本發(fā)明涉及污水處理及環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，是一種以亞硝態(tài)氮為電子受體脫氮除磷的短程反硝化聚磷菌快速馴化富集裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前，生物強化除磷技術(shù)(enhancedbio1ogica1phosphorusremova1,ebpr)因其效率高、成本低和環(huán)境友好的特點而備受學(xué)者關(guān)注，該技術(shù)中主要的功能微生物是聚磷菌(accumu1ibacter)。在厭氧條件下細(xì)胞內(nèi)聚磷水解產(chǎn)生能量(adenosinetriphosphate,atp)和還原型輔酶nadh,用于揮發(fā)性脂肪酸(volatilefattyacid,vfa)的吸收并儲存為聚一β一羥基丁酸(poly-s-hydroxybutyrate,phb)；然后在好氧條件下以phb為電子供體,以氧為電子受體進(jìn)行過量吸磷,從而以剩余污泥排放的形式去除污水中的磷。隨著學(xué)者對聚磷菌的深入研究,發(fā)現(xiàn)存在著一種聚磷菌可以在缺氧條件下以硝酸鹽為電子受體進(jìn)行同步反硝化脫氮除磷,稱為反硝化聚磷菌。與以o2、硝態(tài)氮為電子受體相比，利用亞硝態(tài)氮為電子受體的反硝化聚磷菌具有運行周期短，吸磷速率快的優(yōu)勢，更加節(jié)省耗氧量，能量消耗更低，縮短反應(yīng)時間，特別適合低c/n比生活污水的處理。而短程反硝化聚磷菌的馴化和富集是開展短程反硝化除磷技術(shù)研究的關(guān)鍵，但傳統(tǒng)的直接連續(xù)培養(yǎng)方法耗時相對較長，不能滿足菌種的快速馴化富集要求。

sbr具有間歇式活性污泥法的典型特點,具有工藝簡單、運行控制靈活、占地面積小、耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點。由于運行控制的靈活性,sbr能夠較好實現(xiàn)好氧、缺氧及厭氧狀態(tài)的交替環(huán)境,為其實現(xiàn)脫氮除磷提供有利條件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種活性污泥中短程反硝化聚磷菌的快速富集馴化裝置及方法，采用序批式活性污泥sbr反應(yīng)器對活性污泥中的聚磷菌進(jìn)行馴化富集。該裝置運行控制靈活，大大節(jié)省了人工強度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種短程反硝化聚磷菌快速馴化富集裝置，包括sbr反應(yīng)器，進(jìn)水水箱1和亞硝酸鹽加藥箱7，

所述的sbr反應(yīng)器由圓柱形的雙層有機玻璃制成，外層與電動恒溫水浴鍋17相連，形成水浴循環(huán)加熱，內(nèi)層為反應(yīng)容器；sbr反應(yīng)器內(nèi)層的一側(cè)設(shè)置有進(jìn)水口20，另一側(cè)設(shè)置有排水接樣口16；sbr反應(yīng)器的上部安裝電動攪拌機5、下部安裝微孔曝氣盤8、底部設(shè)排泥孔9；電動攪拌機5入連接攪拌漿6，攪拌漿伸入sbr反應(yīng)器內(nèi)；do測定儀12和ph測定儀13分別通過支架固定于sbr反應(yīng)器中，酸性緩沖液14和堿性緩沖液15的探頭分別伸入sbr反應(yīng)器內(nèi)，ph測定儀13分別與酸性緩沖液14和堿性緩沖液15管路上安裝的蠕動泵相連；進(jìn)水口20與進(jìn)水水箱相連，亞硝酸鹽加藥箱7與sbr反應(yīng)器的內(nèi)層相連。

所述的微孔曝氣盤8通過氣體流量計10與空氣泵11相連，通過do測定儀12控制曝氣量，使溶解氧處于允許范圍內(nèi)。

所述的sbr反應(yīng)器內(nèi)直徑為14cm，高度為85cm，有效容積12l，運行時柱體內(nèi)泥水比為1:4。

所述的進(jìn)水水箱與sbr反應(yīng)器之間設(shè)置有時控開關(guān)2、電磁閥3和水泵4。

一種短程反硝化聚磷菌快速馴化富集裝置的馴化富集方法，包括如下步驟：

1)厭氧/好氧運行模式；

2)厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧運行模式；

3)厭氧/缺氧運行模式。

所述的步驟1)厭氧/好氧運行模式包括以下步驟：

(1)進(jìn)水階段：進(jìn)水水箱1中溶液泵入反應(yīng)器中,由時控開關(guān)控制進(jìn)水時間，進(jìn)水方式為瞬時進(jìn)水；

