一種低溫條件下反硝化聚磷菌富集馴化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及污水處理與環(huán)境保護領(lǐng)域，是一種低溫條件下反硝化聚磷菌富集馴化方法。針對低溫環(huán)境下，反硝化聚磷菌富集馴化困難和污水脫氮除磷效果差的問題。本發(fā)明采用“兩段式（先厭氧/好氧，后厭氧/缺氧）富集馴化，先高后低進水營養(yǎng)負荷，進水、反應(yīng)、沉淀、排水的循環(huán)運行模式”這一策略，增強了除磷微生物的富集數(shù)量、提高微生物繁殖速率、為微生物繁殖創(chuàng)造了最優(yōu)的條件。本發(fā)明經(jīng)過40d的厭氧/好氧運行，30d的厭氧/缺氧運行，在低溫環(huán)境下成功地富集馴化到反硝化聚磷菌，出水中磷濃度穩(wěn)定在0.5mg/L。
【專利說明】一種低溫條件下反硝化聚磷菌富集馴化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理與環(huán)境保護領(lǐng)域，具體地說是一種低溫條件下反硝化聚磷菌富集馴化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮、磷元素是引起水體富營養(yǎng)化的兩個重要因子，眾多國家對其排放濃度都有著嚴格限制。水體富營養(yǎng)化的直接后果就是加速水體老化進程，使水體失去原有的漁業(yè)、旅游業(yè)以及飲用水源的功能。我國國家環(huán)境保護部要求城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入重點流域及湖泊、水庫等封閉、半封閉水域時，執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的一級A標準。隨著氮、磷排放標準的提高，在新建污水處理廠或舊工藝升級改造過程中，高效率低能耗的生物脫氮除磷技術(shù)應(yīng)用尤為重要。
[0003]目前，生物強化除憐工藝(enhanced biological phosphorus removal, EBPR)因其效率高、成本低和環(huán)境友好而備受學(xué)者關(guān)注。該工藝中主要的功能微生物是聚磷菌(Accumulibacter),其主要特點是:在厭氧條件下細胞內(nèi)聚磷水解產(chǎn)生能量(adenosinetriphosphate, ATP)和還原型輔酶NADH,用于揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)的吸收并儲存為聚-β -輕丁酸(poly-β-hydroxybutyrate, PHB);然后在好氧條件下以PHB為電子供體，以氧為電子受體進行過量吸磷，從而以剩余污泥排放的形式去除污水中的磷。隨著學(xué)者對聚磷菌的深入研究，發(fā)現(xiàn)存在著一種聚磷菌可以在缺氧條件下以硝酸鹽為電子受體進行同步反硝化脫氮除磷，稱為反硝化聚磷菌。反硝化聚磷菌相比于好氧聚磷菌可節(jié)省曝氣量30%，減少污泥產(chǎn)生量50%，降低碳源需求量50%特別適合低C/N比生活污水的處理。無論是好氧聚磷菌還是反硝化聚磷菌在富集過程中都極易受到具有類似代謝類型但不具備釋磷和吸磷功 能的聚糖菌競爭，而pH、D0、碳源和溫度等因素將影響著聚磷菌和聚糖菌的富集環(huán)境。在這些影響因素中，溫度是聚磷菌和聚糖菌富集的主要影響因素。國內(nèi)外學(xué)者已在常溫(25±5°C)情況下對反硝化聚磷菌的富集馴化作了一定的研究，取得了一些研究成果和成功的經(jīng)驗。
[0004]然而，研究低溫環(huán)境下聚磷菌的富集馴化狀況，對EBPR系統(tǒng)應(yīng)用于實踐有著重要的指導(dǎo)意義(尤其是冬季)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種低溫條件下反硝化聚磷菌富集馴化方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007](I)進水階段:利用進水泵2將進水箱I中溶液泵入反應(yīng)器12中，由進水控制器5控制進水時間為30min ；
