CN111547866B - 一种厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置，包括反应池、搅拌器、曝气装置、气泵和出水泵、底物浓度测定装置、气体产量及生成速率检测装置和营养物质添加装置，底物浓度测定装置用于检测氨氮、亚硝氮、硝氮和有机物浓度，营养物质添加装置用于添加硝酸盐、亚硝酸盐或铵盐溶液。本发明的污泥培养及富集方法，曝气运行时硝化细菌氧化铵根离子，曝气不运行时，微生物进行反硝化作用去除水中有机物。在有机物分解完后，通过营养物质添加装置添加氧化态氮，为厌氧氨氧化菌提供营养物质；并通过底物浓度测定装置、气体产量及生成速率检测装置等设备的测定结果进行适当操作调整，实现了厌氧氨氧化菌的快速培养。

Description

一种厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置及方法，更具体的说，尤其涉及一种采用污水处理厂厌氧池中的普通污泥的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置及方法。
背景技术
目前的城市污水处理中生物处理法主要为水中有机物及含氮化合物的去除，传统的污水脱氮工艺先将铵氧化为硝酸盐，在通过反硝化作用将硝酸盐还原为氮气去除，但该过程中需要大量有机物提供反硝化细菌进行反硝化作用所需能源，故经常需要人为投加大量有机物，厌氧氨氧化工艺则无需添加有机物且无需曝气，大大降低了污水处理成本。有关厌氧氨氧化各种工艺的实现前提是厌氧氨氧化污泥的培养和富集，本文旨在发明一种利用普通污水处理厂厌氧池污泥简单快捷的实现厌氧氨氧化污泥培养及富集的方法。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置及方法。
本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置，包括反应池、搅拌器、曝气装置、气泵和出水泵，反应池的内部为密闭空腔，搅拌器的搅拌机构位于反应池的内部空腔中，曝气装置位于反应池内部空腔的底部，气泵经管路与曝气装置相连通，出水泵的进水口位于反应池的内部空腔中，出水泵的进水口上设置有将污泥进行截留的出水滤膜；其特征在于：还包括底物浓度测定装置、气体产量及生成速率检测装置和营养物质添加装置，底物浓度测定装置用于检测反应池中液体的氨氮、亚硝氮、硝氮和有机物浓度，气体产量及生成速率检测装置用于检测反应池中气体产量和生成速率，营养物质添加装置用于向反应池中添加硝酸盐、亚硝酸盐或铵盐溶液。
本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，污泥培养及富集方法为：将污水处理厂厌氧池中的普通活性污泥在反应池中封闭培养，通过曝气装置和气泵的运行时间控制水中溶解氧浓度，曝气装置和气泵运行时硝化细菌氧化铵根离子，曝气装置和气泵不运行时，微生物进行反硝化作用去除水中有机物；在有机物分解完后，通过营养物质添加装置添加氧化态氮，为厌氧氨氧化菌提供营养物质，实现厌氧氨氧化菌的培养和富集。
本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，具体通过以下步骤来实现：
a).有机物及铵盐的释放，将污水处理厂厌氧池中的污泥导入反应池中，然后仅开启搅拌装置（7）而不进行其他任何操作，使微生物将体内有机物及铵盐释放到环境中，并通过底物浓度测定装置（2）测定有机物和铵盐的释放速率；
b).反硝化作用，当反应池中有机物浓度高到一定程度时，营养物质添加装置（4）根据有机物释放速度向池中添加硝酸盐或亚硝酸盐，为反硝化细菌提供反应底物；反硝化菌以有机物为能源，将水中的硝酸盐或亚硝酸盐转化为氮气进行去除，同时去除了水中有机物；
c).硝化作用，待水中有机物浓度较低时，首先，开启气泵，通过曝气装置提高水中溶解氧浓度，利用硝化细菌将水中铵根离子氧化为亚硝酸根离子或硝酸根离子；然后，通过控制气泵（9）的功率，将水中溶解氧浓度控制在较低水平，以免溶解氧较高将水中专性厌氧菌杀死，不利于厌氧氨氧化菌的培养；
