专利名称：一种快速富集氨氧化菌的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理和生物技术结合的交叉技术领域，尤其涉及一种快速富集氨氧化菌的方法和装置。
背景技术：
水体富营养化是当前亟待解决的全球性环境污染问题之一。我国随着工农业的快速发展，同时由于缺乏有效地环境管理和监督体制，导致水体富营养化日趋严重，直接影响经济的可持续发展。污水生物脱氮是目前最为经济有效的脱氮技术。现有的污水生物脱氮工艺绝大部分以硝化反硝化生物过程为基础，活性污泥中含有良好生物活性的硝化菌是污水生物脱氮性能的前提和关键保障。如果活性污泥中的硝化细菌含量很低或者硝化细菌活性受到抑制，硝化反应无法进行，那么污水生物脱氮就无法实现。氨氧化反应是硝化过程的关键步骤，因此氨氧化菌的数量和活性决定着硝化反应的快慢。此外，氨氧化细菌为自养型微生物，它具有世代时间长、繁殖速度慢等特点，那么污水处理厂活性污泥中硝化细菌所占的比例很低，一般低于5%。只有快速富集出氨氧化菌占很大比例且活性强的活性污泥，才能使氨氧化菌在污水处理中得到应用，特别是对污水处理厂的启动和调试过程起到关键的推动作用。CN 1354786A公开了一种高浓度硝化细菌培养方法，以屎尿污泥为接种污泥，以消化液为培养液，氨氮浓度控制在100-300mg/L，所富集的硝化细菌不能直接处理氨氮浓度高于300 mg/L以上污水，必须稀释之后才能处理。CN 101240253 B公开了一种高效硝化细菌的富集方法，以含油废水或催化剂废水活性污泥为原料，氨氮浓度控制在100-1200 mg/L，加入一定量葡萄糖或甲醇将COD控制在200 mg/L以内，所富集的硝化细菌包括氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌。以上专利中没有提到所富集的硝化细菌占总菌数的比例及具体菌种。CN101407776A公开了一种以生活污水活性污泥为原料，氨氮浓度控制在80 mg/L以下，COD在120-450 mg/L范围内，所富集的氨氧化菌在活性污泥中只占到很小的比例，所富集的氨氧化菌抗氨氮冲击负荷的能力弱。《同济大学学报》1999年第27卷第3期中，屈计宁等人发表的“高效硝化细菌的富集技术研究”论文中公开了一种用氨氮浓度低于300 mg/ L、有机物浓度在50(T1000 mg/L范围的废水富集硝化细菌的培养方法。由于废水中富含有机物，因此富集出来的硝化污泥中存在大量的异养菌，不利于硝化细菌的生长及对高浓度氨氮废水的去除。该文中所述方法不适合处理氨氮浓度高于300 mg/L且有机物含量低的废水。因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术中存在的不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速富集氨氧化菌的方法和装置，使活性污泥中的异养菌的生长受到明显抑制。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种快速富集氨氧化菌的装置，包括 由微生物培养反应器(7)连接进水管(3)、加碱管(6)、中间出水管(15)、回流管(16)、
曝气管(10);进水管(3)上设置进水泵(2);加碱管(6)上设置加碱泵(5)、中间出水管(15) 上设置中间出水阀(14);回流管(16)上设置回流泵(17);曝气管(10)上设置进气阀门(9)， 曝气管(10)进口处与空气压缩机(8)相连；培养液储水箱(1)通过进水管(3)连接微生物培养反应器(7);加碱桶(4)通过加碱管(6)连接微生物培养反应器；中间水箱(18)通过回流管(16)连接微生物培养反应器(7);中间水箱(18)上设置出水管(20)，出水管(20)上设置出水阀(19)；在微生物培养反应器(7)内设置搅拌器(13)、曝气管(10)、曝气头(11)、加热器(21)、溶解氧浓度(DO)传感器(22)、pH传感器(23)、温度传感器(24)，上述传感器经导线分别与DO测定仪(26)、pH测定仪(27)和温度测定仪(28)连接后与可编程过程控制器(25)数据信号接口(34)、(35)、(36)连接，可编程过程控制器0 内置的搅拌器继电器 ( )、加热继电器(30)、进水继电器(31)、加碱继电器(32)、曝气继电器(33)、中间出水继电器(37)、回流继电器(38)、出水继电器(39)经接口分别与搅拌器(13)、加热器01)、进水泵⑵、加碱泵(5)、空气压缩机(8)、中间出水阀门(14)、回流泵(17)和出水阀门(19) 相连接；可编程过程控制器0 上的A/D转换器接口 00)通过电缆线与计算机(43)相连接，通过信号转换器(42)将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机(43)；计算机 (43)通过D/A转换器接口(41)与可编程过程控制器(25)相连接，计算机的数字指令通过信号转换器(42 )转换成模拟信号传递给可编程过程控制器(25 )。本发明还提供了一种快速富集氨氧化菌的方法，包括
通过可编程过程控制器控制进水泵，启动进水泵将培养液从培养液水箱引入微生物培养反应器，启动进水泵的同时开启搅拌器和空气压缩机，当达到预先设定的进水时间后，关闭进水泵；
计算机通过加碱继电器开启加碱泵，将加碱桶内的碱液引入微生物培养反应器，从而调节反应器的pH ；
空气压缩机启动，曝气管进气阀门开启，溶解氧浓度控制在2. 0 8. Omg/L范围；搅拌器一直开启，鼓风机启动的同时计算机开始曝气阶段计时，当曝气时间等于180分钟时，空气压缩机和搅拌器继续开启；
当曝气时间达到180分钟时，计算机通过加碱继电器开启加碱泵，将加碱桶内的碱液引入微生物培养反应器，从而调节反应器的PH ；
当曝气时间等于320分钟时，计算机利用曝气继电器和搅拌器继电器关闭曝气管进气阀门和搅拌器；
曝气结束后计算机自动计算此时的周期数，并自动读取此培养液浓度下回流工序开始的周期数，若与预先设定的自动回流的周期数不相符，则直接进入沉淀阶段；若与预先设定的自动回流的周期数相符，则计算机控制出水继电器打开出水阀门，达到预先设定的出水时间后自动关闭出水阀门；
计算机控制回流继电器打开回流泵，将中间水箱剩余的出水回流到微生物培养反应器，达到预先设定的出水时间后自动关闭回流泵；
根据污泥体积指数确定沉淀所需时间，由可编程过程控制器进行计时，当达到预先设定的沉淀时间后，可编程过程控制器通过中间出水继电器打开中间出水阀门，将处理后的水经中间出水管排到中间水箱里继续沉淀，关闭中间出水阀门；
排水结束后，当达到预先设定的闲置时间后，此时该周期结束，系统读取此培养液浓度下预先设定的反应周期数，若未达到预先设定的周期数，则计算机通过控制可编程过程控制器自动循环；当达到预先设定的整个反应的循环次数后，且检测到曝气200分钟时反应器内混合液氨氮浓度小于预先设定的浓度，提高培养液中氨氮浓度，如果曝气200分钟时反应器内混合液氨氮浓度大于预先设定的浓度，则系统自动循环，直到曝气200分钟时反应器内混合液氨氮浓度小于预先设定的浓度为止，此时提高培养液中氨氮浓度，系统开始进入下一个营养液浓度培养阶段，同时系统自动记录的反应的周期数重新开始记录，依次类推，直到系统进入到营养液为500mg/L NH4+-N阶段且运行预先设定的反应周期数之后， 氨氧化菌富集过程结束。进一步地，所述可编程过程控制器控制进水泵具体包括以下步骤 根据进水量和进水泵的流量计算具体进水时间；
可编程过程控制器设定具体进水时间控制进水泵。进一步地，所用富集培养液主要组分为无机盐，包括微量元素培养液、缓冲液和碳酸氢氨，其中NH4+-N初始浓度为100mg/L，最终浓度为500mg/L，COD浓度为10_20mg/L。进一步地，所述富集培养液中，NH4+-N最终浓度为500mg/L。进一步地，所述富集培养液中，缓冲液包括磷酸二氢钾和磷酸氢二钾两种成分，磷酸二氢钾以KH2PO4形式加入，KH2PO4浓度为1000mg/L，磷酸氢二钾以K2HPO4. 3H20形式加入， K2HPO4 浓度为 1000mg/L。进一步地，所述富集培养液中，微量元素培养液包括EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、 Fe,Mg九种物质和元素，其中EDTAjruCcKMrKCiuMcKCaJeJg和Na的用量和引入方式如下EDTA 是以CH2N (CH2COOH)J2 的形式加入，EDTA 浓度为 1250mg/L; Zn 是以 ZnSO4. 