(2)厭氧階段:啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,攪拌時間為2h；

(3)好氧階段:厭氧反應(yīng)2h完成后,將反應(yīng)器厭氧環(huán)境改為好氧環(huán)境,由空氣泵將空氣由微孔曝氣盤鼓入反應(yīng)器中,提供好氧環(huán)境,通入空氣時間為2h；啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,攪拌時間控制為2h；

(4)沉淀階段:好氧反應(yīng)2h完成后,由時控開關(guān)控制關(guān)閉空氣泵和電動攪拌機,沉淀時間為0.5h；

(5)排水階段：沉淀0.5h完成后，啟動排水電磁閥將沉淀上清液排出，排水時間由排水時控開關(guān)控制為0.5h；

(6)重復(fù)上述五個步驟，再次完成進(jìn)水、厭氧、好氧、沉淀和排水過程,此過程運行42個周期,共計14d；

(7)定期釆集出水水樣,測定出水中cod、po3^--p濃度。

所述的步驟2)厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧運行模式包括以下步驟：

厭氧/好氧階段14d完成后，反應(yīng)器的運行狀態(tài)改為厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧階段：

(1)進(jìn)水階段:進(jìn)水水箱1中溶液泵入反應(yīng)器中,由時控開關(guān)控制進(jìn)水時間，進(jìn)水方式為瞬時進(jìn)水；

(2)厭氧階段:啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,攪拌時間為2h；

(3)沉淀階段:厭氧反應(yīng)2h完成后,由時控開關(guān)控制關(guān)閉空氣泵和電動攪拌機,沉淀時間為0.5h；

(4)排水階段:沉淀0.5h完成后，啟動排水電磁閥將沉淀上清液排出，排水時間為0.5h；

(5)二次進(jìn)水階段：進(jìn)水水箱1中溶液泵入反應(yīng)器中,由時控開關(guān)控制進(jìn)水時間，進(jìn)水中不含有碳源；

(6)缺氧階段:厭氧反應(yīng)2h完成后,通過加入亞硝酸鹽溶液將反應(yīng)器厭氧環(huán)境改為缺氧環(huán)境,采取連續(xù)滴加的方式，控制缺氧段亞硝態(tài)氮的投加由初始濃度10mg/l逐漸增加到25mg/l，啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,攪拌時間控制為2h；

(7)沉淀階段:缺氧反應(yīng)2h完成后,由時控開關(guān)控制關(guān)閉空氣泵和電動攪拌機,沉淀時間為0.5h；

(8)排水階段:沉淀0.5h完成后，啟動排水電磁閥將沉淀上清液排出，排水時間為0.5h；

(9)重復(fù)上述八個步驟,以再次完成進(jìn)水、厭氧、沉淀、排水、二次進(jìn)水、缺氧、沉淀和排水過程,此過程運行54周期,共計18d；

(10)定期釆集出水水樣,測定出水中cod、po3^--p和no2^--n濃度。

所述的步驟3)厭氧/缺氧運行模式包括以下步驟：

厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧階段18d完成后，反應(yīng)器的運行狀態(tài)改為厭氧/缺氧階段：

(1)進(jìn)水階段:進(jìn)水水箱1中溶液泵入反應(yīng)器中,由時控開關(guān)控制進(jìn)水時間，進(jìn)水方式為瞬時進(jìn)水，降低進(jìn)水中cod濃度至180mg/l；

(2)厭氧階段:啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,提供溶液完全混合的動力,攪拌時間為2h；

(3)缺氧階段:厭氧反應(yīng)2h完成后,通過加入亞硝酸鹽溶液將反應(yīng)器厭氧環(huán)境改為缺氧環(huán)境,采取連續(xù)滴加的方式，控制缺氧段亞硝態(tài)氮的投加由初始濃度10mg/l逐漸增加到25mg/l，啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,攪拌時間控制為2h；

(4)沉淀階段:由時控開關(guān)控制關(guān)閉空氣泵和電動攪拌機,沉淀時間為0.5h；

(5)排水階段:沉淀0.5h完成后，啟動排水電磁閥將沉淀上清液排出，排水時間由排水時控開關(guān)控制為0.5h；

(6)重復(fù)上述五個步驟,以再次完成進(jìn)水、厭氧、缺氧、沉淀和排水過程,此過程運行30周期,共計10d；

(7)定期釆集出水水樣,測定出水中cod、po3^--p和no2^--n濃度。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點與效果是：

