申请日2019.02.01
公开(公告)日2019.05.07
IPC分类号C02F3/34; C02F3/12; C02F3/32
摘要
本发明公开了一种在寒冷地区培养含有嗜盐微生物活性污泥的方法及系统，该方法包括：微生物的富集增值步骤，将微生物接种源接种到设置于冻土层以下的反应器内，并在富集废水中进行富集增值;嗜盐微生物的驯化步骤，在设置于冻土层以下的反应器内将富集后的污泥在不同盐浓度的驯化废水中进行逐级驯化，得到含有嗜盐微生物活性污泥。本发明的反应器设置于冻土层以下，避免冬季低温导致微生物失活，以较低成本在干旱寒冷地区长年运行采矿废水的处理以及含有特定微生物的活性污泥的培养。本发明将产生的污泥回流至地表植被恢复层进行堆肥，促进地表植被的生长，同时反应器的出水可以用于灌溉地表植被。
权利要求书
1.一种在寒冷地区培养含有嗜盐微生物活性污泥的方法，其特征在于，包括：
微生物的富集增值步骤，将微生物接种源接种到设置于冻土层以下的反应器内，并在富集废水中进行富集增值，得到富集后的污泥，所述微生物接种源为市政污泥、河道底泥和/或硫酸厂土壤;嗜盐微生物的驯化步骤，在设置于冻土层以下的反应器内将所述富集后的污泥在不同盐浓度的驯化废水中进行逐级驯化，当所使用的驯化废水中的盐浓度达到实际处理废水的盐浓度时完成驯化，得到含有嗜盐微生物活性污泥。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，当所述反应器内的温度低于所述嗜盐微生物的存活温度时，通过设置于所述反应器底部的曝气装置向所述反应器内吹入热空气，以维持所述反应器内温度;优选地，维持所述反应器内温度不低于12oC。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述含有嗜盐微生物的活性污泥通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥或者用于高盐废水的处理;
优选地，所述反应器上还安装有透气管道，所述透气管道的另一端通向地表。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，
所述富集废水是通过将合成废水母液稀释30倍获得的，每升所述合成废水母液中含有2-4g酵母膏、20-40g ( NH4)2SO4、30-50mL乳酸钠、5-15gK2HPO4、40-60g Na2SO4;
优选地，在所述微生物的富集增值步骤，微生物接种源接种量为：每升富集废水中接种含水量低于70%的微生物接种源1-5g;
优选地，所述富集增值是指采用间歇方式曝气，每次曝气时间为2-3h，相邻两次曝气之间静置0.5-1h，共曝气6-8次，整个曝气结束后静置1-2h，然后排出上清液用于浇灌地表植被或者排出上清液做进一步净化处理，沉淀为富集后的污泥;更优选地，曝气时溶解氧的浓度为1-5mg/L;
优选地，所述逐级驯化中，共驯化n级，n是不低于3的整数，且第n级驯化废水中的盐浓度不低于实际处理废水的盐浓度，每级驯化所使用的驯化废水都是将合成废水母液稀释后获得的，其中，制备下一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数比制备上一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数小5，且第一级驯化废水是将合成废水母液稀释25倍后获得的;
优选地，所述逐级驯化中，每级驯化包括曝气7-9h后静置0.5-1h，然后出水;
优选地，第n级驯化后的出水满足灌溉水标准。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：反应器出水的后续处理步骤，一部分或全部反应器出水输送至位于反应器一侧的潜流层进行过滤，过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置;或者一部分或全部反应器出水输送至地表植被恢复层上面，然后水自植被恢复层向下流至潜流层，经潜流层过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置;所述潜流层包括靠近所述反应器一侧的前端石笼部和远离反应器一侧的多介质填料层。
6.一种在寒冷地区培养含有嗜盐微生物活性污泥的系统，其特征在于，包括：反应器，设置于冻土层以下;曝气装置，设置于所述反应器底部，用于向反应器内曝气;透气管道，一端与所述反应器连接，另一端伸出地表，以使反应器与外界空气连通;以及污泥回流装置，包括：污泥提升泵和污泥脱水机，所述污泥提升泵的一端通过污泥回流管路与所述反应器底部连接，所述污泥提升泵的另一端通过污泥回流管路与所述污泥脱水机连接。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：位于冻土层以上的植被恢复层，在所述植被恢复层上种植植物，来源于所述污泥脱水机的污泥放置于所述植被恢复层表面进行堆肥。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：位于冻土层以下且位于植被恢复层正下方的潜流层以及位于所述潜流层正下方的防渗层，反应器位于所述潜流层的一侧，潜流层通过过滤方式处理来自植被恢复层和/或来自所述反应器的废水;优选地，所述潜流层包括靠近所述反应器一侧的前端石笼部和远离反应器一侧的多介质填料层;更优选地，所述前端石笼部包括1-4层，每一层由石头堆砌而成;所述多介质填料层包括1-5层，优选为5层，自上而下分别为天然沙土层、煤矸石层、火山岩层、天然沸石层、粗砾石层。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括配水花墙，设置于所述反应器与所述潜水层之间;更优选地，所述系统还包括过滤墙，设置于所述配水花墙和所述潜水层之间;
