一种快速启动污水处理系统脱氮功能的方法与流程

1.本发明属于污水处理领域，具体涉及一种快速启动污水处理系统脱氮功能的方法。


背景技术：

2.现有的污水生物处理系统大多以去除有机污染物为主，负责去除含氮污染物的功能微生物需要经过强化才能实现脱氮功能，特别是系统脱氮功能的启动一般都需要长达几个月的时间。启动过程中可以采用投加生物菌剂的方式实现快速启动。生物菌剂包括液态和固态两种，其保藏方法也包括液体和固体两种方式，相比较而言干粉菌剂更便于保藏和长距离运输。但是，干粉菌剂直接投加到处理体系中不能够快速形成脱氮性能较好的菌胶团，部分干粉菌剂还会流失，不仅增加了菌剂用量，特别是导致处理系统的脱氮功能不能快速构建，进而导致出水不能尽快达标。
3.cn201010136902.x公开了一种前置反硝化曝气生物滤池工艺快速启动的方法，采用先初步挂膜，然后重点培养驯化硝化菌，再培养驯化反硝化细菌的方式。该发明减少了驯化环节和驯化时间，并且降低了调试成本，可快速在前置反硝化曝气生物滤池工艺中的缺氧反硝化生物滤池内培养出反硝化菌，在120天-140天可将前置反硝化曝气生物滤池工艺的出水调试达标。但该专利是通过生物滤池挂膜实现的，对于非挂膜体系如活性污泥构建菌胶团等体系不太适用。
4.cn201210130655.1公开了一种a/o工艺处理含氨废水的快速启动方法，首先将接种物放入生物反应器，接种物为富集的硝化细菌和亚硝酸型脱氮菌剂，或者是污水场好氧活性污泥的混合物；采用间歇进水和连续进水两种操作方式进行系统启动；硝化细菌在进水时投加，反硝化菌剂在连续进水时投加。该发明具有启动要求不苛刻，启动速度快，可以处理高浓度含氨废水等优点。该专利主要是通过投加富集培养硝化菌和液体菌剂实现的，液体菌剂活性相对较高，投加后易快速发挥脱氮功能，但液体菌剂常温保藏时间不够长。
5.干粉菌剂满足长期保藏和便于运输的特点，但往往经过特定的休眠处理，导致其在应用过程中，直接投加到污水处理场会因为不能快速形成菌胶团而影响使用效果，如果进行活化等处理，则增加了处理工序，特别是开工阶段会造成菌剂的浪费，增加运行成本。


