連續(xù)流系統(tǒng)好氧反硝化型顆粒污泥培養(yǎng)新方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于廢水生物處理【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種在連續(xù)流系統(tǒng)好氧反硝化型顆粒污泥培養(yǎng)新方法。包括以下步驟:1)先組建一合建式連續(xù)流反應(yīng)裝置,高徑比為(1.5~5)∶1,分為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū),二者有效體積比為(3~10)∶1;2)接種反應(yīng)器體積的30~40%(V/V)事先預(yù)富集培養(yǎng)的好氧反硝化產(chǎn)絮TN-14菌泥以及5~10%的普通活性污泥,加入實(shí)際生活污水,悶曝2d后改為低負(fù)荷連續(xù)進(jìn)水;3)逐漸縮短水力停留時(shí)間來(lái)增大進(jìn)水負(fù)荷,初始運(yùn)行負(fù)荷需大于0.5kgCOD/m3·d,啟動(dòng)后每隔10~15d增大0.3~0.5kgCOD/m3·d負(fù)荷,直至顆粒污泥形成。反應(yīng)器的運(yùn)行負(fù)荷為0.75~2.0kgCOD/m3·d,運(yùn)行過(guò)程中投加30~80mg/L?Ca2+,40天內(nèi)可形成黃褐色、形狀規(guī)則、粒徑在0.5~2mm之間的成熟顆粒污泥。
【專(zhuān)利說(shuō)明】連續(xù)流系統(tǒng)好氧反硝化型顆粒污泥培養(yǎng)新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種連續(xù)流系統(tǒng)好氧反硝化型顆粒污泥培養(yǎng)新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,隨著生活水平的提高和飲食結(jié)構(gòu)的變化,生活污水中含氮量越來(lái)越高,導(dǎo)致碳氮比值偏低,特別是南方城市,污水低碳氮比特點(diǎn)突出且排放量日益增加。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外在氨氮廢水處理方面開(kāi)展了很多研究,處理技術(shù)涵蓋了物理法、化學(xué)法和生物法。物理法、化學(xué)法因其存在運(yùn)行成本高、對(duì)環(huán)境易造成二次污染等問(wèn)題,而生物脫氮技術(shù)具有處理效果好、操作管理方便、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)而被廣大學(xué)者關(guān)注。普通的活性污泥法占地面積大,工藝流程長(zhǎng),需要的堿度較大,且難以使污水脫氮達(dá)標(biāo),通常脫氮去除率只有10~20%,或經(jīng)工藝改進(jìn)后能達(dá)到較好的TN去除率,但增加了工藝流程,使成本驟增。普通活性污泥系統(tǒng)中生長(zhǎng)速度慢的自養(yǎng)硝化菌和對(duì)氧要求苛刻的厭氧反硝化菌是脫氮效率低的主要影響因素之一。
[0003]近年來(lái),國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有文獻(xiàn)關(guān)于一些好氧反硝化菌同時(shí)兼具硝化性能的報(bào)道,該菌種可以將NH/-N直接轉(zhuǎn)變成氣態(tài)氮從水體中直接排出,這種菌具有很高的利用價(jià)值,有助于解決傳統(tǒng)生物脫氮工藝啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),要求條件苛刻以及硝化與反硝化不能同時(shí)在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行等缺點(diǎn)。但是,目前關(guān)于好氧反硝化菌的研究主要集中在純培養(yǎng)物脫氮性能上面。而實(shí)際污水處理系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的微生物種群混合體,所以在污水處理系統(tǒng)中保持高濃度好氧反硝化菌群并且使其長(zhǎng)期穩(wěn)定的存在,是新型低能耗生物脫氮技術(shù)在污水處理系統(tǒng)中高效脫氮的關(guān)鍵。生物膜法和固定微生物法常常被人們用來(lái)保證維持污水處理系統(tǒng)中的脫氮細(xì)菌的濃度的方法,但是價(jià)格低廉、性能良好的載體較少。而顆粒污泥作為微生物自固定化的一種形式,相比傳統(tǒng)的微生物固定方法比如:包埋法,交聯(lián)法和載體結(jié)合法具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),它不需要一些無(wú)機(jī)或有機(jī)的材料作為載體,避免了微生物活性量低的缺點(diǎn),減少了運(yùn)行成本。同普通的絮狀污泥相比,顆粒污泥具有密度大,強(qiáng)度高,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,沉淀性能突出等優(yōu)點(diǎn)。這使得采用顆粒污泥的反應(yīng)器可以保持較高的生物量,因而能夠承受較高濃度的污染物和有毒物質(zhì)的沖擊,同時(shí)能夠使得水處理構(gòu)筑物具有緊湊的機(jī)構(gòu),較小的占地面積。好氧顆粒污泥技術(shù)具備良好的沉降性能和較高的生物量,能克服傳統(tǒng)活性污泥法一些固有的缺點(diǎn),成為研究的新熱點(diǎn)。
