一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加方法，属于城市污水处理技术领域。
【背景技术】
[0002]我国城市污水处理厂建设迅速，排放标准也日趋严格。一些污水处理厂出现了管理和运行上的不足，普遍存在总氮脱除困难的问题。在导致总氮超标的因素中，氨氮不能有效氧化是重要原因之一。因此，污水处理厂需要有效克服高标准氨氮达标的挑战，实现氨氮有效去除。
[0003]污水处理工艺中，氨氮通过氨氧化菌和亚硝化菌(统称为硝化菌)在好氧条件下氧化为亚硝酸盐，并进一步氧化为硝酸盐而得以去除。硝化菌是一类自养型细菌，生长周期长，导致活性污泥中生物量浓度较低，容易从系统中流失。此外，硝化菌的生长条件比较苛亥IJ，低温和有毒有害物质容易对其产生抑制，因此导致硝化菌抵抗外界冲击负荷能力弱。因此，污泥流失、低温抑制和有毒有害物质是硝化功能破坏的三个主要原因。由于上述原因在实际工程运行中往往是突发性的，因此迫切需要应急处理技术。
[0004]目前应急处理污水处理厂硝化功能破坏的方法是去除或减弱抑制因素，然后外部投加足量硝化菌恢复硝化过程。已有技术可分为工艺强化、装置培养和纯菌剂生产等三个类型。(1)工艺强化是指在污水处理厂增加构筑物、调整工艺流程来实现硝化菌富集和功能强化，如 CN104962505A、CN104150609A、CN201999833U、CN101759295A 等专利。这些技术的主要不足是基建投资大、只能在本地原位使用、工艺条件控制困难等。(2)装置培养是指建立特殊的培养装置，连续培养和富集硝化菌，然后投加到污水处理工艺中，基质可以是污水也可以是自配水，如0~104609555厶、0~103739059厶、0~104611246厶、0~101200687八、JP2004097149A等专利。这些技术的主要不足是装置的培养条件与污水处理实际环境差异大，菌剂不能快速有效适应污水处理，投加后快速退化;此外菌剂保存或运输困难等。(3)纯培养是指通过微生物培养工艺生产制剂，然后投加到污水处理工艺中，如CN101973628A、CN103396966A、JPH09294582A等专利。这些技术的不足是培养过程成本高、价格昂贵，菌剂在实际污水环境下的适应性不好，只能一次性投加。
[0005]目前富集硝化菌的活性评估与保存运输环节也存在不足。在活性评价方面，现有技术(如JPH08294698A专利)检测条件复杂、仪器和人员条件要求高，不适合工程运行的现场条件。在保存和运输方面，主要是原位使用避免保存运输，但需要构筑物或在线装置，建设运行成本高;或者制备干燥菌剂保存，在投加前进行复苏，但硝化菌的培养条件苛刻、复苏比例不高，且菌剂一般需要连续投加，成本很高。
[0006]综合上述分析，已有技术侧重富集环节但忽视保存运输、基建或培养成本高导致价格昂贵、培养条件与工艺环境差异较大导致菌种易退化等，导致无法满足现有污水处理厂快速恢复硝化功能的需求。因此本发明提出了一种操作灵活、成本低廉且方便保存运输的硝化菌富集和投加装置及方法，并且提出了硝化活性评价、保存运输方法等，可实现工程化应用。
【发明内容】
[0007]针对硝化菌培养周期长、制剂保存困难、应急投加效果欠佳等实际问题，本发明的目的是建立一种使用生物膜载体在活性污泥系统中原位富集和应急投加硝化菌的技术与装置，并提出硝化菌活性的评估指标、运输和保存的措施方法。
[0008]本发明的第一个目的是提供一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加方法，是在正常运行的活性污泥工艺的曝气池好氧段的中间或者偏后位置放置富集装置，其中富集装置内置有悬浮生物膜载体；富集过程中测定生物膜载体的硝化活性，当硝化活性满足要求后适时将富集装置整体取出，置于通风湿润环境中保存，或者当某故障污水处理厂需要应急恢复硝化功能时，直接吊装和浸没在故障工艺曝气池的中段和/或后段位置；当故障污水处理厂的硝化功能恢复后，继续在该曝气池中保存和培养硝化菌，或者将装置整体取出保存或运输到其他故障污水处理厂使用。
