一种低温条件下反硝化聚磷菌富集驯化方法
【专利摘要】本发明涉及污水处理与环境保护领域，是一种低温条件下反硝化聚磷菌富集驯化方法。针对低温环境下，反硝化聚磷菌富集驯化困难和污水脱氮除磷效果差的问题。本发明采用“两段式（先厌氧/好氧，后厌氧/缺氧）富集驯化，先高后低进水营养负荷，进水、反应、沉淀、排水的循环运行模式”这一策略，增强了除磷微生物的富集数量、提高微生物繁殖速率、为微生物繁殖创造了最优的条件。本发明经过40d的厌氧/好氧运行，30d的厌氧/缺氧运行，在低温环境下成功地富集驯化到反硝化聚磷菌，出水中磷浓度稳定在0.5mg/L。
【专利说明】一种低温条件下反硝化聚磷菌富集驯化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污水处理与环境保护领域，具体地说是一种低温条件下反硝化聚磷菌富集驯化方法。
【背景技术】
[0002]氮、磷元素是引起水体富营养化的两个重要因子，众多国家对其排放浓度都有着严格限制。水体富营养化的直接后果就是加速水体老化进程，使水体失去原有的渔业、旅游业以及饮用水源的功能。我国国家环境保护部要求城镇污水处理厂出水排入重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准。随着氮、磷排放标准的提高，在新建污水处理厂或旧工艺升级改造过程中，高效率低能耗的生物脱氮除磷技术应用尤为重要。
[0003]目前，生物强化除憐工艺(enhanced biological phosphorus removal, EBPR)因其效率高、成本低和环境友好而备受学者关注。该工艺中主要的功能微生物是聚磷菌(Accumulibacter),其主要特点是:在厌氧条件下细胞内聚磷水解产生能量(adenosinetriphosphate, ATP)和还原型辅酶NADH,用于挥发性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)的吸收并储存为聚-β -轻丁酸(poly-β-hydroxybutyrate, PHB);然后在好氧条件下以PHB为电子供体，以氧为电子受体进行过量吸磷，从而以剩余污泥排放的形式去除污水中的磷。随着学者对聚磷菌的深入研究，发现存在着一种聚磷菌可以在缺氧条件下以硝酸盐为电子受体进行同步反硝化脱氮除磷，称为反硝化聚磷菌。反硝化聚磷菌相比于好氧聚磷菌可节省曝气量30%，减少污泥产生量50%，降低碳源需求量50%特别适合低C/N比生活污水的处理。无论是好氧聚磷菌还是反硝化聚磷菌在富集过程中都极易受到具有类似代谢类型但不具备释磷和吸磷功 能的聚糖菌竞争，而pH、D0、碳源和温度等因素将影响着聚磷菌和聚糖菌的富集环境。在这些影响因素中，温度是聚磷菌和聚糖菌富集的主要影响因素。国内外学者已在常温(25±5°C)情况下对反硝化聚磷菌的富集驯化作了一定的研究，取得了一些研究成果和成功的经验。
[0004]然而，研究低温环境下聚磷菌的富集驯化状况，对EBPR系统应用于实践有着重要的指导意义(尤其是冬季)。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种低温条件下反硝化聚磷菌富集驯化方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007](I)进水阶段:利用进水泵2将进水箱I中溶液泵入反应器12中，由进水控制器5控制进水时间为30min ；
[0008](2)厌氧阶段:启动鼓风曝气机3将氮气由曝气头11鼓入反应器12中，提供厌氧环境，通入氮气时间由曝气控制器6控制为2h ;启动机械搅拌机7带动搅拌桨10进行搅拌，提供溶液完全混合的动力，机械搅拌时间由机械搅拌控制器8控制为2h ；[0009](3)好氧阶段:厌氧反应2h完成后，将反应器厌氧环境改为好氧环境，由鼓风曝气机3将空气由曝气头11鼓入反应器12中,提供好氧环境,通入空气时间由曝气控制器6控制为4h ;启动机械搅拌机7带动搅拌桨10进行搅拌，提供溶液完全混合的动力，机械搅拌时间由机械搅拌控制器8控制为4h ；
[0010](4)沉淀阶段:好氧反应4h完成后，曝气控制器6自动关闭鼓风曝气机3，机械搅拌控制器8自动关闭机械搅拌机7，沉淀时间为Ih ；
[0011](5)排水阶段:沉淀Ih完成后，启动排水泵14将沉淀上清液排入出水箱15中，排水时间由排水控制器9控制为30min ；
