公布日：2023.11.03

申請日：2022.04.26

分類號：C02F3/34(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N

摘要

本發明公開了一種生物濾池自養脫氮工藝的快速啟動方法。該方法包括：(1)在生物濾池內預先接種富含脫氮細菌的活性污泥和待處理污水，然后對污泥進行破解處理；(2)向步驟(1)經過破解處理的污泥中裝載培養硝化細菌的載體，進行硝化過程所需微生物的掛膜培養；(3)當步驟(2)的培養體系中氨氮去除率為50％以上時，裝填培養厭氧氨氧化菌的載體，進行厭氧氨氧化菌的掛膜培養；(4)當步驟(3)的培養體系中亞硝氮去除率達50％以上時，進行硝化細菌和厭氧氨氧化細菌的共同培養，直至完成啟動過程。本發明先對活性污泥體系進行預處理，再分步裝填硝化細菌載體和厭氧氨氧化菌載體，加速具有脫氮功能的微生物的快速掛膜，實現系統的快速啟動。

權利要求書

1.一種生物濾池自養脫氮工藝的快速啟動方法，包括以下步驟：(1)在生物濾池內預先接種富含脫氮細菌的活性污泥和待處理污水，然后對污泥進行破解處理；(2)向步驟(1)經過破解處理的污泥系統中裝載培養硝化細菌的載體，進行硝化過程所需微生物的掛膜培養；(3)當步驟(2)的培養體系中氨氮去除率達到50％以上，優選60％～70％時，再裝填培養厭氧氨氧化菌的載體，進行厭氧氨氧化菌的掛膜培養；(4)當步驟(3)的培養體系中亞硝氮去除率達50％以上時，優選60％～70％時，提高溶解氧濃度進行硝化細菌和厭氧氨氧化細菌的共同培養，直至完成啟動過程。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述培養硝化細菌的載體是以包埋碳酸鈣的交聯殼聚糖為基體，其上吸附生長有異養菌，其中異養菌占載體質量的5％～50％，優選10％～30％；和/或，所述培養厭氧氨氧化菌的載體中，異養菌占載體質量的1％～5％，聚乙烯亞胺占載體質量的1％～10％。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，按照污泥濃度2000～3000mg/L接種富含脫氮細菌的活性污泥。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，對污泥進行破解處理使得胞外聚合物按照蛋白質的質量含量計，提高至不超過60％，優選30％～40％時停止破解。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，破解處理的方式為過度曝氣。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，培養硝化細菌的載體按照加入后含量1～3g/L進行投加；和/或，步驟(3)中，培養厭氧氨氧化菌的載體按照加入后含量2～6g/L進行投加。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，運行條件為：溶解氧1～5mg/L，優選2～4mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為6～12h。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，運行條件為：溶解氧0.05～0.5mg/L，優選0.1～0.3mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為6～12h。

9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中，運行條件為：溶解氧0.2～2.0mg/L，優選0.5～1.5mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為12～24h。

10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，當生物濾池中氨氮去除率達90％以上、總氮去除率達80％以上，總氮去除負荷達1.0kgTN/(m3·d)以上，完成系統的啟動過程。

11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的污水的水質為：氨氮濃度為30～50mg/L，亞硝氮濃度為30～50mg/L，總氮為60～100mg/L，COD濃度為50～150mg/L。

12.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的異養菌是酵母菌、乳酸菌、硫酸鹽還原菌中的至少一種，優選酵母菌；所述的酵母菌選自假絲酵母、隱球酵母、漢遜氏酵母屬、畢赤氏酵母、紅酵母、球擬酵母或絲孢酵母中的至少一種，優選熱帶假絲酵母菌；所述的乳酸菌選自乳桿菌、雙歧桿菌、乳球菌中的至少一種；所述的硫酸鹽還原菌選自脫硫單胞菌、脫硫線菌中的至少一種。

13.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體是按照如下方法制備的：將利用有機碳源的異養菌培養至對數生長期后期，收獲菌體細胞；將菌體細胞與殼聚糖混合，再與碳酸鈣交聯制備交聯殼聚糖載體；采用聚乙烯亞胺對交聯殼聚糖載體進行修飾，得到培養厭氧氨氧化菌的載體。

