专利名称：一种活性污泥中聚磷菌的快速富集方法
技术领域：
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种活性污泥中聚磷菌的快速富集 方法。
背景技术：
活性污泥中聚磷菌的富集是生物强化除磷系统正常运行的主要条件。厌氧条件 下，聚磷菌把细胞中的聚磷水解为溶解性正磷酸盐(soluble ortho-phosphorus，SOP)释放 到胞外，并利用获得的能量将挥发性脂肪酸(volatile fatty acids，VFAs)等碳源转化为 聚羟基脂肪酸(poly-hydroxyalkanoates，PHAs)；好氧条件下，聚磷菌以PHAs为能量来源 实现生物生长，糖原合成以及磷的吸收，最终通过剩余污泥的排放实现污水中磷的有效去 除。有部分研究表明，聚磷菌也可以缺氧条件下以硝酸盐为电子受体，实现反硝化除磷。据 估计，反硝化除磷可节省COD耗量30 %，降低氧气耗量20 %，减少污泥产量30 %。因此， 聚磷菌对生物强化除磷工艺的研究具有重要意义，而实现聚磷菌的富集又是研究其除磷机 理，考察其除磷影响因素的必要条件，但传统的直接连续培养方法耗时相对较长，不能满足 聚磷菌快速富集的要求。SBR具有间歇式活性污泥法的典型特点，具有工艺简单、运行控制灵活、占地面积 小、耐冲击负荷等优点。由于运行控制的灵活性，SBR能够较好实现好氧、缺氧及厌氧状态 的交替环境，为其实现脱氮除磷提供有利条件。为实现聚磷菌的快速富集，需要对温度、进 水条件、污泥浓度、反应时间以及其他外部环境条件进行有效控制，因此可以利用SBR结合 PLC可编程在线控制，满足聚磷菌培养驯化要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活性污泥中聚磷菌的快速富集方法，采用聚磷菌富集 设备对活性污泥中的聚磷菌进行快速富集，所述聚磷菌富集设备包括进水水箱1、进水泵 2、反应器筒体3、空气泵4-5、磁力搅拌器6、在线探头7、PLC可编程控制器8、取样口 /进出 水口 9、出水泵10和出水水箱11，其中进水水箱1通过进水泵2与反应器筒体3相连 ’第 一空气泵4和第二空气泵5分别通过管道深入反应器筒体3内，反应器筒体3内放置有转 子，反应器筒体3位于磁力搅拌器6上方，位于反应器筒体3内的转子通过磁力搅拌器6进 行转动；取样口 /进出水口 9设置于反应器筒体3 —侧；在线探头3插入反应器筒体3内， 分别用于对DO、pH以及温度等进行实时监测；PLC可编程控制器8分别与进水泵2、反应器 筒体3、第一空气泵4、第二空气泵5、磁力搅拌器6、在线探头7以及取样口 /进出水口相 连，自动控制SBR反应器的进水、曝气、搅拌、沉淀、排水以及在线监测数据采集、分析等，并 可根据实际需要调整各反应阶段的运行时间以及曝气运行方式；具体步骤如下
反应周期开始时，进水由进水泵输送至序批式反应器(SBR)内，控制进水时间10-15 min，同时序批式反应器内开始厌氧搅拌，厌氧段持续时间为100-180 min ；接着向序批式反 应器内加入硝酸盐进入缺氧段，缺氧段持续时间为100-180 min;然后进入好氧段，通过两个空气泵向序批式反应器内曝气，通过控制PLC可编程控制器控制其中的一个空气泵定期 停开，以保持DO在2-4 mg/L的范围内，好氧段持续时间为100-180 min ；好氧结束后进入 沉淀段，污泥沉淀时间为60-70 min，上清液排放，排水时间为10-20 min ；最后进入闲置段， 控制闲置段时间为100-180 min。本发明中，缺氧段加入硝酸盐，控制反应器内缺氧初硝态氮含量为30_35mg/L。本发明中，所述进水水温控制在20-22 °C;进水流量为8-10 L/d ；进水中有机酸 COD、NH+ 4-N、SOP 浓度及 pH 值分别控制在200-250 mg/L,20-30 mg/L、15_20 mg/L 和 7. 5-7. 8。