CN104710018A - 一种厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种细菌多相混培物的快速扩增培养装置，主要针对厌氧氨氧化细菌增殖缓慢，提供一种简便实用的快速扩增培养装置及方法。首先进水1被泵入颗粒污泥培养区2提供细菌所需营养基质，之后向上穿过穿孔板3、5进入絮体污泥培养区4和生物膜培养区6，培养颗粒污泥、絮体污泥、生物膜等多相的细菌混合培养物，然后经出水区7、出水堰8、集水槽9、溢流堰10和出水槽11，自出水口12排出。回流水13经回流泵14、回流口15沿锥型斗横剖面切线以淹没射流方式喷出，形成旋转紊动流态，强化颗粒污泥形成。通过反洗泵16、阀门18，经反洗口17对生物膜培养区进行反冲洗，废水自排放口19排出。通过循环温控水浴槽21、进水口22、回水口23、排空管25控制水浴套20内的恒温和排空。细菌混培物自出菌口24排出。

Description

一种厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置与方法

技术领域

本发明属于一种微生物快速富集培养设备，主要针对增殖非常缓慢的厌氧氨氧化细菌混培物的富集培养，具体为一种厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置。

背景技术

厌氧氨氧化细菌是一种在自然界普遍存在，且能够将亚硝酸盐和氨氮直接转化为氮气的高效自养型细菌。在污水处理领域，这类细菌通过分解代谢不断将水中的氨氮转化为氮气，与传统的硝化反硝化生物脱氮过程相比，可以节省50％的曝气量和100％的反硝化有机碳源，是一种节能高效的可持续生物脱氮功能细菌，对于解决目前普遍存在的低碳氮比污水生物脱氮困难的问题具有广阔的应用前景。然而这种细菌的增殖速率极为缓慢，倍增时间约为11d左右，使得这种高效的自养生物脱氮功能细菌的应用受到了极大的限制。

因此，建立厌氧氨氧化细菌的种源库，并对其进行快速扩增培养，然后将扩增培养后的混培物引入污水处理系统，是解决水处理系统原位培养厌氧氨氧化细菌时间周期漫长的一种有效途径。

发明内容

本发明的目的是针对厌氧氨氧化细菌增殖缓慢的问题，提供一种实用性强、结构紧凑、操作简便，可实现厌氧氨氧化细菌混培物快速扩增培养的装置及相应的运行操作方法。

在一个方面，本发明提供了一种厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置，该装置沿水流方向布置的颗粒污泥培养区、絮体污泥培养区和生物膜培养区，可实现多相厌氧氨氧化细菌混培物的快速扩增；所述颗粒污泥培养区下部为锥形斗状，上部为圆柱形，顶部装有穿孔板以截留大于孔径尺寸的厌氧氨氧化颗粒污泥，含有氨氮和亚硝酸盐氮的废水自进水管沿管道直接泵入到下部锥形斗的底部；所述絮体污泥培养区可实现沉速大于液流上升流速之絮体的自然沉降和持留，形成污泥床，从而实现絮体形态厌氧氨氧化细菌混培物的快速扩增；所述生物膜培养区内装填有方便生物附着的陶粒颗粒填料(粒径4.00-6.70mm)，下部设有穿孔板对填料进行支撑和配水，以实现生物膜形态厌氧氨氧化细菌混培物的快速扩增。

在上述厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置中，出水区位于所述生物膜培养区的上部，暂时储存通过陶粒颗粒填料床之后的废水；所述出水区顶部设有出水堰，外部竖向套设有由溢流堰分割为二部分的反冲洗废水集水槽和出水集水槽；出水口设于所述出水集水槽上部。

在上述厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置中，所述出水集水槽下部设有内回流吸水口，由内回流泵吸取处理出水并以淹没式射流的方式喷射回流至所述颗粒污泥培养区下部锥形斗的底部，回流的处理水沿锥形斗横剖面切线方向淹没式喷射而出，在所述颗粒污泥培养区内形成复杂的旋转紊动流。

在上述厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置中，所述颗粒污泥培养区外部竖向套设有封闭式水浴加热套，水浴加热套的进水管和回水管分别设于所述水浴加热套异侧的底部和顶部，并由循环式温控水浴槽实现恒温水的循环加热。

在上述厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置中，所述絮体污泥培养区侧壁上设有反冲洗口，通过反冲洗水泵打入清洁水对生物膜培养区的陶粒颗粒填料床进行反冲洗，剥离附着生长于填料表面的生物膜。

