CN112441662A - Sbr生物反应器快速启动的方法及成功启动的判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种SBR生物处理反应器快速启动方法及成功启动的判断方法。包括：(1)采用SBR生物反应器，在好氧、缺氧反复耦合下培养驯化污泥中的脱氮菌，在缺氧时段反硝化反应开始时向反应器加入简单有机碳源，富集反硝化菌，缩短反应器启动时间，按照本发明方式SBR生物反应器成功启动共耗时20d左右，比常规启动方法节省20～25d左右；(2)采用显微镜观察指示生物方法快速判定SBR生物反应器启动进程，只需几分钟，仪器简单，无试剂消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种SBR生物处理反应器快速启动方法及启动成功的判断方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
序批式生物反应器(SBR)是以间歇式供气为活性污泥提供有益生存环境来实现污水处理的一种技术。SBR工艺的进水、反应、沉淀、排水等均在一个SBR反应池中进行，占地面积小，是一种较常规的活性污泥法污水处理工艺。但SBR工艺在启动时会因为硝化和反硝化作用不完全或者根据污泥性能、水质指标判定污泥培养驯化情况，导致耗时较长。目前大多反应器启动时间为40-50天，启动过程中通常对污泥性能指标检测、水质理化指标分析、细菌生物学检测和微型动物进行观察来判定反应器是否成功启动。其中，污泥性能指标检测大多复杂、耗时，只能够反映污泥浓度和污泥的凝聚、沉降性能等；水质理化指标分析操作大多复杂且耗时，仅能反映进水、沿程及出水水质的状况；细菌生物学检测比理化指标分析更能直接反映污水生物处理的本质，但细菌培养繁琐且耗时，少有简易方法。这3种方法均不能及时指导生产。
发明内容
本发明目的是为了解决现有SBR生物反应器存在的启动周期长的问题，提供一种采用后置简单碳源投加方法使得SBR生物反应器快速启动的方法；本发明的目的是为了解决现有SBR生物反应器启动中污泥性能指标检测复杂、耗时、反应滞后的问题，提供一种SBR生物反应器成功启动的判断方法。
为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为一种SBR生物处理反应器快速启动方法，包括如下步骤：
S1、进水阶段：将接种污泥加入到SBR生物反应器中，打开进水泵，将人工配制的营养液导入到SBR生物反应器中，此阶段持续0.5-1小时，进水量为SBR生物反应器总容量的40-55％；
S2、曝气反应阶段：搅拌并启动SBR生物反应器的曝气装置，使反应器中溶解氧浓度维持在1.5-3mg/L之间，此阶段持续2-3小时；
S3、搅拌反应阶段：关闭曝气，持续搅拌，待溶解氧降至0.1-0.5mg/L时用蠕动泵向反应器中投加碳源，至反应器中COD的浓度为150-300mg/L，此阶段持续1-1.5小时；
S4、静置出水：停止搅拌和曝气，静置，使反应器内的泥水混合液自然沉淀1-1.5小时后，打开蠕动泵排出上清液，出水量和进水量保持一致，出水时间和步骤S1的进水时间保持一致，此阶段共持续1.5-2.5小时；
所述步骤S1、S2、S3、S4为一个周期，一个周期为6-8小时，共持续启动40天，然后向SBR生物反应器中进污水进行处理。
作为上述SBR生物处理反应器快速启动方法进一步的改进：
优选的，步骤S1所述人工配制营养液的组分和含量为：氨氮20-40mg/L、总磷1.5-3.0mg/L、COD100-200mg/L，并使用碳酸氢钠调节配水pH在7.5-8.5之间。
优选的，步骤S1所述人工配制营养液由在1L水中添加0.07692-0.15384g氯化铵、0.00682-0.01364g磷酸二氢钾、0.14275-0.28550g葡萄糖配制得到。
为了解决本发明的另一个技术问题，所采取的技术方案为一种SBR生物处理反应器成功启动的判断方法，具体步骤为：观察并计算1mL的反应器污泥水中微型动物的总数及每种微型动物数量，当微型动物的总数在2500-3000之间，纤毛虫的数量占总数的60％-75％，轮虫的数量占总数的2％-5％，鞭毛虫的数量占总数的20％-30％时，说明SBR生物反应器成功启动。
作为上述SBR生物处理反应器成功启动的判断方法进一步的改进：
