公布日：2023.11.03
申请日：2022.04.26
分类号：C02F3/34(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种生物滤池自养脱氮工艺的快速启动方法。该方法包括：(1)在生物滤池内预先接种富含脱氮细菌的活性污泥和待处理污水，然后对污泥进行破解处理；(2)向步骤(1)经过破解处理的污泥中装载培养硝化细菌的载体，进行硝化过程所需微生物的挂膜培养；(3)当步骤(2)的培养体系中氨氮去除率为50％以上时，装填培养厌氧氨氧化菌的载体，进行厌氧氨氧化菌的挂膜培养；(4)当步骤(3)的培养体系中亚硝氮去除率达50％以上时，进行硝化细菌和厌氧氨氧化细菌的共同培养，直至完成启动过程。本发明先对活性污泥体系进行预处理，再分步装填硝化细菌载体和厌氧氨氧化菌载体，加速具有脱氮功能的微生物的快速挂膜，实现系统的快速启动。
权利要求书
1.一种生物滤池自养脱氮工艺的快速启动方法，包括以下步骤：(1)在生物滤池内预先接种富含脱氮细菌的活性污泥和待处理污水，然后对污泥进行破解处理；(2)向步骤(1)经过破解处理的污泥系统中装载培养硝化细菌的载体，进行硝化过程所需微生物的挂膜培养；(3)当步骤(2)的培养体系中氨氮去除率达到50％以上，优选60％～70％时，再装填培养厌氧氨氧化菌的载体，进行厌氧氨氧化菌的挂膜培养；(4)当步骤(3)的培养体系中亚硝氮去除率达50％以上时，优选60％～70％时，提高溶解氧浓度进行硝化细菌和厌氧氨氧化细菌的共同培养，直至完成启动过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述培养硝化细菌的载体是以包埋碳酸钙的交联壳聚糖为基体，其上吸附生长有异养菌，其中异养菌占载体质量的5％～50％，优选10％～30％；和/或，所述培养厌氧氨氧化菌的载体中，异养菌占载体质量的1％～5％，聚乙烯亚胺占载体质量的1％～10％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，按照污泥浓度2000～3000mg/L接种富含脱氮细菌的活性污泥。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，对污泥进行破解处理使得胞外聚合物按照蛋白质的质量含量计，提高至不超过60％，优选30％～40％时停止破解。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，破解处理的方式为过度曝气。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，培养硝化细菌的载体按照加入后含量1～3g/L进行投加；和/或，步骤(3)中，培养厌氧氨氧化菌的载体按照加入后含量2～6g/L进行投加。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，运行条件为：溶解氧1～5mg/L，优选2～4mg/L，pH值为7.5～8.5，温度为25～40℃，水力停留时间为6～12h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，运行条件为：溶解氧0.05～0.5mg/L，优选0.1～0.3mg/L，pH值为7.5～8.5，温度为25～40℃，水力停留时间为6～12h。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中，运行条件为：溶解氧0.2～2.0mg/L，优选0.5～1.5mg/L，pH值为7.5～8.5，温度为25～40℃，水力停留时间为12～24h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，当生物滤池中氨氮去除率达90％以上、总氮去除率达80％以上，总氮去除负荷达1.0kgTN/(m3·d)以上，完成系统的启动过程。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的污水的水质为：氨氮浓度为30～50mg/L，亚硝氮浓度为30～50mg/L，总氮为60～100mg/L，COD浓度为50～150mg/L。