在上述厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置中，所述颗粒污泥培养区下部锥形斗的底部设有出菌排放口，用以排出培养好的厌氧氨氧化颗粒污泥混培物；所述水浴加热套底部设有排空管，用以排空水浴加热套中的恒温水。

在利用上述厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置进行扩增培养的方法中，含有氨氮和亚硝酸盐氮的废水，首先自进水管经管道泵入到颗粒污泥培养区下部的锥形斗底部，并自下而上通过颗粒污泥培养区，为厌氧氨氧化细菌的颗粒污泥混培物提供基质来源；然后，继续向上通过穿孔板进入絮体污泥培养区，颗粒污泥被截留在颗粒污泥培养区，沉速大于液流上升流速的絮体污泥自然沉降在絮体污泥培养区；沉速小于液流上升流速的絮体污泥随液流通过穿孔板进入生物膜培养区，并被其中的陶粒颗粒填料床所截留，逐渐在陶粒表面形成厌氧氨氧化细菌的生物膜；最后，液流穿过生物膜培养区进入出水区，沿出水堰流入反冲洗废水集水槽，再经溢流堰流入出水集水槽，从出水口流出。运行过程中，同时设置液流的内回流，液流通过设于出水集水槽上的内回流吸水口，由内回流泵以淹没射流的方式喷射回流至颗粒污泥培养区下部锥形斗的底部，形成复杂的旋转紊动流，以加强颗粒污泥培养区内的水力负荷和液流紊动程度，强化颗粒污泥与液流中基质的传质效果，利于形成较密实的厌氧氨氧化颗粒污泥。另外，通过循环式温控水浴槽实现封闭式水浴加热套内恒温水的循环加热，恒温水自进水管进入封闭式水浴加热套底部，然后从封闭式水浴加热套异侧顶部的回水管循环返回至循环式温控水浴槽，通过调节循环式温控水浴槽的加热温度和循环水的流量控制封闭式水浴加热套内的水温稳定在35±2℃。

在上述方法中，优选地，当生物膜培养区内陶粒颗粒填料床截留的污泥絮体达到预设水平后，过滤水头损失增加，内回流泵出口压力增加至预设值时，打开反冲洗水泵和反冲洗废水排放阀门，进行反冲洗，剥离附着生长于填料表面的生物膜，控制生物膜培养区内陶粒颗粒填料床的反冲洗膨胀率为15-20％，反冲洗废水向上通过所述絮体污泥培养区、穿孔板、生物膜培养区内的陶粒颗粒填料床、出水区和出水堰，进入反冲洗废水集水槽，通过反冲洗废水排放口排出，沉淀后可收集剥离后的厌氧氨氧化细菌混培物的生物膜和絮体。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的具体实施案例，其中：

附图为本发明所述的一种厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置的立面图。

附图标记列表：

1-进水口，2-颗粒污泥培养区，3-穿孔板-I，4-絮体污泥培养区，5-穿孔板-II，6-生物膜培养区，7-出水区，8-反冲洗废水出水堰，9-反冲洗废水集水槽，10-出水溢流堰，11-出水集水槽，12-出水口，13-内回流吸水口，14-内回流泵，15-内回流进水口，16-反冲洗水泵，17-反冲洗进水口，18-反冲洗废水排放阀门，19-反冲洗废水排放口，20-水浴加热套，21-循环式温控水浴槽，22-水浴进水口，23-水浴回水口，24-出菌排放口，25-水浴排空管。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。

如附图所示，根据本发明的淹没式喷射回流快速扩增培养装置包括沿水流自下而上依次顺向布置的颗粒污泥培养区2、絮体污泥培养区4、生物膜培养区6，各区之间由穿孔板3、5隔开。

颗粒污泥培养区2设有进水口1，含有氨氮和亚硝酸盐氮的废水由此沿管道直接泵入到颗粒污泥培养区2下部锥型斗的底部，提供所培养细菌所必需的营养基质。同时，回流水由内回流进水口15经内回流管路，沿颗粒污泥培养区2下部锥型斗横剖面的切线方向以淹没射流的方式喷射回流而出，在颗粒污泥培养区2内形成复杂的旋转紊动流，以强化该区域内部水流湍动效果，利于厌氧氨氧化颗粒污泥的形成。回流水和进水通过颗粒污泥培养区2之后，由下向上穿过穿孔板3，进入絮体污泥培养区4。沉速大于液流上升流速的污泥絮体在此自然沉降和持留，形成絮体污泥床。沉速小于液流上升流速的污泥絮体随液流继续向上穿过穿孔板5，进入生物膜培养区6，被其中装填的陶粒颗粒填料(粒径4.00-6.70mm)所截留，并逐渐在陶粒颗粒填料表面形成厌氧氨氧化细菌生物膜。之后，液流进入出水区，先沿反冲洗废水出水堰8流入反冲洗废水集水槽9，然后再沿出水溢流堰10流入出水集水槽11，最后通过出水口12排出。同时，回流水通过出水集水槽11下部设置的内回流吸水口13吸水，经内回流泵14加压，由内回流进水口15经管路泵回至颗粒污泥培养区2。

