申请日2016.11.07
公开(公告)日2017.03.22
IPC分类号C12N1/36; C02F3/34; C02F103/20; C02F101/38
摘要
本发明涉及一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，包括以下步骤：建立多生物相微生物菌胶团培菌环境;筛选多生物相微生物菌胶团;选择多生物相微生物菌胶团着床载体;菌种驯化。该方法是通过有机质在特定环境下，长期处于好氧、兼氧、厌氧状态下交替生长，经过多年的物理、化学和生物降解多项作用，最终形成性质和组分相对稳定的多生物相多生物相微生物菌胶团。多生物相微生物菌胶团中微生物丰富，数量种类繁多，外观具备多相多孔隙率和表面积大的特征，有营养物质含量高等优点。通过对菌胶团颗粒理化性能指标分析，表明其具有在自然条件下难以形成的、极为优良的污染物净化性能，是优良的废水生物处理介质。
权利要求书
1.一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)建立多生物相微生物菌胶团培菌环境：选择培养场，进行氧气浓度梯度改造，实现氧气梯度变化，人为创造好氧、兼氧和厌氧的培菌环境，构建全封闭式厌氧培养场或半封闭式好氧培养场，培菌环境应满足区域要求、温度要求以及有机质含量要求;
(2)筛选多生物相微生物菌胶团：第一步，根据待处理废水污染物浓度选取不同年份的多生物相微生物菌胶团筛选母体;第二步，为获取好氧-生物相菌胶团、兼氧-生物相菌胶团、厌氧-生物相菌胶团，分别选取垃圾填埋场不同纵向深度的有机质类筛分物质;第三步，根据多生物相微生物菌胶团过滤床的床层结构筛选不同粒径填料，所述床层结构包括好氧过滤层、兼氧过滤层、好氧过滤层中的一种或多种;
(3)选择多生物相微生物菌胶团着床载体，根据废水污染物浓度将步骤(2)筛选的满足母体物料老化时间要求的多生物相微生物菌胶团与着床载体进行级配;
(4)利用多生物相微生物菌胶团过滤床对菌种驯化：采用待处理废水直接培养，通过配水和落干相互交替的方式进行，干湿比为(4-8):1，优选(5-7)：1。
2.如权利要求1所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：所述培养场选择密闭或者半密闭的坑洞，通过向坑洞中填埋一定成分的有机质，优选生活垃圾，进行培养。
3.如权利要求1所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：所述培养场选择生活垃圾填埋场。
4.如权利要求1-3之一所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：构建全封闭式厌氧培养场时，氧气浓度梯度改造方法为：填埋气导排收集，防止燃烧或爆炸;按照单管辐射面积10~20m2，纵向深度1~10m划分空气浓度梯度，在不同深度布置竖直穿孔自然通风管;所述自然通风管的管径为100-500mm,其四周开有直径为1-5cm透气孔。
5.如权利要求1-3之一所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：构建半封闭式好氧培养场时，氧气浓度梯度改造方法为：利用渗滤液导排管的不满流设计以及填埋堆体的内外温差,使堆体外空气自然通入,在渗滤液导排管和竖直通风管道周围存在一定的好氧区域，空气扩散不到的地方则处于厌氧状态，直接实现不同的氧气浓度梯度。
6.如权利要求1-3之一所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：所述区域要求具体为选择年降水量丰沛的长江三峡以东的中下游沿岸带状平原;所述温度要求为：-10℃~40℃;所述有机质含量要求为：有机质含量在20-50%范围内。
7.如权利要求1-3之一所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：根据待处理废水污染物浓度选取不同年份的生物菌胶团筛选母体的方法为：