12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的异养菌是酵母菌、乳酸菌、硫酸盐还原菌中的至少一种，优选酵母菌；所述的酵母菌选自假丝酵母、隐球酵母、汉逊氏酵母属、毕赤氏酵母、红酵母、球拟酵母或丝孢酵母中的至少一种，优选热带假丝酵母菌；所述的乳酸菌选自乳杆菌、双歧杆菌、乳球菌中的至少一种；所述的硫酸盐还原菌选自脱硫单胞菌、脱硫线菌中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体是按照如下方法制备的：将利用有机碳源的异养菌培养至对数生长期后期，收获菌体细胞；将菌体细胞与壳聚糖混合，再与碳酸钙交联制备交联壳聚糖载体；采用聚乙烯亚胺对交联壳聚糖载体进行修饰，得到培养厌氧氨氧化菌的载体。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体的制备方法中，培养条件为：温度20～38℃，优选20～30℃，pH为6.0～8.5，优选6.0～7.0；静置培养或者摇床培养，静置培养每隔30～60min进行搅拌，摇床培养的转速为200～600r/min。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体的制备方法中，将菌体细胞与壳聚糖按照质量比1：1～1：3混合，再与碳酸钙交联制备交联壳聚糖载体。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体的制备方法中，采用聚乙烯亚胺对交联壳聚糖载体进行修饰，具体是将交联壳聚糖载体浸渍于聚乙烯亚胺水溶液中，再经干燥制得；其中，聚乙烯亚胺水溶液的质量分数为1％～10％，浸渍时间为30～90min；干燥温度为25～40℃，干燥时间为1～5h。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物滤池自养脱氮工艺的快速启动方法。本发明方法能够加速具有脱氮功能的微生物的快速挂膜，实现系统脱氮功能的快速构建，实现系统的快速启动。
本发明提供了一种生物滤池自养脱氮工艺的快速启动方法，包括以下步骤：
(1)在生物滤池内预先接种富含脱氮细菌的活性污泥和待处理污水，然后对污泥进行破解处理；
(2)向步骤(1)经过破解处理的污泥系统中装载培养硝化细菌的载体，进行硝化过程所需微生物的挂膜培养；
(3)当步骤(2)的培养体系中氨氮去除率达到50％以上，优选60％～70％时，再装填培养厌氧氨氧化菌的载体，进行厌氧氨氧化菌的挂膜培养；
(4)当步骤(3)的培养体系中亚硝氮去除率达50％以上时，优选60％～70％时，提高溶解氧浓度进行硝化细菌和厌氧氨氧化细菌的共同培养，直至完成启动过程。
本发明中，所述培养硝化细菌的载体是以包埋碳酸钙的交联壳聚糖为基体，其上吸附生长有异养菌，其中异养菌占载体质量的5％～50％，优选10％～30％。
本发明中，所述培养厌氧氨氧化菌的载体中，异养菌占载体质量的1％～5％，聚乙烯亚胺占载体质量的1％～10％。
本发明中，步骤(1)中，按照污泥浓度2000～3000mg/L接种富含脱氮细菌的活性污泥。接种的活性污泥可以是处理含氨污水的处理厂二沉池的剩余污泥污泥，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％，优选80％～90％的污泥。
本发明中，步骤(1)中，对污泥进行破解处理使得胞外聚合物按照蛋白质的质量含量计，提高至不超过60％，优选30％～40％时停止破解。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。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(2)中利于菌体的快速挂膜。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。
