基于微生物在线增殖的废水生化处理装置及方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及基于微生物在线增殖的废水生化处理装置及方法。

背景技术

化工园区综合废水具有生物毒性高、可生化性低、组分复杂、含多源有机污染物等特点，是当前难处理的典型废水之一。目前化工园区综合废水处置面临的主要问题包括：物化方法成本高，二次污染严重；多源有机污染物抑制生化系统微生物菌群生理生化活性；生化系统微生物菌群失调，A/O工艺降解效率低、工艺稳定性差。传统的外加工程菌生物强化技术虽然可快速提高生化系统降解效率，但由于外加工程菌与废水土著菌群竞争的天然劣势而快速消亡，从而影响废水的降解效果。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了基于微生物在线增殖的废水生化处理装置及方法，筛选并构建高效抗逆-降解功能菌群，并采用功能菌群在线增殖装置，持续维持功能菌群在生化系统土著菌群中的浓度与活性，稳定提高生化单元处理效能。

本发明提出的基于微生物在线增殖的废水生化处理装置，包括AO池，所述AO池出口端通过管道连接有二沉池，所述AO池的A池出口端连接有基液调质池，所述基液调质池的出口端连接有生物增殖池，所述生物增殖池的出口端连接有出水池，所述出水池的出口端与所述AO池的O池进水端连通，所述出水池的出口端还通过管道与基液调质池的入口端连接，所述生物增殖池连接有菌群投加装置，还包括用于安装设备的设备间和用于控制设备的智能控制系统。

优选地，所述基液调质池连接有进水口和出水管阀，所述基液调质池内设置有用于微生物补充碳源的网格装置，所述网格装置两侧滑动连接有滑动轨道，所述滑动轨道与基液调质池固定连接，且所述网格装置上端设置有吊栓，通过起重机将网格装置吊离/放入基液调质池，所述基液调质池上端还设置有盖板。

优选地，所述基液调质池连接有布水管，所述布水管上端开有若干通孔，所述布水管位于所述网格装置下方。

优选地，所述滑动轨道一侧设置有出水堰板，所述出水堰板的高度低于所述滑动轨道，且所述滑动轨道上开有若干通孔，所述出水堰板与所述基液调质池围成导流腔，所述出水管阀与所述导流腔连通。

优选地，所述生物增殖池包括壳体，所述壳体内部依次水平分隔有导流区、曝气区和回流区，所述导流区连接有进水管，所述曝气区设置有曝气盘和弹性填料，所述弹性填料位于所述曝气盘上方，所述回流区与所述曝气区下端连通处还设置有斜回流斜板，所述回流区还连接于出水管；所述壳体一侧连通有通气管；所述壳体顶部设置有栏杆。

优选地，所述导流区和所述曝气区之间设置有导流墙，所述导流墙下端开口以使所述导流区和所述曝气区连通。

优选地，所述曝气区和所述回流区之间设置有出水堰板，所述出水堰板上下两端均开口，以使所述曝气区和所述回流区连通并形成回流通道，所述回流斜板设置在所述出水堰板下端开口处。

本发明提出的上述基于微生物在线增殖的废水生化处理装置的处理方法，方法步骤如下：

S1：对废水进行宏基因组测序，确定废水中的微生物菌群；

S2：以AO池的A池出水为菌群驯化和固化的培养基液，输送至基液调质池进行调质；

S3：将调质后的基液由基液调质池输送至物增殖池，同时将微生物菌群投加至物增殖池进行微生物菌群的驯化和固化，通过微生物菌群对废水进行生化处理；

S4：生化处理后的废水经出水池输送至AO池的O池，然后再输送至二沉池，经二沉池处理后的废水即可进入下一工序。

优选地，S2中基液调制用的固体调理剂由聚3-羟基戊酸酯、富马酸和苹果酸按质量比4-8:1-3:1的比例混合。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明的废水处理方法适合用于解决已建或新建的化工园区综合废水处理项目中生化系统污泥浓度低、降解效果差的行业难题。基于对化工园区综合废水生化池中合成微生物生态的研发，构建化工园区综合废水有机污染物高效-降解合成功能菌群并引入到化工园区综合废水生物单元A/O工艺好氧段对其生物体系进行重新设计，达到有机污染物的高效生物去除。

