一種為深度脫氮富集聚糖菌的裝置和方法
【專利摘要】一種為深度脫氮富集聚糖菌的裝置和方法，屬于環境保護技術領域。根據聚糖菌生長所需的環境要求進行人工配水富集培養。將人工配水1泵入到聚糖菌富集SBR反應器內，厭氧攪拌，聚糖菌在厭氧條件下分解糖原，為合成PHAs提供能量和還原力NADH2；吸收碳源，合成PHAs儲藏在細胞內，但不釋放磷。厭氧階段結束后進行沉淀排水，之后再加入不含磷、不含碳源的人工配水2，進行好氧曝氣階段。好氧條件下，聚糖菌氧化胞內PHA用于糖原再生和微生物生長增殖。好氧階段結束后進行沉淀排水。聚糖菌富集SBR反應器運行時需排泥，使污泥濃度維持在2500～4000mg/L范圍內。該方法可實現聚糖菌快速高效地富集培養。
【專利說明】
一種為深度脫氮富集聚糖菌的裝置和方法
技術領域
[0001] 本發明屬于環境保護技術領域，具體涉及一種利用城市生活污水處理廠的剩余污 泥，通過調節富集裝置的運行方式、控制反應條件達到富集聚糖菌的方法。
【背景技術】
[0002] 水體富營養化已經成為我國可持續發展所面臨的重要環境問題之一，過量氮、磷 是引起水體富營養化的主要因素。目前較經濟有效的除磷方法是基于聚磷菌(phosphorus accumulating organ i sms，PAOs )過量吸磷作用的強化生物除磷方法（enhanced biological phosphate removal，EBPR)。強化生物除磷是指在適當的培養條件下，通過污 水處理系統中富集聚磷菌并利用其能夠在厭氧/好氧交替條件下過量吸磷的特性，達到降 低污水中磷濃度的目的，最終通過排放富磷剩余污泥的方式實現磷的去除。在EBPR系統中， 除聚磷菌外還有另外一類微生物--聚糖菌(glycogen accumulating organisms，GA0s) 也可在厭氧環境中吸收碳源并合成聚羥基鏈燒酸酯(P〇lyhydroxyalkanoates，PHAs)儲藏 在細胞內，但不釋放磷，在好氧條件下分解PHAs合成糖原而不聚積磷，對于除磷沒有貢獻。
[0003] 長期以來，眾多研究的主要目的是實現調控EBPR系統中以聚磷菌為優勢菌群而抑 制聚糖菌的生長，因此對聚糖菌的認識遠不足于聚磷菌。因此，需要快速高效地富集聚糖 菌，將聚糖菌從富集系統中經分離提純后，對其生長特性和代謝過程進行深入觀察和研究。 確定聚糖菌的生長條件可以更好地對EBPR系統進行調節，對于提高生物除磷穩定性也有重 要的意義。
[0004] 此外，由于聚糖菌特殊的代謝特點，其可以在磷缺乏型廢水中降解大量有機碳。因 此利用富集聚糖菌的活性污泥處理高有機質廢水時的優勢在于可以不外加磷元素的條件 下降低活性污泥膨脹的可能性，保證出水效果。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種利用城市生活污水處理廠剩余污泥富集聚糖菌的裝 置和方法。
[0006] 本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：一種為深度脫氮富集聚糖菌的裝 置，其特征在于，包括1#進水水箱1和2#進水水箱2、聚糖菌富集SBR反應器3、出水水箱4、在 線監測和反饋控制系統5;其中所述1#進水箱1通過第一進水栗1.3與聚糖菌富集SBR反應器 3相連接;2#進水箱2通過第二進水栗2.3與聚糖菌富集SBR反應器3相連接;聚糖菌富集SBR 反應器3通過電動排水閥4.3與出水水箱4相連接；
[0007] 所述聚糖菌富集SBR反應器3設置攪拌器3.1連接攪拌槳3.2、空氣壓縮機3.3、進氣 閥門3.4、氣體流量計3.5、曝氣砂頭3.6、0RP傳感器3.7、pH傳感器3.8、D0傳感器3.9;