通过循环式温控水浴槽21实现水浴加热套20内恒温水的循环加热，恒温水自水浴进水管22进入封闭式水浴加热套20底部，然后从水浴加热套20异侧顶部的水浴回水管23循环返回至循环式温控水浴槽21，通过调节循环式温控水浴槽21的加热温度和循环水的流量控制封闭式水浴加热套20内的水温稳定在35±2℃。

当生物膜培养区6内陶粒颗粒填料床截留的污泥絮体达到预设水平后，过滤水头损失增加，内回流泵14出口压力增加至预设值时，打开反冲洗水泵16和反冲洗废水排放阀门18，进行反冲洗，控制生物膜培养区6内陶粒颗粒填料床的反冲洗膨胀率为15-20％。反冲洗水泵16将清洁水从反冲洗口17泵入絮体污泥培养区4，并经过穿孔板5均匀配水后向上通过生物膜培养区6内的陶粒颗粒填料床，对其进行反冲洗，剥离附着生长于填料表面的生物膜。反冲洗废水向上通过出水区7和出水堰8进入反冲洗废水集水槽9，通过反冲洗废水排放口19排出，沉淀后可收集剥离后的厌氧氨氧化细菌混培物的生物膜和絮体。

利用上述装置作为厌氧氨氧化细菌多相混培物的快速扩增培养的一个实例如下：装置尺寸为：D₁(出水区直径)×D₂(培养区直径)×H(高)＝1.0m×0.6m×2.9m，总有效容积0.93m³，有效停留时间为38.7h。装置进水水力负荷为0.024m³/h，总氮进水负荷为0.4kg-N/m³/d，回流比500％，NH₄ ⁺-N∶NO₂ ^--N∶NO₃ ^--N的化学计量转化系数为1∶1.26∶0.21，总氮去除负荷为0.35kg-N/m³/d，混培物优势菌种为Candidatus Kuenenia stuttgartiensis，经测算厌氧氨氧化细菌混培物总增殖速率为10d^-1。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制。因此，在不背离本发明的精神及其实质的情况下，本领域技术人员可作出各种改变、替换和变型。很显然，但这些改变、替换和变型都应涵盖于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种厌氧氨氧化细菌多相混培物的淹没式喷射回流快速扩增培养装置与方法，其特征在于：该装置包括沿水流方向布置的颗粒污泥培养区(2)、絮体污泥培养区(4)和生物膜培养区(6)，可实现多相厌氧氨氧化细菌混培物的快速扩增；所述颗粒污泥培养区(2)下部为锥形斗状，上部为圆柱形，顶部装有穿孔板-I(3)以截留大于孔径尺寸的厌氧氨氧化颗粒污泥，含有氨氮和亚硝酸盐氮的废水自进水口(1)沿管道直接泵入到下部锥形斗的底部；所述絮体污泥培养区(4)可实现沉速大于液流上升流速之絮体的自然沉降和持留，形成污泥床，从而实现絮体形态厌氧氨氧化细菌混培物的快速扩增；所述生物膜培养区(6)内装填有方便生物附着的陶粒颗粒填料(粒径4.00-6.70mm)，下部设有穿孔板-II(5)对填料进行支撑和配水，以实现生物膜形态厌氧氨氧化细菌混培物的快速扩增。

2.按照权利要求1所述的快速扩增培养装置，其特征在于：出水区(7)位于所述生物膜培养区(6)的上部，暂时储存通过陶粒颗粒填料床之后的废水；所述出水区(7)顶部设有反冲洗废水出水堰(8)，外部竖向套设有由出水溢流堰(10)分割为二部分的反冲洗废水集水槽(9)和出水集水槽(11)；出水口(12)设于所述出水集水槽(11)上部。

3.按照权利要求1所述的快速扩增培养装置，其特征在于：所述出水集水槽(11)下部设有内回流吸水口(13)，由内回流泵(14)吸取处理出水泵入内回流进水口(15)，经内回流管路以淹没射流的方式喷射回流至所述颗粒污泥培养区(2)下部锥形斗的底部，回流的处理水沿锥形斗横剖面切线方向淹没式喷射而出，在所述颗粒污泥培养区(2)内形成复杂的旋转紊动流。