[0012](6)重复步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)，以再次完成进水、厌氧、好氧、沉淀和排水过程，此过程运行120周期，共计40d ；
[0013](7)厌氧/好氧阶段40d完成后，反应器的运行状态改为厌氧/缺氧阶段；
[0014](8)进水阶段:同步骤(1)相同，但进水负荷降低；
[0015](9)厌氧阶段:同步骤(2)相同；
[0016](10)缺氧阶段:厌氧反应2h完成后，通过加入硝酸盐溶液将反应器厌氧环境改为缺氧环境，启动机械搅拌机7带动搅拌桨10进行搅拌，提供溶液完全混合的动力，机械搅拌时间由机械搅拌控制器8控制为4h ；
[0017](11)沉淀阶段:同步骤(4);
[0018](12)排水阶段:同步骤(5)
[0019](13)重复步骤(8)、步骤(9)、步骤(10)、步骤(11)、步骤(12)，以再次完成进水、厌氧、缺氧、沉淀和排水过程，此过程运行90周期，共计30d ；
[0020](14)定期采集出水水样，测定出水中Ρ043_-Ρ浓度；
[0021 ] 步骤(1)所述进水箱中溶液COD浓度为800mg/L，Ρ0/—-Ρ浓度为40mg/L。
[0022]步骤(2)所述鼓风曝气机通入氮气的速率为1.5L/min。
[0023]步骤(3)所述鼓风曝气机通入空气的速率为1.5L/min。
[0024]步骤(8)所述进水箱中溶液COD浓度为300mg/L，Ρ0/—-Ρ浓度为20mg/L。
[0025]步骤(10)所述的硝酸盐浓度为30mg/L。
[0026]步骤(14)所述的Ρ043_-Ρ浓度测定方法为钥锑抗分光光度法。
[0027]本发明的要点是:
[0028](I)采用两段式富集驯化反硝化聚磷菌，先在厌氧/好氧条件下富集驯化好氧聚磷菌，筛选出除磷微生物；再在厌氧/缺氧条件下富集驯化反硝化聚磷菌，筛选出在缺氧条件下的除磷微生物。
[0029](2)采用进水、反应、沉淀、排水的循环运行模式，降低硝酸盐对厌氧释磷的影响，以及降低碳源对反硝化脱氮除磷的影响。
[0030](3)采用先高后低进水营养负荷，在运行初期进水中营养负荷高，加快除磷微生物在低温环境下的快速富集；在运行后期降低进水中营养负荷，使富集驯化的反硝化聚磷菌适应正常的生活污水。
[0031]本发明的具体实施措施为:
[0032](I)反应器的设计和搭建:反应器设计采用序批式活性污泥法，主要由进水系统、曝气搅拌系统、出水系统和时间控制系统组成。本装置可通过各控制器从时间序列上对进水、反应、沉淀、排水过程进行控制，实现自动化运行管理，大大减轻了人工强度、节省了污染治理成本，而且设备结构简单、方便移动。
[0033](2)厌氧/好氧运行模式:将污水处理厂好氧池污泥接种到该序批式活性污泥法反应器中，在厌氧/好氧环境下富集驯化除磷微生物，控制进水中COD浓度为800mg/L，Ρ043_-Ρ浓度为40mg/L，每天采集出水水样测定其Ρ043_-Ρ浓度，以出水中Ρ043__Ρ浓度稳定且达到排放标准来确定富集驯化工作完成。
[0034](3)厌氧/缺氧运行模式:在厌氧/缺氧环境下富集驯化反硝化聚磷菌，控制进水中COD浓度为300mg/L，P043_-P浓度为20mg/L，每天采集出水水样测定其Ρ0/—-Ρ浓度，以出水中Ρ043_-Ρ浓度稳定且达到排放标准来确定富集驯化工作完成。
[0035]本发明适用于低温环境下生物强化除磷工艺的快速启动，具有很强的实际意义和广泛的应用性。
[0036]本发明与国内外现有同类技术相比，其创造性在于以下几点:
[0037]1、研究了低温环境下生物强化除磷工艺中反硝化聚磷菌的富集驯化，为冬季大部分地区污水处理达标排放提供了可能；
[0038]2、采用先高后低进水营养负荷，加快了微生物的富集驯化速率；
[0039]3、采用进水、反应、沉淀、排水的循环运行模式，为微生物繁殖创造了最优的条件。
[0040]本发明与国内外现有技术的不同点在于:
[0041 ] 1、采用两段式(先厌氧/好氧，后厌氧/缺氧)富集驯化法，增强了除磷微生物的富集数量；
`[0042]2、采用先高后低进水营养负荷，提高微生物繁殖速率；
[0043]3、采用进水、反应、沉淀、排水的循环运行模式，为微生物繁殖创造了最优的条件。
[0044]本发明的有益效果是:
[0045]采用两段式(先厌氧/好氧，后厌氧/缺氧)富集驯化法，增强了除磷微生物的富集数量；采用先高后低进水营养负荷，提高微生物繁殖速率；采用进水、反应、沉淀、排水的循环运行模式，为微生物繁殖创造了最优的条件。通过此策略，可提高生物强化除磷工艺在低温条件的运行效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]图1为本发明的反应器示意图。
[0047]图中标号如下:1、进水池；2、进水泵；3、曝气机；4、进水口 ；5、进水泵控制器；6、曝气机控制器；7、搅拌机；8、机械搅拌机控制器；9、出水泵；10、搅拌桨；11、曝气头；12、SBR反应器；13、出水口 ；14、出水泵；15、出水池。
[0048]图2为本发明中反硝化聚磷菌富集驯化过程中出水Ρ043_-Ρ浓度示意图。
[0049]图中标号如下:1、磷去除率坐标轴，% ;2、运行时间坐标轴，天；3、出水磷浓度坐标轴，mg/L ;4、磷去除率；5、出水磷浓度
【具体实施方式】
[0050]试验进水水质如下:
[0051]I ~40d, C0D=800mg/L, PO43 -P=40mg/L ；[0052]41 ~70d，C0D=300mg/L, P043_-P=20mg/L ；N03_-N=30mg/L
[0053]试验运行时环境温度为5~10°C，厌氧阶段控制溶解氧浓度小于0.lmg/L ;好氧阶段控制溶解氧浓度大于2.0mg/L ;缺氧阶段控制氧化还原电位为-100~-40mV。
[0054]具体处理如下:
[0055]( I)取污水处理厂好氧池污泥作序批式活性污泥法反应器接种污泥，污泥浓度为4200mg/Lo
[0056](2)高负荷厌氧/好氧阶段(I~40d):每天运行3个周期，每个周期按照进水30min、厌氧反应2h、好氧反应4h、沉淀lh、排水30min依次自动运行,每天采集出水水样一次，测定其Ρ043_-Ρ浓度，并计算出磷去除率。由图2可知，经过40d的厌氧/好氧运行，出水中磷浓度稳定在0.5mg/L以下。
[0057](3)低负荷厌氧/缺氧阶段(41~70d):每天运行3个周期，每个周期按照进水30min、厌氧反应2h、缺氧反应4h、沉淀lh、排水30min依次自动运行,每天采集出水水样一次，测定其Ρ0/—-Ρ浓度，并计算出磷去除率。由图2可知，在好氧反应改变为缺氧反应的开始阶段，磷去除效果较差，但经过30d的厌氧/缺氧运行，出水中磷浓度稳定在0.5mg/L以下。由此说明，通过“两段式(先厌氧/好氧，后厌氧/缺氧)富集驯化，先高后低进水营养负荷，进水、反应、沉淀、排水的循环运行模式”这一策略可在低温情况下有效富集到反硝化聚磷菌。
[0058]上述实施例仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何等 同替代、修改和变化，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种低温条件下反硝化聚磷菌富集驯化方法，所述方法包括以下步骤: (1)反应器的设计和搭建:反应器设计采用序批式活性污泥法，主要由进水系统、曝气搅拌系统、出水系统和时间控制系统组成。本装置可通过各控制器从时间序列上对进水、反应、沉淀、排水过程进行控制，实现自动化运行管理，大大减轻了人工强度、节省了污染治理成本，而且设备结构简单、方便移动。 (2)厌氧/好氧运行模式:将污水处理厂好氧池污泥接种到该序批式活性污泥法反应器中，在厌氧/好氧环境下富集驯化除磷微生物，控制进水中COD浓度为800mg/L，Ρθ/__Ρ浓度为40mg/L，每天采集出水水样测定其Ρ043_-Ρ浓度，以出水中Ρ043_-Ρ浓度稳定且达到排放标准来确定富集驯化工作完成。 (3)厌氧/缺氧运行模式:在厌氧/缺氧环境下富集驯化反硝化聚磷菌，控制进水中COD浓度为300mg/L，P043_-P浓度为20mg/L，每天采集出水水样测定其Ρ043__Ρ浓度，以出水中po43_-p浓度稳定且达到排放标准来确定富集驯化工作完成。
2.根据权利要求1所述一种低温条件下反硝化聚磷菌富集驯化方法，其特征在于:步骤(I)中进水时间为30min、反应时间(厌氧2h、好氧或缺氧4h)、沉淀时间为lh、排水时间为 30 min。
【文档编号】C12N1/20GK103773726SQ201410046012
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月9日 优先权日:2014年2月9日
【发明者】邹海明 申请人:安徽科技学院