申请日2014.04.15
公开(公告)日2014.07.23
IPC分类号C02F3/34; C02F3/30
摘要
本发明属于污水处理技术领域，公开了一种聚磷颗粒污泥优势菌种的快速筛选方法。该方法包括以下步骤：(1)在序批式反应器中采用模拟城市污水驯化反硝化除磷菌，得到反硝化除磷活性污泥;(2)将步骤(1)中形成的反硝化除磷活性污泥在序批式反应器中快速形成反硝化除磷颗粒污泥;(3)将步骤(2)得到的反硝化除磷颗粒污泥进行内源饥饿反应，通过快速沉降法筛选优势菌种聚磷菌。本发明提出的方法能快速富集实验室SBR颗粒污泥技术样品中的聚磷菌，提高聚磷菌比例，控制和淘汰聚糖菌，使聚磷菌和聚糖菌之间的竞争能够得以控制，提高菌种筛选效率，为提高和稳定反硝化除磷效果提供了可靠的保证。
权利要求书
1.一种聚磷颗粒污泥优势菌种的快速筛选方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)在序批式反应器中采用模拟城市污水驯化反硝化除磷菌，得到反硝化除磷活性污泥;
(2)将步骤(1)中形成的反硝化除磷活性污泥在序批式反应器中快速形成反硝化除磷 颗粒污泥;
(3)将步骤(2)得到的反硝化除磷颗粒污泥进行内源饥饿反应，通过快速沉降法筛选 优势菌种聚磷菌。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中模拟城市污水的组分 为：276.75mg/LCH3COONa和72mg/LCH3CH2COONa，COD300mg/L，21.97mg/LKH2PO4、 10mg/LCaCl2、85mg/LMgSO4·7H2O、38.18mg/LNH4Cl、4mg/LATU和0.5mL/L微量元素液;
其中，每升微量元素液中含有1.5g FeCl3·6H2O，0.15g H3BO3，0.03g CuSO4·5H2O，0.18g KI，0.12g MnCl2·4H2O，0.06g Na2MoO4·2H2O，0.12g ZnSO4·7H2O，0.15g CoCl2·6H2O和10g EDTA。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中反硝化除磷菌的驯化 条件：驯化时间为80-100天;驯化温度为室温;
或所述的步骤(1)中，反应器的固体停留时间为19-21天。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，驯化工艺为厌氧- 缺氧-好氧。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的厌氧-缺氧-好氧周期为8h，包括： 进水10-20min，厌氧期120min，缺氧期210min，好氧期30min，静置20-30min，出水20-30min 和闲置期，其中闲置期的时间为周期8h与前述各阶段时间总和的差值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的缺氧期将硝酸盐溶液加入反应器， 控制反应器中硝氮NO3-N的初始浓度为20-40mg/L;
或所述的好氧期中的空气流速为40L/h，控制溶解氧浓度为2-4mg/L。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，厌氧-缺氧-好氧反 应阶段转速均为130-170rpm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，将反应器的转速和 氧气流速度分别增至300rpm和100L/h，以促进颗粒污泥的形成;
或所述的步骤(2)中，首先，反硝化除磷活性污泥在反应器中经历颗粒污泥形成初期 30-40天，之后继续运行60-90天达到颗粒污泥稳定期，使反应器中颗粒的平均直径趋于稳定。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)的内源饥饿反应时间为 2-4天，反应温度为26-30℃，转速为300rpm，反硝化除磷颗粒污泥每8小时曝气30分钟; 曝气时，空气流速为40L/h，曝气完毕时溶解氧浓度为2-4mg/L。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的快速沉降筛选优势 菌种的方法是：
