一种高负荷高效硝化细菌的培养方法

技术领域

本发明属于生物水处理应用领域，具体涉及一种高负荷高效硝化细菌的培养方法。

背景技术

随着社会经济与科技的发展，农药、化肥、工业原料等在生产活动中大量使用，水生态环境逐步恶化，其中氮素污染是主要的污染之一，因此对水体中氮素的去除越来越引起人们的重视。

微生物硝化是微生物将氨氮转化为硝态氮的过程，主要通过硝化细菌完成。硝化细菌是一类具有硝化作用的化能自养细菌，包括亚硝化菌和硝化菌两个生理菌群。但是，由于硝化细菌生长缓慢，难以富集，稳定性差，所以在一般的污水处理系统中，硝化细菌的含量较低。因为硝化细菌的含量与硝化速度成正比关系，较低的硝化细菌含量不利于硝化反应的进行，进而影响生物脱氮的效果，因此开发硝化细菌的富集培养技术，提高硝化细菌的产率，在污水处理和环境保护等方面十分必要。

膜生物反应器(MBR)是一种将膜分离单元引入传统污水生物处理工艺的新型处理技术，一般作为水处理工艺中纳滤和反渗透的前端处理，很少有人用它作为菌群的培养。但是，MBR膜的高效截留作用，可以使微生物完全截留在生物反应器内，因而使用MBR反应器，泥龄可以非常长，这对培养世代时间较长的菌有较好的效果。

CN101240253A公开了一种逐步提高进水浓度富集硝化细菌的方法，但该方法的氨氮容积负荷低，不利于实际应用。因此，开发一种高氨氮容积负荷，含有高硝化细菌丰度的方法具有重要意义。

发明内容

针对硝化细菌生长缓慢，难以富集，稳定性差的问题，结合上述背景技术，本发明提供了一种新思路，主要内容为：一种高负荷高效硝化细菌的培养方法。

本发明技术方案如下：

本发明硝化细菌的培养在膜生物反应器中进行，将膜生物反应器与硝化细菌的培养结合起来，利用膜生物反应器的截留作用，对硝化细菌进行富集。并通过逐步提高氨氮浓度和缩短水力停留时间的方式对污泥进一步筛选和富集，以快速培养出对高氨氮容积负荷耐受性强、去除率高的硝化细菌。并通过周期性排泥的方法，保证硝化细菌的高效性。

所述反应器采用下端进水，底部曝气的方式，其运行用PLC（Programmable LogicController，可编程逻辑控制器）精准控制，具体运行方式为：7-9 min抽水，1-3 min松弛，每1 h反洗一次，根据膜的污堵情况进行化学在线清洗。

所述硝化细菌的培养方法中采用的接种污泥为污水处理厂絮状污泥，污泥浓度为2500-12000 mg/L。

所述硝化细菌的培养方法可采用模拟废水或实际工业废水。其水质特征为：氨氮浓度50-1000 mg/L，COD 100-500 mg/L和微量磷。

所述培养硝化细菌的方法中的控制条件为：pH值6.5-8.5，水力停留时间2-7 h，溶解氧0.5-8 mg/L，水温20-35

所述逐级提高氨氮浓度的方法，其提高氨氮浓度的频率为3-5 天/次，其提幅为50-300 mg/L。

所述缩短水力停留时间的方法是，当培养时间为10-25天时，开始逐级缩短水力停留时间，缩短水力停留时间的频次为3-5 天/次，每次缩短时间为0.5-2 h。

所述培养硝化细菌的方法，在培养时间为10-20天时，开始周期性排泥。使反应器内污泥浓度控制在5000-12000 mg/L。

本发明的进一步改进是：将膜生物反应器与硝化细菌的培养结合起来，对硝化细菌进行富集。通过逐步提高氨氮浓度，使硝化细菌大量增殖，迅速培养出大量高效硝化细菌。进一步的，通过逐步缩短水力停留时间提高硝化细菌的耐负荷性能和耐冲击性。培养过程中前期不进行排泥，保证了污泥中硝化细菌的丰度，与传统硝化细菌的培养方式相比，大大提高了氨氮的容积负荷和污泥负荷。另外，该方法可以在较宽的溶氧范围下实现，较低的溶氧降低了曝气带来的能耗。

