CN105439294A - 一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加方法，属于城市污水处理技术领域。本发明方法是在正常运行的活性污泥工艺的曝气池中放置内置有悬浮生物膜载体的富集装置，并测定生物膜载体的硝化活性，当硝化活性满足要求后适时将富集装置整体取出保存；当某故障污水处理厂需要应急恢复硝化功能时，直接吊装和浸没在故障工艺曝气池的中段和/或后段位置使用。本发明方法通过原位培养和富集，可使微生物迅速适应污水处理厂环境，使用的装置灵活、成本低廉，装置和硝化菌可以重复多次使用，提高了效率、节约了成本。

Description

一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加方法，属于城市污水处理技术领域。

背景技术

我国城市污水处理厂建设迅速，排放标准也日趋严格。一些污水处理厂出现了管理和运行上的不足，普遍存在总氮脱除困难的问题。在导致总氮超标的因素中，氨氮不能有效氧化是重要原因之一。因此，污水处理厂需要有效克服高标准氨氮达标的挑战，实现氨氮有效去除。

污水处理工艺中，氨氮通过氨氧化菌和亚硝化菌(统称为硝化菌)在好氧条件下氧化为亚硝酸盐，并进一步氧化为硝酸盐而得以去除。硝化菌是一类自养型细菌，生长周期长，导致活性污泥中生物量浓度较低，容易从系统中流失。此外，硝化菌的生长条件比较苛刻，低温和有毒有害物质容易对其产生抑制，因此导致硝化菌抵抗外界冲击负荷能力弱。因此，污泥流失、低温抑制和有毒有害物质是硝化功能破坏的三个主要原因。由于上述原因在实际工程运行中往往是突发性的，因此迫切需要应急处理技术。

目前应急处理污水处理厂硝化功能破坏的方法是去除或减弱抑制因素，然后外部投加足量硝化菌恢复硝化过程。已有技术可分为工艺强化、装置培养和纯菌剂生产等三个类型。(1)工艺强化是指在污水处理厂增加构筑物、调整工艺流程来实现硝化菌富集和功能强化，如CN104962505A、CN104150609A、CN201999833U、CN101759295A等专利。这些技术的主要不足是基建投资大、只能在本地原位使用、工艺条件控制困难等。(2)装置培养是指建立特殊的培养装置，连续培养和富集硝化菌，然后投加到污水处理工艺中，基质可以是污水也可以是自配水，如CN104609555A、CN103739059A、CN104611246A、CN101200687A、JP2004097149A等专利。这些技术的主要不足是装置的培养条件与污水处理实际环境差异大，菌剂不能快速有效适应污水处理，投加后快速退化；此外菌剂保存或运输困难等。(3)纯培养是指通过微生物培养工艺生产制剂，然后投加到污水处理工艺中，如CN101973628A、CN103396966A、JPH09294582A等专利。这些技术的不足是培养过程成本高、价格昂贵，菌剂在实际污水环境下的适应性不好，只能一次性投加。

目前富集硝化菌的活性评估与保存运输环节也存在不足。在活性评价方面，现有技术(如JPH08294698A专利)检测条件复杂、仪器和人员条件要求高，不适合工程运行的现场条件。在保存和运输方面，主要是原位使用避免保存运输，但需要构筑物或在线装置，建设运行成本高；或者制备干燥菌剂保存，在投加前进行复苏，但硝化菌的培养条件苛刻、复苏比例不高，且菌剂一般需要连续投加，成本很高。

综合上述分析，已有技术侧重富集环节但忽视保存运输、基建或培养成本高导致价格昂贵、培养条件与工艺环境差异较大导致菌种易退化等，导致无法满足现有污水处理厂快速恢复硝化功能的需求。因此本发明提出了一种操作灵活、成本低廉且方便保存运输的硝化菌富集和投加装置及方法，并且提出了硝化活性评价、保存运输方法等，可实现工程化应用。

发明内容

针对硝化菌培养周期长、制剂保存困难、应急投加效果欠佳等实际问题，本发明的目的是建立一种使用生物膜载体在活性污泥系统中原位富集和应急投加硝化菌的技术与装置，并提出硝化菌活性的评估指标、运输和保存的措施方法。