(31)将混合器的转速降至80rpm，使颗粒污泥反应器中混合固相分离;
(32)然后从颗粒污泥反应器中依次分别取出底部、中部和上部污泥;控制这三部分污 泥的体积以保证后续操作的三个反应器中MLSS浓度基本一致;
(33)将步骤(32)取出的底部、中部、上部污泥分别转移到三个相同的密闭反应器G-Rbot.底部、G-Rmid.中部和G-Rupp.上部，控制转速为300rpm，同时从三个反应器中取出混合污泥 样品，测得G-Rupp.上部、G-Rmid.中部和G-Rbot.底部的MLSS浓度一致。
说明书
聚磷颗粒污泥优势菌种的快速筛选方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种聚磷颗粒污泥优势菌种的快速筛选方法。
背景技术
近年来研究者们提出了反硝化除磷理论，由于它具有反硝化脱氮时节省碳源、生物吸磷 时低耗氧量和低排泥量等优点一直备受关注。反硝化除磷工艺依赖于一类在厌氧/缺氧交替运 行条件下驯化而成的微生物——反硝化聚磷菌(Denitrifying phosphorus removing bacteria， DPB)，在厌氧阶段，它能依靠分解细胞内聚磷和降解糖原产生的能量吸收挥发性脂肪酸类 (VFAs)，同时为合成聚-β-羟基—链烷酸酯(PHAs)提供还原力;在缺氧阶段，它水解氧化 厌氧合成的PHAs来获取能量，用于细胞生长、糖原合成和过量吸磷，并通过排放剩余污泥 达到除磷目的。这在保证脱氮效果的同时，系统对COD的需求可减少50%，氧的消耗和污 泥产量可分别下降30%和50%。可见，反硝化除磷技术就是基于这类微生物特殊的生理特性， 很好地将生物除磷与反硝化脱氮过程合二为一，最终达到同步脱氮除磷的目的。
但同时也有大量研究表明，污水强化生物除磷(Enhanced Biological Phosphorus Removal， EBPR)即使在良好的运行条件下，处理系统也会出现除磷性能变差甚至完全崩溃的现象，其 主要原因之一是聚糖菌(GAOs)的富集。GAOs在厌氧阶段吸收水中的VFAs并以PHAs的 形式贮存在体内，但不发生磷的释放，该过程所需的能量主要由胞内糖原的水解产生，在后 续好氧阶段，GAOs利用分解胞内PHAs所获得的能量来合成更新的糖原颗粒，也不发生磷 的过量吸收。由于GAOs在整个代谢过程中，均未发生磷的释放和吸收，且在厌氧条件下与 PAOs竞争碳源来合成胞内物质PHAs，这必然导致两种微生物的竞争，从而影响整个系统的 运行效果。若GAOs大量存在，它们将导致强化生物除磷(EBPR)系统的崩溃。因此，优化 并确定能够使PAOs在污水处理系统中成为优势菌种的环境，才能使体系取得良好的除磷效 果。
发明内容
本发明的目在于为克服现有技术的缺陷而提供一种聚磷颗粒污泥优势菌种的快速筛选方 法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种聚磷颗粒污泥优势菌种的快速筛选方法，该方法包括以下步骤：
(1)在序批式反应器(SBR)中采用模拟城市污水驯化反硝化除磷菌，得到反硝化除磷 活性污泥;
(2)将步骤(1)中形成的反硝化除磷活性污泥在反应器中快速形成反硝化除磷颗粒污 泥;
(3)将步骤(2)得到的反硝化除磷颗粒污泥进行内源饥饿反应，通过快速沉降法筛选 优势菌种聚磷菌。
所述的步骤(1)中模拟城市污水的组分：276.75mg/LCH3COONa和72mg/LCH3CH2COONa (COD为300mg/L)，21.97mg/LKH2PO4、10mg/LCaCl2、85mg/LMgSO4·7H2O、38.18mg/LNH4Cl、 4mg/LATU和0.5mL/L微量元素液(每升微量元素液中含有1.5g FeCl3·6H2O，0.15g H3BO3， 0.03g CuSO4·5H2O，0.18g KI，0.12g MnCl2·4H2O，0.06g Na2MoO4·2H2O，0.12g ZnSO4·7H2O， 0.15g CoCl2·6H2O和10g EDTA)。