14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，培養條件為：溫度20～38℃，優選20～30℃，pH為6.0～8.5，優選6.0～7.0；靜置培養或者搖床培養，靜置培養每隔30～60min進行攪拌，搖床培養的轉速為200～600r/min。

15.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，將菌體細胞與殼聚糖按照質量比1：1～1：3混合，再與碳酸鈣交聯制備交聯殼聚糖載體。

16.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，采用聚乙烯亞胺對交聯殼聚糖載體進行修飾，具體是將交聯殼聚糖載體浸漬于聚乙烯亞胺水溶液中，再經干燥制得；其中，聚乙烯亞胺水溶液的質量分數為1％～10％，浸漬時間為30～90min；干燥溫度為25～40℃，干燥時間為1～5h。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種生物濾池自養脫氮工藝的快速啟動方法。本發明方法能夠加速具有脫氮功能的微生物的快速掛膜，實現系統脫氮功能的快速構建，實現系統的快速啟動。

本發明提供了一種生物濾池自養脫氮工藝的快速啟動方法，包括以下步驟：

(1)在生物濾池內預先接種富含脫氮細菌的活性污泥和待處理污水，然后對污泥進行破解處理；

(2)向步驟(1)經過破解處理的污泥系統中裝載培養硝化細菌的載體，進行硝化過程所需微生物的掛膜培養；

(3)當步驟(2)的培養體系中氨氮去除率達到50％以上，優選60％～70％時，再裝填培養厭氧氨氧化菌的載體，進行厭氧氨氧化菌的掛膜培養；

(4)當步驟(3)的培養體系中亞硝氮去除率達50％以上時，優選60％～70％時，提高溶解氧濃度進行硝化細菌和厭氧氨氧化細菌的共同培養，直至完成啟動過程。

本發明中，所述培養硝化細菌的載體是以包埋碳酸鈣的交聯殼聚糖為基體，其上吸附生長有異養菌，其中異養菌占載體質量的5％～50％，優選10％～30％。

本發明中，所述培養厭氧氨氧化菌的載體中，異養菌占載體質量的1％～5％，聚乙烯亞胺占載體質量的1％～10％。

本發明中，步驟(1)中，按照污泥濃度2000～3000mg/L接種富含脫氮細菌的活性污泥。接種的活性污泥可以是處理含氨污水的處理廠二沉池的剩余污泥污泥，所述二沉池的剩余污泥是指污水處理廠沉淀池經過重力沉降，排出上清液后的含水率低于99％，優選80％～90％的污泥。

本發明中，步驟(1)中，對污泥進行破解處理使得胞外聚合物按照蛋白質的質量含量計，提高至不超過60％，優選30％～40％時停止破解。破解處理方法采用能夠破解污泥絮體結構并且對生物沒有毒性的方法。破解處理的目的主要是促使污泥本身分泌大量胞外聚合物并釋放到水中，使體系中胞外聚合物顯著增加，從而在步驟(2)中利于菌體的快速掛膜。破解處理需要嚴格控制破解程度，否則會對污泥體系造成不利影響。

本發明中，步驟(1)中，破解處理的方式可以采用過度曝氣。所述過度曝氣方式為控制溶解氧濃度大于5mg/L，優選5～7mg/L。

本發明中，步驟(2)中，培養硝化細菌的載體按照加入后含量1～3g/L進行投加。

本發明中，步驟(2)中，運行條件為：溶解氧1～5mg/L，優選2～4mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為6～12h。

本發明中，步驟(3)中，培養厭氧氨氧化菌的載體按照加入后含量2～6g/L進行投加。

本發明中，步驟(3)中，運行條件為：溶解氧0.05～0.5mg/L，優選0.1～0.3mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為6～12h。

本發明中，步驟(4)中，運行條件為：溶解氧0.2～2.0mg/L，優選0.5～1.5mg/L，pH值為7.5～8.5，溫度為25～40℃，水力停留時間為12～24h。