[0004]目前,對(duì)好氧顆粒污泥的培養(yǎng)大多數(shù)是在序批式生物反應(yīng)器(SBR)運(yùn)行模式下展開(kāi)的研究,但是在連續(xù)流中顆粒污泥的形成機(jī)制研究較少。而中國(guó)目前污水處理運(yùn)行模式以連續(xù)流居多,所以研究連續(xù)流狀態(tài)下好氧顆粒污泥的快速培養(yǎng)方法,對(duì)推動(dòng)好氧顆粒污泥技術(shù)在實(shí)際污水處理中的應(yīng)用具有更重要的現(xiàn)實(shí)意義。而目前絕大多數(shù)研究都采用人工模擬廢水作為培養(yǎng)好氧顆粒污泥的基質(zhì),研究其形成和脫氮除碳性能;而實(shí)際廢水中有機(jī)物質(zhì)范圍廣、種類(lèi)多、成分較復(fù)雜,好氧顆粒污泥在模擬廢水中表現(xiàn)出的生物降解能力與在實(shí)際廢水中差異很大。因此以實(shí)際廢水為基質(zhì),培養(yǎng)好氧顆粒污泥,并研究其脫氮除碳性能尤為必要。
[0005]因此,本發(fā)明采用生物強(qiáng)化技術(shù),以異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌泥作為接種污泥,在單級(jí)連續(xù)流污水處理系統(tǒng)內(nèi),富集培養(yǎng)好氧反硝化型顆粒物污泥,從而實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)中同步完成硝化-反硝化的脫氮過(guò)程,大大提高其脫氮效率,節(jié)約藥劑成本,縮減工藝流程;為推進(jìn)新型低耗好氧反硝化型顆粒物污泥技術(shù)在實(shí)際廢水中的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)流系統(tǒng)好氧反硝化型顆粒污泥培養(yǎng)新方法。
[0007]本發(fā)明所接種的好氧反硝化脫氮產(chǎn)絮菌TN-14,為不動(dòng)桿菌屬(Acinetobactersp.)CCTCC N0.M2013247,已于2013年6月5日保藏于中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(簡(jiǎn)稱CCTCC)(武漢),保藏號(hào)=CCTCC N0.M2013247。
[0008]一種連續(xù)流系統(tǒng)好氧反硝化型顆粒污泥培養(yǎng)及脫氮新方法,其特征在于在合建式完全混合式連續(xù)流污水處理系統(tǒng)中,培養(yǎng)好氧反硝化型顆粒污泥的及脫氮的新方法。
[0009]所述的在合建式完全混合式連續(xù)流污水處理系統(tǒng)中,培養(yǎng)好氧反硝化型顆粒污泥的及脫氮的新方法為:采用高徑比為(1.5~5): I的合建式完全混合反應(yīng)器,分為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū),二者有效體積比為(3~10): I??諝獗脧姆磻?yīng)器反應(yīng)區(qū)底部充入空氣,從反應(yīng)區(qū)上方進(jìn)水,沉淀區(qū)上方出水,并采用50-300%的污泥回流比。反應(yīng)器內(nèi)接種反應(yīng)器體積的30~40% (V/V)事先預(yù)富集培養(yǎng)的不動(dòng)桿菌屬TN-14 (Acinetobacter sp.TN-14)菌泥以及5-10%的普通活性污泥,加入實(shí)際生活污水,悶曝2d后改為低負(fù)荷連續(xù)進(jìn)水,逐漸縮短水力停留時(shí)間來(lái)增大進(jìn)水負(fù)荷,初始運(yùn)行負(fù)荷需大于0.5kgC0D/m3.(!,啟動(dòng)后每隔10~15d增大0.3~0.5kgC0D/m3-d負(fù)荷,直至顆粒污泥形成。反應(yīng)器的運(yùn)行負(fù)荷0.75~2.0kgCOD/m3-Cl0反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中采用投加30~80mg/L Ca2+的方式來(lái)提高反應(yīng)器內(nèi)污泥的沉降性能。