本发明的特点是：利用膜生物反应器的截留作用，对硝化细菌进行富集，大大提高了硝化细菌的含量。根据硝化细菌繁殖慢的特点，在发明方法中，培养过程前期不进行排泥，使硝化细菌数量不断增加。然后，通过逐级提高氨氮浓度，对硝化细菌进行筛选，增加了硝化细菌的丰度，提高了硝化细菌对高氨氮负荷的耐受性。通过逐步缩短水力停留时间使氨氮容积负荷更高，该方法达到的容积负荷是传统培养方法负荷的5-7倍，污泥负荷是传统培养方法负荷的3-5倍。另外，该发明可采用实际工业废水，实用性强。方法中较宽的溶解氧范围，增加了该方法的可操作性，具有较高的应用价值。该发明方法中的反应器运行采用PLC控制，自控性强，控制精度高，既避免了人为因素的影响，又节省了人力，降低了总体成本。

附图说明

图1为一种高负荷高效硝化细菌的培养方法中培养装置示意图

附图标记

1-中空纤维膜；2-抽吸泵；3-反洗泵；4-加药泵；5-进水泵；6-曝气泵；7-进水池；8-清水池；9-药剂储瓶

具体实施方式

以下结合附图并通过实例对本发明作进一步说明：

图1为一种高负荷高效硝化细菌的培养方法中培养装置示意图。

建立培养装置如图1所示，该装置运行描述如下：

通过PLC控制装置的运行：抽吸泵2采用7-9 min抽水，1-3 min松弛，每1h反洗一次的方式抽水；当反应器液位处于低液位时进水泵5闭合进水，抽吸泵2停止抽水，当反应器液位处于高液位时进水泵5断开，同时打开抽吸泵2；膜每小时清洗1次，清洗方式为：抽吸泵2和进水泵5断开，反洗泵3闭合，从清水池8中抽水冲洗，如此循环上述步骤。当膜污堵严重时采用化学药剂对膜进行冲洗，其方式为：抽吸泵2、反洗泵3和进水泵5都断开，打开加药泵4进行药剂冲洗。

首先，将接种泥置于反应器中，使污泥浓度为2500-12000 mg/L。然后，采用上述PLC系统控制反应器的运行。其中，进水为模拟工业废水或实际工业废水，其水质特征为：氨氮浓度50-1000 mg/L，COD 100-500 mg/L和微量的磷。培养的控制条件为：pH值6.5-8.5，水力停留时间2-7 h，溶解氧0.5-8 mg/L，水温20-35

实施例1

采用本发明培养方法对某市政水处理厂污泥进行培养。建立内径200 mm，高1500mm的圆柱形有机玻璃反应器。反应器有效体积37 L，接种污泥浓度2500 mg/L。进水采用模拟工业废水，进水水质为：初始氨氮浓度50 mg/L；最终氨氮浓度300 mg/L，COD值 100 mg/L，pH值6.5，水力停留时间7 h，溶解氧8mg/L，水温20

表1 实施例1的监测数据

实施例2

采用本发明培养方法对某市政水处理厂污泥进行培养。建立内径200 mm，高1500mm的圆柱形有机玻璃反应器。反应器有效体积37 L，接种污泥浓度12000 mg/L。进水采用模拟工业废水，进水水质为：进水初始氨氮浓度100 mg/L；最终氨氮浓度1000 mg/L，COD值500mg/L，pH值8.5，水力停留时间2 h，溶解氧0.5mg/L，水温35

表2 实施例2的监测数据

实施例3

采用本发明培养方法对某市政水处理厂污泥进行培养。建立内径200 mm，高1500mm的圆柱形有机玻璃反应器。反应器有效体积37 L，接种污泥浓度3500 mg/L，进水采用某化肥厂废水。其水质特点为氨氮浓度600 mg/L，COD值 300 mg/L，pH值8.0，水力停留时间5h，溶解氧3mg/L，水温25

表3 实施例3的监测数据

从上述实施例中可以看出，本发明方法在20天内即可获得较高的氨氮容积负荷，在48天内即可获得传统培养方法5-7倍高的容积负荷，说明使用该方法可在较短时间内获得高效硝化菌。处理的模拟工业废水的氨氮浓度最高达到1000mg/L，说明该硝化细菌对高浓度氨氮具有较强的耐受性能，后期缩短水力停留时间时，氨氮容积负荷升高更快，说明该方法培养的高效硝化细菌具有较好的耐冲击性。

如上所述，尽管实施例表述了本发明，但其不得解释为对本发明的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式和细节上做出各种变化。