本發明中，步驟(4)中，當生物濾池中氨氮去除率達90％以上、總氮去除率達80％以上，總氮去除負荷達1.0kgTN/(m3·d)以上，完成系統的啟動過程。

本發明中，所述的污水的水質為：氨氮濃度為30～50mg/L，亞硝氮濃度為30～50mg/L，總氮為60～100mg/L，COD濃度為50～150mg/L。

本發明中，所述的培養硝化細菌的載體是按照如下方法制備的：制備包埋碳酸鈣的交聯殼聚糖載體；將交聯殼聚糖載體投加到利用有機碳源的異養菌培養體系進行吸附生長，培養至對數生長后期停止，取出固體物干燥得到雙微載體。

本發明中，所述的培養硝化細菌的載體的制備方法中，所述的包埋碳酸鈣的交聯殼聚糖載體可以采用本領域常規的制備方法獲得。交聯的方法主要可以采用直接交聯、交聯中進行化學修飾等。直接交聯法使用的交聯劑有環氧氯丙烷、戊二醛﹑甲醛﹑冠醚類和京尼平等中至少一種，優選京尼平。交聯是殼聚糖與交聯劑分子之間發生交聯反應，使殼聚糖分子由直鏈變成網狀結構，通過交聯可以改善殼聚糖的比表面積和孔結構等物理性能，有效地提高殼聚糖的穩定性。

本發明中，所述的培養硝化細菌的載體的制備方法中，所述的異養菌可以是酵母菌、乳酸菌、硫酸鹽還原菌等利用有機碳源的異養菌中的至少一種，優選酵母菌。所述的酵母菌可以選自假絲酵母、隱球酵母、漢遜氏酵母屬、畢赤氏酵母、紅酵母、球擬酵母或絲孢酵母等中的至少一種，優選熱帶假絲酵母菌。所述的乳酸菌可以選自乳桿菌、雙歧桿菌、乳球菌等中的至少一種。所述的硫酸鹽還原菌可以選自脫硫單胞菌、脫硫線菌等中的至少一種。

本發明中，所述的培養硝化細菌的載體的制備方法中，所述的有機碳源根據選擇的具體菌種確定，一般為所選擇異養菌常規培養采用的糖類、蛋白質、有機酸等含碳有機物，如可以是葡萄糖、己糖、木糖、蔗糖、淀粉等中的至少一種。有機碳源按照加入后體系中質量濃度為1～5g/L進行投加。

本發明中，所述的培養硝化細菌的載體的制備方法中，所述的異養菌的培養條件為：溫度20～38℃，優選20～30℃，pH為6.0～8.5，優選6.0～7.0；靜置發酵或者搖床培養，靜置發酵培養每隔30～60min進行攪拌，搖床培養轉速為200～600r/min。培養至對數生長后期，一般是培養24h～80h。

本發明中，所述的培養硝化細菌的載體的制備方法中，所述的干燥溫度為25～50℃，干燥時間為1～5h。

本發明中，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體是按照如下方法制備的：將利用有機碳源的異養菌培養至對數生長期后期，收獲菌體細胞；將菌體細胞與殼聚糖混合，再與碳酸鈣交聯制備交聯殼聚糖載體；采用聚乙烯亞胺對交聯殼聚糖載體進行修飾，得到培養厭氧氨氧化菌的載體。

本發明中，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，所述的利用有機碳源的異養菌是在無氧或者缺氧條件下利用有機碳源繁殖生長的微生物，如可以是酵母菌、乳酸菌、硫酸鹽還原菌等中至少一種。所述的酵母菌可以選自假絲酵母、隱球酵母、漢遜氏酵母屬、畢赤氏酵母、紅酵母、球擬酵母或絲孢酵母等中的至少一種，優選熱帶假絲酵母。所述的乳酸菌可以選自乳桿菌、雙歧桿菌、乳球菌等中至少一種。所述的硫酸鹽還原菌可以選自脫硫單胞菌、脫硫線菌等中至少一種。

本發明中，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，所述的有機碳源根據所選擇的異養菌確定，一般為選定異養菌常規培養采用的糖類、蛋白質、有機酸等含碳有機物中的至少一種，具體可以是葡萄糖、己糖、木糖、蔗糖、淀粉等中至少一種。

