CN102674539A

CN102674539A - 一种基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统及方法

Info

Publication number: CN102674539A
Application number: CN2012101419189A
Authority: CN
Inventors: 刘锐; 安少锋; 陈吕军; 施汉昌; 罗金飞; 余素林; 文晓刚
Original assignee: Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang
Current assignee: Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统及方法，它包括一内装有搅拌器的氨氮与微量元素储存罐，该氨氮与微量元素储存罐通过一输液泵连接膜生物反应器；一pH调节液储存罐通过一pH调节液输送泵也连接所述膜生物反应器；在所述膜生物反应器上分别设置有连接进水泵的进水口和连接出水泵的出水口，以及连接排泥泵的排泥口；本发明的基本特点是：使用膜生物反应器系统对硝化污泥进行半封闭式富集培养，与硝化菌剂的发酵培养相比，大幅度降低了硝化菌的培养成本，并实现了硝化菌与培养基质的彻底分离，有效避免了硝化菌在培养过程中的不必要流失。

Description

一种基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统及方法

技术领域

本发明涉及的是一种基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统及方法，属于一种污水处理技术领域。

背景技术

现有的污水处理工艺中，生物脱氮主要依靠硝化细菌和反硝化细菌完成，其中硝化细菌为好氧自养菌，世代长，增殖速度慢，污泥产率低，对外界环境条件较为敏感，难以维持较高生物浓度。硝化功能启动慢、硝化能力不足已成为制约众多污水处理厂脱氮效果的瓶颈。现有的污水厂启动，要使出水氨氮达标即系统具有完全硝化功能一般需30d以上，而在冬季气温较低等不利条件下完全启动需要更长的时间。在遇上冲击负荷时硝化功能容易崩溃，恢复所需时间很长，加上往往还要花很长时间查找造成冲击负荷的原因并相应调整操作条件，由此导致硝化功能恢复所需的时间会更长。

向污水生物处理系统中投加硝化菌通常认为是强化硝化功能的有效方法。目前硝化强化技术主要分为两类：一类是使用由一种或几种硝化菌组成的纯硝化菌剂。纯菌剂通过发酵制备，其优点是富集培养速度快、菌种纯度高、密度高，缺点是制备成本高，且存在菌种变异和退化，另外由于菌种组成相对单一，与实际水处理系统的生物群落结构相似相容性差，因此在实际应用中适应能力较差，不容易有效发挥生物强化功能。

另一类是使用高度富集硝化细菌的活性污泥。此种方式克服了纯菌制剂中存在的问题，制备成本低，不存在菌种变异和退化，另外硝化种群具有多样性，因此在实际应用中与实际水处理系统的生物群落结构相似相容性好，更能有效发挥生物强化功能。但是目前普遍使用开放式培养方法，且进水基质中有机物含量高，硝化菌易流失，较纯发酵培养的富集培养速度减慢，且菌种的纯度和密度相对不高。

中国发明专利200910219411公开了一种以污泥水为培养基，采用倒置A/O工艺的硝化菌活性污泥富集方法，中国发明专利201136825公开了一种以处理垃圾渗滤液为主的硝化菌富集装置。其特点均为培养基质中有机物含量高、开放式富集系统，因此存在富集纯度小、速度慢等不足。

中国发明专利CN101973628A公开了一种序批式发酵富集培养硝化菌的方法，将活性污泥与高氨氮废水以1∶7比例混合发酵，5天为一周期，之后对培养液进行离心，以此方式连续运行4周期，获得硝化菌种。该方法存在氨氮负荷突变，对硝化菌易产生基质抑制作用；且大批量生产时，离心发酵成本较高且不利于连续富集连续投加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统及方法，它能使硝化菌实现低成本、高纯度、高浓度培养的同时，最大限度地保持了硝化种群的多样性及其与强化对象系统硝化种群结构的相似相容性，更有利于提高硝化强化效果。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统，它包括一内装有搅拌器的氨氮与微量元素储存罐，该氨氮与微量元素储存罐通过一输液泵连接膜生物反应器；一pH调节液储存罐通过一pH调节液输送泵也连接所述膜生物反应器；在所述膜生物反应器上分别设置有连接进水泵的进水口和连接出水泵的出水口，以及连接排泥泵的排泥口。

所述的膜生物反应器采取外置式或一体浸没式结构，其中的膜形式为平板膜、卷式膜、中空纤维膜、管式膜中的一种滤膜；整个系统可分排泥和不排泥两种模式运行。不排泥模式下可批次生产与市售纯硝化菌剂同等浓度的复合硝化菌剂；排泥模式下可在极小的容积中为强化对象污水生物工艺连续生产并提供高浓度的硝化菌，实现对污水生物工艺硝化功能的持续强化。