4.按照权利要求1所述的快速扩增培养装置，其特征在于：所述颗粒污泥培养区(2)外部竖向套设有封闭式水浴加热套(20)，水浴加热套的水浴进水口(22)和水浴回水口(23)分别设于所述水浴加热套(20)异侧的底部和顶部，并由循环式温控水浴槽(21)实现恒温水的循环加热。

5.按照权利要求1所述的快速扩增培养装置，其特征在于：所述絮体污泥培养区(4)侧壁上设有反冲洗进水口(17)，通过反冲洗水泵(16)泵入清洁水对生物膜培养区(6)的陶粒颗粒填料床进行反冲洗，剥离附着生长于填料表面的生物膜。

6.按照权利要求1所述的快速扩增培养装置，其特征在于：所述颗粒污泥培养区(2)下部锥形斗的底部设有出菌排放口(24)，用以排出培养好的厌氧氨氧化颗粒污泥混培物；所述水浴加热套(20)底部设有水浴排空管(25)，用以排空水浴加热套(20)中的恒温水。

7.一种使用按照权利要求1至6中任一所述的厌氧氨氧化细菌多相混培物的快速扩增培养的方法，其包括步骤：

i.在正常运行过程中，含有氨氮和亚硝酸盐氮的废水自进水口(1)经管道泵入到颗粒污泥培养区(2)下部的锥形斗底部，并自下而上通过颗粒污泥培养区(2)，为厌氧氨氧化细菌的颗粒污泥混培物提供基质来源；然后，继续向上通过穿孔板(3)进入絮体污泥培养区(4)，颗粒污泥被截留在颗粒污泥培养区(2)，沉速大于液流上升流速的絮体污泥自然沉降在絮体污泥培养区(4)；沉速小于液流上升流速的絮体污泥随液流通过穿孔板(5)进入生物膜培养区(6)，并被其中的陶粒颗粒填料床所截留，逐渐在陶粒表面形成厌氧氨氧化细菌的生物膜；最后，液流穿过生物膜培养区(6)进入出水区(7)，沿反冲洗废水出水堰(8)流入反冲洗废水集水槽(9)，再经出水溢流堰(10)流入出水集水槽(11)，从出水口(12)流出；

ii.在正常运行操作过程中，设置液流的内回流；液流通过设于出水集水槽(11)上的内回流吸水口(13)，由内回流泵(14)经内回流进水口(15)及其管路以淹没射流的方式喷射回流至颗粒污泥培养区(2)下部锥形斗的底部，形成复杂的旋转紊动流，以加强颗粒污泥培养区(2)内的水力负荷和液流紊动程度，强化颗粒污泥与液流中基质的传质效果，利于形成较密实的厌氧氨氧化颗粒污泥；

iii.在正常运行造作过程中，通过循环式温控水浴槽(21)实现水浴加热套(20)内恒温水的循环加热，恒温水自水浴进水管(22)进入封闭式水浴加热套(20)底部，然后从水浴加热套(20)异侧顶部的水浴回水管(23)循环返回至循环式温控水浴槽(21)，通过调节循环式温控水浴槽(21)的加热温度和循环水的流量控制封闭式水浴加热套(20)内的水温稳定在35±2℃；

iv.在对生物膜培养区(6)反冲洗过程中，由反冲洗水泵(16)将清洁水从反冲洗进水口(17)泵入所述絮体污泥培养区(4)，并经过穿孔板(5)均匀配水后自下向上通过生物膜培养区(6)内的陶粒颗粒填料床，对其进行反冲洗，剥离附着生长于填料表面的生物膜，打开所述反冲洗废水集水槽(9)底部所设的反冲洗废水排放阀门(18)，反冲洗废水向上通过所述出水区(7)和反冲洗废水出水堰(8)，进入反冲洗废水集水槽(9)，通过反冲洗废水排放口(19)排出。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：当生物膜培养区(6)内陶粒颗粒填料床截留的污泥絮体达到预设水平后，过滤水头损失增加，内回流泵(14)出口压力增加至预设值时，打开反冲洗水泵(16)和反冲洗废水排放阀门(18)，进行反冲洗，控制生物膜培养区(6)内陶粒颗粒填料床的反冲洗膨胀率为15-20％，反冲洗废水向上通过所述出水区(7)和反冲洗废水出水堰(8)进入反冲洗废水集水槽(9)，通过反冲洗废水排放口(19)排出，沉淀后可收集剥离后的厌氧氨氧化细菌混培物的生物膜和絮体。