專利名稱：用于城市污水處理中的硝化菌高效培養(yǎng)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及城市污水處理脫氮除磷系統(tǒng)的硝化菌種群培養(yǎng)，特別涉及一種用于城
市污水處理中的硝化菌高效培養(yǎng)工藝。
背景技術(shù)：
在城市污水生物脫氮過程中，反應(yīng)池中硝化菌含量的多少?zèng)Q定著硝化的能力，由 于硝化菌為自養(yǎng)菌，污泥產(chǎn)率低，因此，目前普遍認(rèn)為硝化是生物脫氮過程中的速率控制 步。為了達(dá)到較好的硝化效果，污水處理廠均控制較長的污泥齡， 一般為10 15天，即使 如此，目前城市污水處理廠活性污泥中硝化菌的份額仍然較低，約占污泥量的3 5%。因 此，提高城市污水處理廠生物硝化效果的關(guān)鍵是提高活性污泥中硝化菌的濃度，或者提高 硝化菌在活性污泥中的份額。 為了提高硝化菌在活性污泥中的份額，可以采用人工培養(yǎng)硝化菌，然后投加到活 性污泥系統(tǒng)。采用人工培養(yǎng)，基質(zhì)是關(guān)鍵。硝化菌以氨作為基質(zhì)，獲得增長所需的能源和合 成細(xì)胞物質(zhì)所需的氮源。各種含有氨的化合物如氯化銨、硫酸銨、氨水、尿素均可作為人工 培養(yǎng)的基質(zhì)，但這樣勢必增加硝化菌培養(yǎng)的成本。 目前，城市污水處理普遍使用的是傳統(tǒng)的硝化_反硝化生物脫氮方法，采用的是 缺氧/好氧工藝，即缺氧反硝化_好氧硝化_沉淀的處理步驟，污水與回流污泥和回流的混 合液混合進(jìn)入缺氧池，在此，回流污泥中的微生物(反硝化菌)利用混合液回流中的硝酸 鹽和污水中的有機(jī)物(C0D)進(jìn)行反硝化，然后，進(jìn)入好氧池，在此，污泥中的硝化菌利用供 給的空氣中的氧將水中的氨氮氧化為硝酸鹽，硝化反應(yīng)結(jié)束后，出水部分回流(混合液回 流)，為缺氧池的反硝化提供硝酸鹽(電子受體)，剩余部分進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，沉淀 后出水排放，沉淀池排除的污泥部分返回缺氧池，為缺氧池的反硝化提供微生物(反硝化 菌)，部分以剩余污泥的方式排出。該方法僅適用于含氨氮濃度較低的污水(如生活污水 等，其中氨氮的濃度一般為30 50mg/L)，當(dāng)氨氮濃度較高時(shí)，回流污泥和混合液對進(jìn)水中 的氨氮稀釋十分有限，造成缺氧池中氨氮濃度較高，嚴(yán)重抑制硝化菌的增長。
此外，由于硝化菌存在著多個(gè)種群，不同的基質(zhì)濃度、運(yùn)行環(huán)境和動(dòng)力學(xué)條件下， 產(chǎn)生不同的生態(tài)種群。要想使添加的硝化菌在處理系統(tǒng)中最大限度地發(fā)揮作用，人工培養(yǎng) 的硝化菌種群必須與污水處理系統(tǒng)中原有的硝化菌種群保持一致。這是目前硝化菌培養(yǎng)所 面臨的又一重要難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)在簡單基質(zhì)下，人工培養(yǎng)出與污水處理系統(tǒng)生態(tài)種群相一致的硝化菌， 然后進(jìn)行生物添加，達(dá)到強(qiáng)化城市污水處理廠現(xiàn)有脫氮系統(tǒng)的脫氮效果，克服現(xiàn)有污水處 理工藝中存在的問題，本發(fā)明提供了一種采用污水處理廠副產(chǎn)物_污泥水(來自于污泥硝 化上清液、濃縮池出水以及污泥脫水濾液)在倒置的A/0系統(tǒng)中進(jìn)行人工培養(yǎng)硝化菌的方 法，在處理污泥水的同時(shí)，培養(yǎng)出與城市污水處理系統(tǒng)生態(tài)種群幾乎完全相同的硝化菌，從而達(dá)到對污水處理系統(tǒng)進(jìn)行有效的生物添加，強(qiáng)化和提高污水處理廠的脫氮效果。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 針對城市污泥水處理中氨氮濃度高、C/N比小、堿度大的特點(diǎn)，根據(jù)生物脫氮的技術(shù) 原理，利用不同種群硝化菌增長的動(dòng)力學(xué)特征，達(dá)到培養(yǎng)與污水處理系統(tǒng)中硝化菌種群相一 致、且具有較高微生物(硝化菌)濃度和較高活性的活性污泥，從而為硝化菌添加提供條件。
