本发明属于环境工程污水生物处理技术领域，涉及一种主要用于含氨污水处理，尤其是涉及一种能实现短程硝化反硝化处理含氨污水的方法。
背景技术：
同步硝化反硝化（snd）是指硝化反应和反硝化反应在同一反应器内同时进行。这一新型脱氮工艺不仅克服了传统生物脱氮工艺硝化和反硝化过程在两个不同的反应器内进行或者在同一反应器内顺次进行（sbr）的不足，而且在降低能耗和物耗等方面具有突出的优势，特别是以亚硝酸盐氮进行的snd工艺具有更明显的优点。例如在硝化阶段可减少供氧量，从而减少了曝气量、降低25%的能耗；在反硝化阶段节省40%有机碳源，降低了运行费用；研究表明，亚硝态氮（no2—n）的反硝化速率通常比硝态氮（no3—n）的反硝化速率高63%；反应器总容积可减少30%-40%左右、节省基建费用；反硝化过程产生的碱可部分中和硝化过程产生的酸，减少化学试剂消耗，能有效地保持反应器中ph稳定，符合目前大力提倡的节能减排要求。因此，短程同步硝化反硝化脱氮过程，已经成为污水处理领域的研究热点之一。
国外有研究者将硝化菌和反硝化菌置于同一反应器中混合培养，虽可以达到单个反应器的同步硝化反硝化，但是反硝化结果不尽人意，离实际应用还有一定的距离。荷兰olburgen土豆加工废水处理项目采用短程硝化和厌氧氨氧化组合实现同步硝化反硝化，但是由于反硝化采用专性厌氧的厌氧氨氧化细菌，该细菌长期处于一定浓度的有氧环境中，从而在一定程度上降低了厌氧氨氧化细菌的活性，导致脱氮效果不理想。国内也进行了一些相关的研究工作，耿金菊等利用好氧反硝化菌群和自养硝化菌群组合脱氮（应用与环境生物学报,2002,8(1):78-82），虽然具有较好的氨氮脱除能力，但抗冲击能力较弱，高于300mg/l的高浓度氨氮能抑制菌体的生长，并且氨氮浓度高于200mg/l时，脱氮后氨氮残余量较多，同时不耐受高浓度有机碳，500mg/l的有机碳浓度抑制菌体生长并降低脱氮效果；这种组合菌群中的各类细菌培养与生长条件不一致，一种发挥功能时另一种却被处于抑制状态，导致彼此不协调，生物脱氮时间延长，成本增大，脱氮效率受到影响。
随着同步硝化反硝化工艺的深入研究，具有好氧反硝化特性的异养硝化细菌的发现从理论上进一步增加了污水硝化与反硝化在一个单元内同步进行的可能性，同时克服传统处理工艺在处理效率与经济适用两方面的矛盾，实现废水高效而经济的脱氮。目前的同步硝化反硝化工艺还存在一些问题，影响snd工艺的生态因素很多而且相互关联，如何根据各种不同废水的水质特点寻找其主要的控制因素，并综合考虑各种因素，使同步硝化反硝化稳定高效，还需要深入研究和探讨，依靠生长条件相近的脱氮微生物来实现同步硝化反硝化，将加快同步硝化反硝化脱氮工艺进一步工业应用的进程。
cn201010536048.6公开了一种污水短程同步硝化反硝化脱氮方法，主要是通过投加亚硝酸型脱氮菌剂来实现的，虽然实现了稳定的脱氮效果，但是一方面菌剂的投加量较大，另一方面菌剂中至少需要两种菌的组合，制备过程复杂。
技术实现要素：
针对目前同步硝化反硝化工艺存在的不足，本发明提供一种短程硝化反硝化处理含氨污水的方法。本发明通过使用专门培养获得的短程硝化反硝化优势菌群实现短程同步硝化反硝化脱氮，解决了同步硝化反硝化在实际应用中遇到的微生物功能互相制约、脱氮效果不稳定、处理成本高等不足。
本发明短程硝化反硝化处理含氨污水的方法，是在含氨污水处理体系内投加短程硝化反硝化优势菌群，所述优势菌群的培养包括以下三个阶段：
第一阶段：将接种污泥接入兼氧反应器中，用高氨氮低cod废水进行富集培养，获得耐受高氨氮的脱氮菌群；富集过程中使用微生物生长促进剂a，所述促进剂a包括金属盐、多胺类物质和无机酸羟胺，其中金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。