本发明的第一个目的是提供一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加方法，是在正常运行的活性污泥工艺的曝气池好氧段的中间或者偏后位置放置富集装置，其中富集装置内置有悬浮生物膜载体；富集过程中测定生物膜载体的硝化活性，当硝化活性满足要求后适时将富集装置整体取出，置于通风湿润环境中保存，或者当某故障污水处理厂需要应急恢复硝化功能时，直接吊装和浸没在故障工艺曝气池的中段和/或后段位置；当故障污水处理厂的硝化功能恢复后，继续在该曝气池中保存和培养硝化菌，或者将装置整体取出保存或运输到其他故障污水处理厂使用。

所述活性污泥工艺，是污水生物处理的一种方法。该方法利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，在生物反应池内分解去除污水中的有机污染物，然后通过沉淀池分离污泥，并回流到生物反应池，少量排出活性污泥系统。硝化细菌将污水中的氨氮进行硝化反应转换成硝态氮，含硝态氮的污水回流至缺氧池进行反硝化转化为氮气从水中逸出，从而达到污水脱氮的目的。

在本发明的一种实施方式中，所述生物膜载体是一种未挂膜的圆柱形塑料载体，装置内填充率50～80％。

在本发明的一种实施方式中，所述富集装置可以用于生物膜载体富集、保存、运输和投加(图2)；所述装置外侧为长方体形导流筒，最好选择轻型材质(如铝合金或者塑料)，顶部和底部装有盖板，每个侧面开有孔洞和固定位置，可上下颠倒使用；装置内侧为圆柱形钢丝网内筒，嵌套和固定在外侧导流筒中，内部有不锈钢骨架支撑和固定。

在本发明的一种实施方式中，所述富集装置是吊装在曝气池中间深度位置。

在本发明的一种实施方式中，所述富集装置外侧为长方体形导流筒、内侧为圆柱形钢丝网内筒，悬浮生物膜载体置于内筒内；所述长方体形导流筒的顶部与底部装有盖板，每个侧面开有孔洞，以用于流体循环、观察内部载体、装置的吊装和固定安装；所述圆柱形钢丝网内筒嵌套和固定在外侧导流筒中，钢丝网内筒顶部和底部均开有孔洞，用于放置和取出载体；内筒内部有不锈钢骨架支撑，不锈钢骨架焊接有吊装环，从导流筒的孔洞中伸出，以方便吊装和在曝气池中的固定，并配合实现内筒与外侧导流筒的结合固定。

在本发明的一种实施方式中，所述硝化菌原位富集，是在富集装置中投加未挂膜的新载体，置于曝气池沿水流方向的中间位置，浸没在断面中间深度；一般放置1～3个月后，取出载体样品评估硝化菌活性，满足要求后即可整体取出保存；未满足要求则继续放置在曝气池中培养和富集。

在本发明的一种实施方式中，所述硝化活性，是先计算单个载体平均富集微生物的质量M，然后将多个载体投入含有氨氮的小型反应器中(如图3所示)测定单位时间内氨氮浓度的降低值，计算富集硝化菌的活性A；当A满足要求时，生物膜载体富集成熟，可用于保存和运输。

在本发明的一种实施方式中，所述硝化活性满足要求是指单个载体的生物量M＝0.01～0.1g/pc且载体活性A＝0.001～0.01gNH₃-N/(h·gSS)。

在本发明的一种实施方式中，所述单个载体的生物量M的计算方法是：将生物膜载体用清水冲淋三次，然后取多个生物膜载体沥干，与未投加的新载体一起烘干至恒重，称量多个载体的生物膜载体质量w₁和新载体的质量w₂，根据式(1)计算单个载体上的生物质量M；

M＝w₁/n₁-w₂/n₂(1)