[0008](2)厭氧階段:啟動鼓風(fēng)曝氣機3將氮氣由曝氣頭11鼓入反應(yīng)器12中，提供厭氧環(huán)境，通入氮氣時間由曝氣控制器6控制為2h ;啟動機械攪拌機7帶動攪拌槳10進行攪拌，提供溶液完全混合的動力，機械攪拌時間由機械攪拌控制器8控制為2h ；[0009](3)好氧階段:厭氧反應(yīng)2h完成后，將反應(yīng)器厭氧環(huán)境改為好氧環(huán)境，由鼓風(fēng)曝氣機3將空氣由曝氣頭11鼓入反應(yīng)器12中,提供好氧環(huán)境,通入空氣時間由曝氣控制器6控制為4h ;啟動機械攪拌機7帶動攪拌槳10進行攪拌，提供溶液完全混合的動力，機械攪拌時間由機械攪拌控制器8控制為4h ；
[0010](4)沉淀階段:好氧反應(yīng)4h完成后，曝氣控制器6自動關(guān)閉鼓風(fēng)曝氣機3，機械攪拌控制器8自動關(guān)閉機械攪拌機7，沉淀時間為Ih ；
[0011](5)排水階段:沉淀Ih完成后，啟動排水泵14將沉淀上清液排入出水箱15中，排水時間由排水控制器9控制為30min ；
[0012](6)重復(fù)步驟(1)、步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)、步驟(5)，以再次完成進水、厭氧、好氧、沉淀和排水過程，此過程運行120周期，共計40d ；
[0013](7)厭氧/好氧階段40d完成后，反應(yīng)器的運行狀態(tài)改為厭氧/缺氧階段；
[0014](8)進水階段:同步驟(1)相同，但進水負荷降低；
[0015](9)厭氧階段:同步驟(2)相同；
[0016](10)缺氧階段:厭氧反應(yīng)2h完成后，通過加入硝酸鹽溶液將反應(yīng)器厭氧環(huán)境改為缺氧環(huán)境，啟動機械攪拌機7帶動攪拌槳10進行攪拌，提供溶液完全混合的動力，機械攪拌時間由機械攪拌控制器8控制為4h ；
[0017](11)沉淀階段:同步驟(4);
[0018](12)排水階段:同步驟(5)
[0019](13)重復(fù)步驟(8)、步驟(9)、步驟(10)、步驟(11)、步驟(12)，以再次完成進水、厭氧、缺氧、沉淀和排水過程，此過程運行90周期，共計30d ；
[0020](14)定期采集出水水樣，測定出水中Ρ043_-Ρ濃度；
[0021 ] 步驟(1)所述進水箱中溶液COD濃度為800mg/L，Ρ0/—-Ρ濃度為40mg/L。
[0022]步驟(2)所述鼓風(fēng)曝氣機通入氮氣的速率為1.5L/min。
[0023]步驟(3)所述鼓風(fēng)曝氣機通入空氣的速率為1.5L/min。
[0024]步驟(8)所述進水箱中溶液COD濃度為300mg/L，Ρ0/—-Ρ濃度為20mg/L。
[0025]步驟(10)所述的硝酸鹽濃度為30mg/L。
[0026]步驟(14)所述的Ρ043_-Ρ濃度測定方法為鑰銻抗分光光度法。
[0027]本發(fā)明的要點是:
[0028](I)采用兩段式富集馴化反硝化聚磷菌，先在厭氧/好氧條件下富集馴化好氧聚磷菌，篩選出除磷微生物；再在厭氧/缺氧條件下富集馴化反硝化聚磷菌，篩選出在缺氧條件下的除磷微生物。
[0029](2)采用進水、反應(yīng)、沉淀、排水的循環(huán)運行模式，降低硝酸鹽對厭氧釋磷的影響，以及降低碳源對反硝化脫氮除磷的影響。
[0030](3)采用先高后低進水營養(yǎng)負荷，在運行初期進水中營養(yǎng)負荷高，加快除磷微生物在低溫環(huán)境下的快速富集；在運行后期降低進水中營養(yǎng)負荷，使富集馴化的反硝化聚磷菌適應(yīng)正常的生活污水。
[0031]本發(fā)明的具體實施措施為:
[0032](I)反應(yīng)器的設(shè)計和搭建:反應(yīng)器設(shè)計采用序批式活性污泥法，主要由進水系統(tǒng)、曝氣攪拌系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和時間控制系統(tǒng)組成。本裝置可通過各控制器從時間序列上對進水、反應(yīng)、沉淀、排水過程進行控制，實現(xiàn)自動化運行管理，大大減輕了人工強度、節(jié)省了污染治理成本，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、方便移動。
[0033](2)厭氧/好氧運行模式:將污水處理廠好氧池污泥接種到該序批式活性污泥法反應(yīng)器中，在厭氧/好氧環(huán)境下富集馴化除磷微生物，控制進水中COD濃度為800mg/L，Ρ043_-Ρ濃度為40mg/L，每天采集出水水樣測定其Ρ043_-Ρ濃度，以出水中Ρ043__Ρ濃度穩(wěn)定且達到排放標準來確定富集馴化工作完成。
[0034](3)厭氧/缺氧運行模式:在厭氧/缺氧環(huán)境下富集馴化反硝化聚磷菌，控制進水中COD濃度為300mg/L，P043_-P濃度為20mg/L，每天采集出水水樣測定其Ρ0/—-Ρ濃度，以出水中Ρ043_-Ρ濃度穩(wěn)定且達到排放標準來確定富集馴化工作完成。
[0035]本發(fā)明適用于低溫環(huán)境下生物強化除磷工藝的快速啟動，具有很強的實際意義和廣泛的應(yīng)用性。
[0036]本發(fā)明與國內(nèi)外現(xiàn)有同類技術(shù)相比，其創(chuàng)造性在于以下幾點:
[0037]1、研究了低溫環(huán)境下生物強化除磷工藝中反硝化聚磷菌的富集馴化，為冬季大部分地區(qū)污水處理達標排放提供了可能；
[0038]2、采用先高后低進水營養(yǎng)負荷，加快了微生物的富集馴化速率；
[0039]3、采用進水、反應(yīng)、沉淀、排水的循環(huán)運行模式，為微生物繁殖創(chuàng)造了最優(yōu)的條件。
[0040]本發(fā)明與國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的不同點在于:
[0041 ] 1、采用兩段式(先厭氧/好氧，后厭氧/缺氧)富集馴化法，增強了除磷微生物的富集數(shù)量；
`[0042]2、采用先高后低進水營養(yǎng)負荷，提高微生物繁殖速率；
[0043]3、采用進水、反應(yīng)、沉淀、排水的循環(huán)運行模式，為微生物繁殖創(chuàng)造了最優(yōu)的條件。
[0044]本發(fā)明的有益效果是:
[0045]采用兩段式(先厭氧/好氧，后厭氧/缺氧)富集馴化法，增強了除磷微生物的富集數(shù)量；采用先高后低進水營養(yǎng)負荷，提高微生物繁殖速率；采用進水、反應(yīng)、沉淀、排水的循環(huán)運行模式，為微生物繁殖創(chuàng)造了最優(yōu)的條件。通過此策略，可提高生物強化除磷工藝在低溫條件的運行效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1為本發(fā)明的反應(yīng)器示意圖。
[0047]圖中標號如下:1、進水池；2、進水泵；3、曝氣機；4、進水口 ；5、進水泵控制器；6、曝氣機控制器；7、攪拌機；8、機械攪拌機控制器；9、出水泵；10、攪拌槳；11、曝氣頭；12、SBR反應(yīng)器；13、出水口 ；14、出水泵；15、出水池。
[0048]圖2為本發(fā)明中反硝化聚磷菌富集馴化過程中出水Ρ043_-Ρ濃度示意圖。
[0049]圖中標號如下:1、磷去除率坐標軸，% ;2、運行時間坐標軸，天；3、出水磷濃度坐標軸，mg/L ;4、磷去除率；5、出水磷濃度
【具體實施方式】
[0050]試驗進水水質(zhì)如下:
[0051]I ~40d, C0D=800mg/L, PO43 -P=40mg/L ；[0052]41 ~70d，C0D=300mg/L, P043_-P=20mg/L ；N03_-N=30mg/L