本发明中，步骤(1)中，破解处理的方式可以采用过度曝气。所述过度曝气方式为控制溶解氧浓度大于5mg/L，优选5～7mg/L。
本发明中，步骤(2)中，培养硝化细菌的载体按照加入后含量1～3g/L进行投加。
本发明中，步骤(2)中，运行条件为：溶解氧1～5mg/L，优选2～4mg/L，pH值为7.5～8.5，温度为25～40℃，水力停留时间为6～12h。
本发明中，步骤(3)中，培养厌氧氨氧化菌的载体按照加入后含量2～6g/L进行投加。
本发明中，步骤(3)中，运行条件为：溶解氧0.05～0.5mg/L，优选0.1～0.3mg/L，pH值为7.5～8.5，温度为25～40℃，水力停留时间为6～12h。
本发明中，步骤(4)中，运行条件为：溶解氧0.2～2.0mg/L，优选0.5～1.5mg/L，pH值为7.5～8.5，温度为25～40℃，水力停留时间为12～24h。
本发明中，步骤(4)中，当生物滤池中氨氮去除率达90％以上、总氮去除率达80％以上，总氮去除负荷达1.0kgTN/(m3·d)以上，完成系统的启动过程。
本发明中，所述的污水的水质为：氨氮浓度为30～50mg/L，亚硝氮浓度为30～50mg/L，总氮为60～100mg/L，COD浓度为50～150mg/L。
本发明中，所述的培养硝化细菌的载体是按照如下方法制备的：制备包埋碳酸钙的交联壳聚糖载体；将交联壳聚糖载体投加到利用有机碳源的异养菌培养体系进行吸附生长，培养至对数生长后期停止，取出固体物干燥得到双微载体。
本发明中，所述的培养硝化细菌的载体的制备方法中，所述的包埋碳酸钙的交联壳聚糖载体可以采用本领域常规的制备方法获得。交联的方法主要可以采用直接交联、交联中进行化学修饰等。直接交联法使用的交联剂有环氧氯丙烷、戊二醛﹑甲醛﹑冠醚类和京尼平等中至少一种，优选京尼平。交联是壳聚糖与交联剂分子之间发生交联反应，使壳聚糖分子由直链变成网状结构，通过交联可以改善壳聚糖的比表面积和孔结构等物理性能，有效地提高壳聚糖的稳定性。
本发明中，所述的培养硝化细菌的载体的制备方法中，所述的异养菌可以是酵母菌、乳酸菌、硫酸盐还原菌等利用有机碳源的异养菌中的至少一种，优选酵母菌。所述的酵母菌可以选自假丝酵母、隐球酵母、汉逊氏酵母属、毕赤氏酵母、红酵母、球拟酵母或丝孢酵母等中的至少一种，优选热带假丝酵母菌。所述的乳酸菌可以选自乳杆菌、双歧杆菌、乳球菌等中的至少一种。所述的硫酸盐还原菌可以选自脱硫单胞菌、脱硫线菌等中的至少一种。
本发明中，所述的培养硝化细菌的载体的制备方法中，所述的有机碳源根据选择的具体菌种确定，一般为所选择异养菌常规培养采用的糖类、蛋白质、有机酸等含碳有机物，如可以是葡萄糖、己糖、木糖、蔗糖、淀粉等中的至少一种。有机碳源按照加入后体系中质量浓度为1～5g/L进行投加。
本发明中，所述的培养硝化细菌的载体的制备方法中，所述的异养菌的培养条件为：温度20～38℃，优选20～30℃，pH为6.0～8.5，优选6.0～7.0；静置发酵或者摇床培养，静置发酵培养每隔30～60min进行搅拌，摇床培养转速为200～600r/min。培养至对数生长后期，一般是培养24h～80h。
本发明中，所述的培养硝化细菌的载体的制备方法中，所述的干燥温度为25～50℃，干燥时间为1～5h。
本发明中，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体是按照如下方法制备的：将利用有机碳源的异养菌培养至对数生长期后期，收获菌体细胞；将菌体细胞与壳聚糖混合，再与碳酸钙交联制备交联壳聚糖载体；采用聚乙烯亚胺对交联壳聚糖载体进行修饰，得到培养厌氧氨氧化菌的载体。
本发明中，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体的制备方法中，所述的利用有机碳源的异养菌是在无氧或者缺氧条件下利用有机碳源繁殖生长的微生物，如可以是酵母菌、乳酸菌、硫酸盐还原菌等中至少一种。所述的酵母菌可以选自假丝酵母、隐球酵母、汉逊氏酵母属、毕赤氏酵母、红酵母、球拟酵母或丝孢酵母等中的至少一种，优选热带假丝酵母。所述的乳酸菌可以选自乳杆菌、双歧杆菌、乳球菌等中至少一种。所述的硫酸盐还原菌可以选自脱硫单胞菌、脱硫线菌等中至少一种。