a. COD浓度500~1000mg/l，氨氮浓度200~500mg/l，生物菌胶团筛选母体来自封场后2~5年的满足步骤(1)要求的培养场;优选3~4年，最优选4年;
b. COD浓度1000~2000mg/l，氨氮浓度500~1000mg/l，生物菌胶团筛选母体来自封场后6~9年的满足步骤(1)要求的培养场;优选7~8年，最优8年;
c. COD浓度限值2000mg/ l以上，氨氮浓度限值1000mg/l以上浓度限值，生物菌胶团筛选母体来自封场后10~15年的满足步骤(1)要求的培养场;优选11-13年，最优选13年。
8.如权利要求7所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：选取培养场不同纵向深度的有机质类筛分物质的方法为：
a.好氧-生物相菌胶团：选取培养场1~4米纵向深度有机质类筛分物质;优选2-4米，最优选4米;
b.兼氧-生物相菌胶团：选取培养场4~6米纵向深度有机质类筛分物质;优选5-6米，最优选6米;
c. 厌氧-生物相菌胶团：选取培养场6~10米纵向深度有机质类筛分物质;优选7~10米，最优选10米。
9.如权利要求8所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：按照以下方式对选取的不同纵向深度的有机质类筛分物质进行粒径筛选，构建多生物相微生物菌胶团过滤床：好氧过滤层从获取的好氧-生物相菌胶团中选取粒径4~6cm，优选5~6cm，最优选5cm的粗粒滤料;兼氧过滤层从获取的兼氧-生物相菌胶团中选取粒径2~4cm，优选3~4cm，最优选4cm的中粒滤料;厌氧过滤层从获取的厌氧-生物相菌胶团选取粒径0.5~2cm, 优选1~2cm，最优选2cm的细粒滤料。
10.如权利要求1-3之一所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：有机质类筛分物质的分选方法为：
① 大块垃圾筛除：用履带式挖机按照不同多填料要求的层高，确定开挖深度，通过孔径8cm孔径的滚筒筛进行初步筛分，将大块的无机建筑垃圾、塑料袋杂物剔除，筛后物料准备进入下一个环节;
② 不可降解的塑料筛除：根据塑料与有机质物料的密度差异性，通过风选系统将已破碎的塑料筛除，筛后物料进入下一个环节;
③ 铁磁物筛除：根据物料的物理属性，通过磁选将铁磁物进行分离，筛后物料进入下一个环节;
④ 粒度精选：根据不同废水处理的要求，以及不同床层结构的粒度需求，进行粒径筛选。
11.如权利要求1-3之一所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：所述着床载体选择电厂灰渣、碎石、砾石、石英砂、污泥陶粒、碳酸钙骨料、PVC填料球中的一种或多种。
12.如权利要求8或9所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：多生物相微生物菌胶团与着床载体的级配方式为：
a. COD浓度500~1000mg/l，氨氮浓度200~500mg/l，筛选的满足母体物料老化时间要求的多生物相微生物菌胶团与着床载体体积比为(1~5)：1;
b. COD浓度1000~2000mg/l，氨氮浓度500~1000mg/l，筛选的满足母体物料老化时间要求的多生物相微生物菌胶团与着床载体体积比为(5~10)：1;
c. COD浓度限值2000mg/以上l，氨氮浓度限值1000mg/l以上浓度限值，筛选的满足母体物料老化时间要求的多生物相微生物菌胶团与着床载体体积比为(10~15)：1。
