本發(fā)明涉及污水處理方法。

背景技術(shù)：

進入21世紀(jì)以來，我國加快了城鎮(zhèn)化進程和工業(yè)化發(fā)展，生活污水和工業(yè)廢水排放量增加，匯入收納水體的污水量巨大，由此導(dǎo)致了各種形式的氮素污染，加劇了水體富營養(yǎng)化的程度。為了加強水資源的保護與治理，在提高污水排放標(biāo)準(zhǔn)中各項指標(biāo)的同時，也提出了控制總氮排放量的新要求，為此高效生物脫氮技術(shù)的研究與開發(fā)再度成為研究熱點。好氧反硝化技術(shù)是能將水體中氮素轉(zhuǎn)化為氮氣的強化反硝化過程，使總氮得以去除，可以解決廢水脫氮的問題。但是目前的好氧反硝化技術(shù)都是直接將強化菌株投加到載體反應(yīng)器中進行污水處理，處理過程中強化菌株與反應(yīng)器內(nèi)的土著菌共競爭載體上的生長空間，作為外來菌種的好氧反硝化菌，競爭力較原始體系中的微生物弱，難以優(yōu)先掛膜形成優(yōu)勢菌。另外好氧反硝化菌雖然可以在有氧的條件下進行反硝化，但對溶解氧濃度要求嚴(yán)格，溶解氧濃度過高會導(dǎo)致好氧反硝化作用進行不徹底，總氮去除率低。最近，《生態(tài)學(xué)雜志》，2017年02期公開的《好氧反硝化菌強化生態(tài)浮床對水體氮與有機物凈化機理》一文中報道了利用好氧反硝化菌強化掛膜于生態(tài)浮床處理富營養(yǎng)水體，由于好氧反硝化菌與填料未經(jīng)馴化而直接投加到水體中，總氮去除率僅為59.8％。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的好氧反硝化菌生物強化脫氮工藝中存在的好氧反硝化菌強化菌掛膜能力弱、難形成優(yōu)勢菌、對溶解氧敏感、總氮去除率低的技術(shù)問題，而提供一種利用好氧反硝化菌預(yù)馴化填料反應(yīng)器處理生活污水的方法。

本發(fā)明的利用好氧反硝化菌預(yù)馴化填料反應(yīng)器處理生活污水的方法，按以下步驟進行：

一、好氧反硝化菌懸液的培養(yǎng)：將好氧反硝化菌接種于好氧反硝化培養(yǎng)基中，在150r/min的搖瓶中培養(yǎng)，根據(jù)好氧反硝化菌的生長曲線，當(dāng)好氧反硝化菌處于對數(shù)生長期時完成培養(yǎng)，得到好氧反硝化菌懸液；

二、好氧反硝化菌對填料反應(yīng)器的預(yù)馴化：按照人工配水與好氧反硝化菌懸液的體積比為1：1將人工配水與好氧反硝化菌懸液混合均勻，得到混合液，將混合液投加到填料反應(yīng)器中，在溫度為25～30℃、溶解氧do＝2.5～2.6mg/l的條件下連續(xù)馴化培養(yǎng)，馴化培養(yǎng)按照進水10～15min、曝氣11～12h、沉降10～15min、排水10～15min、靜止30～45min為一個馴化周期的馴化制度進行，每天運行兩個周期，水力停留時間為10～12h，連續(xù)馴化28～32天，好氧反硝化菌填料反應(yīng)器馴化完成；

三、將馴化好的好氧反硝化菌對填料反應(yīng)器中的人工配水完全排出，將生活污水加入到馴化好的好氧反硝化菌對填料反應(yīng)器中在溫度為25～30℃、溶解氧do＝2.5～2.6mg/l的條件下進行處理，處理時按照連續(xù)流的方式運行反應(yīng)器，水力停留時間為9～10h，完成生活污水的處理。