[0008] 所述在線監測和反饋控制系統5包括計算機5.1和可編程過程控制器5.2,可編程 過程控制器5.2內置信號轉換器DA轉換接口 5.3、信號轉換器AD轉換接口 5.4、曝氣繼電器 5.5、0RP、pH、D0數據信號接口 5.6、攪拌繼電器5.7;其中，可編程過程控制器5.2上的信號AD 轉換接口 5.4通過電纜線與計算機5.1相連接，將傳感器模擬信號轉換成數字信號傳遞給計 算機5.1;計算機5.1通過信號轉換器DA轉換接口 5.3與可編程過程控制器5.2相連接，計算 機5.1的數字指令傳遞給可編程過程控制器5.2,曝氣繼電器5.5與電磁閥3.4相連接，攪拌 器繼電器5.7與攪拌器3.1相連接，ORP、pH、DO數據信號接口 5.6通過傳感器導線與ORP、pH、 DO測定儀3.10相連接，ORP傳感器3.7、pH傳感器3.8、D0傳感器3.9分別與ORP、pH、DO測定儀 3.10相連接。
[0009] 本發明設計的厭氧/好氧序批式生物反應器對聚糖菌進行富集，具體工藝參數如 下:反應裝置有效容積為10L，進水體積為5L，水力停留時間HRT為20h。每天運行3個周期，每 個周期為8小時。進水為人工配水，反應器內pH穩定在6.8~7.8之間，污泥濃度穩定在2500 ~4000mg/L。
[0010] 本發明設計的厭氧/好氧序批式生物反應器對聚糖菌進行富集，具體的啟動和操 作步驟如下：
[0011] I第一進水階段:利用進水栗1.3將1#進水箱1中的溶液栗入聚糖菌富集SBR反應器 3中；
[0012] Π 厭氧階段:進水的同時啟動攪拌機3.1帶動攪拌槳3.2進行攪拌，提供溶液完全 混合的動力，控制攪拌時間為120~240min;
[0013] m第一靜置沉淀階段:為保證泥水分離及下一步排水過程中減少活性污泥的流失 量，控制靜置沉淀階段時間為60~90min;
[0014] IV第一排水階段：啟動排水閥4.3，并將排水時間控制為2~IOmin，排水比控制為 0.4~0.6。排水完成后，關閉排水閥4.3;
[0015] V第二進水階段:利用進水栗2.3將2#進水箱2中的溶液栗入聚糖菌富集SBR反應 器3中；
[0016] VI好氧階段:啟動攪拌器3.1帶動攪拌槳3.2進行攪拌，提供溶液完全混合的動力， 機械攪拌時間控制為90~150min。由空氣壓縮機3.3將空氣由曝氣砂頭3.6鼓入至聚糖菌富 集SBR反應器3中，提供好氧環境。通入空氣時間控制為90~150min;
[0017] W第二靜置沉淀階段:控制靜置沉淀階段時間為60~90min;
[0018] VI第二排水階段：啟動排水閥（4.3)，并將排水時間控制為2~IOmin，排水比控制 為0.4~0.6;排水完成后，關閉排水閥（4.3);
[0019] 本發明設計的厭氧/好氧序批式生物反應器對聚糖菌進行富集，具體配水配方如 下：1#進水水箱配水中含有300~400mg/L葡萄糖，2mg/L K2HP〇4 · 3H20,20mg/L NH4C1， 45mg/L MgSO4,20mg/L CaCl2,0.lmg/L NaHCO3,1.5mg/L FeCl3,0.03mg/L CuSO4,0.18mg/L KI，0.12mg/L MnCl2,0.12mg/L ZnS〇4,0.15mg/L CoCl2,0.15mg/L乙二胺四乙酸。2#進水水 箱配水中含有2mg/L K2HP〇4.3H2〇,20mg/L NH4Cl，45mg/L MgS〇4,20mg/L CaCl2,0.1mg/L NaHC03，1.5mg/L FeCl3,0.03mg/L CuS〇4,0.18mg/L KI，0.12mg/L MnCl2,0.12mg/L ZnS〇4， 0.15mg/L CoCl2,0.15mg/L乙二胺四乙酸。
[0020] 每周期時間為8h，分別是第一次進水lOmin，厭氧階段180min，靜置沉淀85min，第 一次排水5min，第二次進水IOmin，好氧階段120min，。靜置沉淀85min，第二次排水5min。每 日三個周期，連續運行60天。
