申请日2021.01.26
公开（公告）日2021.06.01
IPC分类号C02F3/02; C02F3/10; C02F3/28; C02F3/30; C02F3/34
摘要
本发明属于市政污水处理、工业废水处理及流域治理技术领域，具体涉及一种厌氧水解联合短程硝化‑同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，更具体涉及一种基于包埋微生物菌群活性填料的污水处理工艺。本发明所述污水处理工艺，将包埋微生物菌群活性填料应用于污水的各阶段处理工艺中，提高了活性微生物的浓度，有效提高各污染物的去除效率，对污染物的设计参数容积负荷可以增加50％‑100％，水力停留时间可以减少33％‑50％，整个工艺可以更高效、稳定的运行。
权利要求书
1.一种厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取制备的包埋厌氧菌群的第三包埋微生物菌群活性填料加入至厌氧反应设施中，并选择性加入厌氧活性污泥，进行该阶段污水处理；
(2)取制备的包埋亚硝化和硝化细菌的第一包埋微生物菌群活性填料以及包埋反硝化细菌的第二包埋微生物菌群活性填料混合，并添加到短程硝化-同步硝化反硝化反应设施中，并选择性含有亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌菌群的活性污泥，进行该阶段污水处理；
(3)取制备的包埋好氧菌群的第四包埋微生物菌群活性填料加入至好氧反应设施中，并选择性加入好氧活性污泥，进行该阶段污水处理；
(4)联合启动所述短程硝化-同步硝化反硝化反应设施、所述厌氧反应设施及所述好氧反应设施，完成对污水的厌氧水解酸化、短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化联合处理。
2.根据权利要求1所述厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，所述第一包埋微生物菌群活性填料和所述第二包埋微生物菌群活性填料的质量比为1：1。
3.根据权利要求1或2所述厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中：
所述第一包埋微生物菌群活性填料和所述第二包埋微生物菌群活性填料的总加入量占所述短程硝化-同步硝化反硝化反应设施容积的5-60％；
控制所述反应设施中，所述含有亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌菌群活性污泥的浓度为0-6000mg/l。
4.根据权利要求1-3任一项所述厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)中：
所述第三包埋微生物菌群活性填料的加入量占所述厌氧反应设施容积的5-60％；
控制所述反应设施中，所述厌氧活性污泥的浓度为0-6000mg/l。
5.根据权利要求1-4任一项所述厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)中：
所述第四包埋微生物菌群活性填料的加入量占所述好氧反应设施容积的5-60％；
控制所述反应设施中，所述好氧活性污泥的浓度为0-6000mg/l。
6.根据权利要求1-5任一项所述厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，所述第一包埋微生物菌群活性填料、第二包埋微生物菌群活性填料、第三包埋微生物菌群活性填料和第四包埋微生物菌群活性填料彼此独立的包括质量比为52-65wt％：35-48wt％的包埋填料基材与各自对应包埋种类的菌群浓缩液；
所述菌群浓缩液中，所含微生物菌群的固体含量为3-5wt％。
7.根据权利要求6所述厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，所述包埋填料基材包括如下重量份的组分：火山岩粉末7-10重量份、活性炭粉末8-10重量份、硅藻土5-10重量份、含量40-60％的PVA胶液32-35重量份、复合生物酶制剂0.01-0.03重量份、硫酸镁0.1-0.3重量份、硫酸铁0.2-0.3重量份。
8.根据权利要求7所述厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，所述复合生物酶制剂包括淀粉酶、纤维素酶和中性蛋白酶的混合物。
9.根据权利要求6-8任一项所述厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，所述第一包埋微生物菌群活性填料、第二包埋微生物菌群活性填料、第三包埋微生物菌群活性填料和第四包埋微生物菌群活性填料的制备方法，彼此独立的包括如下步骤：
(1)取选定配比量的所述火山岩粉末、活性炭粉末、硅藻土、复合生物酶制剂、硫酸镁、硫酸铁及菌群浓缩液充分混匀，备用；