所述的膜生物反应器的底部设置有连接曝气泵的曝气装置，在膜生物反应器内设置有pH在线检测仪和液位计并分别连接于一由微电脑构成的自控装置，所述的自控装置分别连接被控的输液泵、pH调节液输送泵、排泥泵以及进水泵和出水泵。

一种利用如上所述的基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统的富集培养方法，该方法是使用膜生物反应器对硝化污泥进行半封闭式富集培养，进水通过进水泵从进水口送入膜生物反应器，且此时的进水为污水生物处理工艺稀释进水或出水，并添加富集基质，且所述进水中含有含有的无机氮磷，另外：在氨氮与微量元素储存罐内人工投加硫酸铵、氯化铵无机氮源，磷酸氢二钠、磷酸二氢钠含磷无机物，以及微量元素，并通过输液泵送入膜生物反应器，投加后C/N≤0.5，氮磷质量比范围1～10；在pH调节液储存罐内加入碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾来调节pH值，通过pH调节液输送泵送入膜生物反应器内，使pH值维持在7.0～8.5；由上述进水、氨氮与微量元素以及pH调节液共同组成的混合液由膜生物反应器中的膜进行泥水分离，实现对硝化菌的完全截留。

所述的膜生物反应器内通过不断提高进水中氨氮浓度来刺激硝化菌生长，氨氮提高幅度在20～100mg/L之间，并以出水氨氮、亚硝态氮浓度均小于5mg/L为准。

所述的膜生物反应器内内的水力停留时间为2～15h，最佳为4h；DO不低于2mg/L；系统的污泥龄可根据需要控制在3～100d，常规5～20d。

本发明采用低碳源、高氮源为主的培养基质，以完全混合式膜生物反应器为富集装置的半封闭式硝化菌富集培养技术、工艺和设备，避免了硝化菌富集过程中出现流失，保证了硝化污泥富集的效率和纯度。作为旁路系统用于富集投加时，减少了旁路系统的建设体积和富集时间，节省费用。

本发明的有益效果是：

(1)使用膜生物反应器系统对硝化污泥进行半封闭式富集培养，与硝化菌剂的发酵培养相比，大幅度降低了硝化菌的培养成本，并有效避免了硝化菌在培养过程中的不必要流失。

(2)培养基以无机氮源为主，可同时投加污水生物处理工艺稀释进水或出水，使硝化污泥实现高纯度、高浓度培养的同时，最大限度地使硝化种群保持了多样性及与强化对象系统的相似相容性，有利于提高硝化强化效果。

(3)该系统不排泥模式下可批次生产与市售纯硝化菌剂同等浓度的复合硝化菌剂；排泥模式下可在极小的容积中为污水生物工艺连续生产并提供高浓度的硝化菌进行硝化功能的强化。

(4)采用完全混合式反应器连续进出水，含高氨氮浓度的基质进入反应器后得以稀释和硝化，降低了高氨氮浓度对硝化菌的基质抑制作用，更有利于硝化菌的富集培养。

附图说明

图1是本发明所述的基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的基于膜生物反应器的高效富集硝化菌的培养系统，它主要包括：氨氮与微量元素储存罐1、搅拌器2、输液泵3、pH调节液储藏罐4、pH调节液输送泵5、进水泵6、进水流量计7、膜生物反应器8、曝气装置9、曝气泵10、曝气阀门11、气体流量计12、液位计13、pH在线检测仪14、出水泵15、出水流量计16、真空压力计17、排泥泵18。

具体是：它包括一内装有搅拌器2的氨氮与微量元素储存罐1，该氨氮与微量元素储存罐1通过一输液泵3连接膜生物反应器8；一pH调节液储存罐4通过一pH调节液输送泵5也连接所述膜生物反应器8；在所述膜生物反应器8上分别设置有连接进水泵6的进水口和连接出水泵15的出水口，以及连接排泥泵18的排泥口。

所述的膜生物反应器8采取外置式或一体浸没式结构，其中的膜形式为平板膜、卷式膜、中空纤维膜、管式膜中的一种滤膜；整个系统可分排泥和不排泥两种模式运行。不排泥模式下可批次生产与市售纯硝化菌剂同等浓度的复合硝化菌剂；排泥模式下可在极小的容积中为强化对象污水生物工艺连续生产并提供高浓度的硝化菌，实现对污水生物工艺硝化功能的持续强化。

所述的膜生物反应器8的底部设置有连接曝气泵10的曝气装置9，在膜生物反应器8内设置有pH在线检测仪14和液位计13并分别连接于一由微电脑构成的自控装置，所述的自控装置分别连接被控的输液泵3、pH调节液输送泵5、排泥泵18以及进水泵6和出水泵15。