[0021] 本發明具有以下優點：
[0022] 1)反應器在富集培養階段采用厭氧一好氧運行方式，每個循環周期為8h，包括 180min厭氧攪拌，90min沉淀排水，120min好氧曝氣和90min沉淀排水。該運行方式的特點在 于在厭氧階段結束后，并未像EBPR運行方式一樣直接好氧曝氣，而是進行沉淀排水，之后再 加入含磷量小于lmg/L，不含碳源的模擬廢水，有效抑制了聚磷菌的好氧吸磷;曝氣進行好 氧階段，對聚糖菌進行選擇和富集；
[0023] 2)對污泥體系中聚糖菌的生長進行觀察和研究，確定聚糖菌的生長條件可以更好 地對EBPR系統進行調節，對于提高生物除磷穩定性也有重要的意義。
[0024] 3)由于聚糖菌特殊的代謝特點，其可以在磷缺乏型廢水中降解大量有機碳；因此 利用富集聚糖菌的活性污泥處理高有機質廢水時的優勢在于可以不外加磷元素的條件下 降低活性污泥膨脹的可能性，保證出水效果。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明一種富集聚糖菌的裝置的結構示意圖。
[0026] 圖中：I--1#進水水箱；I. I--1#進水管；1.2--1#排空管；1.3--1#進水水 栗;2 2#進水水箱;2.1 2#進水管;2.2 2#排空管;2.3 2號進水水栗;3 聚 糖菌富集SBR反應器;3.1 攬摔器;3.2 攬摔獎;3.3 空氣壓縮機;3.4 電磁 閥；3 · 5 氣體流量計;3 · 6 曝氣頭;3 · 7 ORP傳感器;3 · 8 pH傳感器;3 · 9 DO 傳感器；3.10 ORP、pH、DO測定儀；4 出水水箱；4.1 溢流管；4.2 排空管； 4.3--排水繼電器;5--在線監測和反饋控制系統;5.1--計算機;5.2--可編程過程 控制器;5.3--信號轉換器DA轉換接口；5.4--信號轉換器AD轉換接口；5.5--曝氣繼 電器;5.6--ORP、pH、DO數據信號接口； 5.7--攪拌器繼電器。
[0027] 圖2為本發明一種富集聚糖菌的裝置的運行方式。
【具體實施方式】
[0028] 結合附圖和實例對本發明做進一步說明：一種富集聚糖菌的裝置，如圖1所示，1# 進水水箱1和2#進水水箱2、聚糖菌富集SBR反應器3、出水水箱4、在線監測和反饋控制系統 5;其中所述1#進水箱1通過第一進水栗1.3與聚糖菌富集SBR反應器3相連接;2#進水箱2通 過第二進水栗2.3與聚糖菌富集SBR反應器3相連接;聚糖菌富集SBR反應器3通過電動排水 閥4.3與出水水箱4相連接；
[0029] 所述聚糖菌富集SBR反應器3內設置攪拌器3.1連接攪拌槳3.2、空氣壓縮機3.3、進 氣閥門3.4、氣體流量計3.5、曝氣砂頭3.6、ORP傳感器3.7、pH傳感器3.8、D0傳感器3.9、電動 排水閥4.3;
[0030] 所述在線監測和反饋控制系統5包括計算機5.1和可編程過程控制器5.2,可編程 過程控制器5.2內置信號轉換器DA轉換接口 5.3、信號轉換器AD轉換接口 5.4、曝氣繼電器 5.5、0RP、pH、D0數據信號接口 5.6、攪拌繼電器5.7;其中，可編程過程控制器5.2上的信號AD 轉換接口 5.4通過電纜線與計算機5.1相連接，將傳感器模擬信號轉換成數字信號傳遞給計 算機5.1;計算機5.1通過信號轉換器DA轉換接口 5.3與可編程過程控制器5.2相連接，計算 機5.1的數字指令傳遞給可編程過程控制器5.2,曝氣繼電器5.5與電磁閥3.4相連接，攪拌 器繼電器5.7與攪拌器3.1相連接，0RP、pH、D0數據信號接口 5.6通過傳感器導線與0RP、pH、 DO測定儀3.10相連接，ORP傳感器3.7、pH傳感器3.8、D0傳感器3.9分別與ORP、pH、DO測定儀 3.10相連接。
