CN103626302B

CN103626302B - 一种脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法

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Publication number: CN103626302B
Application number: CN201310612059.1A
Authority: CN
Inventors: 苏振宇; 王晖; 刘丽; 张远东; 林良栋; 陈丽红; 林荣斌; 郑东丹; 黄金洲
Original assignee: GUANGZHOU SPT ENVIRONMENTAL PROTECTION; Guangzhou Metro Corp
Current assignee: GUANGZHOU SPT ENVIRONMENTAL PROTECTION; Guangzhou Metro Corp
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: CN103626302A

Abstract

本发明公开了一种脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法。本发明脱氮除磷菌种的提取培养、驯化及投加过程均在线实时完成，中途无需进行任何冷冻保存及运输，改变了传统技术在实验室培养菌种、长距离冷藏运输、使用时再激活的繁琐操作，大大降低了能耗和处理成本，并最大程度的保持菌种的活性及针对性。进一步的，本发明采用特殊填料，并优化填料比例、菌种投加方式等影响因子，在填料表面迅速培养有益的脱氮微生物菌群，形成种群优势，提高菌种母液的活性和敏感性，提高抗冲击的能力和污水处理能力。本发明投入低，污水处理周期短，效益好，COD、TN、TP去除率高。

Description

一种脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法

技术领域

本发明涉及一种脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法。

背景技术

随着城市发展进程的加快，人们的环保意识提高及法律意识的不断健全，使得对污水处理的要求和排放标准日益严格。在污水处理中，脱氮是污水处理的主要工艺之一，也是目前污水处理的难度之一。在实际的污水处理工程中，高浓度氨氮废水（如化粪池污水）的处理方法包括化学法、物理方法和生物脱氮法等。化学法，即，通常采用化学药剂（氯气或次氯酸钠）将水中的氨氮氧化成N₂。化学法由于需要添加大量的化学药剂，对设备及管道的腐蚀大，而且处理后的水体中含有大量的氯化有机物，造成严重的二次污染。

物理方法有吹脱和汽提两种，空气吹脱法是将废水与气体接触，将氨氮从液相转移到气相的方法。吹脱前需将废水pH调至强碱性，使离子态铵转化为分子态氨，然后通入空气将氨吹脱出。吹脱产生的尾气中含有大量的游离氨，需进行尾气的二次处理，而且吹脱效率影响因子多，不容易控制，特别是温度影响比较大，在北方寒冷季节效率会大大降低。汽提法是用蒸汽将废水中的游离氨转变为氨气逸出，在高pH值时，使废水与气体密切接触，从而降低废水中氨浓度的过程。该过程需要使用气提填料塔，工程量大，难控制，易产生水垢。

生物法去除氨氮是在指废水中的氨氮在各种微生物的作用下，通过硝化和反硝化等一系列反应，最终形成氮气，从而达到去除氨氮的目的。生物法除氮要求在适合的C/N（>9）比的情况下，当氨氮浓度过高或过低时，其处理效率低。总的来说传统的污水方法采用污泥培养微生物进行降解污水中的含氮污染物，但是由于培养慢，效率低，抗冲击负荷低，而且由于污泥死亡而带出的大量跑泥，严重影响了出水水质。

在近几年，采用投加脱氮菌种代替污泥培养的方法逐步成为污水处理的技术之一。南京大学环境学院牛建敏研究了一种脱氮杆菌的培养驯化方法，其将土壤、湖泊底泥、厌氧污泥的制成悬浊液，静置后取上层液体，分别接种至脱氮硫杆菌的选择培养基中，每100mL培养基接种5mL样品。充二氧化碳气体5min，密封摇瓶后置于28℃恒温水浴摇床中培养4d，以4d为周期，配制新鲜培养基重复富集使菌种充分增殖。经5次富集培养后，配制脱氮硫杆菌的固体选择培养基，即在液体培养基配方中加入2%的琼脂粉，用最后一次富集的液体培养基分别进行平板划线；待平板长出单个菌落后，结合镜检观察，挑选长势最好的菌落制成菌悬液进行再次平板划线分离；反复分离筛选直至镜检观测确定为同一形态的纯种细菌。将纯种菌接种于斜面培养基，保存在4℃冰箱中待用。整个培养及驯化过程至少为20d，周期长，效率低。

