一种活性污泥菌胶团靶向培养方法及装置

技术领域

本发明涉及一种应用于水处理技术领域的微生物培养技术，具体涉及一种活性污泥菌胶团靶向培养方法及装置。

背景技术

对于以有机污染为主的废水，生物处理技术是最常用和最经济的处理手段。活性污泥法及其衍生改良工艺是被广泛采用的微生物污水处理技术，该方法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥菌胶团，利用活性污泥菌胶团的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物，然后使污泥与水分离，大部分污泥重新回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。在这种方法中影响活性污泥中微生物生长繁殖的因素很多，如有机负荷、水温、PH值、溶解氧、营养比例、有毒物质等，这些因素都会影响到活性污泥法及其衍生改良工艺在实际水处理应用中的稳定性、经济性和有效性。

采用活性污泥法及其衍生改良工艺的污水生化处理系统中，微生物生长繁殖通常分为四个时期，即迟缓期(适应期)、对数生长期、稳定生长期和衰亡期，其中，对数生长期微生物其世代时间最短，菌体各部分成分均匀，酶系活跃，代谢旺盛，微生物细胞抵抗不良环境能力最强，是作为菌种的最佳时期。但是在对数生长期，微生物数量还未达到峰值，没有释放出污水生化处理系统的实际处理能力(或设计处理能力)，对污水的生化处理能力没有达到最大，因此现有技术中往往将污水生化处理系统的微生物控制在稳定生成期，以使污水生化处理系统运行于最大处理能力，保证处理得到的出水水质。

例如，中国专利ZL201310589023.6公开了一种酿酒废水处理污泥制备水处理生物活性促进剂的方法，以处理酿酒废水产生的污泥为原料，经过脱水、干化、改性、造粒、筛分的步骤，将酿酒废水污泥制成为一种水处理生物活性促进剂。该方法对酿酒废水处理污泥进行处置和资源化利用，为酿酒污泥的处理开辟了一条新的途径，同时制备的新型水处理生物活性促进剂提高了污水处理效率，减少了营养物投加量，变废为宝，实现了节能减排。但是，这种现有的污水处理系统为了保证出水水质，需要将水中有机物进行充分代谢，因此这种现有的污水处理系统常控制微生物处于稳定生成期和衰亡期，微生物细胞难以抵抗不良环境的影响。

并且现有的污水处理系统在实际运行过程中，往往会由于水质突然变化和运行条件控制不当使得污水处理系统产生异常甚至发生崩溃，为了恢复污水处理系统正常运行，有时不得不采取停止进水、降低负荷或者投加菌种重新培菌等措施，这样不仅耗时长、影响正常的生产运行，甚至可能造成超标排污或者发生环境污染事故。因此，找到一种活性污泥菌胶团的定向培养技术，在短时间内快速恢复污水处理系统中生化系统的正常运行是现有技术急需解决的技术问题，具有很强的现实意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种活性污泥菌胶团靶向培养装置，包括培养箱、进水系统、曝气系统、营养物投加系统、出水系统；其中：所述曝气系统包括生化池和二沉池；进水系统设置在生化池的进水端，生化池的出水输入到二沉池，出水系统设置在二沉池的出水端，二沉池中沉淀的污泥通过污泥回流管线分别回流到培养箱和生化池；所述培养箱通过二沉池回流的污泥来培养和驯化活性污泥菌胶团，并控制活性污泥菌胶团处于对数增殖期；所述培养箱上设置有营养物质投放口，所述营养物投加系统通过该营养物质投放口向培养箱投放生物促进剂、营养物质、微量元素中的一项或多项；所述培养箱内培养和驯化的活性污泥菌胶团直接进入生化池的进水端；所述生化池利用由所述培养箱输入的活性污泥菌胶团来对所述进水系统输入的污水进行曝气处理。

在上述技术方案中，还包括在线监控系统，所述在线监控系统包括：分别设置在输入生化池和培养箱的污泥回流管线上的流量计；设置在培养箱上的温度计、PH检测仪和溶氧检测仪。

在上述技术方案中，所述在线监控系统还包括：对污泥浓度进行监控的在线MLSS仪器；对培养箱出水进行监测的COD检测仪、氨氮检测仪、TP检测仪。

在上述技术方案中，还包括加热系统以控制所述生化池和/或培养箱的温度。

在上述技术方案中，所述培养箱内的环境控制为PH值为7-8、溶氧量为2-3mg/L、水温为25-35摄氏度。

在上述技术方案中，所述培养箱内增殖的活性污泥菌胶团在阀门控制下持续直接进入所述生化池的进水端，以持续改善所述生化池中生化系统的活性污泥结构；所述阀门由多个并列的电控阀门构成，从而既能实现投放量的精细控制，又能实现大量快速投放。

