一种工业化连续高效生产硝化菌剂的方法
技术领域
本发明涉及硝化菌剂生产领域，具体涉及一种工业化连续高效生产硝化菌剂的方法，主要目的是在高效硝化反应器处理高氨氮工业废水的过程中，通过周期性投加剩余污泥和排出硝化菌剂，快速、经济的在线筛分、培养和富集硝化细菌，工业化连续高效生产硝化菌剂。
背景技术
硝化细菌是生物脱氮技术的核心，强化硝化细菌的分解代谢能力是去除水体氨氮污染物质的关键。虽然硝化细菌在自然界中广泛存在，但硝化细菌为化能自养菌，能量利用率低，生长缓慢，且对环境因子的变化敏感，使得其工业化应用仍存在一些困难。因此想要提高系统的脱氮效率，保持有效功能菌在污水处理系统中的份额以及增强其对环境的适应度至关重要，特别是对于硝化处理高氨氮工业废水的生物处理装置。
有针对性的向污水处理系统中添加硝化菌剂，提高硝化细菌含量，强化硝化性能的生物强化技术是提高生物脱氮效果的一种有效方法。但由于商业化自养型硝化细菌产品价格较高，且质量参差不齐，不利于其大规模工业化应用。由此可见，寻找高效、经济、稳定的硝化菌剂生产方法，是生物强化技术应用于污水脱氮的有效途径。CN106434412B发明了一种硝化细菌连续生产方法及其生产设备，可实现硝化细菌的连续培养和高效富集，但该方法仅依靠硝化细菌自身增殖提高菌量，产品生产周期较长，而且单独搭建硝化细菌生产线，设备、药剂和生产过程均增大了菌剂的生产成本。因此，针对硝化菌剂的应用场景，市场上急需一种简单、经济、高效的工业化硝化菌剂生产方法。
发明内容
针对现有硝化菌剂生产方法生产周期长，效率低，生产成本高的问题，结合上述背景技术，本发明提供了一种简单、经济、高效的工业化硝化菌剂连续生产方法。
本发明技术方案如下：
本发明提出一种实现工业化连续高效生产硝化菌剂的方法，在高效硝化反应器处理高氨氮工业废水的过程中，向高效硝化反应器中投加剩余污泥，随反应器运行在线实现硝化细菌的筛分、培养和富集，硝化细菌富集完成后从高效硝化反应器中排出硝化菌剂，硝化菌剂排出后再次投加剩余污泥，依次循环，通过周期性投加和排出策略，实现连续高效的硝化菌剂生产。
本发明所述的剩余污泥为污水厂生物处理段剩余污泥，该剩余污泥的有机物占比VSS/SS为30%~70%，微生物组分中硝化细菌相对丰度为0.3%~5.0%，来源包括生活污水处理厂和工业废水处理厂。该剩余污泥为硝化菌剂生产提供菌源，同时在菌剂生产过程中其自身分解可为高效硝化反应器提供微生物生长代谢所必须的营养物质（小分子有机物、无机盐和微量元素），节约高氨氮工业废水硝化处理过程中营养液投加的成本，同时提高反应器的性能和稳定性。该剩余污泥投加量为反应器内总泥量的5%~50%。
在已有高氨氮工业废水生物硝化处理过程中，投加剩余污泥中的硝化细菌更容易被筛分、培养和富集，从而能够实现硝化菌剂的高效生产。所述在线筛分、培养和富集硝化细菌的处理时间为3~20 d。
硝化细菌经筛分、培养和富集完成后，从反应器中排出硝化菌剂；所述硝化菌剂的排出量为反应器有效体积的5%~50%。
排出的硝化菌剂SS为2000~6000 mg/L，有机物占比VSS/SS为50%~100%，污泥指数SVI为30~100 ml/g，污泥硝化负荷为0.5~2.0kg-N/kg·d，微生物组分中硝化细菌相对丰度为10%~60%。
所述方法涉及的高氨氮工业废水为含有100~3000 mg-N/L氨氮的工业废水，其中可根据需要任选地补加营养液。
所述方法涉及的高效硝化反应器为能够高效硝化处理高氨氮工业废水的生物处理装置，硝化氨氮去除负荷为1.5~8.0 kg-N/m3·d。该反应器运行温度为15~35 ℃，pH值为7.0~9.0，DO为0.5~9.0 mg/L。
本发明的优点为：相较于传统硝化菌剂需要依赖独立的菌剂生产装置及生产药剂的生产方法，本发明在污水厂的高氨氮工业废水处理过程中实现在线硝化菌剂的连续生产，无需单独构建菌剂生产装置，节约了传统菌剂生产过程中设备、药剂和运行的成本投入，硝化菌剂的生产成本低。传统的硝化菌剂生产方法依靠硝化细菌自身增殖提高菌量，但硝化细菌作为化能自养菌生长缓慢，且硝化活性易受环境因素影响，最终导致硝化菌剂生产周期长，硝化性能不稳定。相较而言，本发明采用周期性投加和外排策略，在不影响正常污水处理的条件下在线从剩余污泥中连续高效筛分、培养和富集硝化细菌，生产过程更加简单、快捷，生产的硝化菌剂来源于实际活性污泥，环境适应强，硝化性能高且稳定，适用于工业化应用。除此之外，本发明利用污水厂剩余污泥和实际高氨氮工业废水为原料生产硝化菌剂，实现废物的资源化利用，与传统的硝化菌剂生产方法相比更加绿色环保。同时，本发明在生产硝化菌剂的过程中，投加的剩余污泥分解释放的内源营养物质可用于反应器内微生物的生长代谢，减少污水厂高效硝化处理高氨氮工业废水过程中营养液的投加量，降低污水厂污水处理成本。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明。并不用于限定本发明。
