一种具有脱氮除磷功能的生物膜反应器挂膜培养方法与流程

1.本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种具有脱氮除磷功能的生物膜反应器挂膜培养方法。


背景技术：

2.生物膜法指的是在污水处理中的微生物附着或固定在生物填料表面而形成一层生物膜，通过生物膜中的微生物进行有机物和含氮污染物等有害成分的降解。生物膜法以其运行稳定、剩余污泥少、管理简单、对氨氮和难降解污染物去除能力强、能够适应较大水质范围变化等优点，开始在生活污水和工业废水处理中得到广泛应用。按照运行方式不同，可分为生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床等。虽然生物膜法具有较高的处理效率，对于受有机物及含氮污染物的水体有明显的效果。但生物膜法还存在挂膜时间长、生物膜容易脱落、生物量低、含氮污染物去除效率不稳定等不足。特别是对于炼化企业含油污水深度脱氮除磷来说，普遍存在挂膜困难，启动周期长的情况，达不到理想的深度脱氮除磷效果。
3.cn200710061583 .9公开了一种生物接触氧化池中填料的挂膜方法，通过污泥循环、曝气和悬浮微生物排放，增加填料上的微生物量，通过控制有机负荷来培养生物膜。该方法适用于悬浮填料好氧挂膜过程。cn105565480a公开了一种移动床生物膜反应器中载体填料的挂膜方法，通过对移动床生物膜反应器同时进行排水和补充离交废水，进行动态培养，并回流活性污泥，该方法需要监控污泥浓度，操作不便。cn106542655a公开了一种高效脱氮微生物菌剂快速挂膜方法，该方法采用好氧硝化反应器挂膜，可以解决脱氮微生物挂膜用时长、附着度差、操作复杂、生物量低、耐冲击负荷差的缺陷，提高硝化细菌的固着量，挂膜速度快，可以增强抵御外界环境变化的能力和抗冲击负荷的能力。但该方法所述生物膜氨氮去除率大于等于95%，适合处理含氨氮污染物的污水。cn201811572943.6公开了一种生物膜反应器的快速挂膜方法，该方法包括以下内容：（1）在装载生物填料的反应器内接种好氧活性污泥，使用工业污水在好氧条件下进行挂膜培养，培养过程中加入有机碳源和腐殖质；（2）当出水污泥浓度基本稳定不变时，在反应器内接种厌氧活性污泥，转入厌氧条件下进行挂膜培养，培养过程中加入糖醇类化合物和腐殖质。该方法能使厌氧菌在反应器内快速增值，挂膜速度快，启动周期短，生物膜不易脱落，保证生物膜反应器稳定达到深度脱氮效果。但没有涉及好氧菌的增殖和挂膜，应用处理含有氨氮和磷污染物的污水处理将受到限制。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种具有脱氮除磷功能的生物膜反应器挂膜培养方法。本发明方法能使填料上的微生物生长状况良好，实现硝化细菌和反硝化聚磷菌的快速挂膜生长，启动周期短，生物膜不易脱落，保证生物膜反应器稳定达到深度脱氮除磷效果。
5.本发明提供了一种具有脱氮除磷功能的生物膜反应器挂膜培养方法，包括：在装载生物填料的生物膜反应器内接种具有脱氮除磷功能的活性污泥，向所述反应器内通入工业污水，采用厌氧和好氧交替进行的方式进行挂膜培养，其中，在好氧反应过程中加入游离氨基酸，在厌氧反应过程中先加入糖酯类物质，当溶解氧降至0.1mg/l以下时加入季铵碱。
6.本发明方法中，控制反应器挂膜培养结束的要求为：出水总氮浓度低于15mg/l，总磷浓度低于0.5mg/l，并连续稳定运行至少7天。
7.本发明方法中，所述的脱氮除磷功能的活性污泥取自污水处理场二沉池的活性污泥，按照污泥浓度3000-4000mg/l进行接种。该脱氮除磷功能的活性污泥含有脱除cod、氨氮和总氮等的微生物，同时还含有聚磷微生物。
8.本发明方法中，所述的工业污水中氨氮浓度为5-50mg/l、总氮浓度为50-100mg/l，cod 为100-500mg/l（cr法，以下同），总磷浓度为5-15mg/l。
9.本发明方法中，所述的好氧培养条件为：溶解氧浓度为0.5-4.5mg/l，ph为7-8，温度为25-35℃；所述的厌氧条件为：溶解氧浓度在0-1.0mg/l，温度为28-35℃，ph为7.5-8.5。
10.本发明方法可以采用间歇进水操作模式，也可以采用连续进水操作模式，也可以采用先间歇进水后连续进水操作模式。
11.本发明方法中，采用先间歇进水后连续进水操作模式时，先采用间歇进水操作模式，直到总氮（tn）去除率大于70%时将间歇进水操作模式转换为连续进水操作模式。