7H20 形式加入的，Zn2+浓度为125mg/L;Co是以CoCl2. 6H20形式加入的，Co2+浓度为99 mg/L ；Mn 是以MnCl2. 4H20形式加入的，Mn2+浓度为35%ig/L ；Cu是以CuSO4. 5H20形式加入的，Cu2+浓度为 102mg/L; Mo 是以 Na2MoO4. 2H20 形式加入的，Mo6+ 浓度为 20mg/L;Ca 是以 CaCl2. 2H20 形式加入的，Ca2+浓度为37%ig/L;!^是以!^eCl3. 6H20形式加入的，Fe3+浓度为259mg/L;Mg 是以MgSO4. 7H20形式加入的，Mg2+浓度为4260mg/L ；Na是以Na2MoO4. 2H20形式加入的，Na+ 浓度为9. 5mg/L。进一步地，所述富集培养液中缓冲液微量元素培养液按体积比500:1的比例配制。进一步地，所培养的氨氧化菌优势菌种为亚硝化单胞菌，其含量占活性污泥微生物全菌总数量的60-65%。综上，本发明提供的快速富集氨氧化菌的方法和装置，针对氨氮含量高(NH4+-N ^ 500mg/L)、有机物含量少(COD含量低于20mg/L)的特殊类型的工业废水，通过逐渐提高微生物氨氮负荷的方法，并采用以无机盐为主要成分的培养液，且培养液中不投加其它外加碳源的情况下，使污泥中的原生动物、后生动物、真菌和异养菌的生长受到明显抑制，有利于氨氧化菌成为活性污泥种群中的优势菌群，并耐受越来越高的氨氮浓度，最终达到处理浓度高达500mg/L的氨氮污水，使污水中氨氮浓度降到1. Omg/L以下，甚至检测不到。同时，本方案所培养的氨氧化菌优势菌种为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)，原位荧光杂交技术(FISH)分析结果显示氨氧化菌占活性污泥微生物全菌总数量的60-65%。此外，本方案所富集的氨氧化菌不仅能用于处理低浓度的氨氮废水，而且能够高效快速处理高浓度氨氮废水，具有广阔的市场应用前景。
图1是本发明的一种快速富集氨氧化菌的装置的结构示意图； 图2是本发明的富集过程中进水氨氮浓度为500mg/L时微生物培养反应器某一周期内氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐及过程控制参数DO、pH和温度的变化曲线示意图3本发明的实施例中所富集的含量为60-65%的氨氧化菌示意图，左图为富集的活性污泥全菌FISH图(探针EUBmix，染料为FITC)；右图为富集的氨氧化菌FISH图(探针为 Nsml56，染料为 cy3)。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。参照图1所示为一种快速富集氨氧化菌的装置的结构示意图，具体的由微生物培养反应器7连接进水管3、加碱管6、中间出水管15、回流管16、曝气管10 ；进水管3上设置进水泵2 ；加碱管6上设置加碱泵5、中间出水管15上设置中间出水阀14 ；回流管16上设置回流泵17 ；曝气管10上设置进气阀门9，曝气管10进口处与空气压缩机8相连；培养液储水箱1通过进水管3连接微生物培养反应器7 ；加碱桶4通过加碱管6连接微生物培养反应器；中间水箱18通过回流管16连接微生物培养反应器7 ；中间水箱18上设置出水管20，出水管20上设置出水阀19 ；
在微生物培养反应器7内设置搅拌器13、曝气管10、曝气头11、加热器21、溶解氧浓度 (DO)传感器22、pH传感器23、温度传感器对，上述传感器经导线分别与DO测定仪26、pH 测定仪27和温度测定仪观连接后与可编程过程控制器25数据信号接口 34、35、36连接， 可编程过程控制器25内置的搅拌器继电器四、加热继电器30、进水继电器31、加碱继电器 32、曝气继电器33、中间出水继电器37、回流继电器38、出水继电器39经接口分别与搅拌器13、加热器21、进水泵2、加碱泵5、空气压缩机8、中间出水阀门14、回流泵17和出水阀门19相连接；可编程过程控制器25上的A/D转换器接口 40通过电缆线与计算机43相连接，通过信号转换器42将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机43 ；计算机43通过D/A转换器接口 41与可编程过程控制器25相连接，计算机的数字指令通过信号转换器 42转换成模拟信号传递给可编程过程控制器25。本发明中一种快速富集氨氧化菌的方法包括以下步骤