技术实现要素：

6.针对现有干粉菌剂及其应用中存在的不足，本发明的目的在于提供一种快速启动污水处理系统脱氮功能的方法。本发明先对活性污泥体系进行预处理并结合干粉菌剂配合启动，有助于具有脱氮功能的菌胶团快速形成，实现系统脱氮功能的快速构建，避免菌剂浪费。
7.本发明提供的一种快速启动污水处理系统脱氮功能的方法，包括以下步骤：（1）硝化细菌悬液脱水至含水率高于80%，制备成第一浓缩液，添加海藻酸钠进行曝气反应；反应后脱水至含水率为60%-80%，制备成第二浓缩液，添加糖酯类物质进行氮气
吹扫；再脱水至含水率低于50%，制备成第三浓缩液，经真空干燥得到干粉菌剂；（2）调控污水处理系统内污泥浓度高于5000mg/l，破解处理至系统内胞外聚合物按蛋白质含量计提高至≤65%停止；（3）在步骤（2）处理后系统中投加步骤（1）干粉菌剂进行污水处理系统的启动。
8.本发明中，步骤（1）所述硝化细菌悬液一般是本领域常规培养硝化细菌的方法获得的，其含水率一般是99%以上，其基质为氨氮。将硝化细菌悬液脱水至含水率为85%-95%，制备成第一浓缩液，再添加质量分数为0.1%-1.0%的海藻酸钠溶液，使海藻酸钠与第一浓缩液的质量比为1:1000-10000。曝气反应是通入空气，调控溶解氧浓度为1-5mg/l，曝气时间为6-24h。
9.本发明中，步骤（1）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，优选海藻糖酯。所述糖酯类物质的添加量占第二浓缩液质量的0.1%-0.5%。混合过程中进行氮气吹扫，吹扫时间为30min-180min。
10.本发明中，步骤（1）所述的脱水至含水率低于50%，优选含水率为30%-50%制备成第三浓缩液。
11.本发明中，步骤（1）所述的真空干燥的压力为1-2kpa、温度为40-60℃。
12.本发明中，步骤（1）所述的脱水可以采用重力沉降、离心或过滤等方式。所述的含水率是指硝化细菌浓缩液所含水分重量占浓缩液总重量的百分比。
13.本发明中，步骤（2）调控污水处理系统内污泥浓度高于5000mg/l，优选为8000-10000mg/l。可以通过接种二沉池的剩余污泥调控系统内污泥浓度，所述二沉池的剩余污泥是指污水处理厂沉淀池经过重力沉降，排出上清液后的含水率低于99%的污泥。
14.本发明中，步骤（2）破解处理使得胞外聚合物按照蛋白质的含量计提高至≤65%停止，优选30%-50%后停止。破解处理方法采用能够破解污泥絮体结构并且对生物没有毒性的方法。如可以采用过度曝气、强力搅拌等破解方式，所述过度曝气控制溶解氧浓度大于5mg/l，所述强力搅拌是提高搅拌速度，如较常规培养提高500-1000个转速单位（rpm）。破解处理的目的主要是促使污泥本身分泌大量胞外聚合物并释放到水中，使体系中胞外聚合物显著增加，从而在步骤（3）中利于菌胶团的快速形成。破解处理需要严格控制破解程度，否则会对污泥体系造成不利影响。
15.本发明步骤（3）所述的干粉菌剂按照投加到污水处理系统后的质量体积比0.1-0.5kg/m3进行投加。进一步的，在投加干粉菌剂的同时添加硫酸铵或/和丙二醇，其中硫酸铵按照氨氮浓度为50-100mg/l添加，丙二醇按照680-2700mg/l进行投加；更优选同时投加硫酸铵和丙二醇，其中硫酸铵和丙二醇的摩尔比为5-10:1。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：（1）本发明通过对污水处理系统中活性污泥的处理并结合干粉菌剂配合开工，即通过破解处理使活性污泥释放一定量的胞外聚合物，再投加干粉菌剂的方式，有助于具有脱氮功能的菌胶团的快速形成，快速构建系统脱氮功能，实现了处理系统的快速启动，而且避免了干粉菌剂流失，减少了菌剂用量。
17.（2）本发明干粉菌剂通过在不同制备阶段分别添加海藻酸钠、糖酯类物质进行逐级脱水，该制备方法避免了制备干粉过程对细胞壁、酶、蛋白的破坏，所制备的干粉菌剂能够在室温长期保藏，细胞存活率高，活性恢复快，降低启动成本。
18.（3）本发明同时投加硫酸铵和丙二醇两种物质配合使用，可以增加干粉菌剂的吸附力，有助于高活性菌胶团的快速形成。
具体实施方式
19.下面通过实施例对本发明方法和效果作进一步详细说明。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。
20.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。
21.本发明实施例中，氨氮浓度采用gb7478-87《水质铵的测定-蒸镏和滴定法》测定；蛋白质的含量采用lorry法（folin-酚法）测定。
22.实施例1（1）将硝化细菌悬液经重力沉降后弃上清液，获得含水率85%的硝化细菌第一浓缩液，然后添加质量分数为0.1%的海藻酸钠溶液，海藻酸钠与硝化细菌第一浓缩液的质量比为1:1000，通入空气曝气8h。采用过滤方式脱水至含水率60%，制备成硝化细菌第二浓缩液，然后添加海藻糖酯，添加量占硝化细菌第二浓缩液的质量的0.1%，混合过程中氮气吹扫60min。再将得到的混合物离心脱水至含水率为30%，制备成硝化细菌第三浓缩液，在压力为1kpa、温度为40℃条件下进行真空干燥，得到硝化细菌干粉菌剂，室温保藏。
23.（2）在有效容积为10升的带有曝气和搅拌功能的反应器内，按照接种后活性污泥浓度为8000mg/l调控污水处理系统中的活性污泥，接种的活性污泥为污水处理场二沉池的剩余污泥。将溶解氧控制在6mg/l条件下进行过度曝气破解，每隔60min取样检测体系中的蛋白质含量，直到按蛋白质含量计增加30%后停止。
