一种厌氧缺氧反硝化除磷菌生物膜反应方法及设备与流程

1.本发明涉及一种厌氧/缺氧反硝化除磷菌生物膜反应方法及设备。属于水污染控制领域。


背景技术：

2.随着社会的不断发展，工农业废水和城市生活污水中氮磷素的含量越来越高。大量未经适当处理的氮磷污水直接排入水体，严重导致大量水体环境富营养化，威胁着人类的健康，同时也严重制约着社会的可持续发展。各类污水不仅磷氮元素含量高，且多数情况下c/n/p比失调，对污水的无害化处理带来诸多困境。
3.传统的生物脱氮除磷方法在污水治理方面已起到一定效果，仍存在诸多瓶颈。如：聚磷菌和反硝化菌对碳源的竞争始终存在；硝化菌、反硝化菌、聚磷菌菌群龄不同，各种菌群混合在一起互相制约，难以使系统达到最佳运行条件；对c/n/p比失调的污水，需外加有机碳源；好氧生物除磷过程增加了动力消耗且会产生大量的剩余污泥；整个处理工艺流程较长，占地面积大、投资高等。
4.脱氮除磷的传统二级处理设备因其能耗高、运行费用以及投资建设费用较大等缺点，因此，对传统的工艺流程设施进行改进以及新技术研究。随着污水处理技术的不断改进，几种新型的生物脱氮除磷工艺近年来得到发展和应用，相较于高投入成本的高级氧化、电解等工艺，反硝化除磷工艺因其具备低能耗，减少外加有机碳源，剩余污泥产量少占地小等优点在众多工艺中脱颖而出。反硝化除磷工艺使除磷和反硝化这两个独立的过程在反硝化除磷菌(dpb)的参与下仅在缺氧环境下就可同时完成，吸磷和脱氮过程的结合不仅减少了对碳源的需要，而且吸磷在缺氧内完成可减少曝气所需要的能源，产生的剩余污泥量也大为降低。因此反硝化除磷技术已成当前污水除磷脱氮研究领域的重点和热点之一。基于反硝化除磷理论，先后提出了a2n 和dephanox等采用侧流硝化/厌氧/缺氧的新型生物脱氮除磷工艺，来实现污水氮磷的高效低耗去除。反硝化除磷较好氧除磷速率低、除磷量小、dpb难于富集，长期运行的系统都会出现反硝化除磷率下降的现象。因此，如何保持dpb的优势，实现反硝化除磷的长期高效运行，已成为此研究领域亟待解决的问题。针对上述情况，研究和开发结构简单、低耗高效、易操作管理、运行稳定、能够实现dpb的快速富集并长久实现反硝化除磷、维持dpb的活性、保持 dpb优势的新型反应设备和新技术，已成为污水脱氮除磷处理发展的必然途径。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种能够为a2n和dephanox等反硝化除磷工艺快速富集dpb的生物膜反应方法及设备。
6.本发明采用厌氧/缺氧方式，可强化对微生物的选择性增殖，实现dpb的快速富集。两种进水方式可充分做到碳源(电子供体)和硝酸盐(电子受体)的分开，能避免其他菌群如反硝化菌与dpb竞争电子供体和受体，使得聚磷菌(主要是dpb)在厌氧阶段获得竞争优势，
从而在系统中得到选择性增值。另外在进水浓度一定的情况下提高污泥的营养负荷，可加快细菌增殖的速度，最终使系统达到良好的反硝化除磷效果。本发明具有可快速富集dpb，运行简单稳定容积利用率高，微生物丰度高，无需曝气，剩余污泥量少，无需调节碱度及运行费用较低等优点。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种厌氧/缺氧反硝化除磷菌生物膜反应方法；厌氧/缺氧生物膜反应器分别和碳源进水泵、氮磷源进水泵相连；采用两段分别进水方式，厌氧段和缺氧段操作时间比为0.5～0.7。
9.先进行厌氧段反应：碳源进水泵将碳源污水泵入厌氧/缺氧生物膜反应器，在搅拌器的搅拌作用下反应，完成后沉淀后排水,在两段式圆柱形生物膜反应器中形成颗粒污泥；然后进行缺氧段反应：氮磷源进水泵将氮磷源污水泵入厌氧/缺氧生物膜反应器，在搅拌器的搅拌作用下反应，完成后沉淀排水。
