CN114956338B - 污水处理bebr系统生物脱氮除磷组合物及应用 - Google Patents

Abstract

本申请公开了污水处理BEBR系统生物脱氮除磷组合物及应用。生BEBR系统是以生物酶+菌剂+反应器代表一种新型的污水处理系统，本申请提供了BEBR系统中一种针对生物脱氮除磷的组合物，包括含有反硝化菌、硝化菌与聚磷菌的复配菌剂、生物酶及生物活化剂，所述组合物结合本申请改进的高效微生物扩繁反应器共同用于污水脱氮除磷，重点培养了反硝化菌菌、硝化菌与聚磷菌，实现三菌共生，三相共存。通过本申请提供的污水处理工艺，提高了污泥活性，培养出强活性、高生物密度泥相微生物菌群，形成抗冲击生物膜相菌群，投放高效脱氮除磷菌剂直接增加液相微生物，缓解了生物脱氮除磷难题。

Description

污水处理BEBR系统生物脱氮除磷组合物及应用

技术领域

本申请涉及污水处理技术领域，尤其涉及污水处理BEBR系统生物脱氮除磷组合物及应用。

背景技术

污水处理(sewage treatment,wastewater treatment)是为了使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。

工业废水和生活污水中的氮、磷大量进入水体后，导致水体富营养化问题日益严重，具体表现在水生生物特别是藻类将大量繁殖，大量死亡的水生生物被微生物分解，分解过程中消耗大量的溶解氧，水中的溶解氧浓度急剧下降，从而影响了鱼类等水生生物的生存。因此，对污水进行脱氮除磷处理是防止水体富营养化的重要途径。

传统的脱氮除磷方法中，多采用化学法。如化学法除磷法，是利用磷酸盐与铁盐、石灰、铝盐等反应生成磷酸铁、磷酸钙、磷酸铝等沉淀，将磷从废水中排除。化学法的特点是磷的去除效率较高，处理结果稳定，污泥在处理和处置过程中不会重新释放磷造成二次污染，但污泥的产量比较大。如化学法脱氮法包括氨吸收法和加氯法，其中氨吸收法为先把废水的pH值调整到10以上，然后在解吸塔内解吸氨；加氯法为在含氨氮的废水中加氯。通过适当控制加氯量，可以完全除去水中的氨氮，其操作要求高，成本高，而且容易产生有害气体等二次污染。

近年来，也出现了生物脱氮除磷的工艺和方法，但大多数都存在工艺复杂、投入成本大、微生物存活率较低、处理效果不佳等问题，很难保证脱氮和除磷效果同时保持在高水平，因此，亟需开发新的脱氮除磷方法，以解决上述各方法的缺点。

发明内容

现有用于污水脱氮除磷的方法中，大多存在工艺复杂、投入成本大、处理效果不佳以及产生二次污染等问题。

为解决或缓解上述部分技术问题，本申请提供了一种新的技术方案，即利用生物脱氮除磷的组合物，重点培养反硝化菌菌、硝化菌与聚磷菌，提高污水厂脱氮除磷能力，并辅以改进的高效微生物孵化扩繁反应器补偿水中溶解氧，实现三菌共生，膜相、液相及泥相三相共存，其中，膜相为富集固氮菌/光合菌的聚氨酯载体在孵化室形成固定生物膜；液相为高效脱氮除磷菌剂；泥相则为通过高效脱氮除磷菌剂激活泵入生化池内，其富集微生物的微孔材料与附着土著微生物的菌胶团在相互作用下，迅速形成富含微生物菌群的结合体。本申请所提供技术方案旨在改善污泥性状，提高污泥活性，培养出强活性、高生物密度泥相微生物菌群，形成抗冲击生物膜相菌群，投放高效脱氮除磷菌剂直接增加液相微生物，缓解了生物脱氮除磷难题。

第一方面，本申请实施例公开了一种生物脱氮除磷的组合物，其包括：

复配菌剂；所述复配菌剂包括硝化菌、反硝化菌、聚磷菌；

生物酶；所述生物酶是利用靶向菌群，经过发酵、提纯、生物干化步骤制成的具有生物活性的复合酶制剂；

生物活化剂：所述生物活化剂包括多糖类物质、碳源和/或氮源、活菌多维素的至少一种以及微孔材料；所述活菌多维素为微生物生长需要的生长因子。

优选地，所述多糖类物质为淀粉，碳源为乙酸纳，氮源为蛋白胨。

优选地，所述组合物中的复配菌剂、生物酶、生物活化剂均为固体粉末。

进一步地，所述组合物中复配菌剂、生物酶、生物活化剂各成分 按质量配比为：复配菌剂为5~15%，生物酶为30~40%，多糖类物质为3~10%，碳和/或氮源3~10%，微孔材料为40~50%。