本發(fā)明一種短程反硝化聚磷菌快速馴化富集裝置,主要由進(jìn)水系統(tǒng)、曝氣攪拌系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和時間控制系統(tǒng)組成，其中：sbr反應(yīng)器由雙層有機玻璃制成，外層與電動恒溫水浴鍋相連，形成水浴循環(huán)加熱，以保證系統(tǒng)處于恒溫狀態(tài)。反應(yīng)器上部安裝電動攪拌機5，使泥水在反應(yīng)過程中能夠混合充分。下部安裝的微孔曝氣盤8，連接氣體流量計10，由do在線監(jiān)測儀12控制曝氣量，使溶解氧處于允許范圍內(nèi)。ph在線監(jiān)測儀13保證系統(tǒng)處于合適的ph范圍內(nèi)，超出設(shè)定范圍會發(fā)出報警信號，并通過蠕動泵加入酸液14或者堿液15調(diào)節(jié)ph使其在允許范圍內(nèi)。系統(tǒng)的進(jìn)水、攪拌、曝氣、排水等步驟皆由時控開關(guān)和電磁閥控制保證自動切換，并可根據(jù)實際需要調(diào)整各反應(yīng)階段的運行時問以及曝氣運行方式,實現(xiàn)自動化運行管理,大大減輕了人工強度、節(jié)省了污染治理成本,而且設(shè)備結(jié)構(gòu)筒單、方便移動。

本發(fā)明馴化富集方法采用采用三段式馴化法，先厭氧/好氧，再厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧，最后厭氧/缺氧富集馴化，其中二次進(jìn)水為不含有碳源的生活污水,增強了除磷微生物的富集數(shù)量，減少了馴化富集時間。采用亞硝酸鹽連續(xù)投加方式，給微生物一個緩沖適應(yīng)過程，增強了微生物對亞硝態(tài)氮的吸收利用能力。采用進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水的循環(huán)運行模式,并實時監(jiān)控ph、do、溫度等數(shù)據(jù)，為微生物繁殖創(chuàng)造了最優(yōu)的條件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種短程反硝化聚磷菌快速馴化富集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中厭氧/好氧階段傳統(tǒng)聚磷菌富集馴化過程中出水po3^--p濃度示意圖；

圖3為本發(fā)明中厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧和厭氧/缺氧階段短程反硝化聚磷菌富集馴化過程中出水po3^--p濃度和去除率、n02^--n去除率變化示意圖。

圖中:1-進(jìn)水水箱、2-時控開關(guān)、3-電磁閥、4-水泵、5-電動攪拌機、6-攪拌槳、7-亞硝酸鹽加藥箱、8-微孔曝氣盤、9-排泥孔、10-氣體流量計、11-空氣泵、12-do測定儀、13-ph測定儀、14-酸性緩沖液、15-堿性緩沖液、16-排水接樣口、17-電動恒溫水浴鍋、18-水浴進(jìn)水口、19-水浴出水口、20-進(jìn)水口。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述：

一種短程反硝化聚磷菌快速馴化富集裝置，包括sbr反應(yīng)器，進(jìn)水水箱1和亞硝酸鹽加藥箱7。

所述的sbr反應(yīng)器由圓柱形的雙層有機玻璃制成，外層與電動恒溫水浴鍋17相連，形成水浴循環(huán)加熱，內(nèi)層為反應(yīng)容器；sbr反應(yīng)器內(nèi)層的一側(cè)設(shè)置有進(jìn)水口20，另一側(cè)設(shè)置有排水接樣口16；sbr反應(yīng)器的上部安裝電動攪拌機5、下部安裝微孔曝氣盤8、底部設(shè)排泥孔9；電動攪拌機5入連接攪拌漿6，攪拌漿伸入sbr反應(yīng)器內(nèi)；do測定儀12和ph測定儀13分別通過支架固定于sbr反應(yīng)器中，酸性緩沖液14和堿性緩沖液15的探頭分別伸入sbr反應(yīng)器內(nèi)，ph測定儀13分別與酸性緩沖液14和堿性緩沖液15管路上安裝的蠕動泵相連；進(jìn)水口20與進(jìn)水水箱相連，亞硝酸鹽加藥箱7與sbr反應(yīng)器的內(nèi)層相連。