[0010]本發(fā)明以不動(dòng)桿菌屬TN-14 (Acinetobacter sp.TN-14)為接種污泥,以實(shí)際生活污水為基質(zhì),40天之內(nèi)在連續(xù)流系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)好氧污泥顆?;?,并且在廢水平均進(jìn)水COD為 279.22mg/L,氨氮濃度為 34.98mg/L, TN 濃度為 45.77mg/L, TP 濃度為 4.34mg/L。對(duì)廢水C0D、氨氮、總氮、總磷的去除率分別為82.15%,91.86%,54.24%,60.63%。COD出水濃度保持在22.18~60.35mg/L,平均濃度為48.29mg/L,達(dá)到城鎮(zhèn)污水綜合排放一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn) 60mg/L(GB18918-2002) ;TN 出水濃度在 13.94 ~24.68mg/L,平均濃度為 21.26mg/L,有一半的天數(shù)達(dá)到一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。氨氮出水濃度范圍為0.18~4.93mg/L,平均濃度為
2.65mg/L,全部保持一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn);TP的出水在0.55~2.49mg/L范圍內(nèi),全部達(dá)到城鎮(zhèn)排放標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),且大部分天數(shù)為一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1-1a為本發(fā)明好氧顆粒污泥應(yīng)用實(shí)例I中使用的完全混合式反應(yīng)器示意圖
[0012]圖1-1b為應(yīng)用實(shí)例2中使用的完全混合式反應(yīng)器示意圖
[0013]圖l-2a為采用本方法培養(yǎng)的成熟顆粒污泥掃描電鏡照片
[0014]圖l_2b是顆粒污泥微觀結(jié)構(gòu)圖
[0015]圖l_2c是顆粒污泥能譜圖
【具體實(shí)施方式】
[0016]一、菌源
[0017]1、異氧硝化菌劑:本專(zhuān)利所使用的好氧反硝化脫氮產(chǎn)絮菌(編號(hào)TN-14 ;為不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter.sp.);
[0018]2、硝化富集培養(yǎng)基(g/L)
[0019](NH4) 28040.5g,檸檬酸三鈉 4.08g, KH2PO4L 0g, FeCl2.6Η200.5g, CaCl2.7Η200.2g,MgSO4.7Η201.0g, ρΗ6.0 ~7.5。
[0020]3、LB液體培養(yǎng)基(g/L)
[0021]蛋白胨10g,酵母膏 5g,NaCllOg,ρΗ7.0。
[0022]4、主要實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備
[0023]恒溫振蕩器,
[0024]生物培養(yǎng)箱,
[0025]壓力蒸汽滅菌器,
[0026]722S分光光度計(jì),
[0027]光學(xué)顯微鏡,
[0028]pH 計(jì),
[0029]超凈工作臺(tái),
[0030]鼓風(fēng)干燥箱,
[0031]PCR 儀,
[0032]電子顯微鏡
[0033]二、菌株的鑒定
[0034]1、DNA 提取
[0035]將不動(dòng)桿菌屬TN-14 (Acinetobacter sp.TN-14)接種于LB液體培養(yǎng)基中過(guò)夜培養(yǎng)18~24h,取適量細(xì)菌懸液采用TIANamp Bacteria細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒提取細(xì)菌DNA,提取出的DNA即可用于下游的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)或冷凍保存于冰箱中備用。擴(kuò)增引物選用一對(duì)通用引物27f和1492r。
[0036]27f 5’-AGAGTTTGATCATGGCTCAG-3’
[0037]1492r 5’-TACGGTTACCTTGTTACGACTT-3’
[0038]反應(yīng)體系為50 μ L,加入I μ L模板DNA (0.1 μ g), I μ L Pl和Ρ2 (終濃度為
0.5 μ Μ),I μ LdNTP (每種 ΝΤΡΟ.2mM),12.5 μ L2 X Taq PCR Mastermix 和 34.5 μ L ddH20。PCR擴(kuò)增程序:94°C預(yù)變性5min,94°C變性30s,56°C退火30s,72°C延伸2min,經(jīng)30個(gè)循環(huán)后72°C延伸10min,4°C終止擴(kuò)增反應(yīng)。用1.0 %瓊脂糖凝膠電泳對(duì)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)。