I.进水根据进水量和进水泵的流量计算具体进水时间，并通过可编程过程控制器 (PLC)设定进水泵具体的进水时间，启动进水泵将培养液从培养液水箱引入微生物培养反应器，启动进水泵的同时开启搅拌器和空气压缩机，当达到预先设定的进水时间后，关闭进水泵，进入下一步工序；
II.加碱进水泵关闭之后，计算机通过加碱继电器开启加碱泵，将加碱桶内的碱液引入微生物培养反应器，从而调节反应器的pH。计算机通过pH传感器和pH检测器反馈的pH
7信号控制加碱泵运行时间，当反馈的PH信号达到氨氧化菌生长所需的最佳pH值时，计算机通过加碱继电器关闭加碱泵，进入下一步工序；
III.曝气空气压缩机启动，曝气管进气阀门开启，溶解氧浓度控制在2.0 8. Omg/ L范围内。曝气阶段搅拌器一直开启以保证污水和活性污泥的充分接触。鼓风机启动的同时计算机开始曝气阶段计时，当曝气时间等于180分钟时，空气压缩机和搅拌器继续开启， 系统进入下一步工序；
IV.加碱当曝气时间达到180分钟时，计算机通过加碱继电器开启加碱泵，将加碱桶内的碱液引入微生物培养反应器，从而调节反应器的PH。计算机通过pH传感器和pH检测器反馈的PH信号控制加碱泵运行时间，当反馈的pH信号达到氨氧化菌生长所需的最佳pH 值时，计算机通过加碱继电器关闭加碱泵，进入下一步工序；
V.曝气当曝气时间等于320分钟时，计算机利用曝气继电器和搅拌器继电器关闭曝气管进气阀门和搅拌器，进入下一步工序；
VI.回流曝气结束后该周期反应阶段基本结束，计算机自动计算此时的周期数，并自动读取此培养液浓度下回流工序开始的周期数，若与预先设定的自动回流的周期数不相符，则直接进入沉淀阶段；若与预先设定的自动回流的周期数相符，则计算机控制出水继电器打开出水阀门，达到预先设定的出水时间后自动关闭出水阀门；此后计算机控制回流继电器打开回流泵，将中间水箱剩余的出水回流到微生物培养反应器，达到预先设定的出水时间后自动关闭回流泵，进入下一步工序；
VII.沉淀曝气或回流结束之后系统开始沉淀。根据污泥体积指数确定沉淀所需时间，由可编程过程控制器进行计时，当达到预先设定的沉淀时间后，进入下一个工序；
VIII.排水确定排水的时间，可编程过程控制器通过中间出水继电器打开中间出水阀门，将处理后的水经中间出水管排到中间水箱里继续沉淀，关闭中间出水阀门；
IX.闲置排水结束后到下一个周期开始定义为闲置期；根据经验设定闲置时间；当达到预先设定的闲置时间后，此时该周期结束，系统读取此培养液浓度下预先设定的反应周期数，若未达到预先设定的周期数，则计算机通过控制可编程过程控制器从工序I到工序VII自动循环；当达到预先设定的整个反应的循环次数后，且检测到曝气200分钟时反应器内混合液氨氮浓度小于预先设定的浓度，提高培养液中氨氮浓度，如果曝气200分钟时反应器内混合液氨氮浓度大于预先设定的浓度，则系统从工序I到工序VII自动循环，直到曝气200分钟时反应器内混合液氨氮浓度小于预先设定的浓度为止，此时提高培养液中氨氮浓度，系统开始进入下一个营养液浓度培养阶段，同时系统自动记录的反应的周期数重新开始记录，依次类推，直到系统进入到营养液为500mg/L NH4+-N阶段且运行预先设定的反应周期数之后，氨氧化菌富集过程结束。本方案所述的快速富集氨氧化菌的培养方法，采用序批式活性污泥法接种污水处理厂具有硝化活性的活性污泥，通过逐渐提高微生物氨氮负荷和PH过程控制的方法来进行富集，所用富集培养液主要组分为无机盐，包括微量元素培养液、缓冲液和碳酸氢氨，其中NH4+-N初始浓度为100mg/L，最终浓度为500mg/L，COD浓度为10_20mg/L。所述富集培养液中，NH4+-N最终浓度为500mg/L。所述富集培养液中，缓冲液包括磷酸二氢钾和磷酸氢二钾两种成分，磷酸二氢钾以KH2PO4形式加入，KH2PO4浓度为1000mg/L，磷酸氢二钾以K2HPO4. 3H20形式加入，K2HPO4浓度为 1000mg/L。