本发明所述利用如上所述的基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统的富集培养方法，该方法是使用膜生物反应器对硝化污泥进行半封闭式富集培养，进水通过进水泵从进水口送入膜生物反应器，且此时的进水为污水生物处理工艺稀释进水或出水，并添加富集基质，且所述进水中含有含有的无机氮磷，另外：在氨氮与微量元素储存罐内人工投加硫酸铵、氯化铵无机氮源，磷酸氢二钠、磷酸二氢钠含磷无机物，以及微量元素，并通过输液泵送入膜生物反应器，投加后C/N≤0.5，氮磷质量比范围1～10；在pH调节液储存罐内加入碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾来调节pH值，通过pH调节液输送泵送入膜生物反应器内，使pH值维持在7.0～8.5；由上述进水、氨氮与微量元素以及pH调节液共同组成的混合液由膜生物反应器中的膜进行泥水分离，实现对硝化菌的完全截留。

本发明将氨氮与微量元素(1)与pH调节液(4)分开，其目的在于防止高pH值条件下游离氨的产生，从而保证最大的富集效率。在培养基储存罐中安装搅拌器，避免出现基质沉淀现象，保证富集的稳定性。

实施例：

高浓度硝化污泥富集方法：(1)采用接种培菌法，按完全混合式连续进、出水方式运行，进水为污水生物处理工艺稀释进水或出水，并添加富集基质，保证微生物必需的生长元素，最大限度保持了硝化种群的多样性及与强化对象系统的相似相容性，有利于提高硝化强化效果。(2)HRT为2～15h，DO＞2mg/L，以碳酸氢钠调节pH值，pH值维持在7.0～8.5。混合液由膜进行泥水分离，实现对硝化菌的完全截留。(3)通过不断提高进水中氨氮浓度来刺激硝化菌生长，氨氮提高幅度在20～100mg/L之间，以出水氨氮、亚硝态氮浓度均小于5mg/L为准。(4)该系统可分排泥和不排泥两种模式，不排泥模式下可实现高浓度硝化菌批序生产；排泥模式下可在极小的容积中为强化对象污水生物工艺连续生产并提供高浓度的硝化菌。污泥龄可根据需要控制在3～100d，常规5～20d。

经过上述步骤处理后，旁路系统富集的硝化污泥中的硝化菌数量可达1.1*10¹³个/L，硝化活性达4000-7000mgN/L·d以上。

投加强化方法：在主体工艺附近建极小体积的旁路系统，该旁路系统实施硝化菌的富集。将旁路系统每天排出的剩余污泥作为菌种连续投加到主体工艺好氧区中，则主体工艺系统硝化活性有较大提高，出水氨氮达到排放标准。

实施例1

某市政污水处理厂，采用A²/O处理工艺，处理水量2.5万m³/d，好氧池有效容积约为7000m³，进出水氨氮浓度分别为50mg/L和15mg/L，硝化活性为120mgN/L·d。现预把出水氨氮降低至5mg/L，达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准。在该污水处理工艺(主体工艺)附近建体积为310m³的旁路系统(约占主体工艺体积的4.5％)，实施硝化菌连续富集并对主体工艺连续投加。

该旁路系统接种污水厂活性污泥，起始MLSS控制在5g/L，按完全混合式连续进、出水方式运行，进水为该市政污水处理厂稀释进水或二沉池出水，并添加富集基质，保证进水基质中初始氨氮浓度30mg/L，磷酸盐浓度20mg/L和微生物必需的微量元素。将培养基基质混匀后进入完全混合式膜生物反应器，HRT为4h，DO＞2mg/L，以碳酸氢钠条件pH值，pH值维持在7.0～8.5，当出水氨氮、亚硝态氮浓度小于5mg/L时逐步提高进水氨氮浓度至700mg/L，提高幅度在20～50mg/L之间。SRT维持15d左右。

按上述方法富集培养50d后，旁路系统富集的硝化污泥中的硝化菌数量可达1.1*10¹³个/L，硝化活性达4000mgN/L·d以上，将该旁路系统每天排出的剩余污泥投加到主体工艺好氧区中5d后，主体工艺系统硝化活性逐步提高至160mgN/L·d，出水氨氮低于5mg/L，达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准。