本发明中，通过排泥控制活性污泥系统MLSS在3000-4000 mg/L。本发明中，进水利用SBR同时接种AAO工艺中曝气池好氧聚磷活性污泥以及前置 预浓缩氧化沟工艺中预缺氧池的反硝化聚磷污泥。SBR连续接种富含好氧聚磷菌以及反硝 化聚磷菌的活性污泥，需要保证两种微生物适应新的生长环境继续生长，还要使其能互相 配合，反硝化聚磷菌以好氧产生的硝态氮为电子受体进行反硝化吸磷，同时硝态氮的降解 有利于好氧聚磷菌的厌氧释磷。在好氧段末期通过排泥口排放泥水混合液以达到控制污泥龄的目的。污泥停留时 间为8-10 d，总水力停留时间为10 h。当聚磷菌占总菌大于60 %时认为其富集成功。通过查阅文献资料，在了解好氧聚磷菌和反硝化聚磷菌的生物特性，确定合适的 进水水质、最佳SRT、反应温度、相应的DO、pH等条件，合理制定培养驯化方案、缩短富集 时间的基础上，系统地研究与解决利用PLC在线控制SBR富集活性污泥中聚磷菌时，影响 两种微生物生长和系统脱氮除磷效果的各项运行参数。系统运行时，所述活性污泥中聚 磷菌的快速富集方法根据活性污泥性状，灵活调整进水量、排泥量以及进水水质等条件， 并通过在线DO浓度、pH值等的实时变化以及荧光原位杂交技术(fluorescent in situ hybridization, FISH)观测到的微生物种群结构变化，准确地把握好氧聚磷菌与反硝化聚 磷菌的生长情况。本发明利用PLC可编程控制SBR同时接种AAO工艺中曝气池好氧聚磷活性污泥 以及前置预浓缩氧化沟工艺中预缺氧池的反硝化聚磷污泥，其技术路线和试验方案分述如 下
(1)总结国内外相关研究成果以及分析大量试验数据的基础上，确定培养驯化聚磷菌 的最佳方案。所述SBR运行流程包括进水、厌氧、好氧、缺氧、沉淀、闲置和出水，其中，厌氧/ 好氧有利于好氧聚磷菌富集；在缺氧段以及沉淀段，反硝化菌能以好氧段硝化菌产生的硝 态氮为电子受体进行缺氧反硝化除磷，满足其富集要求。(2)利用SBR同时接种AAO工艺中曝气池好氧聚磷活性污泥以及前置预浓缩氧化 沟工艺中预缺氧池的反硝化聚磷污泥。利用PLC可编程控制SBR连续接种富含好氧聚磷菌 以及反硝化聚磷菌的活性污泥，需要保证两种微生物适应新的生长环境继续生长，还要使 其能互相配合，反硝化聚磷菌以好氧产生的硝态氮为电子受体进行反硝化吸磷，同时硝态 氮的降解有利于好氧聚磷菌的厌氧释磷。(3)根据在线监测pH、D0以及各阶段S0P、C0D等数据，及时调整运行参数，如当较 低的DO以及进水有机负荷造成丝状菌膨胀时，可以通过及时排泥缩短SRT ；当pH值偏离设 定范围时，可以加入缓冲溶液或者直接加酸、碱调节；FISH测试若PA0/EUB大于60%时，说明聚磷菌已经富集成功，系统具备良好的除磷能力。
图1为本聚磷菌富集及生物增强除磷系统流程图。图2为本聚磷菌富集及生物增强除磷系统典型周期pH、D0变化示意图。图3为本聚磷菌富集及生物增强除磷系统中活性污泥厌氧释磷、好氧吸收磷示意 图。图4为本活性污泥中聚磷菌的快速富集方法中磷的释放/VFA的吸收与聚磷菌/ EUB的线性关系。图5为本活性污泥中聚磷菌的快速富集方法中聚磷菌占总菌百分比随培养驯化 时间变化图。图中标号1为进水水箱，2为进水泵，3为反应器筒体，4、5分别为第一空气泵、第 二空气泵，6为磁力搅拌器，7为在线探头，8为PLC可编程控制器，9为取样口 /进出水口， 10为出水泵，11为出水水箱。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步说明本发明。实施例(1)利用PLC可编程控制SBR同时接种AAO工艺中曝气池好氧聚磷活性 污泥以及前置预浓缩氧化沟工艺中预缺氧池的反硝化聚磷污泥。采用A/ A /0 (厌氧/好 氧/缺氧)的方式间歇运行。在SBR反应器中，加入种泥和人工配制的污水，进水总时间10 min，厌氧段时间100 min，好氧段时间180 min，沉淀时间80 min，排水总时间10 min，闲置 时间100 min。