所述的步骤(1)中反硝化除磷菌的驯化条件：驯化时间为80-100天;驯化温度为室温 (18℃-22℃)。
所述的步骤(1)中，驯化工艺为厌氧-缺氧-好氧。
上述的厌氧-缺氧-好氧周期为8h：进水10-20min，厌氧期120min，缺氧期210min，好 氧期30min，静置20-30min，出水20-30min和闲置期，(其中闲置期的时间为周期8h与前述 各阶段时间总和的差值)。
所述的缺氧期时，将KNO3溶液加入反应器，控制反应器中NO3-N的初始浓度为 20-40mg/L。
所述的好氧期：空气流速为40L/h，控制溶解氧浓度为2-4mg/L。
所述的步骤(1)中，厌氧-缺氧-好氧反应阶段转速均为130-170rpm。
所述的步骤(1)中，反应器的固体停留时间(SRT)为19-21天。
所述的步骤(2)中，将反应器的转速和有氧气流速度分别增至300rpm和100L/h，以促 进颗粒污泥的形成;
所述的步骤(2)中，首先，反硝化除磷活性污泥在反应器中经历颗粒污泥形成初期30-40 天，之后继续运行60-90天达到颗粒污泥稳定期，使反应器中颗粒的平均直径趋于稳定，并 实现SBR中稳定、高效的反硝化除磷。前述的颗粒污泥形成初期(30-40天)是指小颗粒初 步形成且有不断增大的趋势，但其周围仍旧存在较多絮体的时期;颗粒污泥稳定期(继续运 行60-90天)是指相比颗粒污泥形成初期，污泥颗粒明显增大、规则致密，且颗粒的大小、 形态和处理性能相对稳定的时期。
所述的步骤(3)的内源饥饿反应时间为2-4天，反应温度为26-30℃，转速为300rpm， 反硝化除磷颗粒污泥每8小时曝气30分钟;曝气时，空气流速为40L/h，曝气完毕时溶解氧 浓度为2-4mg/L。
所述的步骤(3)中的快速沉降筛选优势菌种的方法是：
(31)将混合器的转速降至80rpm，使颗粒污泥反应器中混合固相分离;
(32)然后从颗粒污泥反应器中依次分别取出底部、中部和上部污泥;控制这三部分污 泥的体积以保证后续操作的三个反应器中MLSS浓度基本一致;
(33)将步骤(32)取出的底部、中部、上部污泥分别转移到三个相同的密闭反应器G-Rbot.(底部)、G-Rmid.(中部)和G-Rupp.(上部)中，控制转速为300rpm时，同时从三个反应器 中取出混合污泥样品，测得G-Rupp.(上部)、G-Rmid.(中部)和G-Rbot.(底部)的MLSS浓 度基本一致(MLSS是指混合液悬浮固体浓度Mixed Liquid Suspended Solids的简写，又称为 混合液污泥浓度)。
最后还可以进行批次实验获得不同污泥层的反硝化脱氮除磷动力学，来说明快速沉降所 分离的底部污泥层的脱氮除磷效能，验证聚磷颗粒污泥优势菌种在底层污泥层确实得以富集。 其中，用于确定不同污泥层反硝化脱氮除磷动力学的批次实验是每周进行周期测试，测量 PO43--P、NO3--N和挥发性脂肪酸(VFAs)的浓度变化。不同污泥层是指G-Rupp.(上部)、G-Rmid.(中部)和G-Rbot.(底部)三个部分的污泥层。通过颗粒污泥内源饥饿反应，使颗粒表层脱 落，且聚磷菌在厌氧/缺(好氧)吸收磷反应后，会积累大量的聚磷酸盐，因而以聚磷菌为主 的颗粒沉降速度会高于以聚糖菌为主的颗粒。因此以聚磷菌为主的颗粒在上部、中部和底部 三个污泥层的分布比例不同，从而导致三个污泥层的反硝化脱氮除磷效率不同。通过检测 PO43--P、NO3--N和挥发性脂肪酸(VFAs)的浓度变化，来反映聚磷颗粒污泥的脱氮除磷效 能，更好地对比验证底层污泥层富集了聚磷颗粒污泥优势菌种。
本发明同现有技术相比，具有的优点和有益效果：
本发明充分利用了聚磷菌PAOs在好氧/缺氧吸收磷反应后，会积累大量的聚磷酸盐，因 而以聚磷菌PAOs为主的颗粒沉降速度会高于以聚糖菌GAOs为主的颗粒的特性，完成聚磷 颗粒污泥优势菌种的快速筛选，克服了采用分离纯化培养基筛选优势菌种方法中培养条件复 杂、操作困难、培养时间长、筛选工作量大且效率低下的缺点，大大缩短了筛选周期，提高 了工作效率。