所述的微孔曝氣盤8通過氣體流量計10與空氣泵11相連，通過do測定儀12控制曝氣量，使溶解氧處于允許范圍內(nèi)。

所述的sbr反應(yīng)器內(nèi)直徑為14cm，高度為85cm，有效容積12l，運行時柱體內(nèi)泥水比為1:4。

所述的進(jìn)水水箱與sbr反應(yīng)器之間設(shè)置有時控開關(guān)2、電磁閥3和水泵4。

一種短程反硝化聚磷菌快速馴化富集裝置的馴化富集方法，包括如下步驟：

1)厭氧/好氧運行模式；

2)厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧運行模式；

3)厭氧/缺氧運行模式。

所述的步驟1)厭氧/好氧運行模式包括以下步驟：

(1)進(jìn)水階段：進(jìn)水水箱1中溶液泵入反應(yīng)器中,由時控開關(guān)控制進(jìn)水時間，進(jìn)水方式為瞬時進(jìn)水；

(2)厭氧階段:啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,提供溶液完全混合的動力,攪拌時間由時控開關(guān)控制為2h；

(3)好氧階段:厭氧反應(yīng)2h完成后,將反應(yīng)器厭氧環(huán)境改為好氧環(huán)境,由空氣泵將空氣由微孔曝氣盤鼓入反應(yīng)器中,提供好氧環(huán)境,通入空氣時間由時控開關(guān)控制為2h；啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,提供溶液完全混合的動力,攪拌時間控制為2h；

(4)沉淀階段:好氧反應(yīng)2h完成后,由時控開關(guān)控制關(guān)閉空氣泵和電動攪拌機,沉淀時間為0.5h；

(5)排水階段：沉淀0.5h完成后，啟動排水電磁閥將沉淀上清液排出，排水時間由排水時控開關(guān)控制為0.5h；

(6)重復(fù)上述五個步驟，以再次完成進(jìn)水、厭氧、好氧、沉淀和排水過程,此過程運行42個周期,共計14d；

(7)定期釆集出水水樣,測定出水中cod、po3^--p濃度，測定方法分別為快速密閉催化消解法、鉬銻抗分光光度法。

所述的步驟2)厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧運行模式包括以下步驟：

厭氧/好氧階段14d完成后，反應(yīng)器的運行狀態(tài)改為厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧階段：

(1)進(jìn)水階段:進(jìn)水水箱1中溶液泵入反應(yīng)器中,由時控開關(guān)控制進(jìn)水時間，進(jìn)水方式為瞬時進(jìn)水；

(2)厭氧階段:啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,提供溶液完全混合的動力,攪拌時間由時控開關(guān)控制為2h；

(3)沉淀階段:好氧反應(yīng)2h完成后,由時控開關(guān)控制關(guān)閉空氣泵和電動攪拌機,沉淀時間為0.5h；

(4)排水階段:沉淀0.5h完成后，啟動排水電磁閥將沉淀上清液排出，排水時間由排水時控開關(guān)控制為0.5h；

(5)二次進(jìn)水階段：進(jìn)水水箱1中溶液泵入反應(yīng)器中,由時控開關(guān)控制進(jìn)水時間，進(jìn)水中不含有碳源；

(6)缺氧階段:厭氧反應(yīng)2h完成后,通過加入亞硝酸鹽溶液將反應(yīng)器厭氧環(huán)境改為缺氧環(huán)境,采取連續(xù)滴加的方式，控制缺氧段亞硝態(tài)氮的投加由初始濃度10mg/l逐漸增加到25mg/l，啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,提供溶液完全混合的動力,攪拌時間控制為2h；

(7)沉淀階段:好氧反應(yīng)2h完成后,由時控開關(guān)控制關(guān)閉空氣泵和電動攪拌機,沉淀時間為0.5h；

(8)排水階段:沉淀0.5h完成后，啟動排水電磁閥將沉淀上清液排出，排水時間由排水時控開關(guān)控制為0.5h；

(9)重復(fù)上述八個步驟,以再次完成進(jìn)水、厭氧、沉淀、排水、二次進(jìn)水、缺氧、沉淀和排水過程,此過程運行54周期,共計18d；

(10)定期釆集出水水樣,測定出水中cod、po3^--p和no2^--n濃度，測定方法分別為快速密閉催化消解法、鉬銻抗分光光度法和n-(1-萘基）-乙二胺光度法（a）。