优选地，所述系统还包括收水装置，入口与所述潜水层的出口连接。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述反应器包括多个独立的区域，优选地，所述反应器包括好氧区域、缺氧区域和厌氧区域，以适应不同类型微生物的培养。
说明书
在寒冷地区培养含有嗜盐微生物活性污泥的方法及系统
技术领域
本发明属于环境工程水处理技术，具体涉及一种在寒冷地区培养含有嗜盐微生物活性污泥的方法及系统。
背景技术
我国矿产资源多分布于西部寒冷干旱地区，这些地区多处于山区，水资源缺乏，地表水多为间歇性河流，蒸发量远大于降水量，常年流量稀释能力差。而矿产资源的开发过程中又不可避免地对地层、地下水流场和地表造成损害，导致矿区生态环境破坏严重，水资源短缺问题日益凸显，目前我国40%的矿区属于严重缺水。
采矿废水的主要特点之一是含有多种金属离子、可溶性盐类的废水，目前采矿废水的处理技术主要包括中和法、硫酸沉淀浮选法、电化学法离子交换法等，这些方法存在处理成本高、需要额外添加剂、易造成二次污染、占地面积大等缺陷，而且这些方法也基本上都受到外界气候的影响，当天气过冷时，无法顺利运行。另外，由于寒冷干旱地区多为沙地，水分渗滤快、保水难度大，且大多属于温带大陆性气候，冬季寒冷，传统的人工湿地系统很难应用于这些地区。因此，亟需结合自然环境条件开发新的水处理方法和系统。
微生物法是一种成本低，适应性强、无二次污染的方法，但是微生物法在西部寒冷干旱地区使用也是存在受外界温度影响的问题，当外界温度低于10oC时，微生物会大量死亡，无法保证水处理的运行。因此，如何在西部寒冷干旱地区运行微生物处理方法是急需解决的问题，对于可溶性盐类含量高的采矿废水的处理，急需找到一种低成本、在外界环境不允许的条件下仍然可以培养分解污水中盐类的嗜盐微生物污泥的方法和系统。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种在寒冷地区培养含有嗜盐微生物活性污泥的方法及系统。本发明的方法可以保证以较低的成本在寒冷干旱地区连年运行采矿废水的处理，不受外界气温影响，管理容易，而且本发明的方法还可以利用微生物代谢产物保育地表植物，适合寒冷干旱的西部沙地恢复植被，或者矿区复垦。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种在寒冷地区培养含有嗜盐微生物活性污泥的方法，包括：
微生物的富集增值步骤，将微生物接种源接种到设置于冻土层以下的反应器内，并在富集废水中进行富集增值，得到富集后的污泥，所述微生物接种源为市政污泥、河道底泥和/或硫酸厂土壤;
嗜盐微生物的驯化步骤，在设置于冻土层以下的反应器内将所述富集后的污泥在不同盐浓度的驯化废水中进行逐级驯化，当所使用的驯化废水中的盐浓度达到实际处理废水的盐浓度时完成驯化，得到含有嗜盐微生物活性污泥。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，当所述反应器内的温度低于所述嗜盐微生物的存活温度时，通过设置于所述反应器底部的曝气装置向所述反应器内吹入热空气，以维持所述反应器内温度;优选地，维持所述反应器内温度不低于12oC。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述含有嗜盐微生物的活性污泥通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥或者用于高盐废水的处理。污泥回流频率以活性污泥着床及微生物代谢情况决定。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述反应器上还安装有透气管道，所述透气管道的另一端通向地表。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述富集废水是通过将合成废水母液稀释30倍获得的，每升所述合成废水母液中含有2-4g酵母膏、20-40g ( NH4)2SO4、30-50mL乳酸钠、5-15gK2HPO4、40-60g Na2SO4。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述微生物的富集增值步骤，微生物接种源接种量为：每升富集废水中接种含水量低于70%的微生物接种源1-5g。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述富集增值是指采用间歇方式曝气，每次曝气时间为2-3h，相邻两次曝气之间静置0.5-1h，共曝气6-8次，整个曝气结束后静置1-2h，然后排出上清液用于浇灌地表植被或者排出上清液做进一步净化处理，沉淀为富集后的污泥;优选地，曝气时溶解氧的浓度为1-5mg/L。