第二阶段：使用微生物生长促进剂d并采用高温培养与常温培养交替进行的方式，逐渐提高亚硝酸菌的优势地位，培养至亚硝化率大于25%，优选大于50%时转入第三阶段；所述微生物生长促进剂d包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和na2so3，其中金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。
第三阶段：降低溶解氧和/或提高ph并使用微生物生长促进剂e进行反硝化菌培养，当氨氮去除率低于60%时重复第二阶段的培养过程，第二阶段和第三阶段交替进行，当总氮去除率大于80%时，结束培养，获得短程硝化反硝化优势菌群。所述微生物生长促进剂e包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和有机酸盐，其中金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。
本发明第一阶段脱氮菌群的培养可以采用本领域技术人员熟知的富集培养脱氮菌群的方法。所述的接种污泥为污水处理场好氧池和厌氧池的混合污泥，所述高氨氮低cod废水中氨氮浓度大于100mg/l，cod浓度低于500mg/l。富集培养条件为：温度为10-45℃，优选为15-30℃，溶解氧0.1-5.0mg/l，ph值为6.0-9.0。培养过程中按培养液中促进剂浓度10-30mg/l投加微生物生长促进剂a。
本发明第二阶段所述常温培养条件为：温度为15-30℃，优选为20-28℃，溶解氧0.1-3.0mg/l，ph值为6.0-9.0，培养时间为5-30天；高温培养条件为：温度比常温培养温度高2-20℃，优选高3-10℃，溶解氧0.1-3mg/l，ph值6.0-9.0，培养时间为5-20天。高温培养过程进行到适宜时间后，培养体系中出现明显泡沫时，从高温培养转为常温培养，常温培养结束后排水更换新鲜培养液进入下一轮高温培养。新鲜培养液中氨氮浓度为100mg/l-1500mg/l，优选为500-1000mg/l。高温培养转为常温培养时可以排水更换新鲜培养液，也可以不更换新鲜培养液。两次排水之间采用补加料液的方式，两次排水之间可以补料2-8次，当培养液中氨氮浓度低于100mg/l时可以补料至氨氮浓度达到500mg/l以上。培养过程中在常温培养时按培养液中促进剂浓度10-50mg/l投加微生物生长促进剂d。
本发明第三阶段所述的降低溶解氧和/或提高ph是指每隔8-24h根据原始培养条件降低溶解氧或提高ph，可以按溶解氧含量逐步降低和ph逐步提高的方式培养，也可以随机交替条件进行培养，可以分2-4次改变培养条件，使溶解氧浓度控制在0.1-1mg/l，ph控制为7.5-9.0。培养液同样采用补料和换排水交替进行的方式，当培养液中总氮浓度低于50mg/l时排水更换新鲜培养液，每次更换新鲜培养液时按污水中促进剂浓度10-50mg/l投加微生物生长促进剂e，使用微生物生长促进剂e可以保证反硝化菌的正常代谢和生长增殖。
本发明所述微生物生长促进剂a中，以重量份计，金属盐为40-100份，优选为50-80份，多胺类物质为5-30份，优选为10-20份，无机酸羟胺为0.5-15份，优选为2-10份。所述无机酸羟胺为盐酸羟胺、硫酸羟胺或者磷酸羟胺中的一种或几种。
本发明所述微生物生长促进剂d中，以重量份计，金属盐为40-100份，优选为50-80份，多胺类物质为5-30份，优选为10-20份，有机酸羟胺为0.05-1.5份，优选为0.1-1.0份，na2so3为10-40份，优选为20-30份。所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。