本方法將微生物強化技術(shù)與好氧反硝化技術(shù)相結(jié)合，通過預(yù)馴化的方式在填料上形成了好氧反硝化生物膜，使填料從表層到內(nèi)部形成了溶解氧濃度的梯度變化，順次產(chǎn)生了好氧、缺氧、兼氧三種環(huán)境，為好氧反硝化菌提供一個有效的好氧至厭氧的反應(yīng)區(qū)域，解決了好氧反硝化作用對溶解氧濃度敏感的問題。另外，由于預(yù)馴化方法將好氧反硝化菌優(yōu)先掛膜于填料，有效的增加了好氧反硝化菌的生物量，提高了該菌株在微生物群落中的豐度比例，經(jīng)過好氧反硝化菌t13預(yù)馴化的填料經(jīng)過兩個月的生活污水處理仍保持了10.2％的假單胞菌比例。加強了好氧反硝化菌在系統(tǒng)中競爭力，使其成為優(yōu)勢菌，延長了作為強化菌劑的好氧反硝化菌在反應(yīng)器中的保留時間，有效提高了生物脫氮反應(yīng)器的反硝化作用，從達(dá)到總氮去除的目的。經(jīng)本發(fā)明的好氧反硝化菌預(yù)馴化的生物填料反應(yīng)器處理的生活污水的出水水質(zhì)為：cod24.1±1.3mg/l，tn11.36±1.3mg/l，nh4⁺-n1.6±0.3mg/l，出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級a標(biāo)準(zhǔn)。該好氧反硝化菌填料反應(yīng)器可連續(xù)處理生活污水，好氧反硝化菌濃度穩(wěn)定，反應(yīng)器處理效果穩(wěn)定，達(dá)到一級a標(biāo)準(zhǔn)。

附圖說明

圖1是試驗1中未處理前的聚氨酯填料的掃描電鏡照片：

圖2是試驗1中經(jīng)步驟二預(yù)馴化后的聚氨酯填料的掃描電鏡照片：

圖3是試驗1與對比試驗的反應(yīng)器的出水cod效果曲線；

圖4是試驗1與對比試驗的反應(yīng)器的出水tn曲線；

圖5是試驗1與對比試驗的反應(yīng)器的出水nh4⁺-n曲線；

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的利用好氧反硝化菌預(yù)馴化填料反應(yīng)器處理生活污水的方法，包括以下步驟：

一、好氧反硝化菌懸液的培養(yǎng)：將好氧反硝化菌接種于好氧反硝化培養(yǎng)基中，在150r/min的搖瓶中培養(yǎng)，根據(jù)好氧反硝化菌的生長曲線，當(dāng)好氧反硝化菌處于對數(shù)生長期時完成培養(yǎng)，得到好氧反硝化菌懸液；

二、好氧反硝化菌對填料反應(yīng)器的預(yù)馴化：按照人工配水與好氧反硝化菌懸液的體積比為1：1將人工配水與好氧反硝化菌懸液混合均勻，得到混合液，將混合液投加到填料反應(yīng)器中，在溫度為25～30℃、溶解氧do＝2.5～2.6mg/l的條件下連續(xù)馴化培養(yǎng)，馴化培養(yǎng)按照進水10～15min、曝氣11～12h、沉降10～15min、排水10～15min、靜止30～45min為一個馴化周期的馴化制度進行，每天運行兩個周期，水力停留時間為10～12h，連續(xù)馴化28～32天，好氧反硝化菌填料反應(yīng)器馴化完成；