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述逐级驯化中，共驯化n级，n是不低于3的整数，且第n级驯化废水中的盐浓度不低于实际处理废水的盐浓度，每级驯化所使用的驯化废水都是将合成废水母液稀释后获得的，其中，制备下一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数比制备上一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数小5，且第一级驯化废水是将合成废水母液稀释25倍后获得的。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述逐级驯化中，每级驯化包括曝气7-9h后静置0.5-1h，然后出水;优选地，第n级驯化后的出水满足灌溉水标准。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述方法还包括：反应器出水的后续处理步骤，一部分或全部反应器出水输送至位于反应器一侧的潜流层进行过滤，过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置;或者一部分或全部反应器出水输送至地表植被恢复层上面，然后水自植被恢复层向下流至潜流层，经潜流层过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置;所述潜流层包括靠近所述反应器一侧的前端石笼部和远离反应器一侧的多介质填料层。
一种在寒冷地区培养含有嗜盐微生物活性污泥的系统，包括：
反应器，设置于冻土层以下;
曝气装置，设置于所述反应器底部，用于向反应器内曝气;
透气管道，一端与所述反应器连接，另一端伸出地表，以使反应器与外界空气连通;
污泥回流装置，包括：污泥提升泵和污泥脱水机，所述污泥提升泵的一端通过污泥回流管路与所述反应器底部连接，所述污泥提升泵的另一端通过污泥回流管路与所述污泥脱水机连接。
在上述系统中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括：位于冻土层以上的植被恢复层，在所述植被恢复层上种植植物，来源于所述污泥脱水机的污泥放置于所述植被恢复层表面进行堆肥。
在上述系统中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括：位于冻土层以下且位于所述植被恢复层正下方的潜流层以及位于所述潜流层正下方的防渗层，所述反应器位于所述潜流层的一侧，所述潜流层通过过滤方式处理来自植被恢复层和/或来自所述反应器的废水。优选地，所述潜流层包括靠近所述反应器一侧的前端石笼部和远离反应器一侧的多介质填料层。更优选地，所述前端石笼部包括1-4层，每一层由石头堆砌而成;所述多介质填料层包括1-5层，优选为5层，自上而下分别为天然沙土层、煤矸石层、火山岩层、天然沸石层、粗砾石层。
在在上述系统中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括配水花墙，设置于所述反应器与所述潜水层之间;更优选地，所述系统还包括过滤墙，设置于所述配水花墙和所述潜水层之间。
在在上述系统中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括收水装置，入口与所述潜水层的出口连接。
在上述系统中，作为一种优选实施方式，所述反应器包括多个独立的区域，优选地，所述反应器包括好氧区域、缺氧区域和厌氧区域，以适应不同类型微生物的培养。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的反应器(配水井)设置于冻土层以下，冻土层以下微生物驯养方法，以冻土层之下驯养微生物，避免冬季低温导致微生物失活;在干旱寒冷的地区可以基本保证微生物存活，偶尔不符合条件可以通过曝气装置向反应器内曝入热空气来满足微生物的生长条件，可以以较低成本在干旱寒冷地区长年运行采矿废水的处理以及含有特定微生物的活性污泥的培养，其可以使寒冷地区生化处理廉价稳定运行;
(2)本发明可以将产生的污泥回流至地表植被恢复层进行堆肥，促进地表植被的生长，同时反应器的出水可以用于灌溉地表植被，本发明的方法并未产生任何二次污染，合理利用了微生物培养过程中产生的废水以及污泥，对环境非常有利，适合寒冷干旱的西部沙地恢复植被，或者矿区复垦;
(3)本发明方法简单高效，微生物接种源比较普通，采用市政污水处理厂污泥作为微生物接种源时，在反应器内停留时间3-5天即可获得含有嗜盐微生物的活性污泥，当采用该活性污泥进行污水处理时，可每使用5~10天后将其泵出反应器，经过螺杆式污泥脱水机处理至含水量70%以下后导入地表堆肥，保育植物;
(4)本发明的系统是适用于干旱寒冷地区特别是西部地区全年运行采用含有嗜盐微生物活性污泥处理采矿废水的系统。该系统合理利用微生物培养过程产生的污泥和废水，并对从反应器内排出的废水做进一步低成本的处理，产业价值高。