24.（3）按照投加到系统后质量体积比为0.1kg/m3投加步骤（1）室温保藏6个月后的干粉菌剂进行启动，投加干粉菌剂的同时投加硫酸铵和丙二醇，其中硫酸铵按照氨氮浓度50mg/l投加，丙二醇按照硫酸铵和丙二醇的摩尔比为5:1投加。直到氨氮去除率提高到90%以上、出水氨氮浓度低于5mg/l，完成系统启动，启动时间为18天。
25.实施例2（1）将硝化细菌悬液经重力沉降后弃上清液，获得含水率90%的硝化细菌第一浓缩液，然后添加质量分数为0.5%的海藻酸钠溶液，海藻酸钠与硝化细菌第一浓缩液的质量比为1:5000，通入空气曝气16h。采用过滤方式脱水至含水率70%，制备成硝化细菌第二浓缩液，然后添加鼠李糖酯，添加量占硝化细菌第二浓缩液的质量的0.5%，混合过程中氮气吹扫120min。再将得到的混合物离心脱水至含水率为40%，制备成硝化细菌第三浓缩液，在压力为1.5kpa、温度为45℃条件下进行真空干燥，得到硝化细菌干粉菌剂，室温保藏。
26.（2）在有效容积为10升的带有曝气和搅拌功能的反应器内，按照接种后污泥浓度为9000mg/l调控污水处理系统中的活性污泥，接种的活性污泥为污水处理场二沉池剩余污泥，采用强力搅拌，搅拌转速较常规培养提高500个转速单位，并每隔30min取样检测体系中的蛋白质含量，直到按蛋白质含量计增加50%后停止。
27.（3）按照投加到系统后质量体积比0.5kg/m3投加步骤（1）室温保藏12个月后的干粉菌剂进行启动。投加干粉菌剂的同时投加硫酸铵和丙二醇，其中硫酸铵按照氨氮浓度
100mg/l投加，丙二醇按照硫酸铵和丙二醇的摩尔比为10:1投加。直到氨氮去除率提高到90%以上、出水氨氮浓度低于5mg/l，完成系统启动，启动时间为20天。
28.实施例3（1）将硝化细菌悬液经重力沉降后弃上清液，获得含水率90%的硝化细菌第一浓缩液，然后添加质量分数为0.5%的海藻酸钠溶液，海藻酸钠与硝化细菌第一浓缩液的质量比为1:5000，通入空气曝气16h。采用过滤方式脱水至含水率80%，制备成硝化细菌第二浓缩液，然后添加蔗糖酯，添加量占硝化细菌第二浓缩液的质量的1%，混合过程中氮气吹扫180min。再将得到的混合物离心脱水至含水率为50%，制备成硝化细菌第三浓缩液，在压力为2kpa、温度为55℃条件下进行真空干燥，得到硝化细菌干粉菌剂，室温保藏。
29.（2）在有效容积为10升的带有曝气和搅拌功能的反应器内，按照接种后活性污泥浓度为10000mg/l调控污水处理系统中的活性污泥，接种的活性污泥为污水处理场二沉池的剩余污泥。将溶解氧控制在5.5mg/l条件下进行过度曝气破解，每隔60min取样检测体系中的蛋白质含量，直到按蛋白质含量计增加40%后停止。
30.（3）按照投加到系统后质量体积比0.2 kg/m3投加步骤（1）室温保藏12个月后干粉菌剂进行启动。投加干粉菌剂的同时投加硫酸铵和丙二醇，其中硫酸铵按照氨氮浓度65mg/l投加，丙二醇按照硫酸铵和丙二醇的摩尔比为7:1投加。直到氨氮去除率提高到90%以上、出水氨氮浓度低于5mg/l，完成系统启动，启动时间为22天。
31.实施例4启动过程和条件同实施例1，不同在于：步骤（3）未添加硫酸，只添加丙二醇。直到氨氮去除率提高到90%以上、出水氨氮浓度低于5mg/l，完成系统启动，启动时间为25天。
32.实施例5启动过程和条件同实施例1，不同在于：步骤（3）未添加丙二醇，只添加硫酸铵。直到氨氮去除率提高到90%以上、出水氨氮浓度低于5mg/l，完成系统启动，启动时间为27天。
33.实施例6启动过程和条件同实施例1，不同在于：步骤（2）破解处理控制系统内以蛋白质含量计增加20%后停止。系统启动30天后，氨氮去除率提高到90%以上、出水氨氮浓度低于5mg/l。
34.比较例1启动过程和条件同实施例1，不同在于在步骤（1）采用海藻酸钠代替糖酯类物质。系统启动44天后，氨氮去除率提高到90%。由于干粉菌剂未完全采用本技术制备干粉菌剂的方法，室温保藏稳定性不佳，活性恢复较慢，启动时间相对较长。
35.比较例2启动过程和条件同实施例1，所不同的是在步骤（1）使用糖酯类物质代替海藻酸钠。系统启动42天后，氨氮去除率提高到90%。由于干粉菌剂未完全采用本技术制备干粉菌剂的方法，室温保藏稳定性不佳，活性恢复较慢，启动时间相对较长。
36.比较例3启动过程和条件同实施例1，所不同的是硝化细菌悬液直接过滤脱水至含水率为30%，制备成硝化细菌第三浓缩液，在压力为1kpa、温度为40℃条件下进行真空干燥，得到硝化细菌干粉菌剂，室温保藏12个月后使用。系统启动49天后，氨氮去除率提高到90%。由于干
粉菌剂未采用本技术制备干粉菌剂的方法，室温保藏稳定性不佳，活性恢复较慢，启动时间较长。
37.比较例4启动过程和条件同实施例1，不同在于：步骤（2）破解处理后控制系统内蛋白含量为70%。系统启动39天后，氨氮去除率达80%。由于污泥破解严重，导致出水中有大量悬浮物，启动时间较长。
38.比较例5启动过程和条件同实施例1，不同在于：步骤（2）没有进行破解处理。系统启动43天后，氨氮去除率提高到90%。与实施例1相比启动时间较长，而且出水中有硝化细菌流失。
39.比较例6启动过程和条件同实施例1，不同在于：步骤（3）未投加硫酸铵和丙二醇。直到氨氮去除率提高到90%以上、出水氨氮浓度低于5mg/l，完成系统启动，启动时间为33天。