(2)取PVA加水混合并进行加热，待PVA全部溶化变成胶状溶液后停止，得到所需浓度的PVA胶液；取选定配比量的所述PVA胶液加入至步骤(1)得到的混合原料中，充分混匀得到胶状物料；
(3)将得到的胶状物料经挤压定型得到定型填料，并置于饱和硼酸溶液中进行胶联，以及，置于硫酸钠溶液中浸泡，即得。
10.根据权利要求9所述厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，其特征在于，所述第一包埋微生物菌群活性填料、第二包埋微生物菌群活性填料、第三包埋微生物菌群活性填料和第四包埋微生物菌群活性填料的制备方法还包括对待包埋的微生物菌群进行富集培养以制得所需菌群浓缩液的步骤。
说明书
一种厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污 水处理工艺
技术领域
本发明属于市政污水处理、工业废水处理及流域治理技术领域，具体涉及一种厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，更具体涉及一种基于包埋微生物菌群活性填料的污水处理工艺。
背景技术
目前，对于含有污染物氮的市政污水及工业废水的核心处理方法即为生化处理。常规的生化处理工艺有多种，主要的生化脱氮处理工艺主要包括：短程硝化、同步硝化反硝化、A/O、A2/O、SBR、CAST或MBR，其中，短程硝化、同步硝化反硝化是比较经济、高效的生化脱氮工艺。在废水及污水处理工艺中，短程硝化、同步硝化反硝化工艺是目前污水处理行业的突破性技术，含氮污、废水生物处理中，硝化反应是氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)共同作用完成的，AOB将氨氮氧化成亚硝酸盐氮，NOB将亚氮进一步转化成硝酸盐氮，它可应用在市政污水处理厂建设及提标改造、工业废水处理、乡镇污水处理中。目前，随着全国污水处理领域提标改造工作的进行，污水处理厂改造费用高、可使用的土地短缺的问题给污水处理厂提标改造造成很大的困扰，而提标后面临的污水处理厂运行费用大幅度提高也是目前污水处理行业的重大问题。因此，通过技术改革以减少污水处理厂的提标改造成本，降低污水处理厂的运行成本，在污水处理领域具有重大的意义。
微生物包埋技术的研究在国内及国际上已经有几十年，由于各种原因，此技术一直没有得到突破及很好的应用。包埋法的原理是将微生物细胞截流在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络空间中，通过聚合作用或者离子网络形成、或通过沉淀作用、或改变溶剂、温度、pH值使细胞截流，凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄漏，同时能让基质渗入和产物扩散出来。包埋法具有操作简单、对细胞活性影响较小、制作的固定化细胞球的强度高的优势。其中，细菌细胞包埋固定化技术可以大幅度提高微生物浓度，常用的包埋材料有：聚乙烯醇(PVA)、琼脂、K-卡拉胶、明胶、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氨酯等。在污水处理工艺中，通过包埋方法对细菌细胞进行固定化，可以实现AOB细菌的定性定量投加。
因此，开发适宜的具有更高活性、更高效率的微生物菌群活性包埋填料体系，进而应用于厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，以促进整个工艺更高效、稳定的运行，对于提高废水和污水处理系统的工作效率以及实现污水处理领域提标改造的低成本化，具有积极的意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，所述工艺基于具有更高活性、更高效率的包埋微生物菌群活性填料进行处理，工艺处理效率更优、工艺运行稳定性更优。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种厌氧水解联合短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化的污水处理工艺，包括如下步骤：
(1)取制备的包埋厌氧菌群的第三包埋微生物菌群活性填料加入至厌氧反应设施中，并选择性加入厌氧活性污泥，进行该阶段污水处理；
(2)取制备的包埋亚硝化和硝化细菌的第一包埋微生物菌群活性填料以及包埋反硝化细菌的第二包埋微生物菌群活性填料混合，并添加到短程硝化-同步硝化反硝化反应设施中，并选择性含有亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌菌群的活性污泥，进行该阶段污水处理；
(3)取制备的包埋好氧菌群的第四包埋微生物菌群活性填料加入至好氧反应设施中，并选择性加入好氧活性污泥，进行该阶段污水处理；