传统的脱氮除磷菌种培育及驯化方法，均采用异地培养驯化的方法，其缺点有：

1、采用异地提取及培养，驯化难度高，时间长，效率低；

2、由于是在实验室中驯化培养，培育出来的菌种对生存环境条件要求苛刻，在实际投加使用中存活率低；

3、由于是异地培育，菌种在运输过程中经过长时间的冷冻，导致菌种寿命明显下降，在实际使用的激活过程中利用率低；

4、菌种属于外来投加，针对性不强，需要较长时间的驯化，导致早期污水处理效果不理想；

5、由于外来投加菌种容易随着出水外排，导致反应池中菌种浓度随着处理时间延长而降低，需要在处理中定期投加菌种以保持反应池中的含菌量，给管理操作带来极大的麻烦，而且多次投加菌种，增加了污水处理成本，在实际使用中受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法，包括以下步骤：

1)将污水输送至污水净化池，并分流部分污水至菌种培养池；

2)菌种培养池内含有生物填料1#，控制溶解氧浓度为6～7mg/L，停留时间为1.5～5h，进行脱氮除磷菌种的提取培养，得到菌种提取液；

3)将菌种提取液输送至菌种驯化池，菌种驯化池内含有生物填料2#，控制溶解氧浓度为4～5mg/L，停留时间为2～4h，进行驯化，得到脱氮除磷菌种母液；

4)采取多点投放的方式，将脱氮除磷菌种母液输送至污水净化池，进行污水净化处理。

优选的，所述生物填料1#为体积比（3～8）：（2～5）：2的花瓣状填料、YDT型弹性立体填料和生物悬浮球填料的混合物，或为体积比（1～8）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物。

优选的，所述生物填料2#为体积比（2～6）：（1～5）：1的花瓣状填料、YDT型弹性立体填料和生物悬浮球填料，或为体积比（1～4）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物。

优选的，所述生物填料1#为体积比（1～6）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物；所述生物填料2#为体积比（1～4）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物。

优选的，所述螺纹沟渠球形体包括由若干连续且收缩卷曲的卷边构成的球状本体，所述球状本体从中部向四周放射延伸，所述卷边的表面密布有沟渠。

优选的，螺旋条状填料包括成弯曲条状的填料本体，所述填料本体包括呈连续“S”型的褶皱，所述褶皱的每个褶曲围成供流体进入的半封闭空间。

优选的，所述每个褶曲的内表面及外表面均密布设有沟渠。

优选的，步骤1）中，菌种培养池的分流比例为30～80%。

优选的，所述步骤3）中，采用间歇进水的方式，通过间歇进水管向菌种驯化池引入污水，使生长中的微生物处于半饱半饥饿状态，进行驯化。

本发明的有益效果是：

本发明工艺中，脱氮除磷菌种的提取培养、驯化及投加过程均在线实时完成，中途无需进行任何冷冻保存及运输，改变了传统技术在实验室培养菌种、长距离冷藏运输、使用时再激活的繁琐操作，大大降低了能耗和处理成本，并最大程度的保持菌种的活性及针对性。

进一步的，本发明采用特殊填料，并优化填料比例、菌种投加方式等影响因子，在填料表面迅速培养有益的脱氮微生物菌群，形成种群优势，提高菌种母液的活性和敏感性，提高抗冲击的能力和污水处理能力。