优选的，所述观察计算1mL的反应器污泥水中微型动物的总数及每种微型动物数量的具体步骤如下：
S1、取样：自SBR生物反应器启动第1天开始，每天取反应器的污泥水2-3次，每次取50-100mL，加蒸馏水稀释n倍至每小格内的微型动物可数为度，其中n≥1；
S2、制板：制板标定滴定管每一滴水的体积为0.05mL，取洁净的计数板一块，在计数区上盖上盖玻片，从计数板中间平台两侧的沟槽内沿盖玻片的下边缘滴入一小滴，让混合液利用液体的表面张力充满计数区；
S3、计数：在显微镜下观察并记录微型动物的种类、每种微型动物的数量及活性；
S4、计算：重复步骤S2-S3的步骤2次及以上，计算微型动物的总数及各种微型动物数量的平均值，平均值乘以20n即得到1mL反应器的污泥水中微型动物的总数及每种微型动物数量。
优选的，步骤S3中所述计数的步骤为：先在低倍镜下找到计数区后，再转换16*10的中倍镜观察并计数。
本发明相比现有技术的有益效果在于：
本发明除在进水阶段加入碳源外，还在搅拌反应阶段投加碳源，解决反硝化反应碳源不足的问题，从而达到快速启动反应器的目的。本发明成功启动反应器共耗时20d左右，比常规启动方法节省20-25d左右。
搅拌反应阶段主要进行反硝化反应，碳源是生物反硝化反应过程重要的环境影响因素。在反硝化反应开始的5-15min内为反应速率最快的第一阶段，其中NO3 --N反硝化速率为50mg/(L·h)，此时反硝化菌利用挥发性脂肪酸和醇类等易被降解的厌氧发酵产物作为碳源，故其反应速率较快；第二阶段自第一阶段结束一直延续至所有外部碳源利用完止，此时反硝化菌利用不溶或复杂的可溶性有机物作碳源，NO3 --N反硝化速率只有16mg/(L·h)；第三阶段由于外碳源的耗尽，反硝化菌通过内源呼吸作用进行反硝化反应，此时反硝化速率仅有5mg/(L·h)，为第一阶段的10％。反硝化速率影响HRT，进而影响反应器启动周期。由于进水阶段和曝气反应阶段已将进水阶段中的碳源消耗所剩无几，内源性碳源不足以支撑反硝化作用的快速完成，此时投加的碳源可有助于反硝化反应的进行。反硝化反应完成后静置排水，完成启动SBR生物反应器的启动过程。
活性污泥的培养与驯化是污泥逐渐成熟的过程，在这个过程中，污泥中的微型动物优势类群也发生变化，从肉足类、鞭毛类开始，依次出现游泳型纤毛虫、爬行型纤毛虫、附着型纤毛虫。当活性污泥中的优势微型动物为爬行型和附着型纤毛虫时，说明活性污泥已经成熟，活性污泥的氧化和沉淀性能最佳。当污泥性状良好时，水体中多见附着型或爬行型纤毛虫以及轮虫属等。当反应器运行出现异常情况时，污泥出现絮体结构松散，絮粒变小，观察到大量的游动型纤毛虫类生物、肉足类生物急剧增加的生物相，出现这种生物相时，污泥沉降性差，影响泥水分离。因此可以通过观察微型动物的种类和数量，间接地判断污水处理的效果，作为活性污泥质量评价的重要手段之一。提供了一种更为直接、及时的判断条件。
附图说明
图1是本发明对照例和实施例1的水质中总氮、COD和氨氮去除率随时间变化的曲线图；
图2是本发明对照例和实施例1-3的水质中污泥浓度随时间的变化曲线；
图3是实施例3中1mL反应器污泥中微型动物的总数量和各微型动物的占比情况。
图4是对照组中1mL反应器污泥中微型动物的总数量和各微型动物的占比情况。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对照例
向反应器中投加污泥浓度为4000mg/L的污泥，反应器共有4个周期，每一周期为6小时。反应器共有进水阶段、曝气搅拌反应阶段、搅拌反应阶段、静置出水阶段4个阶段。
进水阶段：在进水中配制氨氮、COD、总磷浓度分别为40mg/L、400mg/L和2.5mg/L，水质pH为7.5，在进水阶段用蠕动泵将配有上述营养液的水样加入反应器中，过程持续30分钟，水量约为1L。
曝气搅拌反应阶段：打开曝气和搅拌装置，保持反应器中溶解氧浓度为2mg/L，此阶段只要进行硝化反应，持续时间为2.5小时。
搅拌反应阶段：关闭曝气，反应器中的溶解氧迅速降低，反应器中进行反硝化反应，此过程持续1.5小时。
静置阶段：关闭搅拌，反应器中的污泥自然沉降，持续时间为1小时。出水阶段：打开出水泵，过程持续时间为30分钟，出水量约为1L。
持续重复进水阶段-静置阶段的程序40天，然后向SBR生物反应器中进污水进行处理。
实施例1