(2)本发明的网格装置与基液调质池中的滑动轨道滑动连接，通过起重机即可将装置从基液调质池脱离，方便网格装置中固体碳源的填充；通过在滑动轨道一侧设置出水堰板，出水堰板的高度低于滑动轨道，且滑动轨道上开有通孔，基液调质池内的废水通过高出出水堰板的通孔流入导流腔，避免固体颗粒进入导流腔而导致管道堵塞的问题；进水口连接有布水管，布水管上端开有若干通孔，布水管位于网格装置的下方，提高了固体碳源的溶解效率。

(3)本发明通过在曝气区设置曝气盘，并在回流区底部设置斜板，在曝气盘与斜板的协同作用下，使装置中的菌液呈现均匀混合，最大程度避免了团聚物或污泥的形成和沉降，出水管连接污水生化单元，实现连续供给功能菌群至生化单元，从而有效提高污水污染物(COD和总氮、硝态氮和氨氮等)去除的能效。

附图说明

图1为本发明提出的基于微生物在线增殖的废水生化处理装置的结构示意图；

图2为本发明提出的基液调制池的结构示意图；

图3为本发明提出的生物增殖池的结构示意图。

图中：1-AO池、2-二沉池、3-基液调制池、31-吊栓、32-滑动轨道、33-进水口、34-布水管、35-出水管阀、36-网格装置、37-出水堰板、38-盖板、39-起重机、4-菌群投加装置、5-生物增殖池、51-壳体、52-进水管、53-导流区、54-导流墙、55-弹性填料、56-曝气盘、57-曝气区、58-回流斜板、59-回流区、510-通气管、511-出水管、512-出水堰板、513-栏杆、6-出水池、7-智能控制系统、8-设备间。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

参照图1，本发明提出的基于微生物在线增殖的废水生化处理装置，包括AO池1，所述AO池1出口端通过管道连接有二沉池2，所述AO池1的A池出口端连接有基液调质池3，所述基液调质池3的出口端连接有生物增殖池5，所述生物增殖池5的出口端连接有出水池6，所述出水池6的出口端与所述AO池1的O池进水端连通，所述出水池6的出口端还通过管道与基液调质池3的入口端连接，所述生物增殖池5连接有菌群投加装置4，还包括用于安装设备的设备间8和用于控制设备的智能控制系统7。

本发明的废水处理方法适合用于解决已建或新建的化工园区综合废水处理项目中生化系统污泥浓度低、降解效果差的行业难题。基于对化工园区综合废水生化池中合成微生物生态的研发，构建化工园区综合废水有机污染物高效-降解合成功能菌群并引入到化工园区综合废水生物单元A/O工艺好氧段对其生物体系进行重新设计，达到有机污染物的高效生物去除。

参照图2，具体地，基液调质池3连接有进水口33和出水管阀35，所述基液调质池3内设置有用于微生物补充碳源的网格装置36，所述网格装置36两侧滑动连接有滑动轨道32，所述滑动轨道32与基液调质池固定连接，且所述网格装置36上端设置有吊栓31，通过起重机39将网格装置36吊离/放入基液调质池3，所述基液调质池3上端还设置有盖板38；基液调质池3连接有布水管34，所述布水管34上端开有若干通孔，所述布水管34位于所述网格装置36下方；滑动轨道32一侧设置有出水堰板37，所述出水堰板37的高度低于所述滑动轨道32，且所述滑动轨道32上开有若干通孔，所述出水堰板37与所述基液调质池3围成导流腔，所述出水管阀35与所述导流腔连通。