本发明投入低，污水处理周期短，效益好，COD去除率可高达95.4%，TN去除率高达93.0%，TP去除率高达98.6%。

附图说明

图1为本发明所用生物填料的示意图，其中，A为花瓣状填料，B为YDT型弹性立体填料，C为生物悬浮球填料，D为螺纹沟渠球形体填料，E为螺旋条状填料。

图2为螺纹沟渠球形体填料的结构示意图。

图3为螺旋条状填料的结构示意图。

图4为本发明污水处理方法的流程图。

图5为实施例1化粪池污水处理的流程图。

图6为实施例2生活污水处理的流程图。

具体实施方式

不同于现有异地培育脱氮除磷菌种的方法，本发明以待处理原污水作为培养基，原污水中的污染物作为营养物，依次进行脱氮除磷菌种的提取培养和驯化，得到最适合当地污水的脱氮除磷菌种母液，然后将脱氮除磷菌种母液实时排放到待处理污水中，对污水中的污染物进行有效降解。

进一步的，本发明通过在菌种培养池和驯化池内设置特殊的生物填料，进一步优化菌种提取培养和驯化的效果。本发明所用生物填料如附图1所示：

花瓣状填料（一种新型生物填料及其制作方法，申请号201110385624.6）（A）：花瓣状填料比较面积较大，有利于具有脱氮作用的固氮弧菌属、类硝化螺菌的生长，对污水进行硝化反应，将污水中的氮转换成硝酸氮的培养。

YDT型弹性立体填料（B）：该填料为绒毛状，每个单独填料绒毛数约100～200，长约40～50cm。YDT型弹性立体填料有利于具有脱氮作用的反硝化生丝微菌属的生长，将硝酸氮转换成氮气。

生物悬浮球填料（C）：该填料基质为松果状，填料具有较大的内部空间，可使气液在空腔内循环混合，利于水气的充分接触融合，当优势菌种进入到生物悬浮球填料的空腔内时，其高氧环境容易使菌种迅速繁殖而形成种群优势。

上述三种填料可通过商业渠道购买获得，或可自主生产加工。

螺纹沟渠球形体填料（D）：如图2所示，该填料与常规花瓣状填料不同，包括由若干连续且收缩卷曲的卷边1构成的球状本体，所述球状本体从中部向四周放射延伸，所述卷边1的表面密布有沟渠2。卷边1表面密布的沟渠2极大的增加了填料表面的粗糙度，有利于截留环境中的微生物，并在稳定附着在表面形成生物膜，即使在外界介质的冲刷下生物膜也不容易脱落，同时众多的沟渠增加了填料的比表面积，增加填料中微生物的附着量，提高了处理效率。该填料球状本体的比表面积达6～8×10^-2m²/g，较常规花瓣状填料增加了40%～50%。该填料有利于硝化菌的附着，对高浓度氨氮污水中硝化菌菌种的驯化有极大的优势。

螺旋条状填料（E）：如图3所示，该填料包括成弯曲条状的填料本体，所述填料本体包括呈连续“S”型的褶皱，所述褶皱的每个褶曲3围成供流体进入的半封闭空间，所述褶皱的表面形成微生物附着面，同时在填料内形成间隔的多个厌氧、缺氧、好氧区，可促进菌群高效稳定运作。更优化的，所述每个褶曲3的内表面及外表面均密布设有沟渠4，沟渠4的存在极大增加了填料本体的表面粗糙度，有利于截流水体环境中的微生物，并且使得微生物得以稳定附着在表面形成生物膜，即使在水流的冲刷下生物膜也不容易脱落导致水质受影响。同时众多的沟渠4增加了填料的比表面积，从而增加填料中微生物的附着量，提高处理效率。填料本体的比表面积达10～15×10^-2m²/g，较螺纹沟渠球形体填料增加了10%～15%。当水流流经褶曲时，在褶曲3围成的半封闭空间内打转而形成漩涡，并且微生物与水、气充分混合，有效的提高了水和气体的利用率，提高处理效率。同时，弯曲条状的填料本体在散装堆填时，其弯曲与褶皱相互勾叉叠合，形成稳固的一体，在快速或大水量的冲击下时，不易形成翻滚，可有效保护填料表面附着的生物膜，确保生物膜的稳定性。