向反应器中投加和对照例同一来源的污泥，反应器共有4个周期，每一周期为6小时。反应器共有进水阶段、曝气搅拌反应阶段、搅拌反应阶段、静置出水阶段4个阶段。
进水阶段：在进水中配制氨氮、COD、总磷浓度分别为40mg/L、100mg/L和2.5mg/L，水质pH为7.5，在进水阶段用蠕动泵将配有上述营养液的水样加入反应器中，过程持续30分钟，水量约为1L。
曝气搅拌反应阶段：打开曝气和搅拌装置，保持反应器中溶解氧浓度为2mg/L，此阶段只要进行硝化反应，持续时间为2.5小时。
搅拌反应阶段：关闭曝气，在反应器中的溶解氧降至0.3mg/L时向反应器中投加碳源至COD浓度为300mg/L，反应器中进行反硝化反应，此过程持续1.5小时。
静置阶段：关闭搅拌，反应器中的污泥自然沉降，持续时间为1小时。出水阶段：打开出水泵，过程持续时间为30分钟，出水量约为1L。
持续重复进水阶段-静置阶段的程序40天，然后向SBR生物反应器中进污水进行处理。
实施例2
向反应器中投加和对照例同一来源的污泥，反应器共有4个周期，每一周期为6小时。反应器共有进水阶段、曝气搅拌反应阶段、搅拌反应阶段、静置出水阶段4个阶段。
进水阶段：在进水中配制氨氮、COD、总磷浓度分别为40mg/L、200mg/L和2.5mg/L，水质pH为7.5，在进水阶段用蠕动泵将配有上述营养液的水样加入反应器中，过程持续30分钟，水量约为1L。
曝气搅拌反应阶段：打开曝气和搅拌装置，保持反应器中溶解氧浓度为2mg/L，此阶段只要进行硝化反应，持续时间为2.5小时。
搅拌反应阶段：关闭曝气，在反应器中的溶解氧降至0.3mg/L时向反应器中投加碳源至COD浓度为200mg/L，反应器中进行反硝化反应，此过程持续1.5小时。
静置阶段：关闭搅拌，反应器中的污泥自然沉降，持续时间为1小时。出水阶段：打开出水泵，过程持续时间为30分钟，出水量约为1L。
持续重复进水阶段-静置阶段的程序40天，然后向SBR生物反应器中进污水进行处理。
实施例3
向反应器中投加和对照例同一来源的污泥，反应器共有4个周期，每一周期为6小时。反应器共有进水阶段、曝气搅拌反应阶段、搅拌反应阶段、静置出水阶段4个阶段。
进水阶段：在进水中配制氨氮、COD、总磷浓度分别为40mg/L、200mg/L和2.5mg/L，水质pH为7.5，在进水阶段用蠕动泵将配有上述营养液的水样加入反应器中，过程持续30分钟，水量约为1L。
曝气搅拌反应阶段：打开曝气和搅拌装置，保持反应器中溶解氧浓度为2mg/L，此阶段只要进行硝化反应，持续时间为2.5小时。
搅拌反应阶段：关闭曝气，在反应器中的溶解氧降至0.3mg/L时向反应器中投加碳源至COD浓度为300mg/L，反应器中进行反硝化反应，此过程持续1.5小时。
静置阶段：关闭搅拌，反应器中的污泥自然沉降，持续时间为1小时。出水阶段：打开出水泵，过程持续时间为30分钟，出水量约为1L。
持续重复进水阶段-静置阶段的程序40天，然后向SBR生物反应器中进污水进行处理。
实验数据与分析：
将对照例和实施例1中SBR生物反应器启动过程中污水的水质进行测定，并制备变化曲线如图1所示。从图1可以看出，对照例中氨氮、总氮和COD去除率在40天时均达到最大，实施例1各指标去除率在20天时达到最大，说明实施例1反应器的启动时间较对照例反应器更短。
测定对照例和实施例1-3中SBR生物反应器启动过程中污泥浓度，结果如图2所示。由图2可知，对照例和3个实施例反应器中的污泥浓度均呈现增长的趋势，相较之下，对照例的污泥浓度较实施例增长的趋势慢，结合图1中水质指标去除的效果，可知污泥浓度的较快增长对污染物的去除起到积极的影响作用。
取实施例3和对照例反应器的污泥进行观察，计算得到的1mL反应器的污泥中微型动物的总数量和各微型动物的占比情况，结果分别如图3、4所示。实施例3在反应器启动前10天时观察到微型动物为1800个，其中鞭毛虫占比较大，约55％；实施例3反应器在启动15-20天时，观察到的微型动物数量从2300个增长到2800个，鞭毛虫占比逐渐减少，约30％，纤毛虫占比逐渐增大，约60％，轮虫占比为5％，表明此时活性污泥已逐渐成熟，水质各指标去除率也在第20天达到最大值；在21-40天内，观察到的微型动物数量维持在2700个左右，观察到的鞭毛虫、纤毛虫占比稳定，水质去除率也已趋于稳定，表明反应器在启动第20天时已成功启动。对照例在反应器启动第1-40天内，观察到的微型动物数量由1500个逐渐增长到2600个，观察到的鞭毛虫占比从80％逐渐降低至30％，纤毛虫占比从10％增加至65％，在反应器启动第35天开始观察到轮虫，可以看出对照例反应器的污泥成长较为缓慢，在同一启动时间内优势微型动物占比较实施例3低。由此可知，水质去除率和优势微型动物占比的密切联系，本发明生物镜检可直接判断水质去除率，后期可为水厂运营提供参考，水厂可直接通过微生物镜检来判断污泥性状和水质情况，优势微型动物占比若无大幅变化，则水厂可不需对水质进行检测，水厂运营正常；若优势微型动物占比变化较大，则需要对水厂运营及时调整。