本發(fā)明工藝的步驟如下 (1)將待處理的污泥水與回流污泥混合進(jìn)入設(shè)有曝氣裝置的好氧池，稱之為0段， 在好氧條件下，回流污泥中的硝化菌通過硝化反應(yīng)獲得能量，進(jìn)行細(xì)胞增殖，將待處理污泥 水中的氨氧化為硝酸鹽。好氧池的污泥濃度為2 4g/L，水力停留時(shí)間為24 36小時(shí)，溶 解氧濃度為2 3mg/L ; (2)硝化后的混合液進(jìn)入設(shè)有攪拌裝置的缺氧池，稱之為A段，在缺氧條件下，污 泥中的反硝化菌利用污泥水中自身的有機(jī)物和好氧池硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸鹽進(jìn)行反硝化 反應(yīng)，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。缺氧池的污泥濃? 4g/L，水力停留時(shí)間為6 9小時(shí)，氧 化還原電位為-100 0mV ; (3)經(jīng)過缺氧處理后的混合液進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液可直接與污水廠 的出水混合排放，或返回污水廠的進(jìn)口重新處理，沉淀的污泥部分返回好氧池形成污泥回 流，為好氧池和缺氧池提供反應(yīng)所需的微生物(硝化菌和反硝化菌)，其污泥回流比為30
50% ; (4)沉淀后的剩余污泥作為培養(yǎng)的硝化菌污泥被收集，該污泥中的硝化菌濃度可 達(dá)到20 30%，用作污水處理系統(tǒng)生物脫氮強(qiáng)化的添加物。該剩余污泥不僅具有與污水處 理系統(tǒng)中硝化菌種群相一致、且具有較高微生物(硝化菌)濃度和較高的硝化活性。
在上述技術(shù)方案的步驟1與步驟2中，污泥在好氧池與缺氧池的停留時(shí)間比為 3 5 : 1，其最佳停留時(shí)間比為4 : 1。 在上述技術(shù)方案中，所培養(yǎng)的硝化菌優(yōu)勢種群為亞硝化單胞菌(Nitrosomonas) 和硝化螺旋菌(Nitrospira)。
本發(fā)明的有益效果是 (1)利用污泥水中的氨氮作為基質(zhì)進(jìn)行硝化菌的培養(yǎng)，在減少污泥水氨氮污染的 同時(shí)實(shí)現(xiàn)硝化菌的培養(yǎng)； (2)采用倒置的A/0系統(tǒng)，污泥水首先與好氧池接觸，污泥水中高濃度的氨氮得以
稀釋和同時(shí)被硝化，消除了高濃度氨氮對硝化菌的抑制，硝化菌增長速率高； (3)倒置A/0系統(tǒng)中，氨氮的濃度始終維持在與污水處理系統(tǒng)相當(dāng)?shù)妮^低的水平，
因此，培養(yǎng)的活性污泥中的硝化菌種群結(jié)構(gòu)與污水處理系統(tǒng)相一致，生物添加后可發(fā)揮最
大的作用和效果。 (4)沉淀后的剩余污泥，用于對城市污水處理廠脫氮除磷系統(tǒng)的生物添加，強(qiáng)化污 水處理系統(tǒng)的脫氮除磷效果，提高系統(tǒng)的脫氮除磷能力，適合于以厭氧消化進(jìn)行污泥穩(wěn)定 的城市污水處理廠污水處理系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明的倒置A/0污泥水硝化菌培養(yǎng)工藝。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
實(shí)施例1 某污泥水氨氮濃度為500 1000mg/L、C/N比為1 2、堿度為2000mg/L(以CaC03 計(jì))。采用本發(fā)明的倒置A/0污泥水硝化菌培養(yǎng)工藝(如圖l所示)，其具體操作步驟如 下 (1)將待處理的污泥水與回流污泥混合進(jìn)入設(shè)有曝氣裝置的好氧池，稱之為0段， 在好氧條件下，回流污泥中的硝化菌通過硝化反應(yīng)將氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，同時(shí)獲得能量，進(jìn)行 細(xì)胞增殖。好氧池的污泥濃度3. 8g/L，水力停留時(shí)間為32小時(shí)，溶解氧濃度為2 3mg/L ;