所述富集培养液中，微量元素培养液包括EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Fe, Mg九种物质和元素，其中EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Fe、Mg和Na的用量和引入方式如下EDTA 是以CH2N (CH2COOH)2I2的形式加入，EDTA浓度为1250mg/L;ai是以ZnSO4. 7H20形式加入的，Zn2+浓度为125mg/L;Co是以CoCl2. 6H20形式加入的，Co2+浓度为99 mg/L;Mn是以 MnCl2. 4H20形式加入的，Mn2+浓度为35%ig/L ；Cu是以CuSO4. 5H20形式加入的，Cu2+浓度为 102mg/L; Mo 是以 Na2MoO4. 2H20 形式加入的，Mo6+ 浓度为 20mg/L;Ca 是以 CaCl2. 2H20 形式加入的，Ca2+浓度为37%ig/L;!^是以FeCl3. 6H20形式加入的，Fe3+浓度为259mg/L;Mg是以 MgSO4. 7H20形式加入的，Mg2+浓度为4260mg/L ；Na是以Na2MoO4. 2H20形式加入的，Na+浓度为 9. 5mg/L。所述富集培养液中缓冲液微量元素培养液按体积比500:1的比例配制。所述硝化细菌富集培养条件通过过程控制装置实现温度为20_25°C ；pH为
7.0-8. 5 ；溶解氧为大于5mg/L。 所用的pH调节剂为NaOH，NaOH浓度均为lmol/L。所述pH过程控制的方法是每个周期内在进水结束和曝气3小时两个时间点将微生物培养反应器内的PH值调节到8. 5-8. 6。所述pH过程控制的方法，具体如下进水结束时，计算机通过加碱继电器启动加碱泵调节微生物培养反应器的PH，同时通过pH传感器的反馈信号，当pH值升到8. 5时计算机及时关闭加碱泵，此时第一次加碱完成；当曝气时间达到3小时后，计算机通过加碱继电器启动加碱泵调节微生物培养反应器的PH，同时通过pH传感器的反馈信号，当pH值升到
8.5时计算机及时关闭加碱泵，此时第二次加碱完成。所述逐渐提高微生物氨氮负荷的方法是培养液中氨氮浓度按照100、200、300、400 和500mg NH4+-N /L顺序依次增加，每个氨氮浓度条件下培养20天，持续时间共100天。所述逐渐提高微生物氨氮负荷的方法，具体如下每个氨氮浓度培养液投加之后测定各周期内反应过程中氨氮浓度的变化，当周期数等于80时，如曝气200分钟时混合液中的氨氮浓度小于或等于1.0mg/L，则提高预加入培养液中氨氮浓度，其提高幅度为 100mg/L ；如果曝气200分钟时混合液中的氨氮浓度大于1. 0mg/L,则反应器继续按周期运行直到曝气200分钟时混合液的氨氮浓度小于1. 0mg/L，从而提高预加入培养液中的氨氮浓度，其提高幅度为100mg/L。每次提高预加入培养液中的氨氮浓度后，周期数归零并重新开始计数。所述逐渐提高培养液氨氮浓度的方法是，当曝气200分钟时用GB7479-87纳氏试剂光度法检测不到反应器内混合液的氨氮浓度，即低于1. 0mg/L时，且连续运行20天之后， 提高所加的培养液中氨氮浓度。所述序批式活性污泥法，按进水、加碱、曝气、加碱、曝气、沉淀、排水工序周期性运行。每天运行4个周期，每天第1-3个周期按如下步骤运行每周期6小时。进水10分钟， 进水同时开始搅拌，进水结束后加碱，将反应器内PH调节到8. 5-8. 6 ；加碱结束后开曝气， 当曝气时间达到3小时后开始第二次加碱，将反应器内pH调节到8. 5-8. 6 ；第二次加碱以及加碱结束后曝气仍然继续进行，当曝气时间达到5小时20分钟时关闭曝气和搅拌，之后开始沉淀，沉淀时间为30分钟，最后排水，将出水排到中间水箱贮存，排水10分钟。每天第4个周期按如下步骤运行此周期进水、加碱、曝气、加碱、曝气五个阶段与前面三个周期完全相同，曝气结束的同时中间水箱开始排水，排水结束后，剩余的出水混合液回流到微生物培养反应器，回流和沉淀同时进行，回流结束之后继续沉淀，沉淀时间达到30分钟时开始排水，排水时间为5分钟，排水结束后，进入闲置阶段，闲置5分钟。所培养的氨氧化菌优势菌种为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)，其含量占活性污泥微生物全菌总数量的60-65%。