(4)联合启动所述短程硝化-同步硝化反硝化反应设施、所述厌氧反应设施及所述好氧反应设施，完成对污水的厌氧水解酸化、短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化联合处理。
具体的，所述步骤(2)中，所述第一包埋微生物菌群活性填料和所述第二包埋微生物菌群活性填料的质量比为1：1。
具体的，所述步骤(2)中，所述第一包埋微生物菌群活性填料和所述第二包埋微生物菌群活性填料的总加入量占所述短程硝化-同步硝化反硝化反应设施容积的5-60％；控制所述反应设施中，所述含有亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌菌群活性污泥的浓度为0-6000mg/l，并且在此反应设施的底部设有曝气装置。
具体的，所述步骤(1)中，所述第三包埋微生物菌群活性填料的加入量占所述厌氧反应设施容积的5-60％；控制所述反应设施中，所述厌氧活性污泥的浓度为0-6000mg/l，并且在此反应设施中设有搅拌装置。
具体的，所述步骤(3)中，所述第四包埋微生物菌群活性填料的加入量占所述好氧反应设施容积的5-60％；控制所述反应设施中，所述好氧活性污泥的浓度为0-6000mg/l，并且在此反应设施的底部设有曝气装置。
具体的，所述第一包埋微生物菌群活性填料、第二包埋微生物菌群活性填料、第三包埋微生物菌群活性填料和第四包埋微生物菌群活性填料彼此独立的包括质量比为52-65wt％：35-48wt％的包埋填料基材与各自对应包埋种类的菌群浓缩液；
所述菌群浓缩液中，所含微生物菌群的固体含量为3-5wt％。
具体的，所述包埋填料基材包括如下重量份的组分：火山岩粉末7-10重量份、活性炭粉末8-10重量份、硅藻土5-10重量份、含量40-60％的PVA胶液32-35重量份、复合生物酶制剂0.01-0.03重量份、硫酸镁0.1-0.3重量份、硫酸铁0.2-0.3重量份。
优选的，所述火山岩粉末和所述活性炭粉末的粒径小于150目。
具体的，所述复合生物酶制剂包括淀粉酶、纤维素酶和中性蛋白酶的混合物，优选所述淀粉酶、纤维素酶和中性蛋白酶的质量比为1：1：1。
具体的，所述第一包埋微生物菌群活性填料、第二包埋微生物菌群活性填料、第三包埋微生物菌群活性填料和第四包埋微生物菌群活性填料的制备方法，彼此独立的包括如下步骤：
(1)取选定配比量的所述火山岩粉末、活性炭粉末、硅藻土、复合生物酶制剂、硫酸镁、硫酸铁及菌群浓缩液充分混匀，备用；
(2)取PVA加水混合并进行加热，待PVA全部溶化变成胶状溶液后停止，得到所需浓度的PVA胶液；取选定配比量的所述PVA胶液加入至步骤(1)得到的混合原料中，充分混匀得到胶状物料；
(3)将得到的胶状物料经挤压定型得到定型填料，并置于饱和硼酸溶液中进行胶联，以及，置于硫酸钠溶液中浸泡，即得。
具体的，所述步骤(3)中，所述定型填料的形状包括圆形、球形、方形或圆形中空网格状。优选的，圆形和圆形中空网格状填料直径在1.0cm-5.0cm，厚度0.5cm-3.0cm；球形填料直径在1.0cm-3.5cm；方形填料边长在1.0cm-5.0cm。
具体的，所述第一包埋微生物菌群活性填料、第二包埋微生物菌群活性填料、第三包埋微生物菌群活性填料和第四包埋微生物菌群活性填料的制备方法还包括对待包埋的微生物菌群进行富集培养以制得所需菌群浓缩液的步骤。
本发明所述厌氧水解酸化、短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化污水处理工艺，将经包埋处理的微生物菌群活性填料应用于污水的各阶段处理工艺中，通过将各阶段工艺反应对应种类的包埋微生物活性填料按照5％-60％的比例添加到对应阶段的反应设施中，不仅使工艺抗冲击负荷能力增强，还大幅度的提高了活性微生物的浓度，可以做到精准高效去除有机污染物、氨氮、总氮的目的，有效提高各污染物的去除效率，提高幅度达到10％-100％，不仅增大了污染物的设计负荷，同时减少水力停留时间，对于新建污水处理厂设计和现有污水处理厂改造，对污染物的设计参数容积负荷可以增加50％-100％，水力停留时间可以减少33％-50％，整个工艺可以更高效、稳定的运行。对于污水处理厂原有工艺而言，可以在不增加构筑物的情况下，通过把原有工艺调整成包埋微生物填料应用于厌氧水解酸化、短程硝化-同步硝化反硝化、好氧氧化污水处理工艺，从而节省建设成本及提标改造成本，可以达到低成本提标改造的目的。
本发明所述包埋填料，以火山岩粉末、活性炭粉末、硅藻土、PVA胶液、复合生物酶制剂、硫酸镁和硫酸铁为原料，可以实现对多种微生物菌群的包埋处理，在确保整个包埋填料所需强度性能的基础上，通过复合生物酶制剂的加入，有效提高了整个包埋填料的微生物活性，更适宜于废水和污水处理工艺的高效应用，不仅可以提高整个工艺的反应效率，还可以有效降低污水处理的建设成本及运行成本，适宜于工业推广。
（发明人：徐冬梅;）