本发明属于污水处理领域，尤其涉及一种实现絮状活性污泥好氧反硝化的培养方法，向活性污泥中投加芽孢杆菌菌剂，从而实现污水好氧反硝化的工艺。
背景技术：
：：芽孢杆菌(Bacillussubtillus)是一种在土壤中普遍存在的细菌，具有繁殖快，生命力顽强的特点，被广泛应用于生物，养殖和化学等领域。芽孢杆菌的耐受性强，适宜溶解氧浓度0.1-1.0mg/L,耐强酸强碱，耐高温，可以在-60℃-280℃的恶劣条件下生存，在6℃-43℃下发挥高效净水作用。芽孢杆菌有丰富的酶系统，能分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等酶类，能高效降解各种水溶性有机物和其他氮磷污染物，在水环境中能形成优势菌群，在污水处理领域被广泛研究。传统的脱氮模式分为好氧硝化和缺氧反硝化两部分。在好氧条件下，硝化细菌将污水中的氨氮氧化成硝酸盐氮或亚硝酸盐氮，在缺氧条件下，反硝化细菌将这些产物还原成氮气。反硝化过程需要在溶解氧0.5mg/L以下才能发挥较大脱氮效果，对溶解氧要求较为严格。传统的A20工艺还需要将好氧段的硝化产物回流至缺氧段，为反硝化提供氮源。回流污泥容易破坏反硝化作用的缺氧条件，同时也增加了能耗和运行费用。好氧反硝化分为两种模式，一种是颗粒污泥或者生物膜系统在好氧条件下进行同步硝化反硝化，这种模式的理论依据是微环境理论，把膜表面分为好氧区和缺氧区，硝化细菌和反硝化细菌形成共生系统，即硝化细菌在好氧区进行硝化反应，反硝化细菌在内部缺氧区进行反硝化反应。其实质仍是传统观念上的好氧硝化-缺氧反硝化反应模型。另一种是指含好氧反硝化细菌的活性污泥在有氧存在的条件下进行反硝化作用。好氧反硝化理论提出已有30余年，其作用机理并没有明确的定义。目前许多研究已经证实芽孢杆菌具有异养硝化-好氧反硝化的特性，但这些研究普遍停留在纯菌层面的研究。活性污泥中各细菌相互作用较为复杂，芽孢杆菌在活性污泥中能否发挥出异养硝化-好氧反硝化特性还有待考究。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是，提供一种添加芽孢杆菌以实现絮状活性污泥好氧反硝化的培养方法。目前许多研究已经证实芽孢杆菌具有异养硝化-好氧反硝化特性，但这些研究普遍停留在纯菌层面，关于在活性污泥中芽孢杆菌与其他异养菌的相互作用，芽孢杆菌活性污泥是否具有好氧反硝化特性和其他耐受性的研究相对较少。本发明将芽孢杆菌纯菌按照每30天0.4g的计量投加到活性污泥中，在特定的条件下加以培养和驯化。实验结果表明芽孢杆菌活性污泥具有好氧反硝化特性，对活性污泥好氧反硝化在工程中应用有一定指导性意义，同时也对絮状活性污泥同步硝化反硝化工艺的实现提供了理论基础。为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种实现絮状活性污泥好氧反硝化的培养方法包括以下步骤：步骤1、添加菌剂取自污水处理厂曝气池活性污泥，每30天向活性污泥中投加0.4g芽孢杆菌纯菌菌剂；步骤2、污泥的培养驯化将加入芽孢杆菌纯菌菌剂的活性污泥放入SBR反应器中培养，其条件为：控制水温为25℃，初始pH为7.5，MLSS＝3000mg/L，MLVSS＝2100mg/L,f＝0.7,其中，MLSS代表污泥浓度，MLVSS代表挥发性悬浮固体浓度，f代表MLVSS/MLSS，碳氮比为6,采用人工配水,进水氨氮浓度为50mg/L,COD浓度为300mg/L，进水投加预设定量的微量元素,同时加入预设定量的碳酸氢钠作为酸碱缓冲剂；进水以醋酸钠为碳源,以氯化铵为氮源,进水后保持较高的曝气量,以保证硝化反应的顺利进行,硝化反应基本结束后开始搅拌,周期性的进行微曝气,使反应器保持较低的溶解氧，连续培养。作为优选，所述芽孢杆菌纯菌菌剂需要溶于50℃蒸馏水中，然后在85℃的恒温烘箱中加热5min。作为优选，所述污泥培养驯化过程中溶解氧浓度的控制，进水2h后应及时减缓曝气。作为优选，所述污泥培养驯化阶段溶解氧浓度随着脱氮率的增大而逐渐上升，且溶解氧浓度不宜高于2.0mg/L。本发明有益效果如下：本发明以添加芽孢杆菌的活性污泥为研究主体，培养驯化出了能在好氧状态下进行反硝化作用的活性污泥。