在好氧段末期通过排泥口排放泥水混合液以达到控制污泥龄的目的。污泥 停留时间约为8 d，总水力停留时间为10 h。好氧段DO控制在2-4 mg/L。试验中，根据在 线监测pH、D0以及各阶段SOP、COD等数据，及时调整运行参数，如当较低的DO以及进水有 机负荷造成丝状菌膨胀时，可以通过及时排泥缩短SRT;当pH值偏离设定范围时，可以加入 缓冲溶液或者直接加酸/碱调节。(2)—种活性污泥中聚磷菌的快速富集方法，该系统运行参数为系统水温控制在 20-22 V ；进水流量为8-10 L/d ；进水有机酸COD、NH+ 4_N、SOP浓度及pH值分别控制在 200-250 mg/L,20-30 mg/L、15_20 mg/L 和 7. 5-7. 8 ；通过排泥控制活性污泥系统 MLSS 在 3000-4000 mg/L ；利用PLC可编程控制系统控制好氧段DO控制在2_4 mg/L。(3)利用PLC可编程控制SBR连续接种富含好氧聚磷菌以及反硝化聚磷菌的活性 污泥，需要保证两种微生物适应新的生长环境继续生长，还要使其能互相配合，反硝化聚磷 菌以好氧产生的硝态氮为电子受体进行反硝化吸磷，同时硝态氮的降解有利于好氧聚磷菌 的厌氧释磷。进水蠕动泵进人工配制的污水从进水水箱输送至SBR反应器，随后的厌氧段 中，聚磷菌利用环境中的有机物合成体内的PHA，并释放出大量的磷；在缺氧段，反硝化聚 磷菌利用硝态氮进行反硝化除磷；通过排水蠕动泵的排水以及定期的排泥，可以使得剩余 污泥被排出系统，实现系统的有效除磷；最后在好氧段有机物得到进一步的降解。
权利要求
1.一种活性污泥中聚磷菌的快速富集方法，其特征在于具体步骤如下反应周期开 始时，进水由进水泵输送至序批式反应器内，控制进水时间10-15min，同时序批式反应器 内开始厌氧搅拌，厌氧段持续时间为IOO-ISOmin ；接着向序批式反应器内加入硝酸盐进入 缺氧段，缺氧段持续时间为100-180 min;然后进入好氧段，通过两个空气泵向序批式反 应器内曝气，通过控制PLC可编程控制器控制其中的一个空气泵定期停开，以保持DO在 2-4 mg/L的范围内，好氧段持续时间为IOO-ISOmin ；好氧结束后进入沉淀段，污泥沉淀时 间为60-70min，上清液排放，排水时间为10-20min ；最后进入闲置段，控制闲置段时间为 100-180min。
2.根据权利要求1所述的活性污泥中聚磷菌的快速富集方法，其特征在于缺氧段加入 的硝酸盐，控制反应器内缺氧初硝态氮含量为30-35mg/L。
3.根据权利要求1所述的活性污泥中聚磷菌的快速富集方法，其特征在于所述进水水 温控制在20-22°C ；进水流量为8-10 L/d;进水中有机酸COD、NH+ 4_N、SOP浓度及pH值分 别控制在:200-250 mg/L,20-30 mg/L、15_20 mg/L 和 7. 5-7. 8。
4.根据权利要求1所述的活性污泥中聚磷菌的快速富集方法，其特征在于通过排泥控 制活性污泥系统MLSS在3000-4000 mg/L。
全文摘要
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种活性污泥中聚磷菌的快速富集方法。本发明利用SBR(sequencingbatchreactor)先后接种AAO工艺中曝气池好氧聚磷活性污泥以及前置预浓缩氧化沟工艺中预缺氧池的反硝化聚磷污泥，反硝化聚磷菌能够充分利用好氧产生的硝态氮进行反硝化吸磷，同时硝态氮的降解有利于好氧聚磷菌的厌氧释磷。相对于传统的直接连续培养方式，本发明可有效缩短聚磷菌的富集时间，实现生物增强除磷系统的高效稳定运行。
文档编号C02F3/30GK102079578SQ20101060142
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者卢文健, 杨殿海, 郑翔, 郭云, 陈冠儒 申请人:同济大学