12.本发明方法中，采用间歇进水操作模式时，每一批次的反应时间为6-12h，进水时在首次好氧条件下加入游离氨基酸，在首次厌氧条件下先加入糖酯类物质，当溶解氧降至0.1mg/l以下时加入季铵碱；每一批次进水好氧和厌氧交替2-5次（即进行2-5次好氧和厌氧过程），好氧和厌氧的反应时间比例为1:1-5:1。
13.本发明方法中，采用连续进水操作模式时，控制水力停留时间为6-12h。好氧和厌氧通过氨氮和总氮的浓度进行调节，当好氧条件下培养的出水氨氮浓度低于15mg/l时进入厌氧条件培养阶段，当总氮浓度低于25mg/l时再进入好氧条件培养阶段。其中，每一批次进水时首次好氧条件下加入游离氨基酸，首次厌氧条件下先加入糖酯类物质，当溶解氧降至0.1mg/l以下时加入季铵碱。
14.本发明方法中，所述的游离氨基酸包括脯氨酸、羟脯氨酸、甘氨酸、精氨酸等中的至少一种，优选脯氨酸。所述游离氨基酸的使用量为0.001-1.0mg/l，优选为0.01-0.10mg/l。
15.本发明方法中，所述的糖酯类物质包括鼠李糖酯、海藻糖脂、槐糖脂和蔗糖酯等中的至少一种，优选鼠李糖酯。所述的季铵碱为磷酸胆碱、甜菜碱、氢氧化四甲铵等中的至少一种，优选磷酸胆碱。所述的糖酯类物质的用量为0.001-1.0mg/l，优选为0.01-0.10mg/l。所述季铵碱的用量为0.001-1.0mg/l，优选为0.01-0.10mg/l。
16.本发明方法中，所述的生物膜反应器可以是曝气生物滤池、生物流化床、移动床反应器等。
17.本发明方法中，所述的生物填料包括但不限于悬浮填料、软性填料、组合填料、辫带式填料或碳纤维填料。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明方法采用好氧和厌氧两种条件交替进行生物膜反应器挂膜，可以使部分微生物因环境条件的变化分泌胞外聚合物，为生物的生长繁殖提供附着生长条件，可以缩短挂膜时间，同时可以促进硝化细菌、好氧聚磷菌和反硝化聚磷菌的多菌群协同生长，最终实现污水中cod、总氮和总磷的共同去除。
19.（2）本发明方法在好氧条件下通过加入游离氨基酸，可以提高氧的有效传递和多基质的充分利用，有利于自养硝化细菌和异养硝化细菌对底物的竞争，进而刺激酶活增加硝化细菌的数量并提高硝化能力，同时能减小聚磷菌和硝化细菌对溶解氧的竞争，提高聚磷菌的好氧吸磷能力。厌氧条件下通过先加入糖酯类物质，再加入季铵碱的配合加入方式，可提高硝酸盐还原酶活性，增强反硝化菌对硝酸盐这个电子受体的利用，促进反硝化聚磷菌的生长繁殖。通过上述方法，可以实现硝化细菌、好氧聚磷菌和反硝化聚磷菌的多菌群协同快速生长，提高挂膜效果。
具体实施方式
20.下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
21.以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均可从生化试剂商店购买得到。
22.本发明方法中，cod浓度采用gb11914-89《水质化学需氧量的测定-重铬酸盐法》测定；氨氮浓度采用gb7478-87《水质铵的测定-蒸镏和滴定法》测定，总氮浓度采用gb11894
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89《水质-总氮的测定-碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》，总磷浓度采用gb11893-89《钼酸铵分光光度法》。硝化细菌和反硝化聚磷菌属水平上的相对丰度可以采用高通量测序仪分析测定。
23.实施例1在100l的反应器（曝气生物滤池）内装载海绵填料，按照污泥浓度3000mg/l接种某污水处理场二沉池的活性污泥，该活性污泥中含有脱除cod、氨氮和总氮等的微生物，同时还含有聚磷微生物。使用某工业污水从反应器上部进水进行挂膜培养，污水中氨氮浓度为30mg/l，总氮浓度为100mg/l，cod为400mg/l，总磷浓度为12mg/l。先采用间歇进水操作模式，每一批次进水1h，反应6h后排水1h，待tn去除率大于70%时改为连续进水，水力停留时间为6h。