更进一步的，在一个总体积为10L，工作体积为8L的微生物培养反应器内富集培养氨氧化菌，培养过程中采用序批式活性污泥法富集氨氧化菌，接种的活性污泥为城市污水处理厂二沉池的剩余污泥，该剩余污泥具有良好的全程硝化性能，接种后反应器内污泥浓度(VSS)为4000mg/L。污泥接种后加入富集营养液，其中富集营养液组成包括=NH4HCO3, KH2PO4, K2HPO4和微量元素培养液，浓度如下NH4+-N初始浓度为100mg/L，最终浓度为 500mg/L; KH2PO4浓度为1000mg/L; K2HPO4浓度为1000mg/L;每升营养液中添加2毫升微量元素培养液。微量元素培养液的组分如下每升微量元素培养液含1. 25gEDTA, 0. 55g Z nS04. 7H20, 0. 4gCoCl2. 6H20, 1. 275g MnCl2. 4H20, 0. 4g CuSO4. 5 H2O, 0. 05gNa2Mo04. 2H20, 1. 3 75gCaCl2. 2H20, 1. 25gFeCl3. 6H20, 44. 4g MgSO4. 7H20。在加入富集培养液之后用pH调节剂(lmol/L NaOH)分两次调节微生物培养反应器中PH值，两次都将pH调节到8. 5-8. 6范围内。培养条件为温度为22士2°C ;pH为 6. 5-8. 5 ；溶解氧为5飞mg/L ；SV为30%。每天4个周期，第1_3个周期按以下步骤运行计算机通过进水继电器开启进水泵，计算机开始计时，进水时间达到10分钟时控制进水继电器关闭进水泵，进水量为2L。进水同时开始曝气和搅拌，同时计算机从曝气启动时开始计时。进水结束后计算机通过加碱继电器开启加碱泵，加碱时间通过PH传感器的反馈信号进行控制，当PH信号上升到8. 5时，计算机通过加碱继电器关闭加碱泵。当曝气时间达到 3小时时计算机开始通过加碱继电器开启加碱泵开始第二次加碱，加碱时间通过pH传感器的反馈信号进行控制，当PH信号上升到8. 5时，计算机通过加碱继电器关闭加碱泵。第二次加碱阶段曝气和搅拌继续进行，计算机继续计时，当曝气时间达到5小时20分钟时关闭曝气和搅拌，微生物培养反应器开始沉淀，沉淀时间为30分钟，沉淀完成之后，开启排水阀， 排水2L，排水5分钟，出水排到中间水箱继续沉淀，排水结束后关闭排水阀进入闲置阶段， 闲置时间5分钟，闲置结束后进入下一个周期，依次循环，直到运行到第4个周期；第4个周期按以下步骤运行进水、加碱、曝气、加碱、曝气五个阶段与前三个周期完全相同，曝气结束后反应器开始沉淀，沉淀时间为30分钟，沉淀开始的同时中间水箱的排水阀开启，将中间水箱中5L上清液排入下水道，排水时间为3分钟，排水结束后，中间水箱排水阀关闭， 回流泵开启将中间水箱里剩余的IL出水混合液回流到SBR反应器，回流时间为2分钟，回流和沉淀同时进行，沉淀完成之后，开启排水阀，排水2L，排水5分钟，排水完成之后进入闲置阶段，闲置5分钟。闲置结束之后每天按此步骤依次循环运行，此过程中用GB7479-87 纳氏试剂光度法每隔60分钟检测反应过程中氨氮浓度的变化，当曝气200分钟时反应器内混合液的氨氮浓度小于1. 0mg/L，且在培养液中氨氮浓度为100mg/L条件下运行20天(第 80个周期)时，提高预加入培养液的氨氮浓度，其提高幅度为100mg/L。富集过程中活性污泥不断从反应其中淘洗出去，最终系统的污泥浓度从4000mgVSS/L下降到750mgVSS/L，并稳定维持在750mgVSS/L水平。SRT控制在25天，HRT为M小时。
从图2进水氨氮浓度为500mg/L时微生物培养反应器某一周期的氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐及相应的参数DO、pH、温度的变化曲线中可以看到当培养液中氨氮浓度提高到 500mg/L时，氨氮被氨氧化菌快速氧化成亚硝酸盐，然后亚硝酸盐被亚硝酸盐氧化菌氧化成硝酸盐，富集过程中亚硝酸盐的积累率很低，富集过程中存在少量的亚硝酸盐的积累，氨氮的比降解速率为21. lmgNH4+-N. gVSS—1. h—1，氨氮的去除率为99. 5%以上。如图2所示反应器内温度稳定控制在20°C左右，溶解氧稳定控制在5-6mg/L，pH稳定控制在7. 0-8. 5范围内。