优选地，组合物中复配菌剂、生物酶、生物活化剂各成分 按质量配比为：复配菌剂为10%，生物酶为35%，多糖类物质为5%，碳和/或氮源5%，微孔材料为45%。

进一步地，所述复配菌剂中各菌种的质量比是硝化菌：反硝化菌：聚磷菌为（1~5）：（1~5）：1，优选地为2：2：1。

优选地，生物活化剂中的碳源与氮源质量比计算范围为3~5，常取4。

第二方面，本申请提供了一种脱氮除磷组合物使用方法，其包括：

配制第一方面所述组合物；

将所述组合物与污水混合并搅拌；

提供曝气；以及

将前述步骤形成的混合物加入污水处理生化池中进行污水处理。

进一步地，所述组合物与污水混合并搅拌的时间不低于0.5h。

进一步地，提供曝气的时间不低于2h。

第三方面，本申请提供了第一方面所述组合物或第二方面所述方法在污水脱氮除磷的应用。

进一步地，所述应用包括采用微生物孵化扩繁反应器进行辅助。

与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：

本申请中涉及污水处理BEBR系统生物脱氮除磷组合物及应用。BEBR系统是以生物酶+菌剂+反应器代表一种新型的污水处理系统。本申请提供了一种生物脱氮除磷的组合物，包括含有反硝化菌菌、硝化菌与聚磷菌的复配菌剂、生物酶及生物活化剂，所述组合物结合本申请改进的高效微生物扩繁反应器用于污水处理，提高了污水厂脱氮除磷能力，重点培养了反硝化菌菌、硝化菌与聚磷菌，实现三菌共生，三相共存。通过本申请提供的污水处理工艺，提高了污泥活性，培养出强活性、高生物密度泥相微生物菌群，形成抗冲击生物膜相菌群，投放高效脱氮除磷菌剂直接增加液相微生物，缓解了生物脱氮除磷难题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的脱氮除磷装置的剖面图；

其中，1—消声器，2—进气管，3—支架，4—设备区，5—开合扣，6—孵化室，7—离心曝气机进水口，8—离心曝气机出溶气水口，9—法兰，10—固定螺丝，11—生育光线灯，12—石墨烯电热膜，13—离心曝气机。

图2为本申请实施例提供的山东某县污水处理厂处理过程中污水COD及总氮随时间变化图。

图3为本申请实施例提供的山东某县污水处理厂处理后由三方公司所取的水样。

图4为本申请实施例提供的山东某县污水处理厂处理后由三方公司所取的水样检测报告。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

高效脱氮除磷菌剂

本申请中，高效脱氮除磷菌剂即一种复配菌剂、生物酶、生物活化剂构成，旨在加强污水厂的脱氮除磷功能。

在本申请实施例中，所述复配菌剂是根据水质和需求筛选菌种，通过专门的设备，接种、驯化、富集培养成适应水质，抗冲击强、活性高的靶向菌群。在某些实施例中，所述复配菌剂是硝化菌、反硝化菌、聚磷菌其中一种或多种。

在某些实施例中，采用生物干化技术，将复配菌剂制成粉末状，便于保存和运输。

在本申请实施例中，所述生物酶是利用所述靶向菌群，经过发酵、提纯，制成具有生物活性的复合酶制剂。所述生物酶具备生物催化特性，降低微生物反应活化能，加速氮磷降解同化速率。在某些实施例中，所述生物酶制剂经过生物干化制备成固体粉末，方便使用。

在本申请实施例中，所述生物活化剂包括多糖类物质、碳源和/或氮源、活菌多维素的至少一种以及微孔材料；所述活菌多维素为微生物生长需要的生长因子；所述生物活化剂为所述生物酶持续活化产生效力创造条件。所述多糖类物质作为初始黏着剂使微孔材料内部吸附、富集高效脱氮除磷菌。所述碳、氮源及活菌多维素组分可作为快速激活复配菌剂，为复配菌剂的复壮提供必需的营养元素，保障其存活率不低于95%。污水脱氮过程中，不仅需要异养反硝化菌，还需要碳源，而污水厂往往碳源不足，导致反硝化的去除率低，导致出水TN超标，一般需控制C/N在3~5之间。所述微孔材料可为微生物提供繁殖场所，在投入污水处理生化池后可与池中原有活性污泥菌胶团结合，形成新的流动生物膜。