本发明所述微生物生长促进剂e中，以重量份计，金属盐为40-100份，优选为50-80份，多胺类物质为5-30份，优选为10-20份，有机酸羟胺为0.5-15份，优选为2-10份，有机酸盐为5-30份，优选为10-20份。所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。所述有机酸盐为乙酸钠、琥珀酸钠和柠檬酸钠等有机酸盐中的一种或几种，有机酸盐有助于诱导出反硝化作用所需的亚硝酸还原酶，反硝化脱氮效果好。
本发明所述微生物生长促进剂a、d和e中，金属盐可以是钙盐、镁盐和铜盐，其中ca2+、mg2+和cu2+的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（0.5-5），优选为（8-12）:（10-20）:（1-4）；或者是钙盐、亚铁盐和铜盐，其中ca2+、fe2+和cu2+的摩尔比为（5-15）:（1-8）:（0.5-5），优选为（8-12）:（2-6）:（1-4）；或者是钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，其中ca2+、mg2+、fe2+和cu2+的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5），优选为（8-12）:（10-20）:（2-6）:（1-4）。
本发明所述微生物生长促进剂a、d和e中，钙盐为caso4或者cacl2，镁盐为mgso4或者mgcl2，亚铁盐为feso4或者fecl2，铜盐为cuso4或者cucl2。所述多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。
本发明所述短程硝化反硝化优势菌群按照mlss（污泥浓度）为500-1500mg/l进行直接投加使用。采用批次进水或者连续进水方式，最好采取连续进水方式进行脱氮处理，水力停留时间小于24h，一般为8-24小时。在含氨污水处理过程中，遇到处理效果出现波动时，短程硝化反硝化优势菌群可以随时补充，保持稳定的短程同步硝化反硝化脱氮效果。
本发明中，含氨污水为一切适合生物法处理的含cod和氨氮的污水，氨氮浓度一般为50-1000mg/l。含氨污水的处理条件：温度为18-40℃，优选为25-40℃，溶解氧为0.1-3mg/l，ph为7-9。
本发明方法利用硝酸菌、亚硝酸菌和反硝化菌生长条件的差异进行调控，并在不同阶段使用配方不同的微生物生长促进剂，有效进行硝酸菌的淘洗促进亚硝酸菌的优势生长，并使得反硝化菌能够耐受硝化反应条件，最终成功实现短程硝化反硝化优势菌群的培养。实验表明，经历上述高温-常温和高溶解氧-低溶解氧筛选培养过程得到的短程硝化反硝化优势菌群，具有脱氮活性高，沉降性能好，菌体耐受能力强等优点。特别是使用生长促进剂后可以明显缩短培养时间，所获得的菌群具有较强的耐冲击性和长期稳定的脱氮能力，适用条件范围宽，对硝化和反硝化条件控制精度要求降低，该培养方法可以快速培养脱氮菌群，使所获得的菌群即能保证能够适应各种溶解氧环境，又能够保证短程硝化反硝化的稳定进行。
与现有技术相比，本发明直接使用培养好的短程硝化反硝化优势菌群进行含氨污水处理，具有污泥沉降性能好，效果稳定，总氮去除率高等特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明方案和效果进行详细说明，但不因此限制本发明的范围。本发明cod采用重铬酸盐法测定。
本发明提出的污水短程同步硝化反硝化脱氮的方法，主要是直接使用培养好的短程硝化反硝化优势菌群来实现的。本发明所培养的优势菌群具有较高的亚硝酸盐生成速率和总氮去除率，具有较强的耐受性和适应性，具有较好的抗冲击性和稳定性。本发明优势菌群培养过程所用的生长促进剂配置容易，使用方便，在优势菌群培养过程中投加使用后可以促进亚硝酸细菌生长、抑制硝酸细菌生长，有利于提高反硝化菌的脱氮速率。