本领域的技术人员应理解，以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，而不是全部实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，还可以做出许多变形和改进，所有未超出权利要求所述的变形或改进均应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种SBR生物反应器快速启动的方法，其特征在于，在搅拌反应阶段向反应器内投加碳源，提高反硝化菌的反硝化速率，缩短启动周期，具体包括如下步骤：
S1、进水阶段：将接种污泥加入到SBR生物反应器中，打开进水泵，将人工配制的营养液导入到SBR生物反应器中，此阶段持续0.5-1小时，进水量为SBR生物反应器总容量的40-55％；
S2、曝气反应阶段：启动SBR生物反应器的搅拌和曝气装置，使反应器中溶解氧浓度维持在1.5-3mg/L之间，此阶段持续2-3小时；
S3、搅拌反应阶段：关闭曝气，持续搅拌，待溶解氧降至0.1-0.5mg/L时用蠕动泵向反应器中投加碳源，至反应器中COD的浓度为150-300mg/L，此阶段持续1-1.5小时；
S4、静置出水：停止搅拌和曝气，静置，使反应器内的泥水混合液自然沉淀1-1.5小时后，打开蠕动泵排出上清液，出水量和进水量保持一致，出水时间和步骤S1的进水时间保持一致，此阶段共持续1.5-2.5小时；
所述步骤S1、S2、S3、S4为一个周期，一个周期为6-8小时，共持续运行40天，然后向SBR生物反应器中进污水进行处理。
2.根据权利要求1所述一种SBR生物反应器快速启动的方法，其特征在于，步骤S1所述人工配制营养液的组分和含量为：氨氮20-40mg/L、总磷1.5-3.0mg/L、COD100-200 mg/L，并使用碳酸氢钠调节配水pH在7.5-8.5之间。
3.根据权利要求1或2所述一种SBR生物反应器快速启动的方法，其特征在于，步骤S1所述人工配制营养液由在1L水中添加0.07692-0.15384g氯化铵、0.00682-0.01364g磷酸二氢钾、0.14275-0.28550g葡萄糖配制得到。
4.一种SBR生物反应器成功启动的判断方法，其特征在于，具体步骤为：观察并计算1mL的反应器污泥水中微型动物的总数及每种微型动物数量，当微型动物的总数在2500-3000之间，纤毛虫的数量占总数的60％-75％，轮虫的数量占总数的2％-5％，鞭毛虫的数量占总数的20％-30％时，说明SBR生物反应器成功启动。
5.根据权利要求4所述一种SBR生物反应器成功启动的判断方法，其特征在于，所述观察计算1mL的反应器污泥水中微型动物的总数及每种微型动物数量的具体步骤如下：
S1、取样：自SBR生物反应器启动第1天开始，每天取反应器的污泥水2-3次，每次取50-100mL，加蒸馏水稀释n倍至每小格内的微型动物可数为度，其中n≥1；
S2、制板：制板标定滴定管每一滴水的体积为0.05mL，取洁净的计数板一块，在计数区上盖上盖玻片，从计数板中间平台两侧的沟槽内沿盖玻片的下边缘滴入一小滴，让混合液利用液体的表面张力充满计数区；
S3、计数：在显微镜下观察并记录微型动物的种类、每种微型动物的数量及活性；
S4、计算：重复步骤S2-S3的步骤2次及以上，计算微型动物的总数及各种微型动物数量的平均值，平均值乘以20n即得到1mL反应器的污泥水中微型动物的总数及每种微型动物数量。
6.根据权利要求5所述一种SBR生物反应器成功启动的判断方法，其特征在于，步骤S3中所述计数的步骤为：先在低倍镜下找到计数区后，再转换16*10的中倍镜观察并计数。
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