一种用于硝化菌剂生产和保存的装置及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于硝化菌剂生产和保存的装置及方法。

背景技术

近年来，由于农用化肥的大量使用和工业废水、生活污水的过度排放，我国水体富营养化问题日益严重，不仅影响水体的使用功能，而且危害人类健康。氮素污染是导致水体富营养化的主要原因之一，为防止自然水体富营养化的发生需要在污水排入自然水体之前进行脱氮处理。常见的污水脱氮技术有物理、化学脱氮法和生物脱氮法，其中生物法由于具有高效、低耗的特点，因而被广泛应用。废水中存在着有机氮、NH

向污水生物处理系统中投加菌剂提高系统中硝化细菌的丰度是提高硝化速率最快速、最有效的手段之一。在实际污水处理系统中，由于受到有毒物质的冲击或极端环境(如低温)条件的影响，系统中的硝化细菌会大量减少，从而导致氨氮去除效率下降。在这种情况下，投加硝化菌剂可增加系统中硝化细菌的量，从而使系统的脱氮能力迅速恢复。因此，开发简单、低成本的硝化菌剂生产技术具有重要意义。

另一方面，由于硝化细菌生长较慢，并且硝化菌剂作为一种产品一般不能在生产之后立刻应用于工程项目，需要保存一段时间。硝化细菌的自我凝聚能力差，需要依附异养菌或载体进行生长，为了避免硝化细菌在富集过程中随出水流失，现有的硝化细菌富集技术往往是向反应器中添加有机碳源，促使异养菌和硝化细菌形成共絮体，但会降低硝化细菌的纯度，过高的有机物浓度也会不利于硝化细菌的生长和保存。此外，硝化菌剂由于对温度、pH耐受性低，经过喷雾干燥制成粉剂产品活性严重降低；冻干硝化菌剂的方法成本高、能耗大，不适于大规模生产；而最常见的液剂产品需要定时投加营养物以维持生存，又不易运输、保质期短，如果保存不当会导致硝化细菌活性降低甚至死亡，因而开发高效、低成本的硝化细菌保存技术也具有重要意义。

发明内容

1.要解决的问题

针对目前硝化菌剂难以保存的问题，本发明提供了一种用于硝化菌剂生产和保存的装置及方法。

2.技术方案

本发明将硝化菌剂的生产和保存集成起来，在硝化细菌培养反应器后连接一个反应器用于硝化细菌的收集和保存，一方面提高了硝化细菌连续生产的效率，另一方面可以在一定时间内有效保存硝化细菌，且充分利用了硝化细菌培养废液中残留的氨氮和其它营养物质。

发明原理：本发明用于硝化菌剂生产和保存的装置在第二反应器中设置了滤网容器，处理后的营养液从滤网缝隙中流出，而硝化细菌被截留以达到富集和保存的目的。

本发明用于硝化菌剂生产和保存的方法，连续投加营养液，在第一反应器中培养硝化细菌，在第二反应器的滤网容器中保存硝化细菌；实时调控两个反应器的溶解氧、pH反应条件，调节营养液在两个反应器的进量，使第一反应器高负荷运行，高效进行硝化反应，使硝化细菌快速增殖，第二反应器处于低负荷运行状态，延长污泥停留时间，使硝化细菌维持存活状态。

本发明的具体技术方案如下：

首先提供一种用于硝化菌剂生产和保存的装置，所述装置包括：

用于硝化菌剂生产的第一反应器；

用于硝化菌剂保存的第二反应器；

所述第一反应器与所述第二反应器通过管道连通；

所述第一反应器与所述第二反应器分别设置曝气设备和pH监测调控设备；

所述第二反应器中设置用于拦截第一反应器中生产得到的硝化菌剂的滤网容器。通过所述滤网容器实现硝化细菌被截留富集和保存的目的。

优选地，所述装置还包括用于为所述第一反应器与所述第二反应器内硝化菌剂提供营养物质的营养液储罐；所述营养液储罐通过进水泵将营养液泵入所述第一反应器与所述第二反应器的滤网容器中；所述第一反应器与所述第二反应器的连通管道设置污泥泵。