式中M为单个载体的生物量，单位mgSS/pc；w₁为n₁个富集生物的载体烘干后的质量，单位g；w₂为n₂个无生物膜新载体的烘干质量，单位g；

在本发明的一种实施方式中，所述载体活性A的计算方法是：在一个完全混合反应容器内，按一定投加率b％加入生物膜载体，投加氨氮并持续曝气，按一定时间间隔ΔT取样和测量氨氮浓度，计算氨氮的降解速率；根据氨氮的降解速率和载体的生物量M，采用式(2)计算富集硝化菌的活性A；

A＝ΔN/(ΔT*b％/V1s*M)(2)

式中A为硝化菌的氨氮降解活性指标，即载体生物膜活性，单位为mgNH₃-N/(hr·mgSS)或gNH₃-N/(hr·gSS)；ΔT为硝化活性实验的持续周期，单位hr；ΔN为实验周期ΔT内反应器内减少的氨氮浓度，单位mg/L；ΔN/ΔT即为氨氮的降解速率(或称硝化速率)，单位mgNH₃-N/(L·hr)；b％为反应器内的载体投加率，按体积计算，无量纲；V_1s为单个载体的平均体积，按载体尺寸计算，单位mL/pc；M为单个载体的平均生物质量，按式(1)计算，单位mgSS/pc。其中，NH₃-N是指氨氮，mgNH₃-N/(hr·mgSS)代表的含义是每小时每毫克生物量去除的氨氮，mgSS的SS是悬浮物的意思，pc是载体个数单位(个)。

在本发明的一种实施方式中，所述富集装置(即硝化菌)的保存(如图4所示)，是将装置底部密封，从顶部喷洒含有碳酸氢铵的水溶液；计量泵从底部抽取积存溶液，输送到顶部喷洒；装置侧面开孔保持通风，为硝化菌提供氧气。该保存措施可稳定1～2月内的硝化活性，在运输时，将装置整体吊装，一周内投入使用即可。

在本发明的一种实施方式中，所述应急投加还包括根据硝化速率R、载体硝化菌活性A、载体特征参数计算需要投加的载体体积V，然后根据V、载体填充比例、装置容积确定投放装置的个数n。

在本发明的一种实施方式中，所述确定投放装置的个数n，具体是：

(1)测定载体的堆积比p％，堆积比p％表示载体实际体积V1与载体堆积所占容积V2的比例，即V1/V2；V1根据单个载体的体积V1s和数量N计算，V2根据载体在内筒填充堆积后所占高度计算，指实际堆积后所占的体积；

(2)确定投加率d％，投加率d％表示载体实际体积V1占目标反应池容积V0的比例，V0为反应池内液体的总体积；投加率根据所需硝化速率R来计算；

d％＝(R/A/M)*(V_1s/1000)或：d％＝(0.001*R*V_1s)/(A*M)(3)

式中R为工艺所需硝化速率，单位mgNH₃-N/(L·hr)；A为载体的生物活性指标，单位mgNH₃-N/(hr·mgSS)；M为单个载体的生物量，单位mgSS/pc；V_1s为单个载体的体积，单位mL/pc(此处V_1s需要换算为L/pc，为保持与前面公式一致，V_1s仍采用ml/pc，因此公式中增加了0.001的系数)。

(3)计算投加装置个数(以堆积体积计)；投加体积V＝V0*d％/p％；求得需要的装置个数n为

n＝round(V0*d％/p％/V2)(4)

式中round为进位取整，V0为服务区域容积，单位L；d％为投加率，p％为堆积比，无量纲；V2为装置内载体的堆积体积(等于装置容积乘以载体在装置内填充率)，单位L。

本发明的第二个目的是提供一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加装置，所述装置包括长方体形导流筒、圆柱形钢丝网内筒，内筒内置有悬浮生物膜载体；所述装置外侧为长方体形导流筒，顶部与底部装有盖板，每个侧面开有孔洞，以用于流体循环、观察内部载体、吊装和固定安装；装置内侧为圆柱形钢丝网内筒，内筒嵌套和固定在外侧导流筒中，钢丝网内筒顶部和底部均开有孔洞，用于放置和取出载体；内筒内部有不锈钢骨架支撑，不锈钢骨架焊接有吊装环，从导流筒的孔洞中伸出，以方便吊装和在曝气池中的固定，并配合实现内筒与外侧导流筒的结合固定。