本發明中，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，所述的利用有機碳源的異養菌的培養根據菌體選擇本領域常規使用的培養基。培養條件為：溫度20～38℃，優選20～30℃，pH為6.0～8.5，優選6.0～7.0；靜置培養或者搖床培養，靜置培養每隔30～60min進行攪拌，搖床培養的轉速為200～600r/min。培養至對數生長期后期，一般培養24～80h，可以通過過濾、離心等方式收獲菌體細胞，如可以在10000～15000r/min條件下離心棄上清液保留菌體細胞。

本發明中，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，將菌體細胞與殼聚糖按照質量比1:1～1:3混合，再與碳酸鈣交聯制備交聯殼聚糖載體。交聯殼聚糖載體的制備采用本領域常規的制備方法。制備方法可以采用直接交聯法，直接交聯法使用的交聯劑為環氧氯丙烷、戊二醛﹑甲醛﹑冠醚類、京尼平等中至少一種，優選京尼平。交聯是殼聚糖與交聯劑分子之間發生交聯反應，使殼聚糖分子由直鏈變成網狀結構，通過交聯可以改善殼聚糖的比表面積和孔結構等物理性能，有效地提高殼聚糖的穩定性。具體制備過程為：將質量分數2％的殼聚糖溶解于體積分數1％的醋酸溶液共計500mL按照質量體積比為2％加入殼聚糖、體積比為1％加入醋酸制得500mL混合液，按照菌體細胞與殼聚糖質量比1:1～1:3加入步驟(1)制備的菌體細胞，然后加入CaCO3納米顆粒10g，加入5倍體積食用油，加入10mL司班～80激烈攪拌；再加入京尼平至其在水相中終濃度為20mM，持續攪拌24小時，離心分離沉淀，并用丙酮、熱水、冷水清洗數次，以除去殘留在表面的油相及雜質。最后再用丙酮脫水，并將所得產物在室溫下晾干，得到以碳酸鈣為核、菌體細胞和殼聚糖均勻包裹在周圍的交聯殼聚糖載體。

本發明中，所述的培養厭氧氨氧化菌的載體的制備方法中，采用聚乙烯亞胺對交聯殼聚糖載體進行修飾，具體是將交聯殼聚糖載體浸漬于聚乙烯亞胺水溶液中，經干燥制得；其中，聚乙烯亞胺水溶液的質量分數為1％～10％，浸漬時間為30～90min。浸漬結束后，取出干燥即可，干燥溫度為25～40℃，干燥時間為1～5h。所制備的載體中，異養菌占載體質量的1％～5％，聚乙烯亞胺占載體質量的1％～10％。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)本發明通過對污水處理系統中活性污泥的處理并結合培養不同微生物的載體配合開工啟動，即通過破解處理使活性污泥釋放一定量的胞外聚合物，再投加載體的方式，有助于生物濾池工藝自養脫氮工藝的快速形成，快速構建系統脫氮功能，實現了處理系統的快速啟動。

(2)本發明所使用的培養硝化細菌的載體，是由帶有正電荷的交聯殼聚糖與利用有機碳源的異養菌制備而成，正電荷的交聯殼聚糖可以將硝化細菌有效吸附到載體上進行快速適應性生長，載體中的異養菌可以逐漸釋放結合位，可以提高硝化細菌活性和培養密度。

(3)本發明所使用的培養厭氧氨氧化菌的載體，是由殼聚糖、異養菌和聚乙烯亞胺三種物質的協同配合制備而成。異養菌可以改善殼聚糖的比表面積和孔結構，二者彼此發揮協同作用。而且，在厭氧氨氧化菌生長過程中，異養菌可以對死亡的菌體降解，空余出孔道為厭氧氨氧化菌提供場所，降解死亡菌體的同時釋放出二氧化碳氣體，提高傳質效率。采用的聚乙烯亞胺能夠阻止氧對厭氧氨氧化菌的影響，有利于提高厭氧氨氧化菌的繁殖生長速率。

（發明人：高會杰;孫丹鳳;王剛;陳明翔）