优选地，所述滤网容器的目数为300-400目，体积为所述第二反应器体积的50-75％。

本发明还提供一种采用上述装置用于硝化菌剂生产和保存的方法，包括以下步骤：

S1将接种物置于第一反应器，将营养液持续泵入第一反应器，并进行曝气和pH监测调控；

S2将第一反应器培养的硝化细菌泵入第二反应器的滤网容器中，向第二反应器加入营养液并进行曝气和pH监测调控；

S3上述步骤S1和S2持续运行，定期将第二反应器的滤网容器中累积的培养物(硝化细菌)取出。

优选地，所述营养液中含有氯化铵、磷酸二氢钾和微生物所需的微量元素。

优选地，所述营养液中氮和磷的浓度范围分别为1000-2000mg/L和20-100mg/L。

优选地，在运行过程中第一反应器的pH值维持在7-8之间，该pH区间有利于硝化细菌的快速生长；第二反应器的pH值维持在6.5-7.5之间，该pH值区间可以在一定程度上抑制硝化细菌生长；

优选地，在运行过程中第一反应器的溶解氧浓度维持在2-4mg/L之间，该区间有利于硝化细菌快速生长；第二反应器的溶解氧浓度维持在1-2mg/L之间，使反应器处于低负荷而运行状态，第二反应器中溶解氧浓度过低可能导致硝化细菌活性下降，而溶解氧浓度过高可能导致异养菌大量生长。

优选地，置于所述第一反应器的接种物是具有硝化活性的污泥或硝化菌剂。

优选地，当第一反应器中混合液中悬浮固体浓度高于3000mg/L时启动污泥泵，将第一反应器中混合液泵入第二反应器的滤网容器中，当第一反应器中混合液中悬浮固体浓度低于2000mg/L时关闭污泥泵。

优选地，置于所述滤网容器中的混合液中悬浮固体浓度(一般指硝化细菌浓度)应小于20000mg/L。

优选地，控制进入第二反应器的营养液，使第二反应器中的氨氮浓度在10-20mg/L。目的是维持第二反应器中有少量氨氮保证硝化细菌存活，另一方面避免因为氨氮浓度过高导致系统消耗氧气过快而进入厌氧状态。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种用于硝化菌剂生产和保存的装置及方法，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的硝化菌剂的连续生产和保存的装置，在第二反应器中设置滤网容器，将第一反应器培养的硝化细菌泵入第二反应器的滤网容器中保存，实现了在同一装置中硝化菌剂的连续生产和保存，该装置可以使硝化菌剂在较长时间内保持高活性。

(2)本发明硝化菌剂的连续生产和保存的方法，实时调控两个反应器的溶解氧、pH反应条件，调节营养液在两个反应器的进量，使两个反应器分别处于高负荷和低负荷状态运行，既保证了菌剂生产的效率，也保证了营养液的充分利用。

(3)本发明硝化菌剂的连续生产和保存的方法，控制第一反应器中混合液悬浮固体浓度不低于2000mg/L，且不高于3000mg/L；浓度过低会导致硝化菌剂生产效率低，浓度过高会导致营养物质和溶解氧消耗速率过快，不利于连续生产的稳定进行。

(4)本发明硝化菌剂的连续生产和保存的方法，控制滤网容器中的混合液悬浮固体浓度应小于20000mg/L，浓度过高会导致系统进入厌氧状态，不利于硝化细菌活性的维持。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图，其中：1、营养液储罐；2、进水泵；3、第一反应器；4、第二反应器；5、滤网容器；6、曝气设备；7、pH监测调控设备；8、污泥泵。

图2为实施例1中测定第二反应器硝化菌剂氨氧化速率数据。

图3为对比例1A中测定第二反应器硝化菌剂氨氧化速率数据。

图4为对比例1B中测定第二反应器硝化菌剂氨氧化速率数据。

图5为对比例1C中测定第二反应器硝化菌剂氨氧化速率数据。

图6为实施例2中测定第二反应器硝化菌剂氨氧化速率数据。

图7为实施例3中测定第二反应器硝化菌剂氨氧化速率数据。

图8为实施例4中测定第二反应器硝化菌剂氨氧化速率数据。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1：