在本发明的一种实施方式中，所述长方体形导流筒由轻型材质制成。

在本发明的一种实施方式中，所述装置能够上下颠倒使用。

在本发明的一种实施方式中，所述长方体形导流筒的每个侧面开有两个长条形孔洞，中轴对称，主要用于流体通路和观察内部载体，在两个长条形孔洞中轴线的上下方分别开有一个圆形孔洞，上下对称，主要用于在曝气池中吊装和固定装置；所述圆柱形钢丝网内筒顶部和底部均开一个方形孔，用于放置和取出载体。钢丝网尺寸为1～10目，内部有不锈钢骨架支撑。不锈钢骨架焊接有吊装环，从导流筒的圆形孔洞伸出，主要用于装置的吊装和固定，同时吊装环与圆形孔洞配合实现内筒与外侧导流筒的结合固定。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明采用原位培养和富集的方法，实际处理效果优于硝化菌离线纯培养的技术。这是因为原位培养使微生物能够适应污水处理厂实际工艺环境，群落结构丰富，能够快速适应异位投加的工艺环境条件。

2、本发明采用移动生物膜载体富集硝化菌，在正常运行的活性污泥工艺的曝气池中段放置富集和投加装置，可以充分利用该位置COD浓度较低但氨氮尚未完全降解的环境选择压力，促进硝化菌的富集，效果优于连续培养装置或纯培养投加技术。这是因为富集在载体上的硝化菌具有生物膜保护作用，能够抵抗多种环境恶劣条件。

3、本发明采用模块化的装置设计，使用灵活、成本低廉。一套装置可以完成富集、保存与投加的全部过程，并且可以颠倒或侧放使用，可以很好适应污水处理工艺现场条件。

4、本发明提出了载体的保存措施，在装置上简单处理即可长期维持硝化菌活性，适应远途运输等条件。装置和硝化菌可以重复多次使用，提高了效率、节约了成本。

附图说明

图1：本发明硝化细菌在活性污泥系统中原位富集和应急投加方法；1原位富集培养的曝气池、2富集和投加装置、3硝化活性监测装置、4载体活性保存装置、5运输工具、6需恢复硝化功能的曝气池、7出水氨氮监测仪表、8保存、9运输、10投加、11采样监测；

图2：本发明装置的结构示意图；1富集和投加装置立体图、2外侧导流筒侧面图、3内侧钢丝网结构图、4铝合金导流筒主体、5导流筒顶部活页、6导流筒底部活页、7内置生物膜载体的钢丝网、8固定位置和吊装环、9导流筒侧面的长方形开孔、10外敷钢丝网的框架、11可拆卸的顶盖、12可拆卸的底盖；

图3：硝化活性监测装置的示意图；1反应器、2二沉池出水、3气泵、4曝气头、5生物膜填料、6磁力搅拌器、7磁力转子、8氨氮标准溶液；

图4：保存阶段的运行条件示意图；1顶部和底部封闭的外侧导流筒、2装有生物膜载体的内侧钢丝网、3循环计量泵、4装置底部积存的培养液、5顶部的喷淋装置、6时间继电器、7定期向装置添加的碳酸氢铵溶液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1：硝化菌在活性污泥系统中原位富集和应急投加技术路线

本发明的硝化菌在活性污泥系统中原位富集和应急投加的技术路线如图1所示。首先，在活性污泥工艺的曝气池中段放置如图2所示的装置，内置载体进行硝化菌富集。该位置COD已经基本降解完全，但氨氮尚未完全降解，形成了生物膜的环境选择压力，促进硝化菌的富集。其次，测试生物膜载体的硝化活性指标，满足要求后整体取出，在通风且湿润环境中进行保存。然后，当污水处理厂需要应急恢复硝化功能时，将装置和载体整体运输到现场，吊装浸没在目标曝气池的中段和后段位置。最后，当污水处理厂硝化功能恢复后，可将装置整体取出，按要求保存或者直接运输到其他需要恢复硝化功能的污水处理厂。