如图4所示，本发明脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法包括以下步骤：

填料的比例与污水的污染物（特别是含氮、含磷污染物）的浓度有关，根据不同的原污水中污染物的浓度，对填料的各种比例进行适当调整，以使其更加适应现场情况，更加高效率的提取、培育及驯化菌种。研究表明，所述生物填料1#为体积比（3～8）：（2～5）：2的花瓣状填料、YDT型弹性立体填料和生物悬浮球填料的混合物，或为体积比（1～8）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物。所述生物填料2#为体积比（2～6）：（1～5）：1的花瓣状填料、YDT型弹性立体填料和生物悬浮球填料，或为体积比（1～4）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物，其驯化效率更高，脱氮菌群活性更强。

停留时间为作为培养基的污水与填料接触的时间，该时间与污水中污染物的浓度有关。试验研究表明，其停留时间满足：菌种培养池（1.5～5h），驯化池（2～4h），其培养及驯化出来的脱氮脱磷菌群浓度最高，活性最大。

营养物的供给控制是整个驯化过程中的主要因素之一。营养物过高，容易导致菌种大量繁殖而死亡，而营养物过低，则会导致菌种处于内耗，活性不足。适当的营养物质浓度是确保菌种活性及敏感性的主要因素。为此，作为本发明优化的技术方案，如图4所示的，本发明在驯化区前端通过间歇过水管引入原污水，利用间歇控制的原理，使生长中的微生物处于半饱半饥饿状态，提高其觅食动力和生物活性。“饥饿培养法”可以保持微生物在活性曲线的最顶端，且由于间歇进水，减缓了微生物的代谢速度，延长微生物的生命，避免了由于微生物死亡而产生的大量代谢污染物的排放。

传统的菌种投加方法，由于未能实现在线实时投加，一般均采用定时定量投加，但是由于水质是变化的，其对处理菌种的要求也不同，盲目的定时定量投加，不仅会造成菌种浪费，严重时甚至会出现反效果，得不偿失。本发明采用实时在线、多点散点的投加方式。实时在线投加，可随时根据水质的波动，实时调整菌种的比例，真正实现针对性的投放菌种，而且实时投放，可以在污水净化池中维持长时间的菌种浓度，确保处理效果，提高抗冲击的能力。多点散点投加，可以保证污水净化池无死角，避免出现上游投加点效果后，下游水质差的情况。同时多点投加，可在整个净化池中均衡散布菌种，避免部分区域菌种过分集中而浪费。试验研究表明，各投加点距离不大于10m，每个投加点的菌种母液量不少于500mL/min，其对污水的净化效果最佳。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明内容。

实施例1化粪池污水处理实验

如图5所示，在传统三格化粪池的基础上进行处理，将污水流入到化粪池（污水净化池）的第一格中，利用提升泵将部分污水抽升进入菌种培养池进行提取培养，部分污水通过斜管过水流入化粪池第二格。经过脱氮除磷菌种的提取培养及驯化后，获得脱氮除磷菌种母液，含有大量的有益菌，在化粪池的第二格中与未处理的污水进行充分混合处理后，流入第三格并外排。