相比传统活性污泥的缺氧反硝化工艺，本发明有以下优点：(1)为实现絮状活性污泥的同步硝化反硝化提供理论支撑。目前同步硝化反硝化过程普遍存在于颗粒污泥和生物膜系统。而颗粒污泥的培养比较繁琐，需要长时间曝气，不但浪费能源，也不适于大规模使用。生物膜系统运行方面灵活性较差，基建投资费用相对较高。活性污泥的同步硝化反硝化过程操作简单，运行灵活，节约能源，处理成本较低；(2)可将氨氮在好氧条件下直接转化成气态产物，避免了许多中间产物的积累；(3)芽孢杆菌在污泥中处于优势地位，具有耐高温，耐碱性，高效性等优点；(4)反应模式更加灵活，对反应条件要求较低；(5)操作简单，效果好，可重复性强。附图说明图1SBR反应装置图；图2实验前期污泥的培养及驯化过程图；图3以NaNO2为氮源NO2--N随DO的变化规律示意图；图4DO为1.2mg/L时NO2--N和COD变化规律示意图；图5为本发明的实现絮状活性污泥好氧反硝化的培养方法流程图。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明提供一种实现絮状活性污泥好氧反硝化的培养方法，具体包括以下步骤：步骤1、添加菌剂实验用泥取自高碑店污水处理厂曝气池中活性污泥，污泥呈絮状，深褐色，沉降性能良好。每月向活性污泥中投加0.4g纯菌菌剂，使芽孢杆菌在活性污泥中占据优势地位。步骤2、污泥的培养驯化采用SBR反应器,其包括：鼓风机1、搅拌器2、加热棒3、曝气头4、WTW测定仪5，如图1所示,有效容积15L,分为瞬间进水,反应,沉淀,排水和闲置五个过程.反应周期为12h,包括瞬间进水(时间可忽略不计),反应时间11h,沉淀0.5h,排水0.5h,无闲置时间.采用ACO-001型号鼓风机曝气,采用JRB-220型号加热棒加热,采用HM-140型号搅拌。表1微量元素成分组成表Table1Traceelementcompositiontable将BBR设备污泥在SBR反应器内培养一段时间,除溶解氧外,控制其他因素与BBR设备运行条件保持一致.控制水温为25℃,初始pH为7.5,MLSS＝3000mg/L,MLVSS＝2100mg/L,f＝0.7,其中，MLSS代表污泥浓度，MLVSS代表挥发性悬浮固体浓度，f代表MLVSS/MLSS，碳氮比为6,采用人工配水,以氯化铵为氮源，进水氨氮浓度为50mg/L,COD浓度为300mg/L.进水投加一定量的微量元素,其成分组成如表1所示,同时加入一定量的碳酸氢钠作为酸碱缓冲剂；进水以醋酸钠为碳源,以氯化铵为氮源,进水后2h内保持较高的曝气量,以保证硝化反应的顺利进行,2h后开始搅拌,周期性的进行微曝气,使反应器保持较低的溶解氧,有利于反硝化反应的进行.连续培养20d,其脱氮效果如图2所示.横坐标为培养时间,纵坐标分别表示出水氨氮,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的浓度,图中虚线表示总氮去除率.在培养前5天,硝化反硝化效果不稳定,总氮去除率不到20％.第6-15天,总氮去除率逐渐提升,反硝化效果明显,出水氨氮,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮均有所下降.第16天开始总氮去除率维持在70％-80％的水平,出水氨氮,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮也处于较低水平,可以认为反应器内活性污泥被成功驯化.实验原理关于活性污泥好氧反硝化原理，有三种理论作为支撑。一种侧重物理学观点，类似于颗粒污泥或生物膜系统的微环境理论，认为微生物生长在μm级的微环境中，絮状活性污泥内部存在缺氧状态的微环境，为反硝化提供条件；另一种是生物学理论，认为好氧反硝化菌体内存在好氧反硝化酶系统，能保证氧气和硝酸盐氮或亚硝酸盐氮一起同时作为电子受体，从而实现好氧反硝化。相对于缺氧反硝化过程，好氧反硝化作用中间产物较多，包括4个还原步骤和4种还原酶,分别为硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶、一氧化二氮还原酶。