本发明所述短程硝化反硝化优势菌群的培养方法，通过以下三个培养阶段来实现：
第一阶段：富集脱氮菌群，取污水处理场好氧池和厌氧池的混合污泥接入兼氧反应器中，用高氨氮低cod废水（氨氮浓度为300-500mg/l，cod浓度低于500mg/l）进行富集培养，富集培养条件为：温度为15-30℃，溶解氧0.1-5.0mg/l，ph值为6.0-9.0。培养过程中每次更换培养液的同时按培养液中促进剂浓度10-50mg/l使用微生物生长促进剂a。
第二阶段：在高温条件下进行硝酸菌的淘洗，高温培养过程中昼夜温差为2-8℃。培养过程中当培养液第一次出现明显泡沫时改为常温进行亚硝酸菌培养，常温培养1-2周后排水，更换新鲜培养液后再改为高温培养，当再次出现明显泡沫后再进行常温恢复培养，直到硝化产物中有50%为亚硝酸盐氮时转入第三阶段培养，此时能完成硝化反应的优势菌群为亚硝酸菌。培养过程中两次换排水之间进行多次补料，当培养液中氨氮浓度低于100mg/l时补加氨氮溶液或者高浓度氨氮废水至氨氮浓度达到500-1500mg/l。培养过程中在常温培养时按污水中促进剂浓度10-50mg/l使用微生物生长促进剂d。
第三阶段：培养过程中每隔8-24h改变溶解氧和ph条件，可以按溶解氧含量逐步降低和ph逐步提高的方式培养，也可以随机交替条件进行培养，可以分2-4次改变培养条件。如溶解氧可以由1.5-5mg/l降低到0.6-2mg/l，再降低到0.2-1.0mg/l；ph可以由7.5-7.8提高到7.8-8.5，再提高到8.0-9.0。不同溶解氧的控制浓度和不同ph的控制范围进行调整，低do和高ph进行硝酸菌的淘洗，适宜的do和ph范围进行亚硝酸菌培养，当培养到第三阶段时，培养过程中当氨氮去除率低于60%时重复第二阶段的培养，第二阶段和第三阶段交替培养，最终当总氮去除率大于80%时，结束培养过程，获得短程硝化反硝化优势菌群。培养液同样采用补料和换排水交替进行的方式进行更换，当培养液中总氮浓度低于50mg/l进行换排水，每次换排水之间进行批次补料，每次更换新鲜培养液时按污水中促进剂浓度10-50mg/l使用微生物生长促进剂e。当培养液中氨氮浓度低于50mg/l时补加氨氮溶液或者高浓度氨氮废水。
按照表1微生物生长促进剂的比例和配方制备金属盐溶液，在使用前将多胺类物质、无机酸羟胺或有机酸羟胺、na2so3或有机酸盐加入到金属盐溶液中，制备得到六种型号的微生物生长促进剂，所述促进剂浓度均为0.5g/l。
表1微生物生长促进剂的配方及比例
实施例1
第一阶段：取污水处理场好氧池和厌氧池的混合污泥接入兼氧反应器中进行脱氮菌群的富集，培养液氨氮浓度为300mg/l，cod浓度为300mg/l。富集培养条件：温度为24℃，ph为7.0-7.5，do为3mg/l。每次更换培养液时都要按污水中促进剂浓度20mg/l添加微生物生长促进剂a-ⅰ，7天后获得氨氮和总氮去除率达50%以上的混合菌群。
第二阶段：在31℃条件下进行硝酸菌的淘洗，培养到10天时培养液出现大量泡沫，此时改为常温28℃进行亚硝酸菌培养，按污水中促进剂浓度20mg/l添加微生物生长促进剂d-ⅰ，培养10天后当培养液中氨氮浓度低于15mg/l时沉降排水，更换新鲜培养液。在31℃条件下继续培养7天后再次出现大量泡沫，此时将温度调整到28℃进行菌体恢复培养，按照此过程循环操作，直到亚硝酸盐氮在硝化产物中占50%时转入下一阶段培养。整个培养过程共换排水4次，每次换排水之间补料两次，当培养液氨氮浓度低于100mg/l时补加高浓度氨氮溶液，补加后培养液氨氮浓度为800-1000mg/l。