实施例1
采用反应器为实验室小试运行高效硝化反应器，反应器类型为MBR，体积为5 L，硝化氨氮去除负荷为5.9~6.1 kg-N/m3·d，运行温度为25~35 ℃，pH值为7.5~8.0，DO 2.0~5.0 mg/L。反应器进水为人工配水，含有碳源、氮源、生长因子、无机盐和微量元素，营养均衡，氨氮浓度为1500 mg-N/L。投加剩余污泥来自于某市政污水厂生化段二沉池，VSS/SS为50%~60%，微生物组分中硝化细菌相对丰度为0.5%~1.0%。向高效硝化反应器中投加剩余污泥，投加量为反应器内总泥量的40%。进水调整为只含有1500 mg-N/L氨氮和适量碳酸氢钠，反应器持续运行15 d后排出硝化菌剂，排出量为反应器有效体积的50%。排泥后再次投加总泥量40%的剩余污泥，依次循环，周期性投加和排出，连续生产硝化菌剂。监控反应器运行状态，测定每批次产出硝化菌剂的质量，根据每批次菌剂质量适当调整生产策略，保证产品质量。菌剂生产过程中，高效硝化反应器的硝化氨氮去除负荷为5.2~6.1 kg-N/m3·d，具体生产方案和产出菌剂质量见表1。
表1 实施例1的实验数据
实施例2
采用反应器为某焦化废水厂中试运行高效硝化反应器，反应器类型为MBR，体积为500 L，硝化氨氮去除负荷为3.9~4.8 kg-N/m3·d，运行温度为15~28 ℃，pH值为7.0~8.0，DO 0.5~3.0 mg/L。反应器进水为焦化废水厌氧处理出水，补加营养液和碱度，均衡营养，氨氮浓度为800~1000 mg-N/L。投加剩余污泥来自于该焦化废水厂主流处理工艺生化段二沉池，VSS/SS为35%~50%，微生物组分中硝化细菌相对丰度为1.2%~3.0%。向高效硝化反应器中投加剩余污泥，投加量为反应器内总泥量的30%。进水不再补加营养液，反应器持续运行12d后排出硝化菌剂，排出量为反应器有效体积的30%。排泥后再次投加总泥量30%的剩余污泥，依次循环，周期性投加和排出，连续生产硝化菌剂。监控反应器运行状态，测定每批次产出硝化菌剂的质量，根据每批次菌剂质量适当调整生产策略，保证产品质量。菌剂生产过程中，高效硝化反应器的硝化氨氮去除负荷为3.0~4.8 kg-N/m3·d，具体生产方案和产出菌剂质量见表2。
表2 实施例2的实验数据
实施例3
采用反应器为某氮肥厂正在运行高效硝化反应器，反应器类型为SBR，体积为1m3，硝化氨氮去除负荷为2.1~3.0 kg-N/m3·d，运行温度为15~25 ℃，pH值为7.5~9.0，DO4.0~9.0 mg/L。反应器进水为补加有营养液和碱度的该氮肥厂高氨氮实际废水，氨氮浓度为300~500 mg/L。投加剩余污泥来自于该氮肥厂主流处理工艺生化段二沉池，VSS/SS为40%~50%，微生物组分中硝化细菌相对丰度为2.2%~4.3%。向高效硝化反应器中投加剩余污泥，投加量为反应器内总泥量的10%。进水不再补加营养液，反应器持续运行7 d后排出硝化菌剂，排出量为反应器有效体积的20%。排泥后再次投加总泥量20%的剩余污泥，依次循环，周期性投加和排出，连续生产硝化菌剂。监控反应器运行状态，测定每批次产出硝化菌剂的质量，根据每批次菌剂质量适当调整生产策略，保证产品质量。菌剂生产过程中，高效硝化反应器的硝化氨氮去除负荷为1.5~3.0 kg-N/m3·d，具体生产方案和产出菌剂质量见表3。
表3 实施例3的实验数据
以上实施例在不同高效硝化反应器类型和不同高氨氮废水水质的条件下，采用本发明均可实现硝化菌剂的连续高效生产，且生产的硝化菌剂质量稳定，证实了本发明中硝化菌剂生产方法的可行性和普适性。
上述仅本发明较佳可行的实施例，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。
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