三、將馴化好的好氧反硝化菌對填料反應(yīng)器中的人工配水完全排出，將生活污水加入到馴化好的好氧反硝化菌對填料反應(yīng)器中在溫度為25～30℃、溶解氧do＝2.5～2.6mg/l的條件下進行處理，處理時按照連續(xù)流的方式運行反應(yīng)器，水力停留時間為9～10h，完成生活污水的處理。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟一中所述的好氧反硝化菌是從長期穩(wěn)定運行的活性污泥系統(tǒng)中定向篩選獲得，經(jīng)16srdna鑒定為pseudomonassp.，全基因測序登錄號為aljb00000000；其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是步驟一中所述的好氧反硝化培養(yǎng)基為按na2hpo4·7h2o的濃度為7.9g/l、kh2po4的濃度為1.5g/l、(nh4)2so4的濃度為0.37g/l、mgso4·7h2o的濃度為0.1g/l、kno3的濃度為1.5g/l、c4h4na2o4的濃度為4.7g/l、微量元素添加劑的濃度為2ml/l配制而成的，培養(yǎng)基的ph值為7.2～7.5；其它與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式三不同的是微量元素添加劑是按edta的濃度為50.0g/l、(nh4)6smo7o2的濃度為1.1g/l、znso4的濃度為2.2g/l、feso4·7h2o的濃度為5.0g/l、cacl2的濃度為5.5g/l、cuso4·5h2o的濃度為1.57g/l、mncl2·4h2o的濃度為5.06g/l、cocl2·6h2o的濃度為1.61g/l配制而成的。其它與具體實施方式三相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是步驟一中所述的好氧反硝化菌處于對數(shù)生長期的狀態(tài)是指培養(yǎng)時間為6h≤t≤16h時微生物生長量od600nm≥0.8g/l的狀態(tài)；其它與具體實施方式一至四之一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是步驟二中所述的聚氨酯填料反應(yīng)器中聚氨酯填料的高度占反應(yīng)器高度的1/3，并始終處于流化狀態(tài)；其它與具體實施方式一至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是步驟二中所述的聚氨酯填料密度為0.015-0.03g/cm³，表面積為5000cm²/g，孔隙率>95％，孔徑2-2.5mm；其它與具體實施方式一至六之一相同。

本實施方式的聚氨酯泡沫填料作為基質(zhì)材料，具有比表面積大、附著性能強、生物膜不結(jié)團、具有韌性等特點，其生物可附著量為200-300g/l。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是步驟二中所述的人工配水是按na2hpo4·7h2o的濃度為7.9g/l、kno3的濃度為1.8g/l、kh2po4的濃度為1.5g/l、c4h4o4na2的濃度為4.2g/l、(nh4)2so4的濃度為0.3g/l、mgso4·7h2o的濃度為0.1g/l，微量元素添加劑的濃度為2ml/l配制的，ph為7.2～7.5；其它與具體實施方式一至七之一相同。

本實施方式的人工配水以丁二酸鈉為碳源配制，其nh4⁺-n56±2mg/l，no3^--n216±2mg/l，tn273±3mg/l，cod1595±3mg/l，ph7.2～7.5；人工配水經(jīng)好氧反硝化菌懸液混合后c/n約為6～7，接近好氧反硝化菌的最適碳氮比c/n＝7，有利于好氧反硝化菌的生長繁殖，能夠快速形成生物膜。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式八不同的是所述的人工配水中的微量元素添加劑是按edta的濃度為50.0g/l、(nh4)6smo7o2的濃度為1.1g/l、znso4的濃度為2.2g/l、feso4·7h2o的濃度為5.0g/l、cacl2的濃度為5.5g/l、cuso4·5h2o的濃度為1.57g/l、mncl2.4h2o的濃度為5.06g/l、cocl2·6h2o的濃度為1.61g/l配制而成的；其它與具體實施方式八相同。

用以下試驗驗證本發(fā)明的有益效果：

以取自于哈爾濱工業(yè)大學(xué)二校區(qū)教工生活區(qū)的生活污水進行以下的試驗，該生活污水的水質(zhì)略有波動變化，主要的水質(zhì)指標(biāo)及范圍如下：cod130-380mg/l，tn35-85mg/l，nh4⁺-n25-55mg/l，no3^--n5-12mg/l。