所述的步驟3)厭氧/缺氧運行模式包括以下步驟：

厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧階段18d完成后，反應(yīng)器的運行狀態(tài)改為厭氧/缺氧階段：

(1)進(jìn)水階段:進(jìn)水水箱1中溶液泵入反應(yīng)器中,由時控開關(guān)控制進(jìn)水時間，進(jìn)水方式為瞬時進(jìn)水，降低進(jìn)水中cod濃度至180mg/l；

(2)厭氧階段:啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,提供溶液完全混合的動力,攪拌時間由時控開關(guān)控制為2h；

(3)缺氧階段:厭氧反應(yīng)2h完成后,通過加入亞硝酸鹽溶液將反應(yīng)器厭氧環(huán)境改為缺氧環(huán)境,采取連續(xù)滴加的方式，控制缺氧段亞硝態(tài)氮的投加由初始濃度10mg/l逐漸增加到25mg/l，啟動電動攪拌機帶動攪拌槳進(jìn)行攪拌,提供溶液完全混合的動力,攪拌時間控制為2h；

(4)沉淀階段:由時控開關(guān)控制關(guān)閉空氣泵和電動攪拌機,沉淀時間為0.5h；

(5)排水階段:沉淀0.5h完成后，啟動排水電磁閥將沉淀上清液排出，排水時間由排水時控開關(guān)控制為0.5h；

(6)重復(fù)上述五個步驟,以再次完成進(jìn)水、厭氧、缺氧、沉淀和排水過程,此過程運行30周期,共計10d；

(7)定期釆集出水水樣,測定出水中cod、po3^--p和no2^--n濃度，測定方法分別為快速密閉催化消解法、鉬銻抗分光光度法和n-(1-萘基）-乙二胺光度法（a）。

實施例1：

試驗進(jìn)水水質(zhì)如下:

1～14d，cod=230mg/l,po3^--p=10mg/l,

15～32d，cod=230mg/l,po3^--p=10mg/l;n02^--n的投加由初始濃度10mg/l逐漸增加到25mg/l；

33～42d，cod=180mg/l,po3^--p=10mg/l;n02^--n=25mg/l；

試驗運行時環(huán)境溫度為20～22℃,厭氧階段控制溶解氧濃度小于0.lmg/l；好氧階段控制溶解氧濃度大于2.0mg/l；缺氧階段控制氧化還原電位為-100～-40mv。

具體處理如下:

(1)取污水處理廠二沉池污泥作序批式活性污泥法反應(yīng)器接種污泥,污泥濃度為3200～3500mg/l。

(2)傳統(tǒng)聚磷菌馴化富集階段：即厭氧/好氧階段(1～14d)，每天運行3個周期,每個周期技照進(jìn)水10min、厭氧反應(yīng)2h、好氧反應(yīng)2h、沉淀0.5h、排水0.5h，依次自動運行,每天釆集出水水樣一次,測定其po3^--p濃度,并計算出磷去除率。由圖2可知,經(jīng)過14d的厭氧/好氧運行,出水中磷濃度穩(wěn)定在0.5mg/l以下。

(3)短程反硝化聚磷菌馴化富集階段：即厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧(15～32d)、厭氧/缺氧階段(33～42d）:每天運行3個周期,每個周期按照進(jìn)水10min、厭氧反應(yīng)2h、缺氧反應(yīng)2h、沉淀0.5h、排水0.5min依次自動運行,每天采集出水水樣一次,測定其po3^--p濃度,并計算出磷去除率。由圖3可知,在好氧反應(yīng)改變?yōu)槿毖醴磻?yīng)的開始階段,磷去除效果較差,但經(jīng)過18d的厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧運行,出水中磷濃度穩(wěn)定在0.5mg/l以下，說明通過該階段的馴化，系統(tǒng)內(nèi)短程反硝化聚磷菌已經(jīng)成為優(yōu)勢種群，系統(tǒng)繼續(xù)運行10d，出水效果達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級標(biāo)準(zhǔn)的a標(biāo)準(zhǔn),并且系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行。

由此說明,通過三段式：先厭氧/好氧，再厭氧/排水/二次進(jìn)水/缺氧，最后厭氧/缺氧富集馴化，其中二次進(jìn)水為不含有碳源的模擬生活污水。運行程序為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水的循環(huán)模式富集馴化,這一策略可有效馴化富集到短程反硝化聚磷菌。