[0039](3) 16S rDNA 測(cè)序
[0040]將TN-14的16S rDNA的擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行序列測(cè)序。采用BLAST,將獲得的16S rDNA片段序列。
[0041]三、接種污泥的富集
[0042]挑取不動(dòng)桿菌屬TN-14 (Acinetobacter sp.TN-14)單菌落,于異養(yǎng)硝化培養(yǎng)基中活化培養(yǎng)20~24h,然后取其活化液,按照I~5% (V/V)的比例分別接種到異氧硝化培養(yǎng)基,30°C,160~220rpm下培養(yǎng)12~24h后,加入30~80mg/L Ca2+攪拌5~1min后,放置20~30min后,倒去上清液,繼續(xù)增添富集培養(yǎng)基培養(yǎng),反復(fù)3~5次。
[0043]四、連續(xù)流系統(tǒng)好氧反硝化顆粒污泥的培養(yǎng)
[0044]先組建一合建式連續(xù)流反應(yīng)裝置(圖Ι-la),高徑比為(1.5~5): I的合建式完全混合反應(yīng)器,分為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū),二者有效體積比為(3~10): I。空氣泵從反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)底部充入空氣,從反應(yīng)區(qū)上方進(jìn)水,沉淀區(qū)上方出水,并采用50~300%的污泥回流比。接種反應(yīng)器體積的30~40% (V/V)事先預(yù)富集培養(yǎng)的不動(dòng)桿菌屬TN-14 (Acinetobacter sp.TN-14)以及5~10 %的普通活性污泥,加入實(shí)際生活污水,悶曝2d,后改為低負(fù)荷連續(xù)進(jìn)水,逐漸縮短水力停留時(shí)間來(lái)增大進(jìn)水負(fù)荷,初始運(yùn)行負(fù)荷需大于0.5kgC0D/m3.d,啟動(dòng)后每隔10~15d增大0.3~0.5kgC0D/m3.d負(fù)荷,直至顆粒污泥形成。反應(yīng)器的運(yùn)行負(fù)荷為0.75~2.0kgCOD/m3.d。(反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中采用外加30~80mg/L Ca2+的方式來(lái)提高反應(yīng)器內(nèi)污泥的沉降性能,40天內(nèi)可形成黃褐色、形狀規(guī)則、粒徑在0.5~2mm之間的成熟顆粒污泥(圖l_2a);在顆粒外表層含有大量的空隙和通道以及纏繞的胞外聚合物(圖l_2b),Ca元素在顆粒內(nèi)部沉積(圖l_2c),Ca形成的無(wú)機(jī)化合物作為初核促使顆粒污泥的形成。
[0045]該發(fā)明最大的特點(diǎn)在于:(1)本發(fā)明中產(chǎn)絮脫氮菌泥TN-14凈化污水的過(guò)程中,能產(chǎn)生大量的胞外分泌物EPS,和外加的Ca2+形成“吸附架橋”,減少污泥表面的負(fù)電荷,能使污泥更容易在短時(shí)間吸附凝聚,增加反應(yīng)器內(nèi)污泥的沉降性能,有利于污泥快速顆?;?;
(2)Ca2+在水體中可直接與污泥凝結(jié),作為顆粒污泥的成核物質(zhì),形成微生物聚集體初核,聯(lián)合菌泥產(chǎn)生的胞外分泌物的纏繞形成的骨架下微生物生長(zhǎng)繁殖,使初核慢慢演變成小顆粒。在進(jìn)水基質(zhì)較低的生活污水中,絲狀菌較為活躍,為顆粒污泥的進(jìn)一步增大也提供了條件。(3)接種的菌泥為好氧反硝化脫氮菌劑,該技術(shù)對(duì)污水的脫氮效果優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥。
[0046]五、應(yīng)用實(shí)例
[0047]應(yīng)用實(shí)例1:
[0048]以合建式CSTR裝置處理實(shí)際生活污水([C0D] = 250~400mg/L ; [NH4+_N] = 25~55mg/L, [TN] = 30_60mg/L,[TP] = 3.0 ~8.0mg/L, pH = 6.5-7.0),反應(yīng)器高 0.45m,邊長(zhǎng)0.12m,總有效容積為4.3L。設(shè)置了曝氣區(qū)和沉淀區(qū),中間用隔板隔開(kāi),并設(shè)置了污泥回流縫,反應(yīng)區(qū)與沉淀區(qū)的體積比為3.9??諝鈮嚎s機(jī)從反應(yīng)器底部通過(guò)砂芯曝氣頭鼓風(fēng)曝氣,提供曝氣和剪切力,并用空氣流量計(jì)控制氣體流量;反應(yīng)器為連續(xù)進(jìn)水操作方式,由蠕動(dòng)泵控制進(jìn)水流量調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間,并從反應(yīng)器曝氣區(qū)上方進(jìn)水,出水由沉淀區(qū)上部溢流出水口排出。