d).厌氧氨氧化及反硝化的反复进行，铵根离子浓度过高不利于厌氧氨氧化菌的培养，但铵根离子的氧化不可过多，需剩余一些铵根离子，作为厌氧氨化菌的反应底物，同时原有污泥中微生物体内有机物及铵盐的释放的持续不断的过程，当水中有机物浓度超过一定范围时，则停止曝气，开始运行营养物质添加装置（4）向池中添加硝酸盐或亚硝酸盐，加强反硝化作用；
e).亚硝酸盐的持续添加和曝气的间断进行，反硝化作用及氨氧化作用的反复进行后，原有微生物体内有机物及铵盐的含量越来越少，释放速度也越来越慢，当有机物释放速度低至一定值后，营养物质添加装置（4）开始持续添加亚硝酸盐，曝气则间断进行，保持水中氨氮及亚硝氮浓度在较低水平，以有利于厌氧氨氧化菌的生长繁殖；
f).当水中有机物及氨氮浓度不再增加时，即可判断原微生物体内有机物及铵盐已完全去除，此后可不再进行曝气，营养物质添加装置向池中加入铵盐与亚硝酸盐混合溶液，以增强厌氧氨氧化作用，实现厌氧氨氧化菌的培养和富集。
本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，当通过营养物质添加装置向反应池中添加亚硝酸盐、硝酸盐或铵盐溶液时，通过出水泵将池中过多污水抽出，通过出水滤膜只抽离出液体，将含有大量微生物的污泥留存在池中。
本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，搅拌器在加入污泥后，不间断运行，使微生物与添加的营养物质充分混合，同时使水中溶解氧均匀分布，促进微生物与营养物质及溶解氧的接触，提高反应效率。
本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，通过底物浓度测定装置与气体产量及生成速率检测装置检测的数值可判断前期池中是否进行厌氧氨氧化反应，及后期厌氧氨氧化反应强度。
本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，步骤b)中，当反应池中有机物浓度达到100 mg/L时，营养物质添加装置（4）根据有机物释放速度向池中添加硝酸盐或亚硝酸盐；步骤c)中，待水中有机物浓度低于50 mg/L时，开启气泵；步骤d)中，当水中有机物浓度超过1000 mg/L时，则停止曝气；步骤e)中，当有机物释放速度低于20mg/L时，营养物质添加装置（4）开始持续添加亚硝酸盐。
本发明的有益效果是：本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置及方法，反应池上设置于曝气装置、搅拌装置、底物浓度测定装置、营养物质添加装置以及气体产量及生成速率检测装置，普通活性污泥在反应池中封闭培养，通过曝气装置和气泵的运行时间控制水中溶解氧浓度，曝气运行时硝化细菌氧化铵根离子，曝气不运行时，微生物进行反硝化作用去除水中有机物。在有机物分解完后，通过营养物质添加装置添加氧化态氮，为厌氧氨氧化菌提供营养物质；并通过底物浓度测定装置、气体产量及生成速率检测装置等设备的测定结果进行适当操作调整，实现了厌氧氨氧化菌的快速培养。
附图说明
图1为本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的结构原理图。
图中：1反应池，2底物浓度测定装置，3气体产量及生成速率检测装置，4营养物质添加装置，5出水泵，6出水滤膜，7搅拌器，8曝气装置，9气泵。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的结构原理图，其由反应池1、曝气装置8、气泵9、搅拌器7、出水泵5、底物浓度测定装置2、气体产量及生成速率检测装置3以及营养物质添加装置4组成，反应池1的内部为密闭空腔，用于存储待培养的污泥；搅拌器7设置于反应池1的内部空腔中，曝气装置8设置于反应池1内部空腔的底部，气泵9经管路与曝气装置8相连接，以实现对反应池1内部污泥和污水的曝气作业。抽水泵5的进水口经管路伸至反应池1的内部空腔中，抽水泵5的进水口上设置有出水滤膜6，污水滤膜6实现对污泥的截留，只允许污水经出水泵5抽出。
所示底物浓度测定装置2用于测量反应池1中水体的液体的氨氮、亚硝氮、硝氮和有机物浓度，气体产量及生成速率检测装置用于检测反应池中气体产量和生成速率，营养物质添加装置用于向反应池中添加硝酸盐、亚硝酸盐或铵盐溶液。