本发明中，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体的制备方法中，所述的有机碳源根据所选择的异养菌确定，一般为选定异养菌常规培养采用的糖类、蛋白质、有机酸等含碳有机物中的至少一种，具体可以是葡萄糖、己糖、木糖、蔗糖、淀粉等中至少一种。
本发明中，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体的制备方法中，所述的利用有机碳源的异养菌的培养根据菌体选择本领域常规使用的培养基。培养条件为：温度20～38℃，优选20～30℃，pH为6.0～8.5，优选6.0～7.0；静置培养或者摇床培养，静置培养每隔30～60min进行搅拌，摇床培养的转速为200～600r/min。培养至对数生长期后期，一般培养24～80h，可以通过过滤、离心等方式收获菌体细胞，如可以在10000～15000r/min条件下离心弃上清液保留菌体细胞。
本发明中，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体的制备方法中，将菌体细胞与壳聚糖按照质量比1:1～1:3混合，再与碳酸钙交联制备交联壳聚糖载体。交联壳聚糖载体的制备采用本领域常规的制备方法。制备方法可以采用直接交联法，直接交联法使用的交联剂为环氧氯丙烷、戊二醛﹑甲醛﹑冠醚类、京尼平等中至少一种，优选京尼平。交联是壳聚糖与交联剂分子之间发生交联反应，使壳聚糖分子由直链变成网状结构，通过交联可以改善壳聚糖的比表面积和孔结构等物理性能，有效地提高壳聚糖的稳定性。具体制备过程为：将质量分数2％的壳聚糖溶解于体积分数1％的醋酸溶液共计500mL按照质量体积比为2％加入壳聚糖、体积比为1％加入醋酸制得500mL混合液，按照菌体细胞与壳聚糖质量比1:1～1:3加入步骤(1)制备的菌体细胞，然后加入CaCO3纳米颗粒10g，加入5倍体积食用油，加入10mL司班～80激烈搅拌；再加入京尼平至其在水相中终浓度为20mM，持续搅拌24小时，离心分离沉淀，并用丙酮、热水、冷水清洗数次，以除去残留在表面的油相及杂质。最后再用丙酮脱水，并将所得产物在室温下晾干，得到以碳酸钙为核、菌体细胞和壳聚糖均匀包裹在周围的交联壳聚糖载体。
本发明中，所述的培养厌氧氨氧化菌的载体的制备方法中，采用聚乙烯亚胺对交联壳聚糖载体进行修饰，具体是将交联壳聚糖载体浸渍于聚乙烯亚胺水溶液中，经干燥制得；其中，聚乙烯亚胺水溶液的质量分数为1％～10％，浸渍时间为30～90min。浸渍结束后，取出干燥即可，干燥温度为25～40℃，干燥时间为1～5h。所制备的载体中，异养菌占载体质量的1％～5％，聚乙烯亚胺占载体质量的1％～10％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过对污水处理系统中活性污泥的处理并结合培养不同微生物的载体配合开工启动，即通过破解处理使活性污泥释放一定量的胞外聚合物，再投加载体的方式，有助于生物滤池工艺自养脱氮工艺的快速形成，快速构建系统脱氮功能，实现了处理系统的快速启动。
(2)本发明所使用的培养硝化细菌的载体，是由带有正电荷的交联壳聚糖与利用有机碳源的异养菌制备而成，正电荷的交联壳聚糖可以将硝化细菌有效吸附到载体上进行快速适应性生长，载体中的异养菌可以逐渐释放结合位，可以提高硝化细菌活性和培养密度。
(3)本发明所使用的培养厌氧氨氧化菌的载体，是由壳聚糖、异养菌和聚乙烯亚胺三种物质的协同配合制备而成。异养菌可以改善壳聚糖的比表面积和孔结构，二者彼此发挥协同作用。而且，在厌氧氨氧化菌生长过程中，异养菌可以对死亡的菌体降解，空余出孔道为厌氧氨氧化菌提供场所，降解死亡菌体的同时释放出二氧化碳气体，提高传质效率。采用的聚乙烯亚胺能够阻止氧对厌氧氨氧化菌的影响，有利于提高厌氧氨氧化菌的繁殖生长速率。
（发明人：高会杰;孙丹凤;王刚;陈明翔）