在某些实施例中，所述生物活化剂为固体粉末状。

在某些实施例中，所述多糖类物质为混合淀粉。

在某些实施例中，所述生物活化剂中的碳源为乙酸钠，其优点在于：乙酸钠作为小分子有机酸，易被反硝化菌利用，使其立即响应反硝化过程。

在某些实施例中，所述微孔材料包括优质椰壳活性炭和/或煤矸石。

在本申请实施例中，所述组合物中复配菌剂、生物酶、生物活化剂各成分 按质量配比为：复配菌剂为5~15%，生物酶为30~40%，多糖类物质为3~10%，碳和/或氮源3~10%，微孔材料为40~50%。

在某些实施例中，组合物中复配菌剂、生物酶、生物活化剂各成分 按质量配比为：复配菌剂为10%，生物酶为35%，多糖类物质为5%，碳和/或氮源5%，微孔材料为45%；以25kg高效脱氮除磷菌剂（组合物）为例，其组分质量配比为：生物酶2.5kg、复配菌剂8.75kg，其中硝化菌：反硝化菌：聚磷菌为2：2：1、各类微孔材料11.25kg、淀粉1.25kg、速效碳氮源1.25kg。

脱氮除磷方法

本申请实施例，脱氮除磷的技术关键在于快速激活、最大效率保障微生物的存活率。在某些实施例中，使用固液通用搅拌混合装置，严格按规定顺序和时长限定对脱氮除磷用菌剂进行激活。

在某些实施例中，所述脱氮除磷的方法包括以下步骤：

（1）在搅拌混合装置的激活搅拌池中加入污水和菌剂混合物，充分搅匀0.5h；

（2）根据菌种需求，提供曝气，速效碳和氮源与活菌多维素快速激活微生物，复壮的微生物迅速挂膜在微孔材料上；激活时间为2~4h。

（3）将激活挂膜的微生物投入污水处理生化池，快速与污泥结合，并随污泥的运动，分布整个生化池以形成流动生物膜。

在本申请实施例中，生物脱氮是在微生物作用下，将有机氮和氨态氮转化为氮气的过程，其中包括硝化和反硝化两个反应过程；其中，硝化反应是在好氧条件下，废水中的氨态氮被硝化细菌（亚硝酸菌和硝酸菌）转化为亚硝酸盐和硝酸盐。反硝化反应是在无氧条件下，反硝化菌将硝酸盐氮（NO₃ ^-）和亚硝酸盐氮（NO₂ ^-）还原为氮气。因此，整个脱氮过程需经历好氧和缺氧两个阶段。

传统污泥是以丝状菌为链接架桥的菌胶团附着微生物，其硝化细菌在受到冲击易大量流失且恢复生长较慢。在本申请实施例中，高效脱氮除磷菌剂不仅含有生物酶，且形成细密的生物膜，可很好地将硝化菌吸附且加快硝化菌生长速率，具有良好的抗毒和抗冲击性能，能保证生化池稳定脱氮。

本申请实施例中，可根据脱氮需求，筛选适应水质的硝化菌、反硝化菌为系统补充大量脱氮微生物，为生物脱氮提供有生力量。在某些实施例中，所选硝化菌包括硝酸盐菌、亚硝酸盐菌，所选反硝化菌包括变形杆菌、假单胞菌、小球菌、芽孢杆菌、无色杆菌、及产碱杆菌。

在本申请实施例中，生物除磷是利用微生物在好氧条件下，对废水中溶解性磷酸盐的过量吸收，沉淀分离而除磷。整个处理过程分为厌氧放磷和好氧吸磷两个阶段；

第一阶段，含有过量磷的废水和含磷活性污泥进人厌氧状态后，活性污泥中的聚磷菌在厌氧状态下，将体内积聚的聚磷分解为无机磷释放回废水中，此阶段为“厌氧放磷”；

第二阶段，聚磷菌在分解聚磷时产生的能量除一部分供自己生存外，其余供聚磷菌吸收废水中的有机物，并在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为聚β-羟基丁酸酯（PHB）储存于体内。进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解，并释放出大量能量，一部分供自己增殖，另一部分供其吸收废水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，此阶段为“好氧吸磷”。