[0031]實驗污泥接種于本實驗室中試規模處理生活污水的短程深度脫氮SBR反應器，為 短程硝化反硝化污泥，污泥呈黃褐色絮狀，結構松散，污泥沉降性能一般，污泥指數SVI為 120mL/g。反應器初始污泥濃度約為3500mg/L，平均水力停留時間為20h。經過聚糖菌富集培 養一段時間后，污泥沉降性好轉，污泥指數SVI為60mL/g。具體富集培養過程如下：
[0032]第一次進水階段:本發明采用人工配水富集聚糖菌，進水由蠕動栗定時流入反應 器，準確控制進水體積。第一次進水階段開始，啟動1#進水栗1.3將1#進水水箱1的配水抽取 5L進入至聚糖菌富集SBR反應器3中，攪拌器3.1帶動攪拌槳3.2同時開始運行，直至厭氧反 應階段結束。混合后進水中COD約為130mg/L，磷酸鹽約為0.2mg/L，配水配方如表1和表2所 不。
[0033]表1:富集聚糖菌的實驗裝置第一次進水配水表。
[0037] 厭氧運行階段:進水的同時啟動攪拌器3.1帶動攪拌槳3.2進行攪拌，提供溶液完 全混合的動力，機械攪拌時間由機械攪拌控制器5.7控制為180min。整個厭氧運行階段，pH 控制在6.8~7.8范圍內。
[0038] 第一靜置沉淀階段：為保證泥水分離及下一步排水過程中減少活性污泥的流失 量，控制靜置沉淀階段時間為85min。
[0039] 第一排水階段:沉淀85min完成后，啟動排水閥4.3，并將排水時間控制為5min，排 水比控制為0.5。排水完成后關閉排水閥4.3。
[0040] 第二進水階段：啟動2#進水栗2.3將2#進水水箱2的配水抽取5L進入至聚糖菌富集 SBR反應器3中，攪拌器3.1帶動攪拌槳3.2同時開始運行，直至厭氧反應階段結束混合后進 水中COD約為20mg/L，磷酸鹽約為0.2mg/L，配水配方如表2和表3所示。
[0041 ]表3:富集聚糖菌的實驗裝置第二次進水配水表。
[0043] 好氧階段:進水的同時啟動攪拌器3.1帶動攪拌槳3.2進行攪拌，提供溶液完全混 合的動力，機械攪拌時間由機械攪拌控制器5.7控制為120min。
[0044] 由空氣壓縮機3.3將空氣由曝氣砂頭3.6鼓入至聚糖菌富集SBR反應器3中，提供好 氧環境。通入空氣時間由曝氣繼電器5.5控制為120min。整個好氧運行階段，pH控制在6.8~ 7 · 8范圍內；溶解氧控制在1 · 0~2 · Omg/L。
[0045] 第二靜置沉淀階段:同第一靜置沉淀階段。
[0046] 第二排水階段:同第一排水階段。
[0047] 每周期時間為8h，分別是第一次進水lOmin，厭氧階段180min，靜置沉淀85min，第 一次排水5min，第二次進水IOmin，好氧階段120min。靜置沉淀85min，第二次排水5min。每日 三個周期，連續運行60天。
[0048]通過監測富集期間活性生物污泥中磷含量、PHA、糖原的變化，發現隨著富集培養 時間的推移，污泥中磷含量逐漸減少，糖原和PHA逐漸增多，可推出聚糖菌在污泥體系中逐 漸成為優勢菌種。
【主權項】
1. 一種為深度脫氮富集聚糖菌的裝置，其特征在于，包括1#進水水箱（1)和2#進水水箱 (2) 、聚糖菌富集SBR反應器(3)、出水水箱(4)、在線監測和反饋控制系統(5);其中所述1#進 水箱（1)通過第一進水栗（1.3)與聚糖菌富集SBR反應器(3)相連接;2#進水箱(2)通過第二 進水栗（2.3)與聚糖菌富集SBR反應器(3)相連接;聚糖菌富集SBR反應器(3)通過電動排水 閥(4.3)與出水水箱(4)相連接； 所述聚糖菌富集SBR反應器(3)設置攪拌器(3.1)連接攪拌槳(3.2)、空氣壓縮機(3.3)、 進氣閥門（3.4)、氣體流量計(3.5)、曝氣砂頭(3.6)、ORP傳感器(3.7)、pH傳感器(3.8)、D0傳 感器(3.9); 