在不添加营养物质及厌氧条件下，普通厌氧池活性污泥的微生物体内存在的大量有机物及铵盐就会被释放到环境中，有机物及过高的铵根离子浓度均会抑制厌氧氨氧化菌的生长，本工艺在缺氧条件下利用厌氧微生物的反硝化作用去除有机物，通过微量曝气利用好氧微生物氧化一部分铵根离子。
厌氧氨氧化菌为厌氧微生物，普通厌氧池活性污泥中存在大量厌氧微生物，结合这一特点，将水中有机物去除逐步减少反硝化细菌占比，使厌氧氨氧化菌成为优势菌，有利于实现厌氧氨氧化菌的快速培养；将普通厌氧池活性污泥置于反应池（1）中，反应池（1）为一个密闭容器，且各设备与反应池（1）之间的连接处须进行密封处理，防止空气中氧气对厌氧氨氧化菌培养及气体产量和气体生成速率检测的影响；底物浓度测定装置（2）可实时检测水中氨氮、亚硝氮、硝氮及有机物的浓度，根据其显示数值及时调整营养物质添加装置（4）及气泵（9）的运行与停止，进而控制反应池（1）中微生物的生长条件。
本发明的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，其特征在于：具体通过以下步骤来实现：
a).有机物及铵盐的释放，将污水处理厂厌氧池中的污泥导入反应池中，然后仅开启搅拌装置（7）而不进行其他任何操作，使微生物将体内有机物及铵盐释放到环境中，并通过底物浓度测定装置（2）测定有机物和铵盐的释放速率；
b).反硝化作用，当反应池中有机物浓度高到一定程度时，营养物质添加装置（4）根据有机物释放速度向池中添加硝酸盐或亚硝酸盐，为反硝化细菌提供反应底物；反硝化菌以有机物为能源，将水中的硝酸盐或亚硝酸盐转化为氮气进行去除，同时去除了水中有机物；
c).硝化作用，待水中有机物浓度较低时，首先，开启气泵，通过曝气装置提高水中溶解氧浓度，利用硝化细菌将水中铵根离子氧化为亚硝酸根离子或硝酸根离子；然后，通过控制气泵（9）的功率，将水中溶解氧浓度控制在较低水平，以免溶解氧较高将水中专性厌氧菌杀死，不利于厌氧氨氧化菌的培养；
d).厌氧氨氧化及反硝化的反复进行，铵根离子浓度过高不利于厌氧氨氧化菌的培养，但铵根离子的氧化不可过多，需剩余一些铵根离子，作为厌氧氨化菌的反应底物，同时原有污泥中微生物体内有机物及铵盐的释放的持续不断的过程，当水中有机物浓度超过一定范围时，则停止曝气，开始运行营养物质添加装置（4）向池中添加硝酸盐或亚硝酸盐，加强反硝化作用；
e).亚硝酸盐的持续添加和曝气的间断进行，反硝化作用及氨氧化作用的反复进行后，原有微生物体内有机物及铵盐的含量越来越少，释放速度也越来越慢，当有机物释放速度低至一定值后，营养物质添加装置（4）开始持续添加亚硝酸盐，曝气则间断进行，保持水中氨氮及亚硝氮浓度在较低水平，以有利于厌氧氨氧化菌的生长繁殖；
f).当水中有机物及氨氮浓度不再增加时，即可判断原微生物体内有机物及铵盐已完全去除，此后可不再进行曝气，营养物质添加装置向池中加入铵盐与亚硝酸盐混合溶液，以增强厌氧氨氧化作用，实现厌氧氨氧化菌的培养和富集。铵盐与亚硝酸盐的加入量需根据实际池中两者的浓度添加；
通过底物浓度测定装置（2）与气体产量及生成速率检测装置（3）检测的数值可判断前期池中是否进行厌氧氨氧化反应，及后期厌氧氨氧化反应强度。
由于营养物质添加装置（4）往池中添加的铵盐及亚硝酸盐溶液，需通过出水泵（5）及时将池中过多污水抽出，管口须与出水滤膜（6）相连，通过出水滤膜（6）只抽离出液体，将含有大量微生物的污泥留存在池中。
搅拌器（7）在加入污泥后，不间断运行，使微生物与添加的营养物质充分混合，同时使水中溶解氧均匀分布，促进微生物与营养物质及溶解氧的接触，提高反应效率。

Claims (4)

1.一种厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置包括反应池（1）、搅拌器（7）、曝气装置（8）、气泵（9）和出水泵（5），反应池的内部为密闭空腔，搅拌器的搅拌机构位于反应池的内部空腔中，曝气装置位于反应池内部空腔的底部，气泵经管路与曝气装置相连通，出水泵的进水口位于反应池的内部空腔中，出水泵的进水口上设置有将污泥进行截留的出水滤膜（6）；还包括底物浓度测定装置（2）、气体产量及生成速率检测装置（3）和营养物质添加装置（4），底物浓度测定装置用于检测反应池中液体的氨氮、亚硝氮、硝氮和有机物浓度，气体产量及生成速率检测装置用于检测反应池中气体产量和生成速率，营养物质添加装置用于向反应池中添加硝酸盐、亚硝酸盐或铵盐溶液；