装置结构如图1所示，由营养液储罐1、进水泵2、第一反应器3、第二反应器4、置于第二反应器内的滤网容器5、曝气设备6和pH监测调控设备7组成。其中：第一反应器3用于硝化菌剂生产；第二反应器4用于硝化菌剂保存；第一反应器3与第二反应器4通过管道连通；曝气设备6和pH监测调控设备7分别用于调控第一反应器3与第二反应器4内的溶解氧浓度和pH；第二反应器4中设置用于拦截第一反应器3中生产得到的硝化菌剂的滤网容器5。营养液储罐1通过进水泵2为第一反应器3与第二反应器4内硝化菌剂提供营养物质；第一反应器3与第二反应器4的连通管道设置污泥泵8。

第一反应器3有效容积为100L，第二反应器4有效容积为300L，第二反应器4内的滤网容器5的容积为210L，滤网目数为400目。

采用上述装置用于硝化菌剂生产和保存的方法，包括以下步骤：

S1将接种物置于第一反应器3，将营养液持续进入第一反应器3，并进行曝气和pH监测调控；

S2将第一反应器3培养的硝化细菌泵入第二反应器4的滤网容器5中，向第二反应器4加入营养液并进行曝气和pH监测调控；

S3上述S1和S2持续运行，定期将第二反应器4的滤网容器5中累积的培养物(硝化细菌)取出。

本实施例中具体条件为：将硝化污泥接种物(具有硝化活性的污泥)置于第一反应器3，污泥浓度为1000mg/L，启动进水泵2将营养液(营养液的主要成分为氯化铵、磷酸二氢钾和微生物所需的微量元素，其中氮和磷的浓度分别为1000mg/L和50mg/L)持续泵入第一反应器3，并启动曝气设备6和pH监测调控设备7，使第一反应器3内溶解氧浓度维持在3mg/L，pH值维持在7.5。第一反应器3的出水进入第二反应器4，并使第二反应器4内溶解氧浓度维持在1.5mg/L，pH值维持在7.0，同时向第二反应器4加入营养液，当第二反应器4中的氨氮浓度超过20mg/L时，关闭阀门停止向第二反应器4加入营养液。当第一反应器3中混合液悬浮固体浓度高于3000mg/L时启动污泥泵8，将第一反应3中混合液泵入第二反应器4的滤网容器5中，当第一反应器3中混合液悬浮固体浓度低于2000mg/L时关闭污泥泵8。

装置运行30天后，第一反应器3中污泥浓度约为2200mg/L，第二反应器4的滤网容器5中的污泥浓度约为5750mg/L，从滤网容器5中取出硝化菌剂的氨氧化速率为86.4mg NH

对比例1A

于实施例1装置开始正常运行后，从实施例1滤网容器5中取出10L硝化菌剂置于敞口容器中，并且将菌剂浓度调整至5000mg/L，室温(20-25℃)保存，每周测一次硝化菌剂的氨氧化速率，连续测4周，结果如图3所示，存放一周的硝化菌剂的氨氧化速率为14.4mg NH

对比例1B

将实施例1中第二反应器4内溶解氧浓度维持在0～0.5mg/L之间，其他运行参数不变，运行30天后，从滤网容器5中取出硝化菌剂的氨氧化速率为47.2mg NH

对比例1C

将实施例1中第二反应器4内氨氮浓度维持在0～10mg/L之间(不包括10mg/L)，其他运行参数不变，运行30天后，从滤网容器5中取出硝化菌剂的氨氧化速率为53.2mg NH

实施例2

采用实施例1中的装置和方法，其它条件与实施例1中相同，不同之处在于，第二反应器4内溶解氧浓度维持在2mg/L，pH值维持在7.0。

装置运行30天后，第一反应器3中污泥浓度约为2300mg/L，第二反应器4的滤网容器5中的污泥浓度约为6100mg/L，从滤网容器5中取出的硝化菌剂的氨氧化速率为90.4mgNH

实施例3

将实施例1中第二反应器4内pH维持在7.5左右，其他运行参数不变，运行30天后，从滤网容器5中取出硝化菌剂的氨氧化速率为87.2mg NH

实施例4

采用实施例1中的装置和方法，其它条件与实施例1中相同，不同之处在于，营养液中氮和磷的浓度分别为2000mg/L和50mg/L。

装置运行30天后，第一反应器3中污泥浓度为2520mg/L，第二反应器4的滤网容器5中的污泥浓度为6350mg/L，从滤网容器5中取出的硝化菌剂的氨氧化速率为88.4mg NH

以上内容是对本发明及其实施方式进行了示意性的描述，该描述没有限制性，实施例中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的实施方式并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的实施方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。