工艺参数如下：

（1）菌种培养池：

填料配比：花瓣状填料/YDT型弹性立体填料/生物悬浮球填料=6/2/2；

填料容积：2m³；

入流污水量：0.4m³/h；

溶解氧浓度为：6～7mg/L；

培养时间：5h。

（2）菌种驯化池：

填料配比：螺纹沟渠球形体/螺旋条状填料=7/3；

填料容积：1.2m³；

入流污水量：0.4m³/h；

间歇过水量：每30min，过水50L；

溶解氧浓度为：4～5mg/L；

驯化时间：3h。

（3）处理污水总量：0.8m³/h。

（4）污水分配比：0.4/0.8=0.5。

（5）脱氮除磷菌种母液的投加点距离：2m。

处理结果如下：

总耗时（菌种培养、驯化、投加菌种后污水池内停留时间之和）：10h。

进水浓度：COD：341mg/L；TN（总氮含量）：57.5mg/L；TP（总磷含量）：5.87mg/L；TSS（总悬浮固体）：171mg/L。

出水浓度：COD：15.7mg/L；TN：4.0mg/L；TP：1.02mg/L；TSS：7mg/L。

去除率：COD：95.4%；TN：93.0%；TP：82.6%；TSS：96.0%。

实施例2生活污水处理实验

如图6所示，将污水汇集到污水净化池中，利用提升泵将部分污水抽升进入菌种培养池中进行菌种的提取培养，剩余污水在污水净化池中进行混合流动。经过菌种培养池培养后的菌液进入到驯化池中进行驯化，驯化后的出水（脱氮除磷菌种母液）含有大量的有益菌种，经过梳状布水管在整个污水净化池内均匀分布，并与剩余污水充分混合。处理后的出水通过污水净化池出水口外排。

工艺参数如下：

（1）菌种培养池：

填料配比：花瓣状填料/YDT型弹性立体填料/生物悬浮球填料=5/3/2；

填料容积：1m³；

入流污水量：0.4m³/h；

溶解氧浓度为：6～7mg/L；

培养时间：2.5h。

（2）菌种驯化池：

填料配比：螺纹沟渠球形体/螺旋条状填料=6/4；

填料容积：1m³；

入流污水量：0.4m³/h；

间歇过水量：每30min，过水100L；

溶解氧浓度为：4～5mg/L；

驯化时间：2.5h。

（3）污水总量：1.25m³/h。

（4）污水分配比：0.4/1.25=0.32。

（5）脱氮除磷菌种母液的投加点距离：8m。

处理结果如下：

总耗时：7h。

进水浓度：COD：232mg/L；TN：9.47mg/L；TP：7.85mg/L；TSS：86mg/L。

出水浓度：COD：21.0mg/L；TN：1.82mg/L；TP：0.203mg/L；TSS：8mg/L。

去除率：COD：90.9%；TN：80.8%；TP：97.4%；TSS：90.7%。

实施例3

菌种培养池内填料配比：螺纹沟渠球形体/螺旋条状填料=7/3，培养时间：1.5h；

菌种驯化池内填料配比：螺纹沟渠球形体/螺旋条状填料=6/4，驯化时间：2h；

其他工艺参数同实施例2。

处理结果如下：

总耗时：4.5h。

进水浓度：COD：232mg/L氨氮：9.47mg/L；TP：7.85mg/L；TSS：86mg/L。

出水浓度：COD：15mg/L；TN：1.31mg/L；TP：0.112mg/L；TSS：6mg/L。

去除率：COD：93.5%；TN：86.2%；TP：98.6%；TSS：93.0%。

实施例4

菌种培养池内填料配比：花瓣状填料/YDT型弹性立体填料/生物悬浮球填料=5/3/2，培养时间：2.5h；

菌种驯化池内填料配比：花瓣状填料/YDT型弹性立体填料/生物悬浮球填料=5/3/2，培养时间：3.5h；

其他工艺参数同实施例2。

处理结果如下：

总耗时：8h。

进水浓度：COD：232mg/LTN：9.47mg/L；TP：7.85mg/L；TSS：86mg/L。

出水浓度：COD：32.0mg/L；TN：2.33mg/L；TP：0.521mg/L；TSS：13mg/L。

去除率：COD：86.2%；TN：75.4%；TP：93.4%；TSS：84.9%。

对常规生活污水（COD<300mg/L，氨氮<20mg/L，总磷<3mg/L），菌种培养池中，其填料花瓣状填料/YDT型弹性立体填料/生物悬浮球填料体积比为5/3/2时，更优化的，螺纹沟渠球形体/螺旋条状质量配比为7/3时，培养出来的微生物母液中，含有大量的脱氮菌；菌种驯化池中，花瓣状填料/YDT型弹性立体填料/生物悬浮球填料体积比为5/3/2时，可在3.5h内完成脱氮菌的驯化；更优化的，其填料配比满足螺纹沟渠球形体/螺旋条状为6/4时，可在2.5h内完成脱氮菌的驯化。