实施例2：富集装置

本发明的生物膜载体富集、保存、运输和投加均采用如图2所示的富集装置。装置外侧为长方体形导流筒，选择轻型材质(如铝合金或者塑料)，长宽高尺寸为1.5米*1.5米*2米。底部有盖板，展开后可增加高度0.5米。顶部也装有盖板，可上下颠倒使用。每个侧面开有两个长条形孔洞，中轴对称，孔洞尺寸为0.1*0.5米，间距0.2米，主要用于流体通路和观察内部载体。在上述孔洞中轴线的上下方分别开有一个直径0.05米的圆形孔洞，上下对称，主要用于在曝气池中吊装和固定装置。装置内侧为圆柱形钢丝网内筒，尺寸为直径1.5米、高度2米，容积3.53m³，嵌套和固定在外侧导流筒中。钢丝网内筒顶部和底部均开一个方形孔，尺寸为0.3*0.3米，用于放置和取出载体。钢丝网尺寸为1～10目，内部有不锈钢骨架支撑。不锈钢骨架焊接有吊装环，从导流筒的吊装孔伸出，可进行吊装和固定，同时吊装环与吊装空配合实现内筒与外侧导流筒的结合固定。

实施例3：硝化菌原位富集方法

本发明的硝化菌原位富集方法描述如下：

在装置中投加装置内填充率50％(按载体堆积体积/装置总容积计算)的未挂膜新载体，置于活性污泥工艺曝气池的好氧段中间和/或偏后位置(曝气池前段污染物浓度较高，污染物降解消耗大量溶解氧，导致前端溶解氧较低，不利于填料上微生物的生长)。该位置COD降解完全，但氨氮浓度较高，因此形成了对生物膜中细菌种类的选择压力。同时附着在载体上的细菌在系统内的停留时间长，有利于处理过程中硝化菌在载体上的生长和富集。装置吊装在曝气池中间深度位置，池底曝气形成气泡和液体的混合流，进入导流筒后路面积收缩，流速增大，与外层形成液体循环流动。在富集过程中，需要定期取出载体评估硝化菌活性，满足要求后即可整体取出保存；未满足要求则继续放置在曝气池中培养和富集。在正常运行的活性污泥工艺中，一般放置1～3个月后即可完成硝化菌在载体上的富集。

实施例4：硝化菌活性评价方法

本发明的硝化菌活性评价指标描绘如下：

首先计算富集生物的质量M。将生物膜载体用清水冲淋三次，然后取30～50个生物膜载体沥干，与未投加的新载体一起放入烘箱，105度烘干至恒重。用天平分别称量多个载体的生物膜载体质量w1和新载体的质量w2，根据下式计算单个载体上的生物质量M。

M＝w1/n1-w2/n2＝(w1-w2)/n1(1)

式中M为载体质量，单位mg/pc(pc为piece简写，/pc指每个)；w1为n1个富集生物的载体烘干后的质量，单位g；w2为n2个新载体的烘干质量，单位g；当两次载体数量相等时，即n1＝n2时，可作简化。

然后评价富集生物量的硝化活性A。如图3所示，在反应容器体积V内，按一定投加率b％加入生物膜载体，投加氨氮并持续曝气，按一定时间间隔ΔT取样和测量氨氮浓度，计算氨氮的降解速率；根据上述速率和载体上平均生物量M，采用下式计算富集硝化菌的活性A。当A满足要求时，生物膜载体富集成熟，可用于保存和运输。

A＝ΔN/(ΔT*b％/V_1s*M)。(2)

式中A为硝化菌的氨氮降解活性指标，单位为mgNH₃-N/(hr·mgSS)；ΔT为硝化活性实验的持续周期，单位hr；ΔN为实验周期ΔT内减少的氨氮浓度，单位mg/L；b％为反应器内的载体投加率，按体积计算，无量纲；V1s为单个载体的平均体积，单位mL/pc；M为单个载体的平均生物质量，单位mgSS/pc。