本发明的网格装置与基液调质池中的滑动轨道滑动连接，通过起重机即可将装置从基液调质池脱离，方便网格装置中固体碳源的填充；通过在滑动轨道一侧设置出水堰板，出水堰板的高度低于滑动轨道，且滑动轨道上开有通孔，基液调质池内的废水通过高出出水堰板的通孔流入导流腔，避免固体颗粒进入导流腔而导致管道堵塞的问题；进水口连接有布水管，布水管上端开有若干通孔，布水管位于网格装置的下方，提高了固体碳源的溶解效率。

参照图3，具体地，生物增殖池5包括壳体51，所述壳体51内部依次水平分隔有导流区53、曝气区57和回流区59，所述导流区53连接有进水管52，所述曝气区57设置有曝气盘56和弹性填料55，所述弹性填料55位于所述曝气盘56上方，所述回流区59与所述曝气区57下端连通处还设置有斜回流斜板58，所述回流区59还连接于出水管511；所述壳体51一侧连通有通气管510；所述壳体51顶部设置有栏杆513；导流区53和所述曝气区57之间设置有导流墙54，所述导流墙54下端开口以使所述导流区53和所述曝气区57连通；曝气区57和所述回流区59之间设置有出水堰板512，所述出水堰板512上下两端均开口，以使所述曝气区57和所述回流区59连通并形成回流通道，所述回流斜板58设置在所述出水堰板512下端开口处。

本发明通过在曝气区设置曝气盘，并在回流区底部设置斜板，在曝气盘与斜板的协同作用下，使装置中的菌液呈现均匀混合，最大程度避免了团聚物或污泥的形成和沉降，出水管连接污水生化单元，实现连续供给功能菌群至生化单元，从而有效提高污水污染物(COD和总氮、硝态氮和氨氮等)去除的能效。

实施例2

本发明提出的上述基于微生物在线增殖的废水生化处理装置的处理方法，方法步骤如下：

1、化工园区生化单元土著微生物菌群组成特征

以Illumina测序平台对某化工园区好氧生化单元的废水进行宏基因组测序，化工园区生化单元土著微生物菌群主要包括60％Proteobacteria(变形菌门)，18％Planctomycetes(浮霉菌门)，6％Nitrospirae(硝化螺旋菌门)和4％Acidobacteria(酸杆菌门)；

2、功能菌群驯化和固化

菌群驯化与固化是在增殖装置中进行。以化工园区生化系统A池出水为基液，利用固体调理剂对基液调质；以调质后基液进行合成功能菌驯化和固化，具体步骤如下：

(1)以化工园区生化系统A池出水为菌群驯化和固化的培养基液。生化系统A池出水通过泵送入增殖装置的调质区，调质区是由布水区、固体填料区和出水区三部分组成。A池出水由底部布水管均匀布水后，上升依次进入固体填料区和出水区，完成基液调质。

其中固体调理剂装填在网格装置中，固体调理剂的装填体积与调质水量相关，要求废水与固体调理剂的有效接触时间为2h。固体调理剂的成分为：聚3-羟基戊酸酯、富马酸和苹果酸(质量分数3:1:0.5)；缓释的固体营养质消耗超过50％时，及时向填料层补充固体营养质。

(2)功能菌群驯化和固化

将调质后的基液由基液调质池输送至物增殖池，生物增殖池是由导流区、底部曝气系统、填料区、出水区和出水循环泵组成，同时将微生物菌群投加至物增殖池进行微生物菌群的驯化和固化，通过微生物菌群对废水进行生化处理；基液充满生物增殖区有效池容的3/5后，停止进水，启动曝气装置和循环泵；菌液首次投加量为生物增殖池有效容积的2/5。