試驗1：本試驗的利用好氧反硝化菌預(yù)馴化填料反應(yīng)器處理生活污水的方法，按下步驟進行：

一、好氧反硝化菌懸液的培養(yǎng)：按10％(接種量與培養(yǎng)基體積比1:10)的接種量將好氧反硝化菌t13接種于1000ml的好氧反硝化培養(yǎng)基中，在150r/min的搖瓶中培養(yǎng)，根據(jù)好氧反硝化菌t13的生長曲線，當(dāng)培養(yǎng)時間t＝14h時微生物生長量od600nm＝0.85g/l時，硝氮去除率為95％，總氮去除率達(dá)到90％以上，結(jié)合好氧反硝化菌t13的生長曲線，認(rèn)為此時好氧反硝化菌處于反硝化的高效脫氮時期-對數(shù)生長期，得到好氧反硝化菌懸液；

步驟一中所述的好氧反硝化菌t13是從長期穩(wěn)定運行的活性污泥系統(tǒng)中定向篩選獲得，經(jīng)16srdna鑒定為pseudomonassp.，全基因測序登錄號為aljb00000000；

所述的好氧反硝化培養(yǎng)基的組成與濃度如下：7.9g/lna2hpo4·7h2o，1.5g/lkh2po4，0.37g/l(nh4)2so4，0.1g/lmgso4·7h2o，1.5g/lkno3，4.7g/lc4h4na2o4，2mlg/l微量元素添加劑，培養(yǎng)基的ph7.2～7.5；微量元素添加劑的組成與濃度如下：50.0g/ledta，1.1g/l(nh4)6smo7o2，2.2g/lznso4，5.0g/lfeso4·7h2o，5.5g/lcacl2，1.57g/lcuso4·5h2o，5.06g/lmncl2·4h2o，1.61g/lcocl2·6h2o；

二、好氧反硝化菌對填料反應(yīng)器的預(yù)馴化：

先配制人工配水：人工配水的濃度與組成為：7.9g/lna2hpo4·7h2o，1.8g/lkno3，1.5g/lkh2po4，4.2g/lc4h4o4na2，0.3g/l(nh4)2so4，0.1g/lmgso4·7h2o，2ml/l微量元素添加劑，人工配水的ph7.2～7.5；微量元素添加劑的組成與濃度：50.0g/ledta，1.1g/l(nh4)6smo7o2，2.2g/lznso4，5.0g/lfeso4·7h2o，5.5g/lcacl2，1.57g/lcuso4·5h2o，5.06g/lmncl2·4h2o，1.61g/lcocl2·6h2o；該人工配水是以丁二酸鈉為碳源配制的，nh4⁺-n56±2mg/l，no3^--n216±2mg/l，tn273±3mg/l，cod1595±3mg/l；

再按照人工配水與好氧反硝化菌懸液的體積比為1：1將人工配水與好氧反硝化菌懸液混合均勻，得到混合液，將混合液投加到填料反應(yīng)器中，其中聚氨酯填料的密度為0.015-0.03g/cm³，表面積為5000cm²/g，孔隙率>95％，孔徑2～2.5mm；反應(yīng)器中聚氨酯填料的高度占反應(yīng)器高度的1/3，并始終處于流化狀態(tài)，在溫度為25～30℃、溶解氧do＝2.5mg/l的條件下連續(xù)馴化培養(yǎng)，馴化培養(yǎng)按照進水10min、曝氣11h、沉降10min、排水10min、靜止30min為一個馴化周期的馴化制度進行，每天運行兩個周期，水力停留時間為12h，連續(xù)馴化30天后，通過掃描電鏡檢查發(fā)現(xiàn)填料內(nèi)部與填料表面附著大量的好氧反硝化菌，填料比重為0.85-0.96，填料由初始階段懸浮于反應(yīng)器上部變?yōu)橹胁?，得到馴化好的好氧反硝化菌填料反應(yīng)器(用r2表示)；

馴化好的好氧反硝化菌填料反應(yīng)器中，聚氨酯填料上掛有生物膜，聚氨酯填料馴化前的掃描電鏡照片如圖1所示，馴化后的掃描電鏡照片如圖2所示，對比圖1和圖2可知，馴化后聚氨酯填料的表面和內(nèi)部都聚集了大量的好氧反硝化菌，形成了活性較高的生物膜，馴化后比重明顯增加。經(jīng)好氧反硝化菌預(yù)馴化后的聚氨酯填料在溶解氧do＝2.5mg/l的曝氣量條件下仍然呈現(xiàn)懸浮流化狀態(tài)；