(2)硝化后的混合液進(jìn)入設(shè)有攪拌裝置的缺氧池，在缺氧條件下，稱之為A段，污 泥中的反硝化菌利用污泥水中自身的有機(jī)物和好氧池硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸鹽進(jìn)行反硝化 反應(yīng)，將硝酸鹽還原為氮?dú)?。缺氧池的污泥濃?. 8g/L，水力停留時(shí)間為8小時(shí)；氧化還原 電位為_60mV ; (3)經(jīng)過缺氧處理后的混合液進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液直接混合排放，沉 淀的污泥部分返回好氧池形成污泥回流，為好氧池和缺氧池提供反應(yīng)所需的微生物(硝化 菌和反硝化菌)，污泥回流比為50% ; (4)沉淀后的剩余污泥作為培養(yǎng)的富含硝化菌的活性污泥被收集，用作污水生物 脫氮強(qiáng)化處理的添加劑。 在上述步驟l與步驟2中，污泥在好氧池與缺氧池的停留時(shí)間比為3 5 : l，其 最佳停留時(shí)間比為4 : 1。 經(jīng)過上述步驟處理后，出水的COD和氨氮濃度分別為50mg/L和10mg/L以下，可滿 足國家城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)規(guī)定的一級B標(biāo)準(zhǔn)，剩余污泥中硝化菌 濃度達(dá)到了微生物總量的24%，硝化菌優(yōu)勢種群為亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)和硝化 螺旋菌(Nitrospira)，與常規(guī)城市污水生物脫氮處理系統(tǒng)中形成的硝化菌種群基本一致， 達(dá)到了同時(shí)對污泥水進(jìn)行處理和高效培養(yǎng)有效硝化菌的雙重目的。
實(shí)施例2 某城市污水污泥水處理試驗(yàn)廠，污泥水的C0D濃度為600 800mg/L，氨氮濃度為
400 600mg/L，pH為8 9，堿度為1500 2000mg/L(以CaC03計(jì))。采用本發(fā)明提供的
倒置A/0處理工藝，如圖l所示。在對污泥水進(jìn)行處理的同時(shí)，培養(yǎng)硝化菌用于生物添加進(jìn)
行污水脫氮處理的強(qiáng)化。 本發(fā)明具體操作步驟如下 (1)將待處理的污泥水與回流污泥混合進(jìn)入設(shè)有曝氣裝置的好氧池，在好氧條件 下，在回流污泥中的硝化菌作用下進(jìn)行硝化反應(yīng)獲得能量，進(jìn)行細(xì)胞增殖，將待處理的污泥 水中的氨氮氧化為硝酸鹽，好氧池的污泥濃度3. 2g/L，水力停留時(shí)間為24小時(shí)，溶解氧濃 度為2 3mg/L ; (2)硝化后的混合液進(jìn)入設(shè)有攪拌裝置的缺氧池，在缺氧條件下，污泥中的反硝化 菌利用污泥水中自身的有機(jī)物和好氧池硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸鹽進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將硝酸鹽 轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。缺氧池的污泥濃?. 2g/L，水力停留時(shí)間為6小時(shí)；氧化還原電位為_40mV ;
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(3)經(jīng)過缺氧處理后的混合液進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液返回污水處理系 統(tǒng)的進(jìn)口重新處理，沉淀的污泥部分返回好氧池形成污泥回流，為好氧池和缺氧池提供反 應(yīng)所需的微生物(硝化菌和反硝化菌)，污泥回流比為40% ; (4)沉淀后的剩余污泥作為培養(yǎng)的富含硝化菌的活性污泥被收集，用作污水生物 脫氮強(qiáng)化處理的添加劑。 在上述步驟1與步驟2中，污泥在好氧池與缺氧池的最佳停留時(shí)間比為4 : 1 。