本发明还提供了一种活性污泥菌胶团靶向培养方法，其特征在于：将所述二沉池回流的污泥作为所述培养箱的进水，保持进水COD为500-600mg/l，所述培养箱的水力停留时间3-5小时，控制所述培养箱的出水COD为200-300mg/l，所述培养箱的出水直接排入所述生化池的进水端。

在上述技术方案中，当进水系统输入的进水COD为500-600mg/l时，输入所述培养箱的进水为20％-30％的原水加70％-80％的二沉池污泥；当进水系统输入的进水COD为800-1000mg/l时，输入所述培养箱的进水为10％-15％的原水加85-90％的二沉池污泥；当进水系统输入的进水COD小于300mg/l时，不加原水进100％二沉池污泥。

在上述技术方案中，通过添加生物促进剂来将进水COD浓度维持在500-600mg/l，所述生物促进剂，用酿酒污泥所制备。

在上述技术方案中，当所述生化池中的生态系统发生异常或崩溃时，将所述培养箱中的活性污泥菌胶团根据需要部分或全部地投入到所述生化池中。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、通过人工创造活性污泥菌胶团生长繁殖的最佳条件，将污水生化处理系统的微生物控制在稳定生成期，实现微生物的定向培养和快速增殖；在培养箱内提供良好的微生物生长繁殖条件，通过曝气系统和在线溶氧仪将溶解氧控制在2-3mg/L；通过加药系统和在线PH仪，将PH调节7-8；通过加热系统和在线温度计将水温控制在25-35摄氏度，并保证系统温差波动在1摄氏度/小时以内。

2、由于装置内活性污泥菌胶团由实际处理的对象(污水)进行了培养和驯化，微生物产生了定向变异，对污水有良好的适应性，能够迅速地补充发生异常或崩溃的活性污泥处理系统的微生物，在短时间内快速恢复系统正常运行；以原系统的二沉池回流污泥为接种培养对象，该污泥是经过系统驯化培养成熟的污泥，对系统废水具有良好的适应性，培养得到的靶向微生物不仅活性好，而且对系统废水适应性强。

3、装置中添加了酿酒废水处理污泥所制备的水处理生物活性促进剂，有效解决了各类废水可生化性差、营养元素不均衡的问题，减少了淀粉、尿素、磷肥等营养物质的投加，降低了运行成本，提高了污水处理效率。通过对进出水COD、氨氮、TP监测，通过投加酿酒废水处理污泥所制备的水处理生物活性促进剂，保证营养物质的平衡，F/M大于2.2，此时微生物将呈对数增长状态，具有最高的活性水平。

4、可以减少停产造成的经济损失，降低超标排放和环境污染事故风险。培养箱为独立运行系统，可以快速阻止不利因素对培养箱的冲击，保证培养系统的稳定运行。

附图说明

图1是本发明的活性污泥菌胶团靶向培养装置的运行流程图。

图2是本发明的活性污泥菌胶团靶向培养箱的平面图。

其中附图标记：10–培养箱，11–PH检测仪，12–溶氧检测仪，14–阀门，15–流量计，20–二沉池，30–生化池。

具体实施方式

下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的目的在于提供一种活性污泥菌胶团靶向培养方法及装置，该活性污泥菌胶团靶向培养装置能够设置于现有的水处理系统的生化池上，与现有的水处理系统同步连续运行。现有的水处理系统的典型处理流程为，污水进入水厂，经过格栅池至集水间，由水泵提升到平流沉砂池，经初沉池沉淀后，大约可去除SS 45％，BOD 25％；然后污水进入生化池中采用传统活性污泥法曝气，然后进入二沉池，活性污泥沉淀后，回流至污泥泵房。二沉池出水经加氯处理后，可排出到自然水体。