实施例2

某工业园区的污水处理厂，处理水量1万m³/d，采用水解酸化-好氧活性污泥处理工艺，好氧池有效容积1万m³。受园区内入网企业废水排放的影响，进水的水质水量变化大，经常对活性污泥系统产生较大冲击，导致硝化功能崩溃，重新恢复硝化性能往往需要两个月以上时间，周期较长，严重影响了该污水厂处理出水的稳定达标排放。在该污水厂内好氧池附近修建有效容积为450m³(好氧段有效容积的4.5％)的硝化菌旁路富集系统，接种主体工艺活性污泥，起始MLSS控制在5g/L，按完全混合式连续进、出水方式运行。进水为该污水处理厂稀释进水或二沉池出水，并添加富集基质，保证进水基质中初始氨氮浓度30mg/L，磷酸盐浓度20mg/L和微生物必需的生长元素，将培养基质混匀后进入完全混合式旁路系统。HRT为4h，DO＞2mg/L，以碳酸氢钠条件pH值，pH值维持在7.0～8.5，当出水氨氮、亚硝态氮浓度小于5mg/L时逐步提高进水氨氮浓度至700mg/L，提高幅度在20～50mg/L。期间采取不排泥模式，经过1个月富集，旁路系统富集的硝化污泥中的硝化菌数量可达1.1*10¹³个/L，硝化活性达4000mgN/L·d以上，在污水厂主体工艺调整后的再启动或硝化功能崩溃时，将富集的硝化污泥投入到主体工艺中，可在3～10d内完成污水厂硝化功能的启动和恢复。在污水厂运行正常时，重复该方法进行批式试验，富集的硝化菌种可在4℃条件下保存，在主体系统运行异常时用于投加。

本发明的基本特点是：(1)使用膜生物反应器系统对硝化污泥进行半封闭式富集培养，与硝化菌剂的发酵培养相比，大幅度降低了硝化菌的培养成本，并实现了硝化菌与培养基质的彻底分离，有效避免了硝化菌在培养过程中的不必要流失；(2)培养基中有机碳源含量低，以无机氮源为主，可同时投加污水生物处理工艺稀释进水或出水，使硝化污泥实现高纯度、高浓度培养的同时，最大限度地保持了硝化种群的多样性及其与强化对象系统硝化种群结构的相似相容性，更有利于提高硝化强化效果；(3)该系统可分排泥和不排泥两种模式运行；不排泥模式下可批次生产与市售纯硝化菌剂同等浓度的复合硝化菌剂；排泥模式下可在极小的容积中实现对污水生物工艺硝化功能的持续强化。

Claims

1.一种基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统，它包括一内装有搅拌器的氨氮与微量元素储存罐，该氨氮与微量元素储存罐通过一输液泵连接膜生物反应器；一pH调节液储存罐通过一pH调节液输送泵也连接所述膜生物反应器；在所述膜生物反应器上分别设置有连接进水泵的进水口和连接出水泵的出水口，以及连接排泥泵的排泥口。

2.根据权利要求1所述的基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统，其特征在于所述的膜生物反应器采取外置式或一体浸没式结构，其中的膜形式为平板膜、卷式膜、中空纤维膜、管式膜中的一种滤膜；整个系统可分排泥和不排泥两种模式运行。不排泥模式下可批次生产与市售纯硝化菌剂同等浓度的复合硝化菌剂；排泥模式下可在极小的容积中为强化对象污水生物工艺连续生产并提供高浓度的硝化菌，实现对污水生物工艺硝化功能的持续强化。

3.根据权利要求1或2所述的基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统，其特征在于所述的膜生物反应器的底部设置有连接曝气泵的曝气装置，在膜生物反应器内设置有pH在线检测仪和液位计并分别连接于一由微电脑构成的自控装置，所述的自控装置分别连接被控的输液泵、pH调节液输送泵、排泥泵以及进水泵和出水泵。

4.一种利用如权利要求1或2或3所述的基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统的富集培养方法，该方法是使用膜生物反应器对硝化污泥进行半封闭式富集培养，其特征在于：进水通过进水泵从进水口送入膜生物反应器，且此时的进水为污水生物处理工艺稀释进水或出水，并添加富集基质，且所述进水中含有含有的无机氮磷，另外：在氨氮与微量元素储存罐内人工投加硫酸铵、氯化铵无机氮源，磷酸氢二钠、磷酸二氢钠含磷无机物，以及微量元素，并通过输液泵送入膜生物反应器，投加后C/N≤0.5，氮磷质量比范围1～10；在pH调节液储存罐内加入碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾来调节pH值，通过Ph调节液输送泵送入膜生物反应器内，使pH值维持在7.0～8.5；由上述进水、氨氮与微量元素以及pH调节液共同组成的混合液由膜生物反应器中的膜进行泥水分离，实现对硝化菌的完全截留。

5.根据权利要求4所述的基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养方法，其特征在于所述的膜生物反应器内通过不断提高进水中氨氮浓度来刺激硝化菌生长，氨氮提高幅度在20～100mg/L之间，并以出水氨氮、亚硝态氮浓度均小于5mg/L为准。

6.根据权利要求4所述的基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养方法，其特征在于所述的膜生物反应器内内的水力停留时间为2～15h，最佳为4h；DO不低于2mg/L；系统的污泥龄可根据需要控制在3～100d，常规5～20d。