10.所述的方法利用orp探头安装管和ph探头安装管，在线监测反应装置内部orp和ph 值随运行时间的变化。
11.利用反应器表面缠电热线加热，用温控仪维持系统的温度在30
±
1℃范围的恒温。
12.通过在气体的排放口和湿式气体流量计之间设置有一个水封装置，气体排放口连接气体采集袋，用于收集产生的气体，测定其气体成分和气体通量。
13.本发明利用厌氧/缺氧生物膜反应装置，按照厌氧/缺氧交替模式连续运行；厌氧/缺氧生物膜反应器分别和碳源进水泵、氮磷源进水泵相连；在装置侧壁中部设置orp探头安装管和ph 探头安装管，将电热线缠于反应器表面加热的方式，用温控仪维持系统的温度；在气体的排放口和湿式气体流量计之间设置有一个水封装置，在水封中设置一个排除冷凝水的出口，以保持系统中一定的水位；气体排放口可连接气体采集袋，用于收集产生的气体；生物膜反应器的侧壁设置有多个取样管，底部设有排泥管。
14.反应器接种一定浓度的市政污水厂活性污泥，而后进水运行启动。设备启动和运行采用人工模拟污水以减少其他因素的影响，探明本发明启动时实现反硝化除磷菌快速富集的关键参数控制条件以及稳定运行时保证dpb种群优势、维持dpb活性的关键参数控制条件。每个周期具体运行方式为：第1次厌氧段：通过进水泵将碳源污水泵入设备顶部进水口，在搅拌器作用下反应完成后，反硝化除磷菌吸收进水中的碳源在体内合成phb，并充分释磷，沉淀后通过出水泵将出水从该设备的排水口处排出，之后第2次由氮磷源进水箱进水后缺氧搅拌，此时在低碳源环境下，dpb分解体内的phb以no3
‑
为电子受体对污水中的磷素进行超量吸收。沉淀后排水。该设备产生的气体从顶部排气孔排出，通过湿式气体流量计可计量系统的产气速率。
15.本发明两段式反硝化除磷菌生物膜反应设备及方法。适用于为a2n和dephanox等反硝化除磷工艺可实现短期快速富集反硝化除磷污泥的生物膜反应设备。本发明运用特殊的两段进水方式，可强化对微生物特定类群的快速增殖，将电子供体和电子受体分开，避免其他菌群如反硝化菌和反硝化除磷菌间对电子供体和受体的竞争，使得聚磷菌(主要是dpb)在厌氧阶段获得竞争优势，使聚磷菌群体在系统中得以选择性增殖，同时提高进水有机负荷可加快微生物的生长速度。该设备具有运行稳定、减少外加有机碳源和曝气成本、剩余污泥量少、微生物丰度高、能够实现反硝化除磷菌(dpb)快速富集等优点。
附图说明
[0016][0017]
图1是本发明的设备示意图
具体实施方式
[0018]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明：本发明提供了一种厌氧/缺氧反硝化除磷菌生物膜反应设备；包括厌氧/缺氧生物膜反应器1、碳源进水泵2、氮磷源进水泵3、液位计4、搅拌器5、控制面板6、出水泵7、加热装置8、温控仪9、水封装置10组成。利用厌氧/缺氧(a/an)生物膜反应装置，按照厌氧/缺氧(a/an)交替模式连续运行；厌氧/缺氧生物膜反应器1分别和碳源进水泵2、氮磷源进水泵3相连；在装置侧壁中部设置orp探头安装管(1
‑
9)和ph探头安装管(1
‑
10)，将电热线8缠于反应器表面加热的方式，用温控仪9维持系统的温度；在气体的排放口和湿式气体流量计之间设置有一个水封装置10，在水封中设置一个排除冷凝水的出口，以保持系统中一定的水位；气体排放口可连接气体采集袋，用于收集产生的气体。在生物膜反应器的侧壁设置有多个取样管，底部设有排泥管。
[0019]
