一种硝化菌富集培养装置及培养方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境微生物及污水处理技术领域，具体涉及一种硝化菌富集培养装置及培养方法。
【背景技术】
[0002]为防止湖泊和其他受纳水体富营养化的发生，各城市污水处理厂均应用新的运行方法和控制策略进行脱氮除磷。随着新的微生物处理技术的介入，污水处理设施的功效得到显著提高。硝化反硝化技术应用于处理含氨污水时，在经济上和技术上均具有较高的可行性。
[0003]生物脱氮方法中，无论是传统的硝化-反硝化，还是新型的短程硝化-反硝化及短程硝化-厌氧氨氧化都需经过硝化作用脱除氨氮。活性污泥中含有良好生物活性的硝化菌是生物脱氮的前提和关键保障，因此，硝化菌的培养与富集越来越受到研究者的重视。但是硝化菌属于自养型微生物，繁殖速度较慢。在对硝化菌的富集培养过程中发现，污泥絮体呈悬浮状态生长于营养液中，絮体体量微小，沉淀速度较慢，导致硝化菌的培养周期特别长。在进行批次培养的过程中，现有技术一般采用直接补充高浓度氮源的方式提高进水氨氮浓度，但是这样就会造成高浓度产物积累，会抑制硝化菌的生长和作用活性。如果采取每批次都排水的方式，则需要很长的沉降时间，总的培养周期较长，操作繁琐，并且由于是自然沉降，在分离后的清水中通常会含有一定量的污泥悬浮物，这不仅会造成出水水质不符合要求，而且污泥的流失也会影响污泥培养的效率。
[0004]CN20120014634.3公开了一种快速富集氨氧化菌的方法和装置。主要采用序批式活性污泥法，通过逐渐提高培养液中氨氮浓度及PH过程控制的方法进行富集。该培养方法包括进水、加碱、曝气、加碱、曝气、回流、沉淀、排水及闲置等步骤，各个步骤通过可编程过程控制器进行控制。此方法和装置在污泥沉降阶段采用自然沉降，耗时较长，致使总的培养周期较长。
[0005]CN201310277522.1公开了一种培养并利用好氧颗粒污泥处理废水的装置及方法。该装置及方法通过对进水和处理过程中工艺条件的控制，可实现处理系统中颗粒污泥的养成和维系，并利用其优异的性能实现有机和营养类污染物的同时去除。但是此装置从底部进水，上部排水，中部排泥。虽然可将现有SBR工艺运行周期中的四个步骤缩减为三个，实现处理系统进水和出水同时进行，但是从底部进水时需要控制进水流速和流量，否则污泥床层会出现过度流化的状态。具体来说，注入废水所引起的污泥床的湍动和混合区域的高度少于总床层高度的50%，优选小于总床层高度的25%，更优选小于总床层高度的15%。这样一来，进水时间也较长，总的周期时间仍然较长。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供了一种硝化菌富集培养装置及培养方法。本发明装置通过在反应器内设置陶瓷膜内筒作为硝化菌培养单元，有效降低了污泥沉降换水时间，缩短了培养周期，并且能够防止排水时污泥絮体流失，保证了污泥的稳定增长。
[0007]本发明硝化菌富集培养装置，包括外筒反应器和陶瓷膜内筒，外筒反应器为敞口式结构，内部设置由陶瓷膜板制成的陶瓷膜内筒；在陶瓷膜内筒外壁和底端设曝气系统，曝气系统和污泥分别位于陶瓷膜内筒两侧，曝气时，污泥在陶瓷膜内筒中进行培养，气体通过陶瓷膜孔进入内筒实现供氧；外部反应器底部设有排水口，通过真空栗与密封的集水箱相连，当培养结束后，启动真空栗将水排至密闭的集水箱，污泥则被陶瓷膜截留在内筒中。
[0008]本发明中，陶瓷膜内筒的几何形状可以与外筒反应器相同或不同，优选采用相同的几何形状。陶瓷膜内筒的体积为外筒反应器体积的0.5?0.8倍。陶瓷膜内筒的壁厚为I?5cm，膜孔直径为0.05?0.5 μm。陶瓷膜内筒与外部反应器顶端平齐且密封连接。