[0053]試驗運行時環(huán)境溫度為5~10°C，厭氧階段控制溶解氧濃度小于0.lmg/L ;好氧階段控制溶解氧濃度大于2.0mg/L ;缺氧階段控制氧化還原電位為-100~-40mV。
[0054]具體處理如下:
[0055]( I)取污水處理廠好氧池污泥作序批式活性污泥法反應(yīng)器接種污泥，污泥濃度為4200mg/Lo
[0056](2)高負荷厭氧/好氧階段(I~40d):每天運行3個周期，每個周期按照進水30min、厭氧反應(yīng)2h、好氧反應(yīng)4h、沉淀lh、排水30min依次自動運行,每天采集出水水樣一次，測定其Ρ043_-Ρ濃度，并計算出磷去除率。由圖2可知，經(jīng)過40d的厭氧/好氧運行，出水中磷濃度穩(wěn)定在0.5mg/L以下。
[0057](3)低負荷厭氧/缺氧階段(41~70d):每天運行3個周期，每個周期按照進水30min、厭氧反應(yīng)2h、缺氧反應(yīng)4h、沉淀lh、排水30min依次自動運行,每天采集出水水樣一次，測定其Ρ0/—-Ρ濃度，并計算出磷去除率。由圖2可知，在好氧反應(yīng)改變?yōu)槿毖醴磻?yīng)的開始階段，磷去除效果較差，但經(jīng)過30d的厭氧/缺氧運行，出水中磷濃度穩(wěn)定在0.5mg/L以下。由此說明，通過“兩段式(先厭氧/好氧，后厭氧/缺氧)富集馴化，先高后低進水營養(yǎng)負荷，進水、反應(yīng)、沉淀、排水的循環(huán)運行模式”這一策略可在低溫情況下有效富集到反硝化聚磷菌。
[0058]上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內(nèi)，所做的任何等 同替代、修改和變化，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫條件下反硝化聚磷菌富集馴化方法，所述方法包括以下步驟: (1)反應(yīng)器的設(shè)計和搭建:反應(yīng)器設(shè)計采用序批式活性污泥法，主要由進水系統(tǒng)、曝氣攪拌系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和時間控制系統(tǒng)組成。本裝置可通過各控制器從時間序列上對進水、反應(yīng)、沉淀、排水過程進行控制，實現(xiàn)自動化運行管理，大大減輕了人工強度、節(jié)省了污染治理成本，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、方便移動。 (2)厭氧/好氧運行模式:將污水處理廠好氧池污泥接種到該序批式活性污泥法反應(yīng)器中，在厭氧/好氧環(huán)境下富集馴化除磷微生物，控制進水中COD濃度為800mg/L，Ρθ/__Ρ濃度為40mg/L，每天采集出水水樣測定其Ρ043_-Ρ濃度，以出水中Ρ043_-Ρ濃度穩(wěn)定且達到排放標準來確定富集馴化工作完成。 (3)厭氧/缺氧運行模式:在厭氧/缺氧環(huán)境下富集馴化反硝化聚磷菌，控制進水中COD濃度為300mg/L，P043_-P濃度為20mg/L，每天采集出水水樣測定其Ρ043__Ρ濃度，以出水中po43_-p濃度穩(wěn)定且達到排放標準來確定富集馴化工作完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫條件下反硝化聚磷菌富集馴化方法，其特征在于:步驟(I)中進水時間為30min、反應(yīng)時間(厭氧2h、好氧或缺氧4h)、沉淀時間為lh、排水時間為 30 min。
【文檔編號】C12N1/20GK103773726SQ201410046012
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月9日
【發(fā)明者】鄒海明 申請人:安徽科技學(xué)院