所述在線監測和反饋控制系統（5)包括計算機(5.1)和可編程過程控制器(5.2)，可編 程過程控制器(5.2)內置信號轉換器DA轉換接口（ 5.3)、信號轉換器AD轉換接口（5.4)、曝氣 繼電器(5.5)、01^、？!1、00數據信號接口（5.6)和攪拌繼電器(5.7) ;其中，可編程過程控制器 (5.2)上的信號AD轉換接口（5.4)通過電纜線與計算機(5.1)相連接，將傳感器模擬信號轉 換成數字信號傳遞給計算機(5.1);計算機(5.1)通過信號轉換器DA轉換接口（5.3)與可編 程過程控制器(5.2)相連接，計算機(5.1)的數字指令傳遞給可編程過程控制器(5.2)，曝氣 繼電器(5.5)與電磁閥（3.4)相連接，攪拌器繼電器(5.7)與攪拌器(3.1)相連接，ORP、pH、DO 數據信號接口（ 5.6)通過傳感器導線與ORP、pH、DO測定儀(3.10)相連接，ORP傳感器(3.7)、 pH傳感器(3.8)、00傳感器(3.9)分別與01^、？!1、00測定儀(3.10)相連接。2. 應用權利要求1所述裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 系統啟動:將污水處理廠剩余污泥投加至聚糖菌富集SBR反應器(3)內，使接種后聚 糖菌富集SBR反應器(3)內污泥濃度達到2000~4000mg/L; 2) 運行過程操作調節如下： I第一進水階段:利用進水栗（1.3)將1#進水箱（1)中的溶液栗入聚糖菌富集SBR反應器 (3) 中； Π 厭氧階段:進水的同時啟動攪拌器(3.1)帶動攪拌槳(3.2)進行攪拌，提供溶液完全 混合的動力，控制攪拌時間為120~240min; ΙΠ 第一靜置沉淀階段:控制靜置沉淀階段時間為60~90min; IV第一排水階段：啟動排水閥(4.3)，并將排水時間控制為2~lOmin，排水比控制為0.4 ~0.6;排水完成后，關閉排水閥（4.3); V第二進水階段:利用進水栗(2.3)將2#進水箱(2)中的溶液栗入聚糖菌富集SBR反應 器⑶中； VI好氧階段：啟動攪拌器(3.1)帶動攪拌槳(3.2)進行攪拌，機械攪拌時間控制為90~ 150min;由空氣壓縮機(3.3)將空氣由曝氣砂頭(3.6)鼓入至聚糖菌富集SBR反應器(3)中， 提供好氧環境;通入空氣時間控制為90~150min; W第二靜置沉淀階段:控制靜置沉淀階段時間為60~90min; VI第二排水階段：啟動排水閥(4.3)，并將排水時間控制為2~lOmin，排水比控制為0.4 ~0.6;排水完成后，關閉排水閥（4.3); 配水配方說明：1#進水水箱配水中含有300~400mg/L葡萄糖，2mg/L Κ2ΗΡ〇4 · 3H20， 20mg/L NH4Cl，45mg/L MgS〇4,20mg/L CaCl2,0.1mg/L NaHC03，1.5mg/L FeCl3,0.03mg/L CuS〇4,0.18mg/L KI，0.12mg/L MnCl2,0.12mg/L ZnS〇4,0.15mg/L CoCl2,0.15mg/L乙二胺 四乙酸；2#進水水箱配水中含有2mg/L K2HP〇4*3H20,20mg/L NH4Cl，45mg/L MgS〇4,20mg/L CaCl2,0.1mg/L NaHC03，1.5mg/L FeCl3,0.03mg/L CuS〇4,0.18mg/L KI，0.12mg/L MnCh， 0.12mg/L ZnS〇4,0.15mg/L CoCl2,0.15mg/L乙二胺四乙酸。
【文檔編號】C02F3/34GK106006949SQ201610406023
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月11日
【發明人】王淑瑩, 賈淑媛, 趙驥, 彭永臻
【申請人】北京工業大學