13.如权利要求1、2、3、8、9之一所述的一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，其特征在于：利用多生物相微生物菌胶团过滤床对菌种进行驯化的过程包括：第一阶段：进混合稀释废水，进水量为设计规模的10~20%，运行方式为连续闷曝12~24h，不排水;所述混合稀释废水中废水与自来水的稀释比例逐步提高至1:1;每一个稀释比例为一个循环，下一稀释比例的混合废水进水前，放空;第二阶段：进待处理原水，进水量由设计规模的40%逐步提高到100%，分4-6个周期进水，每次进水10%~15%，落干3-5h，通风2~4h，连续排水。
说明书
一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法
技术领域
本发明属于生态环保技术领域，具体涉及一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法。
背景技术
现有技术中的菌胶团，例如活性污泥中存在的胶团或生物膜法通过在填料上固着生长的菌胶团均是具有代谢活性的微生物污泥在生物处理系统中生长形成的，这种菌胶团接种环境简单、无人为筛选步骤，着床载体单一且驯化可控性较差，形成的生物相往往是单一的好氧相或厌氧相等。
常规生物滤床处理中最核心的是微生物着床填料，现有技术中的填料按照性质一般分为无机填料、有机高分子填料和复合填料三大类型。传统填料具有如下缺点：
1、传统填料制作成本高、性能低;
2、传统填料比表面积低，吸附能力差;
3、传统填料污染物降解能力差，生物相不稳定，微生物种类单一。
上述填料在处理高浓度有机废水，例如畜禽养殖废水中高浓度COD、氨氮等污染物时效率较低。因此，亟需开发一种适用于高浓度有机废水处理的多生物相微生物菌胶团填料及其培养方法，以满足日益严格的排放要求。
发明内容
针对上述的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种适用于高浓度有机废水处理的多生物相微生物菌胶团填料的培养方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种用于废水处理的多生物相微生物菌胶团的培养方法，该方法包括以下步骤：
(1)建立多生物相微生物菌胶团培菌环境：选择培养场，进行氧气浓度梯度改造，实现氧气梯度变化，人为创造好氧、兼氧和厌氧的培菌环境，构建全封闭式厌氧培养场或半封闭式好氧培养场，培菌环境应满足区域要求、温度要求以及有机质含量要求;
(2)筛选多生物相微生物菌胶团：第一步，根据待处理废水污染物浓度选取不同年份的多生物相微生物菌胶团筛选母体;第二步，为获取好氧-生物相菌胶团、兼氧-生物相菌胶团、厌氧-生物相菌胶团，分别选取垃圾填埋场不同纵向深度的有机质类筛分物质;第三步，根据多生物相微生物菌胶团过滤床的床层结构筛选不同粒径填料，所述床层结构包括好氧过滤层、兼氧过滤层、好氧过滤层中的一种或多种;
(3)选择多生物相微生物菌胶团着床载体，根据废水污染物浓度将步骤(2)筛选的满足母体物料老化时间要求的多生物相微生物菌胶团与着床载体进行级配;
(4)利用多生物相微生物菌胶团过滤床对菌种驯化：采用待处理废水直接培养，通过配水和落干相互交替的方式进行，干湿比为(4-8)∶1，优选(5-7)∶1。
所述培养场选择密闭或者半密闭的坑洞，通过向坑洞中填埋一定成分的有机质，优选生活垃圾，进行培养。
所述培养场选择生活垃圾填埋场。
构建全封闭式厌氧培养场时，氧气浓度梯度改造方法为：填埋气导排收集，防止燃烧或爆炸;按照单管辐射面积10～20m2，纵向深度1～10m划分空气浓度梯度，在不同深度布置竖直穿孔自然通风管;所述自然通风管的管径为100-500mm，其四周开有直径为1-5cm透气孔。
构建半封闭式好氧培养场时，氧气浓度梯度改造方法为：利用渗滤液导排管的不满流设计以及填埋堆体的内外温差，使堆体外空气自然通入，在渗滤液导排管和竖直通风管道周围存在一定的好氧区域，空气扩散不到的地方则处于厌氧状态，直接实现不同的氧气浓度梯度。
所述区域要求具体为选择年降水量丰沛的长江三峡以东的中下游沿岸带状平原;所述温度要求为：-10℃～40℃;所述有机质含量要求为：有机质含量在20-50%范围内。