本申请实施例中除磷过程，活性污泥不断增殖。除了一部分含磷活性活泥回流到厌氧池外，其余的作为剩余污泥排出系统，达到除磷的目的。

在本申请实施例中，根据除磷需求添加聚磷菌，而聚磷菌可过量、超出生理需要地摄取磷，以聚合磷的形式存在细胞体内，形成高含磷污泥。在某些实施例中，所述聚磷菌包括单胞菌属、假单胞菌属及不动杆菌属的一种或多种。

在本申请实施例中，组合物的生物活化剂和菌胶团结合体形成微生物挂膜的流动生化床，生物活化剂和菌胶团结合体的强吸附、高富集能力，能以吸收游离态磷并以聚合磷的形式大量储存污水中的磷，进一步促进形成高含磷污泥，并随剩余污泥的排放而达到生物高效除磷效果。

用于与组合物组合使用的脱氮除磷装置

如图1所示，本申请实施例中，提供一种脱氮除磷装置，即一种微生物孵化扩繁反应器，配合前述组合物使用，可以起到更好的脱氮除磷效果，所述脱氮除磷装置为改进的微生物孵化扩繁反应器，具备BEBR系统微生物孵化扩繁反应器充氧、恒温、均匀混合聚氨酯载体、提供生育光线等微生物扩繁功能，在BEBR孵化扩繁器的基础功能上，针对脱氮除磷进行升级改造。

本申请实施例中，脱氮除磷微生物孵化微生物孵化扩繁反应器，可以根据需求增加两大调控：

（1）加强脱氮除磷功效，在孵化室6以固氮菌为主，并根据环境需求扩大器内膜相微生物作用。

（2）加大离心曝气机13的功率，不仅可以为孵化室6提供溶气水，而且可以为周围水体补偿易被吸收的溶解氧，促进硝化功能。

本申请实施例例中，在适应的温度条件下，以固氮菌为主的微生物在孵化室6中不断增殖，并为系统引入光合菌。微生物形成固氮菌/光合菌微生物富集的生态膜。聚氨酯载体在孵化室中不断滚动，相互碰撞、摩擦，生物膜脱落后，形成水、气、高密度微生物的混合物，在水流的作用下，混合物离开微生物孵化扩繁反应器，进入生化系统中，促进氮磷污染物的降解，而生物膜脱落的载体，在孵化室6的孵化作用下，迅速挂膜，形成良性循环，为脱氮持续增效。

本申请实施例中，由于脱氮需先经过好氧硝化生成硝酸盐和亚硝酸盐，通过硝化液回流，进入厌氧池经过反硝化转化为氮气，逸出生化系统。根据脱氮要求，需调控回流比大小，对达不到要求的需要进行新增改造。在某些实施例中，总氮控制在10mg/l内，硝化液回流控制在300%内。在某些实施例中，总氮控制在5mg/l，硝化液回流比控制在400%内。在某些实施例中，总氮要求控制在1.5mg/l，硝化液回流比需达到500%。

本申请实施例中，组合物形成的高密度生物膜，通过二沉池的污泥回流，绝大部分重新回到生化池内，保障污水厂长久稳定继续发挥高效除磷、除氮作用，而组合物只需定期少量补充。

本申请实施例中，以组合物联合微生物孵化扩繁反应器用于脱氮除磷的过程中，产生三相共生并形成集成作用，因此脱氮除磷效果更佳。所述三相包括：

（1）膜相：富集固氮菌/光合菌的聚氨酯载体在孵化室形成固定生物膜，不断与污水中微生物发生相互作用，良性循环，持续发挥孵化扩繁功能，提供高活性、高生物密度的生物膜。

（2）液相：即用于生物脱氮除磷的组合物，直接在混合搅拌装置激活后以液体投入生化池中，为生化系统带入大量经过驯化的高活性微生物，为系统脱氮除磷提供新生力量，生物酶催化特性大大加速脱氮除磷速率。

（3）泥相：组合物激活投入生化池内，其富集微生物的微孔材料与附着土著微生物的菌胶团在相互作用下，迅速形成结合体，其生物密度大大增加，污泥性状得到改善，沉降速度加快，附着微生物能力加强，污泥活性提高，形成高活性，高生物密度污泥。