[0009]本发明中，污泥在陶瓷膜内筒中进行培养，当培养结束后，启动真空栗排水，通过抽滤作用将水排至密闭的集水箱，污泥则被陶瓷膜截留在内筒中。外筒反应器固定有进水管，下部设有排水口。陶瓷膜内筒底部设置有排污泥管，通过阀门控制污泥的外排。
[0010]本发明中，曝气系统设置于陶瓷膜内筒的外表面，在内筒底端呈田字格状布置，在四周外壁上呈水平条布置；曝气系统和污泥分别位于陶瓷膜板的两端，曝气时，气体通过陶瓷膜孔实现供氧。这种曝气系统的布置方法能够实现对陶瓷膜板的反冲洗，有效防止陶瓷膜板的堵塞，保证合理的渗水通量。
[0011]本发明采用上述培养装置的硝化菌富集培养方法，包括以下步骤:
(1)在培养装置的陶瓷膜内筒中投加硝化菌活性污泥；
(2)向陶瓷膜内筒中注入培养液，使得进水氨氮浓度为50?150mg/L，启动曝气系统曝气;
(3)当氨氮浓度低于20mg/L时，停止曝气，启动真空栗排水；排水后补充新鲜培养液，采取逐级提高进水氨氮浓度的方式进行批次培养，使得最终氨氮浓度提高至500?600mg/L ；
(4)当氨氮去除率达90%以上时，停止曝气，真空排水，收集硝化污泥。
[0012]本发明步骤(I)根据陶瓷膜内筒的体积，控制培养体系的初始污泥浓度为200?500mg/L，优选为 200 ?300mg/L。
[0013]本发明步骤(2)启动曝气系统进行曝气，控制陶瓷膜内筒中的溶解氧浓度在1.0?1.5mg/L，温度为30?35°C，pH值为7.0?9.0。所述的培养液为自配含氨氮废水或者生产生活中产生的各种可生化性好的含氨氮废水，B/C比大于0.4，COD浓度不高于500mg/Lo培养过程中，可以补充有利于硝化菌生长的生长促进剂，所述生长促进剂包括金属盐和多胺类物质，其中金属盐为40?100重量份，优选为50?80重量份，多胺类物质为5?30重量份，优选为10?20重量份；所述的金属盐为钙盐、镁盐、铁盐和铜盐，Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为(5?15): (5?25): (I?8): (0.5?5)，优选为(8?12): (10?20): (2?6): (I?4)。该促进剂用于硝化细菌的培养过程中，可以使硝化细菌能在短时间内快速生长繁殖，所培养的硝化细菌活性高、耐受冲击能力强。
[0014]本发明步骤(3)停止曝气后，打开装置底部的排水口及真空栗，启动真空栗排水，调节真空栗的表压为0.1?0.2MPa，随着陶瓷膜内筒两侧压差的逐渐增大，培养单元中的水逐渐流出至集水箱，待水全部渗出时，关闭真空栗与排水阀。排水后启动曝气系统，同时补充新鲜培养液，采取逐级提高进水氨氮浓度的方式进行批次培养，每次氨氮浓度提高幅度为 50 ?100mg/L。
[0015]本发明步骤(4)当氨氮去除率达90%以上时，停止曝气，启动真空栗排水，调节真空栗的表压为0.1?0.2MPa。收集硝化污泥时打开排污泥管的阀门，将培养好的污泥全部或部分排出，之后重复步骤(I)至(4)进行下一批次富集培养。
[0016]本发明中，由于硝化过程是产酸过程，培养过程中pH值低于设定值时，通过计量栗向培养体系补充碱液，碱液为碳酸氢钠饱和溶液，当pH值达到设定值时，停止进碱。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
1、本发明在培养装置内部设置用陶瓷膜材料制成的污泥培养单元，采用抽真空的方式进行排水，不仅省去了传统装置使用的滗水器，而且有效减少了污泥培养过程中污泥沉降换水的时间，显著缩短了污泥培养周期。本发明利用陶瓷膜在压力的驱动下能够快速进行流体分离的特点，将未沉降的污泥絮体牢牢锁住，保证了出水的清澈度；并且由于陶瓷膜良好的过滤、纯化特性，能够有效地防止污泥絮体的流失，保证了污泥的稳定增长。
[0018]2、在陶瓷膜内筒四周及底部外壁均匀布置曝气系统，实现了污泥与水体的充分混合，不仅起到了搅拌作用，还能够满足菌体培养所需的溶氧条件，并