实施例5：硝化菌保存装置与保存方法

本发明的硝化菌保存装置如图3所示。当硝化菌富集装置从污水处理厂的培养工艺段取出后，到运输至故障污水处理厂曝气池投加之前，可以按以下措施进行保存。

首先，选择密闭空间作为保存场所，调节通风面积或者风机流量，使空气按一定6～12hr的速率更新。其次，将装置的顶部和底部关闭，并把底部密封积存碳酸氢铵培养液，可使用密封条，可也可以把装置放置在适当尺寸的盆内。然后，在每个装置侧面外置一台计量泵，流量0.1～1L/min；计量泵入口通过管线连接到装置底部，出口通过管线连接装置顶部的喷淋头。在保存期间，计量泵按设定周期间歇运行(比如每3～6小时运行1小时)，从装置底部抽取碳酸氢铵培养药剂(即碳酸氢铵水溶液)，从顶部向下喷洒，浸润载体并提供硝化菌基质；装置侧面开孔能保持通风，可为硝化菌提供氧气。最后，每天补充消耗的碳酸氢铵培养液，一般可按5～50gNH₃-N/m³估算；定期采集生物膜载体测定生物量M和硝化活性A，监测保存的效果。如果监控值(生物量M和硝化活性A中的任意一项)低于设计值50％，则需要将装置重新放入活性污泥工艺曝气池中富集培养。按这种方法，生物膜载体的硝化活性可以保持1～2月左右。

在运输时，把计量泵、管线和喷淋头拆掉，然后将装置整体吊装在小车上，即可方便移动和装卸。在运输时间多于5天时，需要保留计量泵、管线和喷淋头，在运输途中按保存模式进行处理。

实施例6：硝化菌投加方法

本发明的硝化菌投加方法描述如下。硝化菌生物膜载体的投加方法与富集方法类似，将装置整体吊装在活性污泥工艺曝气池的中段和后段位置，浸入液面以下0.5米。按照下式计算投加体积V(以堆积体积计)。

首先测定载体的堆积比p％，堆积比p％表示载体实际体积V1与载体堆积所占容积V2的比例，即V1/V2；V1根据单个载体的体积V_1s和数量N计算，V2根据载体在容器内堆积后的高度计算。

然后确定投加率d％，投加率d％表示载体实际体积V1占目标反应池容积V0的比例，V0为反应池内液体的总体积。投加率根据所需硝化速率R来计算。

d％＝(R/A/M)*(V_1s/1000)或：d％＝(0.001*R*V_1s)/(A*M)(3)

式中R为工艺所需硝化速率，单位mgNH₃-N/(L·hr)；A为载体的生物活性指标，单位mgNH₃-N/(hr·mgSS)；M为单个载体的生物量，单位mgSS/pc；V_1s为单个载体的体积，单位mL/pc。

最后计算投加装置个数(以堆积体积计)。投加体积V＝V0*d％/p％。如果按每个装置50％填充率计算，可求得需要的装置个数n为

n＝round(V0*d％/p％/V2)(4)

式中round为进位取整，V0为服务区域容积，单位L；d％为投加率，p％为堆积比，无量纲；V2为装置的堆积体积(等于装置容积乘以载体在装置内填充率)，单位L，本例总容积3.53m³、填充率50％，V2＝1760L。

实施例7：硝化菌原位富集与应急投加工艺

1、生物膜载体装置中的原位富集与活性评价

选择某AAO工艺污水处理厂作为富集地点，在好氧区中间位置吊装放置2个装置。选择圆柱形塑料填料作为载体，堆积比p％＝75～85％，载体体积V_1s＝1mL/pc。富集操作时的装置堆积填充率可取50～80％(在这个范围内可以根据流态条件选择，流动好时可选择较大的d％，反之则较小)。

曝气池运行条件为：富集位置可溶COD浓度30～35mg/L，氨氮浓度8～15mg/L；活性污泥MLSS浓度3～4g/L，VSS/SS值为0.5～0.6；溶解氧浓度为2～6mg/L，气水比3～5。

原位富集持续3个月后，硝化活性结果如下：单个载体的生物量M＝0.01～0.1g/pc，载体活性A＝0.001～0.01gNH₃-N/(hr·gSS)。满足要求，可以用于保存或者直接用于故障污水处理厂进行应急。载体生物量或者活性太低的话，用于故障工艺，会导致需要恢复的工艺出水氨氮不能达标。