厌氧/缺氧生物膜反应器1分别和碳源进水泵2、氮磷源进水泵3相连，厌氧段和缺氧段时间比在0.5～0.7之间，每周期6～8h，2次进水2次排水(即两段进水方式)。在厌氧段：碳源进水泵2将碳源污水泵入厌氧/缺氧生物膜反应器1，在搅拌器5的搅拌作用下反应，完成后沉淀30～45min后排水,在两段式圆柱形生物膜反应器中形成颗粒污泥，可明显提高反应设备的生物截留量，有效减少反应器中的水力死区，提高对污水中氮磷元素的处理效果。
[0020]
在缺氧段：氮磷源进水泵3将氮磷源污水泵入厌氧/缺氧生物膜反应器1，在搅拌器5的搅拌作用下反应，完成后沉淀30～45min排水。特殊的两段进水方式，可充分做到将碳源(电子供体)和硝酸盐(电子受体)的分开，能避免其他菌群如反硝化菌和反硝化除磷菌之间对电子供体和受体的竞争，使得反硝化除磷菌在厌氧阶段获得竞争优势，从而使反硝化除磷菌群在系统中得到选择性增殖，此外也可在进水浓度一定的情况下提高污泥的营养负荷，加速微生物增殖速率。
[0021]
本实施方式增加有orp探头安装管(1
‑
9)和ph探头安装管(1
‑
10)。为了考察厌氧/缺氧生物膜反应装置在厌/缺氧交替运行过程中氧化还原电位(orp)和ph值的变化，在装置侧壁中部设置orp探头安装管和ph探头安装管，即可在线监测反应装置内部orp和ph值随运行时间的变化。装置侧壁上安装有氧化还原电位(orp)探头安装管和ph探头安装管。
[0022]
鉴于本发明中反硝化除磷菌在中温条件下微生物活性最佳，通过将电热线缠于反应器表面加热的方式，用温控仪维持系统的温度在30
±
1℃范围的恒温。本实施方式增加有加热装置8 和温控仪9；加热装置8装在反应器1的外表面上，通过加热装置8将生物膜反应器1加热，使生物处理效果更好。温控仪9与加热装置8相连接，用温控仪控制加热装置8的温度使得反硝化聚磷菌达到最佳活性，保持生物膜反应器1的温度在30
±
1℃范围内。
[0023]
本实施方式为保证该设备在运行过程中所产生的气体能够及时排放，同时保证装置的厌氧 /缺氧条件，通过在气体的排放口(1
‑
4)和湿式气体流量计(1
‑
5)之间设置有一个水封装置 10。管径较大以防止气体夹带的固体(或泡沫)产生堵塞。经验表明水封中会有冷凝水的积累。因此，在水封中设置一个排除冷凝水的出口，以保持系统中一定的水位。气体排放口可连接气体采集袋，用于收集产生的气体，测定其气体成分和气体通量。生物膜反应
器)的侧壁上按高度平均设置有3个取样管(1
‑
7)，底部设有排泥管(1
‑
8)。
[0024]
本发明与现有技术相比具有以下优点：1.实现了反硝化除磷菌的快速富集，从而实现了处理低碳比污水和城市污水的新型反硝化除磷脱氮工艺(如a2n工艺、dephanox工艺)的快速启动和稳定运行。本发明运用特殊的两段进水方式，形成厌氧/缺氧交替环境可选择性增殖微生物，实现了反硝化除磷菌的快速富集。它一方面可以充分做到碳源(电子供体)和硝酸盐(电子受体)的分开，能避免其他菌群如反硝化菌和反硝化除磷菌之间对电子供体和受体的竞争，使得聚磷菌(主要是dpb)在厌氧阶段获得竞争优势，从而能使聚磷菌群体在系统中得到选择性增值，另一方面也可在进水浓度一定的情况下提高污泥的营养负荷，加快细菌增殖的速度，最终使系统达到良好的反硝化除磷效果。2.减少外加有机碳源、曝气量和剩余污泥排放量，降低运行成本。本发明采用厌氧/缺氧(a/an)交替运行的方式，设备中的反硝化除磷菌使聚磷和反硝化这两个独立的过程仅在缺氧环境下就可同时完成，减少微生物对碳源的需要，降低剩余污泥产量，且聚磷在缺氧条件下完成可减少曝气的消耗。3.微生物丰度高。本发明可通过调节搅拌器的转速和沉淀时间，形成颗粒污泥增强污泥截留量，并强化颗粒污泥的反硝化除磷功能，从而进一步提高本发明的处理效果。
[0025]
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。