反應(yīng)區(qū)運(yùn)行溫度為25-30°C,曝氣量控制在500mL/min,初始接種污泥濃度為3700mg/L左右,污泥沉降性能為80mL/g,容積負(fù)荷為0.9~1.05kgC0D/m3.d,水力停留時(shí)間HRT12h。第40d內(nèi)形成好氧顆粒污泥,粒徑在600um的顆粒污泥占總污泥濃度的50%以上。反應(yīng)器的COD出水濃度基本保持在50mg/L以下,對(duì)COD平均去除率達(dá)到82.68% ;出水氨氮濃度平均為3.09mg/L,對(duì)氨氮的平均去除率為90.34% ;反應(yīng)器的TN平均濃度為40.94mg/L,對(duì)其平均去除率為49.86% ;當(dāng)進(jìn)水TP平均濃度為5.38mg/L時(shí),反應(yīng)器平均出水濃度為2.62mg/L,平均去除率分比為57.16%。
[0049]應(yīng)用實(shí)例2:
[0050]合建式CSTR反應(yīng)器,反應(yīng)器高0.2m,邊長(zhǎng)0.1m,反應(yīng)器有效體積為1.8L,沉淀區(qū)0.3L。反應(yīng)器運(yùn)行溫度為20~30°C,曝氣量為400~600mL/min,反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為3500-4000mg/Lo采用實(shí)際生活污水連續(xù)進(jìn)水運(yùn)行,[COD] = 250~400mg/L ; [NH4+_N]=25 ~55mg/L, [TN] = 30 ~60mg/L, [TP] = 3.0-8.0mg/L。初始運(yùn)行 HRT = 14h, 5d 后縮短為12h,1d后繼續(xù)縮短為9.2h,持續(xù)運(yùn)行。在第35d形成了顆粒污泥,反應(yīng)器內(nèi)粒徑500um以上的顆粒污泥占總污泥的55%以上。且反應(yīng)器出水COD、氨氮、TN、TP分別為20~50mg/L、0.55~3mg/L、 15~22mg/L、0.6~2mg/L ;C0D以及氨氮可滿足城市污水排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),TN、TP大部分天數(shù)水質(zhì)滿足城市一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.在合建式完全混合式連續(xù)流污水處理系統(tǒng)中,培養(yǎng)好氧反硝化型顆粒污泥的新方法為:采用高徑比為(1.5~5): I的合建式完全混合反應(yīng)器,分為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū),二者有效體積比為(3~10): I ;空氣泵從反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)底部充入空氣,空氣流量為300~600mL/min ;從反應(yīng)區(qū)上方進(jìn)水,沉淀區(qū)上方出水,并采用50~300%的污泥回流比。
2.在權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器內(nèi)接種反應(yīng)器體積的30~40%(V/V)事先預(yù)富集培養(yǎng)的不動(dòng)桿菌屬TN-14 (Acinetobacter sp.TN-14)菌泥以及5~10%的普通活性污泥;加入實(shí)際生活污水,悶曝2d,后改為低負(fù)荷連續(xù)進(jìn)水,逐漸縮短水力停留時(shí)間來(lái)增大進(jìn)水負(fù)荷,初始運(yùn)行負(fù)荷需大于0.5kgC0D/m3.(!,啟動(dòng)后每隔10~15d增大0.3~0.5kgC0D/m3-d負(fù)荷,直至顆粒污泥形成;反應(yīng)器的運(yùn)行負(fù)荷為0.75~2.0kgCOD/m3.d ;反應(yīng)器啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中采用投加30~80mg/L Ca2+的方式來(lái)提高反應(yīng)器內(nèi)污泥的沉降性能。
3.一種采用權(quán)利要求1、2所述的好氧反硝化顆粒污泥培養(yǎng)新方法,在40d內(nèi)可培養(yǎng)出好氧顆粒污泥,其特征在于:呈黃褐色球形或橢圓形、粒徑在0.5~2mm、內(nèi)部有空隙、纏繞大量胞外聚合物、C a元素在顆粒內(nèi)部沉積,作為初核促使顆粒污泥的形成。
【文檔編號(hào)】C02F101/16GK104129845SQ201310294208
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】信欣, 姚力 申請(qǐng)人:成都信息工程學(xué)院