目前提出好氧反硝化菌的假想呼吸途径中,NO3-、O2均可作为电子最终受体:即电子可从被还原的有机物基质传递给O2,也可传递给NO3-、NO2-和N2O,并分别将它们还原。在SBR反应器中进行微曝气来确保好氧条件，但由于曝气不均匀会存在缺氧区，这种理论将芽孢杆菌和其他异养反硝化菌分裂开来，在好氧区域芽孢杆菌进行好氧反硝化，在缺氧区域其他反硝化菌进行辅助的缺氧反硝化，这便解释了好氧反硝化反应速率较慢的原因；第三种理论从化学角度分析，宏观来看，好氧反硝化过程宏观表征为总氮的损失。当进水氮源为氨氮时，反应器首先进行硝化反应，硝化反应的中间产物较多，氨氮氧化成硝酸盐氮的过程中分别产生联氨，羟胺，氮气，一氧化二氮气，一氧化氮，亚硝酸盐氮等中间产物。若反应器DO浓度过低，pH偏大或偏小，这些因素的改变都会导致硝化过程中间产物的积累，表现为总氮损失和好氧反硝化过程。为验证芽孢杆菌活性污泥具有好氧反硝化特性，进水以醋酸钠为碳源，COD浓度为300mg/L,以亚硝酸钠为氮源，控制进水亚硝酸盐氮浓度为50mg/L,初始pH为7.5,污泥浓度3000mg/L.分别在溶解氧浓度0.6-2.5mg/L范围内研究芽孢杆菌活性污泥的反硝化特性.图3即为各溶解氧浓度下反应器内亚硝酸盐浓度随反应时间的变化趋势.图4是溶解氧在1.2mg/L的条件下亚硝酸盐氮和COD随着反应时间的沿程变化,虚线表示反应器内溶解氧的变化.总体来看,以亚硝酸钠为氮源,芽孢杆菌活性污泥能够进行好氧反硝化作用.横向观察,在反应前15min,亚硝酸盐氮降解缓慢,有机物被大量降解而表现出缺氧状态.15min之后有机物降解速率有所降低,而亚硝酸盐氮降解速率增大并且保持稳定.此时各个工况条件下的反硝化速率相差不大,亚硝酸盐氮的去除率在50％-60％之间,反硝化速率较大.在45min-60min有机物降解速率降低,溶解氧瞬间上升,调节曝气强度使反应器内溶解氧恒定在某一数值.在好氧段,不同溶解氧浓度下亚硝酸盐氮去除率不同,反硝化速率也不同.溶解氧浓度在0.5-1.2mg/L范围内,出水亚硝酸盐氮小于4mg/L,总氮去除率大于93％,好氧反硝化效果良好.溶解氧浓度在1.5-2.0mg/L的范围内,出水亚硝酸盐氮有一定程度的积累,总氮去除率在67％-80％,反硝化效果一般.溶解氧在1.8mg/L和2.0mg/L的条件下,向反应器内投加营养液(水厂BBR设备专用)0.5mL,出水亚硝酸盐氮浓度降低.观察1.8mg/L(Y)和2.0mg/L(Y)两条曲线,缺氧段斜率较大,而好氧段斜率变化不大,这说明营养液只是强化了微生物在缺氧段的活性,对好氧段反硝化效果影响不大.在溶解氧浓度2.5mg/L的条件下,好氧段没有明显的脱氮效果,一方面可能是因为其他好氧异养菌大量生长,不利于芽孢杆菌处于优势地位,另一方面可能是溶解氧过高使好氧反硝化酶系统受到了抑制,从而降低了芽孢杆菌的活性.在反应前期的缺氧段,亚硝酸盐氮的变化量与反应时间呈良好的线性关系,线性方程斜率的绝对值表示反应速率.除去投加营养液的两种工况,其他各工况缺氧段反应速率在30-40(mg/L·h)之间,变化不大,平均反应速率为36.10mg/(L·h),污泥浓度MLSS保持在3g/L,缺氧段比反硝化速率为12.45mgNO2--N/(gMLSS·h).在随后的好氧段,线性方程的斜率各不相同,表示好氧反硝化速率随溶解氧的升高而降低.从整体上看,好氧反硝化速率低于缺氧反硝化速率.在溶解氧浓度0.6mg/L时反硝化速率最大,比反硝化速率为6.38mgNO2--N/(gMLSS·h),约为缺氧段的50％；在溶解氧浓度2.0mg/L时反硝化速率最小,比反硝化速率为2.26mgNO2--N/(gMLSS·h),不足缺氧段的20％.分析原因,一方面溶解氧浓度过高会对酶系统产生抑制作用,表现出芽孢杆菌反硝化速率随着溶解氧浓度的升高而降低,另一方面溶解氧浓度过高促进了硝化细菌和其他异养菌的生长,不利于芽孢杆菌处于优势地位,影响反硝化效果.由此可以得到，溶解氧浓度在0.6mg/L-1.5mg/L的条件下，芽孢杆菌活性污泥具有好氧反硝化的特性。当前第1页1 2 3 当前第1页1 2 3