富集培养污泥中的氨氧化菌已经能够耐受500mg/L的氨氮浓度，完全去除浓度高达 500mgNH4+-N/L氨氮废水。最后本发明方法成功富集出氨氧化菌占总菌数60-65%的微生物混合物，主要氨氧化菌菌种类型为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)，如图3所示，实际实验中，左图为富集的活性污泥全菌FISH图(探针EUBmix，染料为FITC，显微镜下呈绿色)；右图为富集的氨氧化菌FISH图(探针为Nsml56，染料为cy3，显微镜下呈红色)。以上对本发明所提供的一种快速富集氨氧化菌的方法和装置进行了详细介绍， 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种快速富集氨氧化菌的装置，包括由微生物培养反应器(7)连接进水管(3)、加碱管(6)、中间出水管(15)、回流管(16)、曝气管(10);进水管(3)上设置进水泵(2);加碱管(6)上设置加碱泵(5)、中间出水管(15)上设置中间出水阀(14);回流管(16)上设置回流泵(17);曝气管(10)上设置进气阀门(9)，曝气管(10)进口处与空气压缩机(8)相连；培养液储水箱(1)通过进水管(3)连接微生物培养反应器(7 )；加碱桶(4 )通过加碱管(6 )连接微生物培养反应器；中间水箱(18 )通过回流管(16)连接微生物培养反应器(7);中间水箱(18)上设置出水管(20)，出水管(20)上设置出水阀(19)；在微生物培养反应器(7)内设置搅拌器(13)、曝气管(10)、曝气头(11)、加热器(21)、溶解氧浓度(DO)传感器(22)、pH传感器(23)、温度传感器(24)，上述传感器经导线分别与DO测定仪(26)、pH测定仪(27)和温度测定仪(28)连接后与可编程过程控制器(25)数据信号接口(34)、(35)、(36)连接，可编程过程控制器0 内置的搅拌器继电器( )、加热继电器(30)、进水继电器(31)、加碱继电器(32)、曝气继电器(3 、中间出水继电器(37)、回流继电器(38)、出水继电器(39)经接口分别与搅拌器(13)、加热器01)、进水泵⑵、加碱泵(5)、空气压缩机(8)、中间出水阀门(14)、回流泵(17)和出水阀门(19)相连接；可编程过程控制器0 上的A/D转换器接口 00)通过电缆线与计算机(43)相连接，通过信号转换器(42)将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机(43)；计算机(43)通过D/A转换器接口(41)与可编程过程控制器(25)相连接，计算机的数字指令通过信号转换器(42 )转换成模拟信号传递给可编程过程控制器(25 )。
2.一种快速富集氨氧化菌的方法，其特征在于，包括通过可编程过程控制器控制进水泵，启动进水泵将培养液从培养液水箱引入微生物培养反应器，启动进水泵的同时开启搅拌器和空气压缩机，当达到预先设定的进水时间后，关闭进水泵；计算机通过加碱继电器开启加碱泵，将加碱桶内的碱液引入微生物培养反应器，从而调节反应器的PH ；空气压缩机启动，曝气管进气阀门开启，溶解氧浓度控制在2. 0 8. Omg/L范围；搅拌器一直开启，鼓风机启动的同时计算机开始曝气阶段计时，当曝气时间等于180分钟时，空气压缩机和搅拌器继续开启；当曝气时间达到180分钟时，计算机通过加碱继电器开启加碱泵，将加碱桶内的碱液引入微生物培养反应器，从而调节反应器的PH ；当曝气时间等于320分钟时，计算机利用曝气继电器和搅拌器继电器关闭曝气管进气阀门和搅拌器；曝气结束后计算机自动计算此时的周期数，并自动读取此培养液浓度下回流工序开始的周期数，若与预先设定的自动回流的周期数不相符，则直接进入沉淀阶段；若与预先设定的自动回流的周期数相符，则计算机控制出水继电器打开出水阀门，达到预先设定的出水时间后自动关闭出水阀门；计算机控制回流继电器打开回流泵，将中间水箱剩余的出水回流到微生物培养反应器，达到预先设定的出水时间后自动关闭回流泵；根据污泥体积指数确定沉淀所需时间，由可编程过程控制器进行计时，当达到预先设定的沉淀时间后，可编程过程控制器通过中间出水继电器打开中间出水阀门，将处理后的水经中间出水管排到中间水箱里继续沉淀，关闭中间出水阀门；排水结束后，当达到预先设定的闲置时间后，