实施例5

处理装置同实施例1，工艺参数如下：

（1）菌种培养池：

填料配比：花瓣状填料/YDT型弹性立体填料/生物悬浮球填料=3/2/2；

填料容积：2m³；

入流污水量：0.64m³/h；

溶解氧浓度为：6～7mg/L；

培养时间：4h。

（2）菌种驯化池：

填料配比：螺纹沟渠球形体/螺旋条状填料=1/1；

填料容积：1.2m³；

入流污水量：0.64m³/h；

间歇过水量：每30min，过水40L；

溶解氧浓度为：4～5mg/L；

驯化时间：2.5h。

（3）处理污水总量：0.8m³/h。

（4）污水分配比：0.64/0.8=0.8。

处理结果如下：

总耗时：8h。

进水浓度：COD：385mg/L；TN：12.77mg/L；TP：11.8mg/L；TSS：112mg/L。

去除率：COD：92.8%；TN：83.4%；TP：95.1%；TSS：90.6%。

实施例6

菌种培养池填料配比：花瓣状填料/YDT型弹性立体填料/生物悬浮球填料=8/5/2；培养时间：2.5h；

菌种驯化池填料配比：螺纹沟渠球形体/螺旋条状填料=4/1；驯化时间：2.5h；

其他工艺参数同实施例1。

处理结果如下：

总耗时：7h。

去除率：COD：91.3%；TN：86.9%；TP：94.2%；TSS：91.1%。

实施例7

菌种培养池填料配比：螺纹沟渠球形体/螺旋条状填料=1/1；培养时间：2h；

菌种驯化池填料配比：花瓣状填料/YDT型弹性立体填料/生物悬浮球填料=6/5/1；驯化时间：3h；

其他工艺参数同实施例2。

处理结果如下：

总耗时：8h。

去除率：COD：92.8%；TN：90.1%；TP：95.2%；TSS：90.5%。

实施例8

菌种培养池填料配比：螺纹沟渠球形体/螺旋条状填料=8/1；培养时间：2.5h；

菌种驯化池填料配比：螺纹沟渠球形体/螺旋条状填料=2/1；驯化时间：2.5h；

其他工艺参数同实施例2。

处理结果如下：

总耗时：7h。

去除率：COD：93.3%；TN：90.8%；TP：96.6%；TSS：92.8%。

Claims

1.一种脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法，包括以下步骤：

1)将污水输送至污水净化池，并分流30～80%污水至菌种培养池；

3)将菌种提取液输送至菌种驯化池，菌种驯化池内含有生物填料2#，控制溶解氧浓度为4～5mg/L，停留时间为2～4h，采用间歇进水的方式，通过间歇进水管向菌种驯化池引入污水，使生长中的微生物处于半饱半饥饿状态进行驯化，得到脱氮除磷菌种母液；

4)采取多点投放的方式，将脱氮除磷菌种母液输送至污水净化池，进行污水净化处理；

其中：

所述生物填料1#为体积比（3～8）：（2～5）：2的花瓣状填料、YDT型弹性立体填料和生物悬浮球填料的混合物，或为体积比（1～8）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物；

所述生物填料2#为体积比（2～6）：（1～5）：1的花瓣状填料、YDT型弹性立体填料和生物悬浮球填料，或为体积比（1～4）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物；

所述螺纹沟渠球形体包括由若干连续且收缩卷曲的卷边构成的球状本体，所述球状本体从中部向四周放射延伸，所述卷边的表面密布有沟渠；

螺旋条状填料包括成弯曲条状的填料本体，所述填料本体包括呈连续“S”型的褶皱，所述褶皱的每个褶曲围成供流体进入的半封闭空间，每个褶曲的内表面及外表面均密布设有沟渠。

2.根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于：所述生物填料1#为体积比（1～6）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物；所述生物填料2#为体积比（1～4）：1的螺纹沟渠球形体和螺旋条状填料的混合物。