24.培养过程中厌氧条件和好氧条件交替进行，间歇进水操作模式时，每一批次进水好氧和厌氧交替2次，好氧和厌氧的反应时间比例为2:1，采用连续进水操作模式时，当好氧条件培养时出水氨氮浓度低于15mg/l时进入厌氧条件培养阶段，当总氮浓度低于25mg/l时再进入好氧条件培养阶段。其中好氧培养条件为：溶解氧浓度为1.0mg/l，ph为7.2，温度为30℃。在每一批次进水的首次好氧反应过程中按照加入到所处理废水中的浓度为0.01mg/l加入脯氨酸。厌氧条件为：溶解氧浓度为0.2mg/l以下，温度为30℃，ph为7.5。在每一批次进水的首次厌氧反应过程中按照加入到所处理废水中的浓度为0.01mg/l先加入鼠李糖酯，当溶解氧降至0.1mg/l以下时加入0.01mg/l磷酸胆碱。
25.经过上述挂膜培养16天后，连续7d对出水总氮浓度进行分析，出水总氮浓度均低于15mg/l、平均总氮浓度为13.8mg/l，总磷浓度均低于0.5mg/l、平均总磷浓度为0.35mg/l，
成功完成反应器挂膜培养。利用挂膜后的反应器继续处理该废水，运行3个月出水总氮平均浓度为10mg/l，平均总磷浓度为0.39mg/l。
26.实施例2本实施例与实施例1相比，所不同的是：在首次好氧反应过程中按照加入到所处理废水中的浓度为0.01mg/l加入甘氨酸；在首次厌氧反应过程中按照加入到所处理废水中的浓度为0.01mg/l先加入海藻糖酯，当溶解氧降至0.1mg/l以下时加入0.01mg/l甜菜碱。
27.经过上述挂膜培养17天后，连续7d对出水总氮浓度进行分析，出水总氮浓度均低于15mg/l、平均总氮浓度为14.4mg/l，总磷浓度均低于0.5mg/l、平均总磷浓度为0.45mg/l，成功完成反应器挂膜培养。利用挂膜后的反应器继续处理该废水，运行3个月出水总氮平均浓度为12mg/l，平均总磷浓度为0.44mg/l。
28.实施例3本实施例与实施例1相比，所不同的是：在首次好氧反应过程中按照加入到所处理废水中的浓度为0.1mg/l加入脯氨酸，在首次厌氧反应过程中按照加入到所处理废水中的浓度为0.1mg/l先加入鼠李糖酯，当溶解氧降至0.1mg/l以下时加入0.01mg/l磷酸胆碱。
29.经过上述挂膜培养16天后，连续7d对出水总氮浓度进行分析，出水总氮浓度均低于15mg/l、平均总氮浓度为13.6mg/l，总磷浓度均低于0.5mg/l、平均总磷浓度为0.33mg/l，成功完成反应器挂膜培养。利用挂膜后的反应器继续处理该废水，运行3个月出水总氮平均浓度为9mg/l，平均总磷浓度为0.36mg/l。
30.实施例4本实施例与实施例1相比，所不同的是：挂膜用污水中氨氮浓度为10mg/l，总氮浓度为50mg/l，cod为100mg/l，总磷浓度为8mg/l。经过上述挂膜培养16天后，连续7d对出水总氮浓度进行分析，出水总氮浓度均低于15mg/l、平均总氮浓度为14.6mg/l，总磷浓度均低于0.5mg/l、平均总磷浓度为0.47mg/l，成功完成反应器挂膜培养。利用挂膜后的反应器继续处理该废水，运行3个月出水总氮平均浓度为12mg/l，平均总磷浓度为0.46mg/l。
31.比较例1本比较例与实施例1相比，所不同的是：在好氧反应过程中不加脯氨酸。
32.经过30天成功完成反应器挂膜培养，连续7d出水总氮浓度均低于15mg/l，总磷浓度均低于0.5mg/l。利用挂膜后的反应器继续处理该废水，运行1个月出水总氮浓度开始出现上升趋势，总氮去除率低于85%，总磷去除率低于90%、其中氨氮浓度高达12mg/l。
33.比较例2本比较例与实施例1相比，所不同的是：在厌氧反应过程中不加鼠李糖酯和磷酸胆碱。
34.经过32天成功完成反应器挂膜培养，连续7d出水总氮浓度均低于15mg/l，总磷浓度均低于0.5mg/l。利用挂膜后的反应器继续处理该废水，运行1个月出水总氮浓度开始出现上升趋势，总氮去除率低于85%，总磷去除率低于85%、其中氨氮浓度高达10mg/l。
35.比较例3本比较例与实施例1相比，所不同的是：挂膜过程只采用好氧条件。
36.经过上述挂膜培养16天后，出水总氮浓度仍高达45mg/l，总磷浓度高达7.9mg/l没有完成反应器挂膜培养。
37.比较例4本比较例与实施例1相比，所不同的是：挂膜过程只采用厌氧条件。
38.经过上述挂膜培养16天后，出水氨氮浓度仍高达20mg/l，总氮浓度仍高达39mg/l，总磷浓度高达8.8mg/l没有完成反应器挂膜培养。
39.比较例5本比较例与实施例1相比，所不同的是：在好氧条件下加鼠李糖酯和磷酸胆碱，在厌氧条件下加脯氨酸。
40.经过上述挂膜培养16天后，出水氨氮浓度仍高达18mg/l，总氮浓度仍高达34mg/l，总磷浓度高达6.7mg/l没有完成反应器挂膜培养。