本申请实施例中，投加的组合物，作为高效的脱氮除磷菌剂，呈液态混合物进入生化池内，与土著微生物并不产生排斥反应，反而能快速与土著微生物相结合，共同附着在微孔材料和菌胶团的结合体上，迅速充斥整个生物系统，与土著微生物形成流动床生物膜。而微生物孵化扩繁反应器的孵化室6与外界通过孔径相通，不断有固定床的生物膜逸出孵化室6，也有微生物重新附着聚氨酯载体上，形成良性循环，长久保障污泥高活性、高生物浓度的特点。

组合物和脱氮除磷装置在污水脱氮除磷的应用

山东某县污水处理厂进水主要是阿胶尾水，工艺采用RBC生物转盘二级生化处理工艺，一期处理规模 3000m³/d，于2018年建成，并投入使用。因未完成配套湿地建设，达不到地方政府入黄河水体要求，急需达标地表Ⅳ类水质要求，实现污水处理厂合法运行。

出于投资低、不停产、不停水、不动土建的优势，最终选定生物酶菌剂反应器系统技术，进行改造。

根据水质分析，进水中阿胶废水约占70~80%，生活污水只20~30%。平均进水COD为70mg/l，平均总氮浓度为45mg/l，夜间偷排情况严重，最高总氮浓度可达89mg/l，C/N达到惊人的1：1。

针对C/N严重失衡问题，充分发挥BEBR生物脱氮技术的优势：依托本申请提供的组合物、脱氮除磷装置、硝化液回流比设计为500%，利用厌氧菌微生物充分开发污水本身碳源，补充乙酸钠碳源，在强效脱氮菌在生物酶的作用下，迅速降解总氮。具体实施步骤如下：

（1）厌氧池安装8台脱氮除磷装置。

（2）好氧池安装12台脱氮除磷装置，替代原有的供氧设备。

（3）前15~17天，投加组合物1T/天；

（4）后15天，投加组合物0.4T/天；

结果：图2所示为处理过程中的污水COD及总氮随时间变化图，图3~4所示的为处理过后，经三方公司所取的水样及检测报告，从图中可知，经过15天处理后，出水达到地表Ⅳ类水要求（TN≦1.5mg/l），水质长时间符合要求。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种脱氮除磷方法，其特征在于，其包括：

配制用于生物脱氮除磷的组合物，所述组合物包括复配菌剂、生物酶和生物活化剂，所述复配菌剂包括质量配比为2:2:1的硝化菌、反硝化菌和聚磷菌；所述生物酶是利用靶向菌群，经过发酵、提纯、生物干化步骤制成的具有生物活性的复合酶制剂；所述生物活化剂包括淀粉、碳源、氮源、活菌多维素及至少一种微孔材料；

将所述组合物与污水预混合并搅拌；

提供曝气；以及

将前述步骤形成的混合物加入污水处理生化池中进行污水处理；

所述脱氮除磷方法还包括在脱氮除磷装置中进行，所述脱氮除磷装置包括消声器、进气管、支架、设备区、开合扣、孵化室、离心曝气机进水口、离心曝气机出溶气水口、法兰、固定螺丝、生育光线灯、石墨烯电热膜和离心曝气机；

所述脱氮除磷方法包括应用所述脱氮除磷装置和所述组合物在所述组合物和所述污水中产生三相共生并形成集成作用的过程，其中所述三相包括膜相、液相和泥相；

所述膜相是将富集固氮菌和光合菌的聚氨酯载体在所述孵化室内形成的固定生物膜；

所述液相是将高效脱氮除磷菌剂，直接在混合搅拌装置激活后以液体投入生化池中形成的；

所述泥相的形成过程包括：将所述高效脱氮除磷菌剂激活投入生化池内，其富集微生物的微孔材料与附着土著微生物的菌胶团在相互作用下，迅速形成结合体。

2.根据权利要求1所述的脱氮除磷方法，其特征在于，所述组合物与污水混合并搅拌的时间为不低于0.5h；提供曝气的时间不低于2h。

3.根据权利要求1所述的脱氮除磷方法，其特征在于，所述组合物中复配菌剂为10%，生物酶为35%，多糖类物质为5%，碳和/或氮源5%，微孔材料为45%。

4.根据权利要求1所述的脱氮除磷方法，其特征在于，所述生物活化剂中的碳源与氮源质量比为3~5。

Images