本发明的活性污泥菌胶团靶向培养装置的运行流程图如图1所示，图1中用W标识的管线来指示废水处理管线，用N标识的管线来指示污泥回流管线，现有污水处理系统中进水管线将污水输入生化池30，经生化池30曝气后输出到二沉池20，经沉淀后经出水管线输出处理完成的水，二沉池20沉淀出的污泥经污泥回流管线重新回到生化池30。在该正常运行的现有污水处理系统的生化池30上以旁路方式设置一培养箱10，通过旁路管线从二沉池20向生化池30和培养箱10分别回流污泥。输入生化池30和培养箱10的污泥回流管线上分别设置有流量计15，通过流量计监控回流到生化池30和培养箱10的污泥量，优选地，回流污泥与部分原水混合后分别重新进入生化池30和培养箱10。培养箱10上设置有营养物质投放口，还设置有温度计(图中未示出)、PH检测仪11和溶氧检测仪12来监测培养箱10内的温度、PH值和氧含量，通过向培养箱10提供充足的营养物质和控制良好的反应条件，使活性污泥得到快速繁殖。增殖后的活性污泥在阀门14的控制下持续直接进入生化池30的进水端，持续改善生化池30中生化系统的活性污泥结构。此时培养箱10内还储备了一定量的活性污泥，这些活性污泥由实际处理的污水进行定向培养和驯化，当生化池30中的生化系统受到冲击时可以将培养箱10内储备的活性污泥快速大量地投放到生化池30中，从而快速的为生化池30中的生化系统补充大量活性良好的活性污泥。优选地，阀门14可由多个并列的电控阀门所构成，从而既可以实现活性污泥投放量的精细控制，也可以实现活性污泥的大量快速投放。优选地，还设置有加热系统以控制生化池30和培养箱10的温度。

培养箱10内水流通道如图2所示，通过在培养箱10内设置多个竖板来使培养箱10内水流通道呈现S形，或多个连续的S形，从而增加或控制培养箱10的水力停留时间。

为给回流到装置内的活性污泥提供良好的生长繁殖条件，将培养箱10内的反应条件控制为PH值为7-8、溶氧量DO为2-3mg/L、水温为25-35摄氏度，并通过设置在营养物质投放口上的加药系统为培养箱10提供充足的营养物质和微生物生长需要的微量元素。

正常运行时，从二沉池20回流污泥作为培养箱10的进水，然后投加生物活性促进剂等，保持进水COD为500-600mg/l，培养箱10的水力停留时间3-5小时，控制培养箱10的出水COD为200-300mg/l，出水(连泥带水，由于污泥增殖，出水污泥时大于进水)直接排入生化池30的进水端。当系统进水COD为500-600mg/l时，为了减少碳源的投加，可以进20％-30％(体积百分比，下同)原水加70％-80％二沉污泥，加生物促进剂将进水COD浓度维持在500-600mg/l。当系统进水COD为800-1000mg/l时，为了减少碳源的投加，可以进10％-15％原水加85-90％二沉污泥，加生物促进剂将进水浓度维持在500-600mg/l；当系统进水COD小于300mg/l时，不加原水进100％二沉污泥，加生物促进剂将进水COD浓度维持在500-600mg/l。

为了使培养箱10能够培养足够量的微生物，一方面起到改善原系统污泥活性作用，另一方面能起到对抗系统冲击的作用，进入培养箱10的污泥量为系统总回流污泥量的5％-10％，培养箱10内污泥浓度为生化池20曝气系统的2-3倍左右,进行富集培养，培养箱10的水力停留时间约为原系统的1/3-1/4。

正常情况下，培养箱10的进出水流量相等，保持系统平衡，培养箱10不设置二沉池，培养箱10所培养的微生物(含增殖部分)进入现有生化系统的前端按现有系统走完整个流程；而现有生化系统一旦发生异常情况，培养箱10中的存量微生物将根据实际需要可以全部一次性或者多次分步投加到受破坏的系统中，使系统快速恢复。

另外，为了保证培养装置处于稳定的环境，设置在线MLSS仪器(图中未示出)进行污泥浓度监控；并加强对培养箱10的出水COD、氨氮、TP监测，保证营养物质的充足，维持活性污泥所需要的对数增长环境。通过调整活性污泥菌胶团靶向培养装置的有机负荷、水温、PH值、溶解氧、营养比例等运行参数，并投加用酿酒污泥所制备的水处理生物促进剂，控制培养箱10内活性污泥菌胶团处于对数增殖期，实现活性污泥菌胶团定向培养和快速增长。对由此构成的实际运行的水处理系统而言，由于培养箱10内的活性污泥菌胶团由实际处理对象(污水)进行了培养和驯化，使得活性污泥菌胶团中的微生物产生了定向变异，对实际处理对象(污水)有良好的适应性，一旦实际运行的水处理系统发生异常或崩溃，培养箱10中定向培养的高活性的微生物可根据需要部分或全部地投入实际运行的水处理系统，起补充或强化微生物数量和活性的作用，快速地恢复实际运行的水处理系统的正常运行。

需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所公知的形式。另外，虽然本文提供了包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的具体材料和厚度等参数只是用来说明而并非用来限制本发明。

本发明不限于上述具体实施例。可以理解的是，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。