一种低温条件下快速启动微丝菌污泥膨胀的装置及方法

本发明涉及污水生物处理领域，一种低温条件下快速启动微丝菌污泥膨胀的装置及方法，本装置可以准确的控制系统运行的温度，快速启动污泥膨胀的并能够维持污泥微膨胀的状态。

背景技术：

自活性污泥法开创以来，污泥膨胀问题一直困扰着污水处理厂的运行，丝状菌过量生长诱发的污泥膨胀现象是城市污水生物处理系统稳定运行面临的巨大挑战，它会造成二沉池固液分离困难、出水水质恶化，严重时导致整体生物处理系统的崩溃。由于过去有关丝状菌污泥膨胀的研究多围绕造成丝状菌膨胀的环境条件以及发生膨胀后污泥絮体特性展开，而缺乏对发生膨胀后的污泥进行微观上的深入研究。不同的优势丝状菌不但具有不同的生理特性，还会随水质和环境的变化而发生动态的变迁，使得污泥膨胀的相关研究一直没有实现进一步的突破。

微丝菌诱发的污泥膨胀现象因其发生普遍且后果严重，在污水日常工艺运行中对其的预防与控制显得尤为重要。但一些污水本身的水质特点极易诱发膨胀，季节变化带来的温度变化极易诱发膨胀等问题在实际运行中往往难以完全避免，从而加大了污泥膨胀的防治难度。在丝状菌膨胀的微生物学研究领域，虽然已研究并总结了大量微丝菌的生理生态学特性，但由于微丝菌分离困难，已获得的纯培养物在实验室条件下生长极为缓慢，限制了人们对其生理生化特性的深入认识，为建立有针对性的通用控制策略带来了相当难度。所以所以考察污泥膨胀过程中的微生物种群结构变化以及微生物菌群之间的竞争机制，加深对污泥膨胀过程的的了解显得至关重要。

因此，开发针对特定优势丝状菌的丝状菌污泥膨胀的方法十分必要。通过鉴定活性污泥中的特定优势丝状菌，在污泥膨胀过程中研究特定丝状菌的形态学与生态生理学，对活性污泥特定丝状菌污泥微膨胀阶段和恶性膨胀解读的调控更具有针对性和目的性。在此基础上针对其生理特性提出抑制其优势丝状菌增殖的控制方法，从而实现对污泥膨胀的有效防治。

技术实现要素：

针对上述研究的不足，本发明提供一种低温sbr反应器中快速启动微丝菌为优势丝状菌污泥膨胀的方法，涉及污水生物处理领域，可以快速启动以微丝菌为优势丝状菌的污泥微膨胀状态或者恶性膨胀状态，该方法操作简单，而且能够维持反应器长期处于微膨胀或者恶性膨胀的状态下稳定运行。

一种低温条件下快速启动微丝菌污泥膨胀的装置及方法，其特征在于：

1.一种低温条件下快速启动微丝菌污泥膨胀的装置，该装置结构如下：

低温sbr反应器，包括进水系统、排水系统、搅拌系统、曝气系统、温控系统、do和ph监测系统；sbr反应器有效容积为8l，反应器外部是低温水浴循环系统，并配备了相应的控温装置制冷器(8)，该制冷器可成功在30分钟内将28℃的8l活性污泥水温降至8℃，温控装置就是通过低温循环系统和加热棒(4)调节反应装置温度，控制范围为-9～99℃，通过温度探头进行监测，也就包括低温装置和加热装置；最外侧装有进水阀、出水阀以及排泥阀；进水系统通过进水箱(9)、蠕动泵(10)、进水管与sbr反应器顶部的进水阀(7)连通；在sbr反应器底部1/2处设有排水系统，通过排水管与出水箱连通；搅拌系统包括电动搅拌器(1)；反应器底部装有一曝气圆盘(15)，曝气圆盘连接气体转子流量计(12)，气体转子流量计连接空气压缩机(14)，控制曝气量；在sbr反应器底端有一排泥阀，用于排泥；用手持数字多参数计wtw(3)连接的do探头(6)和ph探头(5)分别监测do和ph的变化。

2.一种低温条件下快速启动微丝菌污泥膨胀的方法，进水水质：cod浓度范围为87.5～242.5mg/l，nh⁴⁺-n浓度为49.1～79.8mg/l，ph范围为6.9～7.8，c/n范围2.5～3.5；整个运行过程污泥浓度维持在2000～3500mg/l，温度使用低温循环系统控制温度在12～13℃，sbr反应器的排水比为50％；具体过程包括如下三个阶段：

(1)污泥驯化阶段，将污水处理厂取来的活性污泥接种到sbr反应器中，利用蠕动泵通过进水管将生活污水加入到sbr反应器中，进水10min；通过全程好氧的方式进行驯化，利用空气压缩机将气体流经玻璃转子流量计后通过反应器底部的曝气盘进入到反应器中，调节转子流量计将do浓度控制在2.0～2.5mg/l，打开搅拌器，使泥水混合物充分搅拌，好氧搅拌270min；静置沉淀30min后，打开出水阀，通过出水管将水排出，排水比为50％；闲置后进水到下一周期，每天4个周期，如此反复7～10天后种泥活性恢复，svi为80～100ml/g，进入下一阶段；

(2)污泥微膨胀阶段，每天运行4个周期，单周期运行方式：进水10min，缺氧搅拌90min，好氧搅拌180min，沉淀30min，排水10min，闲置；好氧阶段do浓度控制在0.8～1.1mg/l，此阶段用wtw连续监测系统内的do和ph值；静置沉淀后打开出水阀通过出水管将水排出，排水比为50％，再次进水到下一周期，运行15～20天。在svi值稳定维持在160～180ml/g之间时，活性污泥维持在污泥微膨胀状态，对微膨胀的污泥进行革兰氏染色、纳式染色以及fish实验，证明微膨胀中的优势丝状菌为微丝菌型丝状菌，即可进入下一阶段；