2、生物膜载体的保存措施

将装置从污水处理厂取出后，将底部密封，并放置在边缘高0.2m的盆内。每个装置配制一台电动计量泵，流量0.5L/min；计量泵电源线上接有一个时间继电器，设置为每3小时运行0.5小时。计量泵入口连接塑料管道，内径6mm，塑料管另一端放置在装置底部积存培养液的液面以下；计量泵出口也连接内径6mm的塑料管，其另一端连接一个喷头，放置在装置顶部，形成一个培养液的循环回路。

在装置底部加入50～150L自来水(最佳100L)，然后加入配制的10g/L的碳酸氢铵溶液1～5L(最佳1L)；混合后启动计量泵，按设定周期运行。每天观察底部积存的培养液，通过补充自来水，维持底部液位0.1m左右；定期添加基质浓液，使培养液的碳酸氢铵浓度在0.01～0.2g/L。

通过上述措施，生物膜载体的硝化活性可以保持1～2月左右。

3、生物膜载体的运输与投加效果

某污水处理厂处理规模5000m³/d，冬季硝化功能被破坏，经工艺分析后认为是硝化菌流失，因此采用补充硝化菌的方式应急处理。曝气池容积V0为2500m³，考虑内回流200％、外回流100％后，实际水力停留时间ΔT＝2500/5000*24/(1+2+1)＝3.0h。曝气池进水氨氮浓度峰值为10mg/L，因此式(3)中的硝化速率R为3.3mgNH₃-N/(L·hr)。将A＝0.01mgNH₃-N/hr·mgSS、M＝50mg/pc、V_1s＝1mL/pc，计算得到应急投加率d％＝3.3/0.01/50*0.001＝0.66％。

按式(4)计算应急投加的装置数量，其中p％＝75％，单个装置堆积填充率50％下的堆积体积约为1760L，得到n＝round(2500*1000*0.66％/75％/1760)＝13个。因此，在应急处理时，需要至少投加13个50％填充率的装置。

实施例8：硝化菌原位富集与应急投加工艺

某污水处理厂处理规模25000m3/d，冬季硝化功能被破坏，经工艺分析后认为是硝化菌流失，因此采用补充硝化菌的方式应急处理。曝气池容积V0为7450m3，考虑内回流100％、外回流70％后，实际停留时间ΔT＝7450/25000*24/(1+1+0.7)＝2.65hr。现需要提高去除3mgNH₃-N/L，因此式(3)中的硝化速率R＝3/2.65＝1.13mgNH₃-N/(L·hr)。将A＝0.005mgNH₃-N/(hr·mgSS)、M＝32mg/pc、V_1s＝1mL/pc代入计算，得到应急投加率d％＝1.13/0.005/32*0.001＝0.71％。

按式(4)计算应急投加的装置数量，其中p％＝75％，单个装置投加率80％下的堆积体积约为2800L，得到n＝round(7450*1000*0.71％/75％/2800)＝25个。因此，在应急处理时，需要至少投加25个80％填充率的装置，投加填料体积约50m³。投加上述填料后，在1周内污水处理系统的硝化活性得到了恢复，出水氨氮平均浓度低于5mg/L。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加方法，其特征在于，所述方法是在有良好硝化功能的生化反应池好氧段中间或/和偏后位置放置富集装置，其中富集装置内置有悬浮生物膜载体；富集过程中测定生物膜载体的硝化活性，当硝化活性满足要求后适时将富集装置整体取出，置于通风湿润环境中保存或者直接吊装和浸没在故障工艺曝气池的中段和/或后段位置；当故障污水处理厂的硝化功能恢复后，继续在该曝气池中保存和培养硝化菌，或者将装置整体取出保存或运输到其他故障污水处理厂使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硝化活性满足要求是指单个载体的生物质量M＝0.01～0.1g/pc且载体硝化活性A＝0.001～0.01gNH₃-N/(hr·gSS)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单个载体的生物量M的计算方法是：将生物膜载体用清水冲淋三次，然后取多个生物膜载体沥干，与未投加的新载体一起烘干至恒重，称量多个有生物膜载体的和无生物膜新载体的质量，根据式(1)计算单个载体上的生物质量M；