此时该周期结束，系统读取此培养液浓度下预先设定的反应周期数，若未达到预先设定的周期数，则计算机通过控制可编程过程控制器自动循环；当达到预先设定的整个反应的循环次数后，且检测到曝气200分钟时反应器内混合液氨氮浓度小于预先设定的浓度，提高培养液中氨氮浓度，如果曝气200分钟时反应器内混合液氨氮浓度大于预先设定的浓度，则系统自动循环，直到曝气200分钟时反应器内混合液氨氮浓度小于预先设定的浓度为止，此时提高培养液中氨氮浓度，系统开始进入下一个营养液浓度培养阶段，同时系统自动记录的反应的周期数重新开始记录，依次类推，直到系统进入到营养液为500mg/L NH+-N阶段且运行预先设定的反应周期数之后，氨氧化菌富集过程结束。
3.根据权利要求2所述的快速富集氨氧化菌的方法，其特征在于，所述可编程过程控制器控制进水泵具体包括以下步骤根据进水量和进水泵的流量计算具体进水时间；可编程过程控制器设定具体进水时间控制进水泵。
4.根据权利要求2所述的快速富集氨氧化菌的方法，其特征在于所用富集培养液主要组分为无机盐，包括微量元素培养液、缓冲液和碳酸氢氨，其中NH/-N初始浓度为100mg/L，最终浓度为500mg/L，COD浓度为10_20mg/L。
5.根据权利要求3所述的快速富集氨氧化菌的方法，其特征在于所述富集培养液中，NH/-N最终浓度为500mg/L。
6.根据权利要求3所述的快速富集氨氧化菌的方法，其特征在于所述富集培养液中，缓冲液包括磷酸二氢钾和磷酸氢二钾两种成分，磷酸二氢钾以KH2PO4形式加入，KH2PO4浓度为1000mg/L，磷酸氢二钾以K2HPO4. 3H20形式加入，K2HPO4浓度为 1000mg/L。
7.根据权利要求3所述的快速富集氨氧化菌的方法，其特征在于所述富集培养液中，微量元素培养液包括EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Fe, Mg九种物质和元素，其中EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Fe、Mg和Na的用量和引入方式如下EDTA是以[CH2N(CH2COOH)2I2 的形式加入，EDTA 浓度为 1250mg/L;ai 是以 ZnSO4. 7H20 形式加入的，Zn2+浓度为125mg/L;Co是以CoCl2. 6H20形式加入的，Co2+浓度为99 mg/L ；Mn是以MnCl2. 4H20形式加入的，Mn2+浓度为35%ig/L ；Cu是以CuSO4. 5H20形式加入的，Cu2+浓度为lO^ig/L; Mo是以Na2MoO4. 2H20形式加入的，Mo6+浓度为20mg/L; Ca是以CaCl2. 2H20形式加入的，Ca2+浓度为374mg/L;Fe是以FeCl3. 6H20形式加入的，Fe3+浓度为259mg/L;Mg是以MgSO4. 7H20形式加入的，Mg2+浓度为4260mg/L ；Na是以Na2MoO4. 2H20形式加入的，Na+浓度为9. 5mg/L。
8.根据权利要求3所述的快速富集氨氧化菌的方法，其特征在于所述富集培养液中缓冲液微量元素培养液按体积比500:1的比例配制。
9.根据权利要求3所述的快速富集氨氧化菌的方法，其特征在于所培养的氨氧化菌优势菌种为亚硝化单胞菌，其含量占活性污泥微生物全菌总数量的60-65%。
全文摘要
本发明提供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，所采用的富集培养液主要成分为无机盐，包括微量元素培养液、缓冲液和碳酸氢氨，通过过程控制装置维持培养过程中溶解氧浓度为5mg/L以上，pH为7.0-8.5，温度为20-25℃。本方案可使活性污泥中的异养菌的生长受到明显抑制，最终促使富集的氨氧化菌在活性污泥中占微生物细菌总数量的60~65%，并耐受越来越高的氨氮浓度，最终达到处理浓度高达500mg/L的高氨氮废水，使废水中高浓度氨氮降到1.0mg/L以下。
文档编号C12M1/04GK102559489SQ20121001463
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者张宇坤, 彭永臻, 杨庆, 王淑莹, 顾升波 申请人:北京工业大学