(3)污泥恶性膨胀阶段，污泥发生微膨胀稳定后改变do浓度，在好氧阶段do浓度控制在0.2～0.5mg/l，用wtw连续监测系统内的do和ph值，运行10～15天，当曝气池混合液静沉30min后，沉淀污泥所占的体积分数即sv30超过95％，相应的1g干污泥所占的容积值即svi值超过400ml/g时，污泥发生了严重的恶性膨胀，通过革兰氏和纳式染色，可以明显看到活性污泥中存在大量丝状菌。

3.本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种低温条件下快速启动微丝菌污泥膨胀的装置，sbr反应器的结构简单，在本发明中加入低温循环系统，可成功在30分钟内将28℃的8l活性污泥水温降至8℃，配套的温控器的控制范围为-9～99℃，为实验可调节性提供了方便。

(2)此污泥微膨胀的快速启动方法是针对特定优势丝状菌(微丝菌)的膨胀启动方法，在膨胀过程中可以维持污泥微膨胀状态，调节后也可以引发污泥恶性膨胀，具有较强针对性，为研究微丝菌污泥膨胀中微生物之间的竞争关系及多样性提供了实验基础，便于后期结合特定优势丝状菌生理学特性进行精确的污泥膨胀调控，以达到更好的节能与提高出水水质的目的。

附图说明

图1为本发明装置部分的结构图，如图1所示：1.电动搅拌器；2.电动机；3.wtw3420型溶解氧仪；4.加热棒；5.ph探头；6.do探头；7.取样口；8.制冷器；9.配水水箱；10.蠕动泵；11.气体流量计；12.空气压缩机；13.曝气盘；14.温控器

图2为整个反应过程不同阶段的svi值的变化情况；

图3(a)和图3(b)分别为步骤(2)结束后污泥微膨胀状态下的革兰氏染色图和纳式染色图；

图4为步骤(2)结束后污泥微膨胀状态下的fish优势丝状菌检测图；

图5(a)和图5(b)分别为步骤(3)结束后污泥恶性膨胀状态下的革兰氏染色图和纳式染色图；

具体实施方式

下面结合附图和具体的调控方法对本发明作进一步详细说明：

本发明采用低温sbr反应器，接种的污泥为高碑店污水处理厂的回流污泥，污泥的沉降性能良好。控制sbr反应器中污泥浓度维持在2500～3500mg/l。打开进水阀，采用短时进水模式，进水10min，利用蠕动泵通过进水管将低碳氮比(c/n＝2.5～3.5)生活污水加入到sbr反应器中；打开温控装置使温度维持在12～14℃；利用空气压缩机将使气体流经玻璃转子流量计后通过反应器底部的曝气盘进入到反应器中，调节转子流量计将do浓度控制在2.0～2.5mg/l；打开搅拌器，使泥水混合物充分搅拌，好氧搅拌270min；静置沉淀30min后，打开出水阀，通过出水管将水排出，排水比为50％；闲置后进水到下一周期，每天4个周期，如此反复7～10天后种泥活性恢复，svi为80～100ml/g，进入下一阶段。

试验期间采用的是低c/n比的实际生活污水，具体水质范围如下：cod浓度为86.3～240.5mg/l，nh⁴⁺-n浓度为45.3～82mg/l，ph为6.8～7.6，c/n比为2.5～3.5。通过每天测定svi值来判断污泥的沉降性能变化，整个过程的svi值变化趋势如图2所示。

经过驯化阶段后，改变运行参数，进入第二阶段：污泥微膨胀阶段，每天运行4个周期，单周期运行方式：进水10min，缺氧搅拌90min，好氧搅拌180min，沉淀30min，排水10min，闲置；好氧阶段do浓度控制在0.8～1.1mg/l，此阶段用wtw连续监测系统内的do和ph值；静置沉淀后打开出水阀通过出水管将水排出，排水比为50％，运行15～20天。系统由于从正常溶解氧水平降低为低氧条件下运行，其svi值从100ml/g逐步上升到180ml/g，活性污泥发生了污泥膨胀现象，通过革兰氏和纳式染色，可以明显看到活性污泥中存在一些丝状菌，革兰氏染色图见图3(a)，纳氏染色图见图3(b)。对优势丝状菌采用fish方法进行进一步定性分析，得出优势丝状菌为微丝菌型丝状菌(见图4)。在svi值稳定维持在160～180ml/g之间，活性污泥维持在污泥微膨胀状态，即可进入下一阶段。

改变运行条件，进入第三阶段：污泥恶性膨胀阶段，污泥发生微膨胀稳定后改变do浓度，在好氧阶段do浓度控制在0.2～0.5mg/l，用wtw连续监测系统内的do和ph值，运行10～15天，在试验后期，系统的污泥沉降性发生了显著恶化，此阶段在运行5天后系统svi值就达到了285ml/g，在系统运行的最后svi值上升到423ml/g，污泥发生了恶性膨胀(sv30>95％，svi>400ml/g)，通过革兰氏和纳式染色，可以明显看到活性污泥中存在大量丝状菌，革兰氏染色图见图5(a)，纳氏染色图见图5(b)。本方法不仅提供了一种低温条件下快速启动微丝菌污泥膨胀的装置，在膨胀过程中可以维持污泥微膨胀状态，调节后也可以引发污泥恶性膨胀，具有较强针对性，便于后期结合特定优势丝状菌生理学特性进行精确的污泥膨胀调控。

以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能够更好地理解和应用本发明，本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明的范围之内。