四、將馴化好的好氧反硝化菌對填料反應(yīng)器中的人工配水完全排出，將生活污水加入到馴化好的好氧反硝化菌填料反應(yīng)器中，在溫度為25～30℃、溶解氧do＝2.5mg/l的條件下進行處理，處理時按照連續(xù)流的方式運行反應(yīng)器，水力停留時間為9h，完成生活污水的處理。

對比試驗：本對比試驗采用好氧反硝化菌直接投加于載體反應(yīng)器(用r1表示)處理實際生活污水，使強化菌與混菌共同生長自然掛膜于填料，具體是按以下步驟進行的：

一、好氧反硝化菌懸液的馴化培養(yǎng)：按10％(接種量與培養(yǎng)基體積比1:10)的接種量將好氧反硝化菌接種于1000ml的反硝化培養(yǎng)基，在150r/min的搖瓶中培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為t＝14h，微生物生長量達(dá)到0.85g/l，硝氮去除率為95％，總氮去除率達(dá)到90％以上，結(jié)合好氧反硝化菌t13的生長曲線，認(rèn)為此時好氧反硝化菌處于反硝化的高效脫氮時期-對數(shù)生長期，得到活性最佳的好氧反硝化菌懸液；

二.好氧反硝化菌自然掛膜強化載體反應(yīng)器(r1)的構(gòu)建：將哈爾濱市太平污水處理廠的曝氣池活性污泥的混合液靜沉30min，污泥沉淀后再倒掉上清液，取沉淀后的污泥1l倒入有效體積為2l的載體反應(yīng)器中，再加入1l步驟一制備的富含好氧反硝化菌的好氧反硝化菌懸液，采用攪拌器進行攪拌，達(dá)到混合均勻的目的；

三.好氧反硝化強化反應(yīng)器處理實際生活污水：將生活污水加入到馴化好的好氧反硝化菌填料反應(yīng)器中，按照與馴化好的好氧反硝化菌填料反應(yīng)器(r2)完全相同的連續(xù)流方式運行處理實際生活污水，即在溫度為25～30℃、溶解氧do＝2.5mg/l的條件下進行處理，水力停留時間為9h，完成生活污水的處理。

試驗1的預(yù)馴化的好氧反硝化菌填料反應(yīng)器(r2)與對比試驗中構(gòu)建的好氧反硝化菌直接投加強載體反應(yīng)器(r1)以相同的連續(xù)流方式運行處理實際生活污水，穩(wěn)定運行兩個月，對比經(jīng)過r1反應(yīng)器和r2反應(yīng)器對生活污水的處理結(jié)果如圖3、4、5所示。

圖3是好氧反硝化菌直接投加強化載體反應(yīng)器(r1)和預(yù)馴化的好氧反硝化菌填料反應(yīng)器(r2)的cod去除率的曲線圖；從圖3可以看出，不同強化方式對cod去除效果影響較小,去除率均在90％以上，預(yù)馴化反應(yīng)器(r2)的出水cod為30.4±1.6mg/l，好氧反硝化菌直接投加強化載體反應(yīng)器(r1)的出水cod為24.1±1.3mg/l。

圖4是好氧反硝化菌直接投加強化載體反應(yīng)器(r1)和預(yù)馴化反應(yīng)器(r2)的tn去除率的曲線圖；從圖4可以看出，r2的tn去除率達(dá)到88.5±4.2％，較r1高8％，出水tn為11.36±1.3mg/l。

圖5是好氧反硝化菌直接投加強化載體反應(yīng)器(r1)和預(yù)馴化反應(yīng)器(r2)的nh4⁺-n去除率的曲線圖；從圖5可以看出，r2的出水氨氮為1.6±0.3mg/l，r1的出水氨氮為3.1±0.2mg/l。

比較可知，經(jīng)好氧反硝化菌預(yù)馴化的反應(yīng)器r2出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級a標(biāo)準(zhǔn)。