[0009]所述活性污泥工艺，是污水生物处理的一种方法。该方法利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，在生物反应池内分解去除污水中的有机污染物，然后通过沉淀池分离污泥，并回流到生物反应池，少量排出活性污泥系统。硝化细菌将污水中的氨氮进行硝化反应转换成硝态氮，含硝态氮的污水回流至缺氧池进行反硝化转化为氮气从水中逸出，从而达到污水脱氮的目的。
[0010]在本发明的一种实施方式中，所述生物膜载体是一种未挂膜的圆柱形塑料载体，装置内填充率50?80%。
[0011]在本发明的一种实施方式中，所述富集装置可以用于生物膜载体富集、保存、运输和投加(图2);所述装置外侧为长方体形导流筒，最好选择轻型材质(如铝合金或者塑料)，顶部和底部装有盖板，每个侧面开有孔洞和固定位置，可上下颠倒使用;装置内侧为圆柱形钢丝网内筒，嵌套和固定在外侧导流筒中，内部有不锈钢骨架支撑和固定。
[0012]在本发明的一种实施方式中，所述富集装置是吊装在曝气池中间深度位置。
[0013]在本发明的一种实施方式中，所述富集装置外侧为长方体形导流筒、内侧为圆柱形钢丝网内筒，悬浮生物膜载体置于内筒内；所述长方体形导流筒的顶部与底部装有盖板，每个侧面开有孔洞，以用于流体循环、观察内部载体、装置的吊装和固定安装;所述圆柱形钢丝网内筒嵌套和固定在外侧导流筒中，钢丝网内筒顶部和底部均开有孔洞，用于放置和取出载体；内筒内部有不锈钢骨架支撑，不锈钢骨架焊接有吊装环，从导流筒的孔洞中伸出，以方便吊装和在曝气池中的固定，并配合实现内筒与外侧导流筒的结合固定。
[0014]在本发明的一种实施方式中，所述硝化菌原位富集，是在富集装置中投加未挂膜的新载体，置于曝气池沿水流方向的中间位置，浸没在断面中间深度；一般放置I?3个月后，取出载体样品评估硝化菌活性，满足要求后即可整体取出保存;未满足要求则继续放置在曝气池中培养和富集。
[0015]在本发明的一种实施方式中，所述硝化活性，是先计算单个载体平均富集微生物的质量M，然后将多个载体投入含有氨氮的小型反应器中(如图3所示)测定单位时间内氨氮浓度的降低值，计算富集硝化菌的活性A;当A满足要求时，生物膜载体富集成熟，可用于保存和运输。
[0016]在本发明的一种实施方式中，所述硝化活性满足要求是指单个载体的生物量M=0.01 ?0.1g/pc且载体活性Α = 0.001 ?0.01gNH3-N/(h.gSS)。
[0017]在本发明的一种实施方式中，所述单个载体的生物量Μ的计算方法是:将生物膜载体用清水冲淋三次，然后取多个生物膜载体沥干，与未投加的新载体一起烘干至恒重，称量多个载体的生物膜载体质量W1和新载体的质量W2，根据式(1)计算单个载体上的生物质量M;
[0018]M=wi/m-w2/n2 (1)
[0019]式中Μ为单个载体的生物量，单位mgSS/pc;wi为ni个富集生物的载体烘干后的质量，单位g ; W2为Π2个无生物膜新载体的烘干质量，单位g ；
[0020]在本发明的一种实施方式中，所述载体活性A的计算方法是:在一个完全混合反应容器内，按一定投加率13%加入生物膜载体，投加氨氮并持续曝气，按一定时间间隔ΔΤ取样和测量氨氮浓度，计算氨氮的降解速率;根据氨氮的降解速率和载体的生物量M，采用式(2)计算富集硝化菌的活性A;
[0021]Α= ΔΝ/( AT*b%/Vls*M) (2)
[0022]式中A为硝化菌的氨氮降解活性指标，即载体生物膜活性，单位为mgNH3-N/(hr.mgSS)或gNH3-N/(hr.gSS); Δ T为硝化活性实验的持续周期，单位hr; Δ N为实验周期Δ T内反应器内减少的氨氮浓度，单位mg/L； ΔΝ/ΔΤΒΡ为氨氮的降解速率(或称硝化速率)，单位mgNH3-N/(L.hr) ;b%为反应器内的载体投加率，按体