功能菌群驯化的控制条件为：连续曝气72h，倍增池内溶解氧控制在3～4mg/L，溶解氧浓度控制通过DO在线仪表与曝气风机的变频联锁实现；出水循环泵设定流量按照生物倍增区的混合液每2小时循环1次设置。

合成功能菌固化控制条件：反应条件由设备的PLC系统控制。倍增装置间断曝气运行96，按照曝气6h、停止6h控制曝气风机的启停，其中曝气时溶解氧控制4～6mg/L，溶解氧浓度控制通过DO在线仪表与曝气风机的变频联锁实现；循环泵流量按照生物倍增区的混合液每12小时循环1次设置。

填料区高度为生物增殖区有效高度的2/3，填料区底部设置不低于0.8米的气水混合区。填料采用PP材质立式弹性填料，填料参数为：Φ150mm，H＝1800mm，排列间距150mm，填料均布整个填料区。曝气系统是采用盘式纳米曝气器、曝气风机和配套管阀组成。

(3)在线生物增殖及投加

待增殖装置内的菌群驯化和固化完成后，启动生物增殖池的进水提升泵，进水取自生化系统A池。进水通过池底布水管进入调质区后，调质后出水自流进入导流区，经导流区均匀布水通过填料区进入出水区，出水区混合液通过出水提升泵提升进入生化系统好氧池进水端。进水提升泵和出水提升泵的流量保持一致，泵流量的根据园区综合废水生化系统的处理规模和进水有机物浓度确定。

菌群培养液的补充周期以生化系统日常运行数据监控为反馈，主要监测生化系统的污泥浓度和出水COD，配套定期监测生化系统好氧池内微生物群落变化，构建合成功能菌群活性衰退与生化系统中污泥浓度、出水COD的关系曲线。

在线生物增殖及投加的控制系统以污泥浓度、出水COD数据采集和微生物群落变化分析录入为基础，建立数据关系曲线及微生物活性评估模型，从而指导合成功能菌群的补充周期。

取微生物活化一体化设备运行10，30，60天后的微生物样品进行高通量测序分析。Proteobacteria(变形菌门)，Planctomycetes(浮霉菌门)，Nitrospirae(硝化螺旋菌门)和Acidobacteria(酸杆菌门)始终是反应体系内的优势菌群，由此可得出在反应的全过程中好氧生化单元土著微生物始终成为体系内的优势菌群，保证了体系反应的稳定运行。同时与好氧生化单元废水对比10，30，60天后的样品中总细菌数，定量PCR测得总细菌数(以16SrRNA，引物Eub338-F，ACTCCTACGGGAGGCAGCAG；Eub518-RATTACCGCGGCTGCTGG)在好氧生化单元废水为2.3×10

3、废水后处理

生化处理后的废水经出水池输送至AO池的O池，然后再输送至二沉池，经二沉池处理后的废水即可进入下一工序。

在连续运行阶段，同时启动进水提升泵和出水提升泵，设定泵的流量为配套生化系统处理水量的1％～3％；正常运行阶段，控制生物增殖池内溶解氧浓度为2～6mg/L，溶解氧浓度控制通过DO在线仪表与曝气风机的变频联锁实现。关闭出水循环泵；正常运行阶段每日分析配套生化系统的进出水COD，关注处理效果的变化趋势；每周监测一次生物增殖池内合成功能菌群浓度和配套生化系统内合成功能菌群的浓度。

后期运维阶段，设备投入运营期，除了对于动、静设备的定期维护保养外，还应关注以下运行参数：当进水池填料层的缓释固体营养质消耗超过50％时，及时向填料层补充固体营养质；当配套生化系统出水COD明显增加或监测到的合成功能菌群浓度明显下降时，需停止进水提升泵和出水提升泵，启动菌液投加泵补充合成功能菌群发酵液。合成功能菌群发酵液补充完成后按照合成功能菌群驯化和固化阶段的运行参数控制设备运行，最后再启动进水提升泵和出水提升泵进入正常运行阶段。