其特征在于，污泥培养及富集方法为：将污水处理厂厌氧池中的普通活性污泥在反应池（1）中封闭培养，通过曝气装置（8）和气泵（9）的运行时间控制水中溶解氧浓度，曝气装置（8）和气泵（9）运行时硝化细菌氧化铵根离子，曝气装置（8）和气泵（9）不运行时，微生物进行反硝化作用去除水中有机物；在有机物分解完后，通过营养物质添加装置（4）添加氧化态氮，为厌氧氨氧化菌提供营养物质，实现厌氧氨氧化菌的培养和富集；
具体通过以下步骤来实现：
a).有机物及铵盐的释放，将污水处理厂厌氧池中的污泥导入反应池中，然后仅开启搅拌器（7）而不进行其他任何操作，使微生物将体内有机物及铵盐释放到环境中，并通过底物浓度测定装置（2）测定有机物和铵盐的释放速率；
b).反硝化作用，当反应池中有机物浓度高到一定程度时，营养物质添加装置（4）根据有机物释放速度向池中添加硝酸盐或亚硝酸盐，为反硝化细菌提供反应底物；反硝化菌以有机物为能源，将水中的硝酸盐或亚硝酸盐转化为氮气进行去除，同时去除了水中有机物；
c).硝化作用，待水中有机物浓度较低时，首先，开启气泵，通过曝气装置提高水中溶解氧浓度，利用硝化细菌将水中铵根离子氧化为亚硝酸根离子或硝酸根离子；然后，通过控制气泵（9）的功率，将水中溶解氧浓度控制在较低水平，以免溶解氧较高将水中专性厌氧菌杀死，不利于厌氧氨氧化菌的培养；
d).厌氧氨氧化及反硝化的反复进行，铵根离子浓度过高不利于厌氧氨氧化菌的培养，但铵根离子的氧化不可过多，需剩余一些铵根离子，作为厌氧氨化菌的反应底物，同时原有污泥中微生物体内有机物及铵盐的释放的持续不断的过程，当水中有机物浓度超过一定范围时，则停止曝气，开始运行营养物质添加装置（4）向池中添加硝酸盐或亚硝酸盐，加强反硝化作用；
e).亚硝酸盐的持续添加和曝气的间断进行，反硝化作用及氨氧化作用的反复进行后，原有微生物体内有机物及铵盐的含量越来越少，释放速度也越来越慢，当有机物释放速度低至一定值后，营养物质添加装置（4）开始持续添加亚硝酸盐，曝气则间断进行，保持水中氨氮及亚硝氮浓度在较低水平，以有利于厌氧氨氧化菌的生长繁殖；
f).当水中有机物及氨氮浓度不再增加时，即可判断原微生物体内有机物及铵盐已完全去除，此后可不再进行曝气，营养物质添加装置向池中加入铵盐与亚硝酸盐混合溶液，以增强厌氧氨氧化作用，实现厌氧氨氧化菌的培养和富集；
步骤b)中，当反应池中有机物浓度达到100 mg/L时，营养物质添加装置（4）根据有机物释放速度向池中添加硝酸盐或亚硝酸盐；步骤c)中，待水中有机物浓度低于50 mg/L时，开启气泵；步骤d)中，当水中有机物浓度超过1000 mg/L时，则停止曝气；步骤e)中，当有机物释放速度低于20 mg/L时，营养物质添加装置（4）开始持续添加亚硝酸盐。
2.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，其特征在于：当通过营养物质添加装置（4）向反应池（1）中添加亚硝酸盐、硝酸盐或铵盐溶液时，通过出水泵（5）将池中过多污水抽出，通过出水滤膜（6）只抽离出液体，将含有大量微生物的污泥留存在池中。
3.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，其特征在于：搅拌器（7）在加入污泥后，不间断运行，使微生物与添加的营养物质充分混合，同时使水中溶解氧均匀分布，促进微生物与营养物质及溶解氧的接触，提高反应效率。
4.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥培养及富集的装置的污泥培养及富集方法，其特征在于：通过底物浓度测定装置（2）与气体产量及生成速率检测装置（3）检测的数值可判断前期池中是否进行厌氧氨氧化反应，及后期厌氧氨氧化反应强度。
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