M＝w₁/n₁-w₂/n₂(1)

式中M为单个载体的生物量，单位mgSS/pc；w₁为n₁个富集生物的载体烘干后的质量，单位g；w₂为n₂个无生物膜新载体的烘干质量，单位g；

所述载体硝化活性A的计算方法是：在一个完全混合反应容器内，按一定投加率b％加入生物膜载体，投加氨氮并持续曝气，按一定时间间隔ΔT取样和测量氨氮浓度，根据氨氮的降解速率和单个载体生物质量M，采用式(2)计算载体生物膜的活性A；

A＝ΔN/(ΔT*b％/V_1s*M)(2)

式中A为硝化菌的氨氮降解活性指标，即载体生物膜活性，单位为mgNH₃-N/(hr·mgSS)或gNH₃-N/(hr·gSS)；ΔT为硝化活性实验的持续周期，单位hr；ΔN为实验周期ΔT内反应器内降解的氨氮浓度，单位mgNH₃-N/L；ΔN/ΔT即为氨氮的降解速率(或称硝化速率)，单位mgNH₃-N/(L·hr)；b％为反应器内的载体投加率，按体积计算，无量纲；V_1s为单个载体的平均体积，按载体尺寸计算，单位mL/pc；M为单个载体上的平均生物质量，按式(1)计算，单位mgSS/pc。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富集装置的保存，是将装置底部密封，从顶部喷洒含有碳酸氢铵的水溶液；计量泵从底部抽取积存溶液，输送到顶部喷洒；装置侧面开孔保持通风，为硝化菌提供氧气。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富集装置外侧为长方体形导流筒、内侧为圆柱形钢丝网内筒，悬浮生物膜载体置于内筒内；所述长方体形导流筒的顶部与底部装有盖板，每个侧面开有孔洞，以用于流体循环、观察内部载体、装置的吊装和固定安装；所述圆柱形钢丝网内筒嵌套和固定在外侧导流筒中，钢丝网内筒顶部和底部均开有孔洞，用于放置和取出载体；内筒内部有不锈钢骨架支撑，不锈钢骨架焊接有吊装环，从导流筒的孔洞中伸出，以方便吊装和在曝气池中的固定，并配合实现内筒与外侧导流筒的结合固定。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应急投加还包括根据硝化速率R、载体硝化菌活性A、载体特征参数计算需要投加的载体体积V，然后根据V、载体填充比例、装置容积确定投放装置的个数n。

7.一种污水处理厂硝化菌原位富集与应急投加装置，其特征在于，所述装置包括长方体形导流筒、圆柱形钢丝网内筒，内筒内置有悬浮生物膜载体；所述装置外侧为长方体形导流筒，顶部与底部装有盖板，每个侧面开有孔洞，以用于流体循环、观察内部载体、吊装和固定安装；装置内侧为圆柱形钢丝网内筒，内筒嵌套和固定在外侧导流筒中，钢丝网内筒顶部和底部均开有孔洞，用于放置和取出载体；内筒内部有不锈钢骨架支撑，不锈钢骨架焊接有吊装环，从导流筒的孔洞中伸出，以方便吊装和在曝气池中的固定，并配合实现内筒与外侧导流筒的结合固定。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述长方体形导流筒由轻型材质制成。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置能够上下颠倒使用。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述长方体形导流筒的每个侧面开有两个长条形孔洞，中轴对称，主要用于流体通路和观察内部载体，在两个长条形孔洞中轴线的上下方分别开有一个圆形孔洞，上下对称，主要用于在曝气池中吊装和固定装置；所述圆柱形钢丝网内筒顶部和底部均开一个方形孔，用于放置和取出载体。钢丝网尺寸为1～10目，内部有不锈钢骨架支撑。不锈钢骨架焊接有吊装环，从导流筒的圆形孔洞伸出，主要用于装置的吊装和固定，同时吊装环与圆形孔洞配合实现内筒与外侧导流筒的结合固定。