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過交聯(lián)可以改善殼聚糖的比表面積和孔結(jié)構(gòu)等物理性能，有效地提高殼聚糖的穩(wěn)定性。具體制備過程為：將質(zhì)量分數(shù)2％的殼聚糖溶解于體積分數(shù)1％的醋酸溶液共計500mL按照質(zhì)量體積比為2％加入殼聚糖、體積比為1％加入醋酸制得500mL混合液，按照菌體細胞與殼聚糖質(zhì)量比1:1～1:3加入步驟(1)制備的菌體細胞，然后加入CaCO3納米顆粒10g，加入5倍體積食用油，加入10mL司班～80激烈攪拌；再加入京尼平至其在水相中終濃度為20mM，持續(xù)攪拌24小時，離心分離沉淀，并用丙酮、熱水、冷水清洗數(shù)次，以除去殘留在表面的油相及雜質(zhì)。最后再用丙酮脫水，并將所得產(chǎn)物在室溫下晾干，得到以碳酸鈣為核、菌體細胞和殼聚糖均勻包裹在周圍的交聯(lián)殼聚糖載體。
本發(fā)明中，所述的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，采用聚乙烯亞胺對交聯(lián)殼聚糖載體進行修飾，具體是將交聯(lián)殼聚糖載體浸漬于聚乙烯亞胺水溶液中，經(jīng)干燥制得；其中，聚乙烯亞胺水溶液的質(zhì)量分數(shù)為1％～10％，浸漬時間為30～90min。浸漬結(jié)束后，取出干燥即可，干燥溫度為25～40℃，干燥時間為1～5h。所制備的載體中，異養(yǎng)菌占載體質(zhì)量的1％～5％，聚乙烯亞胺占載體質(zhì)量的1％～10％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明通過對污水處理系統(tǒng)中活性污泥的處理并結(jié)合培養(yǎng)不同微生物的載體配合開工啟動，即通過破解處理使活性污泥釋放一定量的胞外聚合物，再投加載體的方式，有助于生物濾池工藝自養(yǎng)脫氮工藝的快速形成，快速構(gòu)建系統(tǒng)脫氮功能，實現(xiàn)了處理系統(tǒng)的快速啟動。
(2)本發(fā)明所使用的培養(yǎng)硝化細菌的載體，是由帶有正電荷的交聯(lián)殼聚糖與利用有機碳源的異養(yǎng)菌制備而成，正電荷的交聯(lián)殼聚糖可以將硝化細菌有效吸附到載體上進行快速適應(yīng)性生長，載體中的異養(yǎng)菌可以逐漸釋放結(jié)合位，可以提高硝化細菌活性和培養(yǎng)密度。
(3)本發(fā)明所使用的培養(yǎng)厭氧氨氧化菌的載體，是由殼聚糖、異養(yǎng)菌和聚乙烯亞胺三種物質(zhì)的協(xié)同配合制備而成。異養(yǎng)菌可以改善殼聚糖的比表面積和孔結(jié)構(gòu)，二者彼此發(fā)揮協(xié)同作用。而且，在厭氧氨氧化菌生長過程中，異養(yǎng)菌可以對死亡的菌體降解，空余出孔道為厭氧氨氧化菌提供場所，降解死亡菌體的同時釋放出二氧化碳氣體，提高傳質(zhì)效率。采用的聚乙烯亞胺能夠阻止氧對厭氧氨氧化菌的影響，有利于提高厭氧氨氧化菌的繁殖生長速率。
（發(fā)明人：高會杰;孫丹鳳;王剛;陳明翔）