第三阶段：培养过程中每隔24h改变溶解氧条件，培养第1天溶解氧控制在1.5-2.5mg/l，ph为7.5-7.8；第2天溶解氧控制在0.8-1.5mg/l，ph为8.0-8.2；第3天溶解氧控制在0.2-0.8mg/l，ph为8.5-9.0。按照此过程不断对溶解氧的控制浓度和ph的控制范围进行调整。培养过程中当氨氮去除率低于60%时重复第二阶段的培养过程，第二和第三阶段培养过程交替培养3次后，培养液总氮浓度低于50mg/l，此时进行一次换排水，换水同时按污水中促进剂浓度20mg/l添加微生物生长促进剂e-ⅰ，培养3周后总氮去除率大于80%，结束培养过程，获得短程硝化反硝化优势菌群。
将培养好的短程硝化反硝化优势菌群按照mlss为1000mg/l直接投加到污水处理系统中进行生化脱氮处理，所处理的废水水质为氨氮浓度300mg/l、cod浓度为300mg/l，处理温度为25℃，溶解氧为0.1-3mg/l，ph为7-9，水力停留时间小于24h。经过处理后出水氨氮浓度低于15mg/l、总氮浓度低于40mg/l。系统运行一个月，出水氨氮浓度始终低于15mg/l，总氮浓度始终低于40mg/l。
实施例2
第一阶段：取污水处理场好氧池和厌氧池的混合污泥接入兼氧反应器中进行脱氮菌群的富集，培养液氨氮浓度为300mg/l，cod浓度为300mg/l。富集培养条件：温度为30℃，ph为7.5-8.5，do为4mg/l。每次更换培养液时都要按污水中促进剂浓度25mg/l添加微生物生长促进剂a-ⅱ，10天后获得氨氮和总氮去除率达50%以上的混合菌群。
第二阶段：在37℃条件下进行硝酸菌的淘洗，培养到10天时培养液出现大量泡沫，此时改为常温25℃进行亚硝酸菌培养，按污水中促进剂浓度25mg/l添加微生物生长促进剂d-ⅱ，培养2周后当培养液中氨氮浓度低于15mg/l时沉降排水，更换新鲜培养液。在37℃条件下继续培养5天后再次出现大量泡沫，此时将温度调整到25℃进行菌体恢复培养，高温常温交替进行3次后检测亚硝酸盐氮在硝化产物中占55%，结束此阶段培养。整个培养过程共换排水6次，每次换排水之间补料4次，当培养液氨氮浓度低于100mg/l时补加高浓度氨氮溶液，补加后培养液氨氮浓度为600-800mg/l。
第三阶段：培养过程中每天分为白天8h和晚上16h来改变溶解氧和ph条件，8h内的溶解氧控制在1.5-3.0mg/l，16h内的溶解氧控制在0.5-1.5mg/l。按照此过程不断对溶解氧的控制浓度进行调整，培养过程中当氨氮去除率低于60%时重复第二阶段的培养，第二阶段和第三阶段培养过程多次进行交替培养4次后，培养液总氮浓度低于50mg/l，此时进行一次换排水，换水同时按污水中促进剂浓度20mg/l添加微生物生长促进剂e-ⅱ，培养3周后总氮去除率大于80%，结束培养过程，获得短程硝化反硝化优势菌群。
将培养好的短程硝化反硝化优势菌群按照mlss为1500mg/l投加到污水处理系统中进行生化脱氮处理，所处理的废水水质为氨氮浓度500mg/l、cod浓度为500mg/l，处理温度为30℃，溶解氧为0.1-3mg/l，ph为7-9，水力停留时间小于24h。经过处理后系统稳定运行一个月，出水氨氮浓度始终低于15mg/l、总氮浓度始终低于40mg/l。
比较例1
培养条件和过程如实施例1，所不同的是第一阶段培养过程中没有使用微生物生长促进剂a-ⅰ，则最终的培养时间比使用生长促进剂增加了15天。
培养条件和过程如实施例1，所不同的是培养过程中第二阶段没有使用微生物生长促进剂d-ⅰ，则最终的培养时间比使用生长促进剂增加了1倍。
培养条件和过程如实施例1，所不同的是培养过程中第二阶段没有使用微生物生长促进剂e-ⅰ，则最终的培养时间比使用生长促进剂增加了1倍。
培养条件和过程如实施例1，所不同的是培养过程中各阶段都没有使用微生物生长促进剂，则最终的培养时间比使用生长促进剂增加了2倍。
比较例2
使用比较例1获得的任一种短程硝化反硝化菌群处理实施例1的废水，处理条件和接种量同实施例1。经过处理后出水氨氮浓度均在15-30mg/l、总氮浓度在30-60mg/l，出水总氮和氨氮时有波动，系统运行不很稳定。