經(jīng)過上述步驟處理后，出水的COD和氨氮濃度分別為60mg/L和5mg/L以下，可滿 足國家城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)規(guī)定的一級B標(biāo)準(zhǔn)，剩余污泥中硝化菌 濃度達(dá)到了微生物總量的21%，硝化菌優(yōu)勢種群為亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)和硝化 螺旋菌(Nitrospira)，與常規(guī)城市污水生物脫氮處理系統(tǒng)中形成的硝化菌種群基本一致， 達(dá)到了同時(shí)對污泥水進(jìn)行處理和高效培養(yǎng)有效硝化菌的雙重目的。
權(quán)利要求
一種用于城市污水處理中的硝化菌高效培養(yǎng)工藝，其工藝步驟如下(1)將待處理的污泥水與回流污泥混合進(jìn)入設(shè)有曝氣裝置的好氧池，稱之為O段，在好氧條件下，在回流污泥中的硝化菌作用下進(jìn)行硝化反應(yīng)，將待處理的污泥水中的氨氮氧化為硝酸鹽；好氧池的污泥濃度為2～4g/L，水力停留時(shí)間為24～36小時(shí)，溶解氧濃度為2～3mg/L；(2)硝化后的混合液進(jìn)入設(shè)有攪拌裝置的缺氧池，稱之為A段，在缺氧條件下，污泥中的反硝化菌利用污泥水中自身的有機(jī)物和好氧池硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸鹽進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將硝酸鹽還原為氮?dú)猓蝗毖醭氐奈勰酀舛?～4g/L，水力停留時(shí)間為6～9小時(shí)，氧化還原電位為-100～0mV；(3)經(jīng)過缺氧處理后的混合液進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液可直接與污水廠的出水混合排放，或返回污水廠的進(jìn)口重新處理，沉淀的污泥部分返回好氧池形成污泥回流，其污泥回流比為30～50％；(4)沉淀后的剩余污泥作為培養(yǎng)的富含硝化菌活性污泥被收集，該污泥中的硝化菌濃度達(dá)到20～30％，作為污水生物脫氮強(qiáng)化處理得添加劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化菌高效培養(yǎng)工藝，其特征在于在步驟(1)與步驟(2) 中，污泥在好氧池與缺氧池的停留時(shí)間比為3 5 : 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硝化菌高效培養(yǎng)工藝，污泥在好氧池與缺氧池的最佳停 留時(shí)間比為4 : 1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化菌高效培養(yǎng)工藝，其特征在于所培養(yǎng)的硝化菌優(yōu)勢種群為亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)和硝化螺旋菌(Nitrospira)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于城市污水處理中的硝化菌高效培養(yǎng)工藝，該工藝采用倒置的A/O系統(tǒng)，將待處理的污泥水與回流污泥混合進(jìn)入設(shè)有曝氣裝置的好氧池，在好氧條件下，將待處理的污泥水中的氨氮氧化為硝酸鹽；硝化后的混合液進(jìn)入設(shè)有攪拌裝置的缺氧池，在缺氧條件下，污泥中的反硝化菌利用污泥水中自身的有機(jī)物和好氧池硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸鹽進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將硝酸鹽還原為氮?dú)?。本發(fā)明消除了高濃度氨氮對硝化菌的抑制，硝化菌增長速率高；培養(yǎng)的活性污泥中的硝化菌種群結(jié)構(gòu)與污水處理系統(tǒng)相一致，可最大限度地發(fā)揮作用和效果；沉淀后的剩余污泥，用于對城市污水處理廠脫氮除磷系統(tǒng)的生物添加，適合于以厭氧消化進(jìn)行污泥穩(wěn)定的城市污水處理廠污泥水處理和污水脫氮處理系統(tǒng)的生物強(qiáng)化。
文檔編號C02F3/30GK101759295SQ20091021941
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者萬瓊, 于莉芳, 彭黨聰, 房平, 敬世平, 范奎, 裴立影, 韓蕓 申請人:西安建筑科技大學(xué)