根据待处理废水污染物浓度选取不同年份的生物菌胶团筛选母体的方法为：
a.COD浓度500～1000mg/l，氨氮浓度200～500mg/l，生物菌胶团筛选母体来自封场后2～5年的满足步骤(1)要求的培养场;优选3～4年，最优选4年;
b.COD浓度1000～2000mg/l，氨氮浓度500～1000mg/l，生物菌胶团筛选母体来自封场后6～9年的满足步骤(1)要求的培养场;优选7～8年，最优8年;
c.COD浓度限值2000mg/l以上，氨氮浓度限值1000mg/l以上浓度限值，生物菌胶团筛选母体来自封场后10～15年的满足步骤(1)要求的培养场;优选11-13年，最优选13年。
选取培养场不同纵向深度的有机质类筛分物质的方法为：
a.好氧-生物相菌胶团：选取培氧场1～4米纵向深度有机质类筛分物质;优选2-4米，最优选4米;
b.兼氧-生物相菌胶团：选取培养场4～6米纵向深度有机质类筛分物质;优选5-6米，最优选6米;
c.厌氧-生物相菌胶团：选取培养场6～10米纵向深度有机质类筛分物质;优选7～10米，最优选10米。
优选地，按照以下方式对选取的不同纵向深度的有机质类筛分物质进行粒径筛选，构建多生物相微生物菌胶团过滤床：好氧过滤层从获取的好氧-生物相菌胶团中选取粒径4～6cm，优选5～6cm，最优选5cm的粗粒滤料;兼氧过滤层从获取的兼氧-生物相菌胶团中选取粒径2～4cm，优选3～4cm，最优选4cm的中粒滤料;厌氧过滤层从获取的厌氧-生物相菌胶团选取粒径0.5～2cm，优选1～2cm，最优选2cm的细粒滤料。
有机质类筛分物质的分选方法为：
①大块垃圾筛除：用履带式挖机按照不同多填料要求的层高，确定开挖深度，通过孔径8cm孔径的滚筒筛进行初步筛分，将大块的无机建筑垃圾、塑料袋杂物剔除，筛后物料准备进入下一个环节;
②不可降解的塑料筛除：根据塑料与有机质物料的密度差异性，通过风选系统将已破碎的塑料筛除，筛后物料进入下一个环节;
③铁磁物筛除：根据物料的物理属性，通过磁选将铁磁物进行分离，筛后物料进入下一个环节;
④粒度精选：根据不同废水处理的要求，以及不同床层结构的粒度需求，进行粒径筛选。
所述着床载体选择电厂灰渣、碎石、砾石、石英砂、污泥陶粒、碳酸钙骨料、PVC填料球中的一种或多种。
多生物相微生物菌胶团与着床载体的级配方式为：
a.COD浓度500～1000mg/l，氨氮浓度200～500mg/l，筛选的满足母体物料老化时间要求的多生物相微生物菌胶团与着床载体体积比为(1～5)∶1;
b.COD浓度1000～2000mg/l，氨氮浓度500～1000mg/l，筛选的满足母体物料老化时间要求的多生物相微生物菌胶团与着床载体体积比为(5～10)∶1;
c.COD浓度限值2000mg/以上l，氨氮浓度限值1000mg/l以上浓度限值，筛选的满足母体物料老化时间要求的多生物相微生物菌胶团与着床载体体积比为(10～15)∶1。
利用多生物相微生物菌胶团过滤床对菌种进行驯化的过程包括：第一阶段：进混合稀释废水，进水量为设计规模的10～20%，运行方式为连续闷曝12～24h，不排水;所述混合稀释废水中废水与自来水的稀释比例逐步提高至1∶1;每一个稀释比例为一个循环，下一稀释比例的混合废水进水前，放空;第二阶段：进待处理原水，进水量由设计规模的40%逐步提高到100%，分4-6个周期进水，每次进水10%～15%，落干3-5h，通风2～4h，连续排水。
本发明的有益效果为：“多生物相微生物菌胶团”填料是有机质在特定环境下，长期处于好氧、兼氧、厌氧状态下交替生长，经过多年的物理、化学和生物降解多项作用，最终形成的性质和组分相对稳定的一类土壤性疏松物质。菌胶团中微生物丰富，数量种类繁多，外观具备多相多孔隙率和表面积大的特征，有营养物质含量高等优点。通过对菌胶团颗粒理化性能指标分析，表明其具有在自然条件下难以形成的、极为优良的污染物净化性能，是优良的废水生物处理介质。
通过多生物相微生物菌胶团的培菌接种环境建立，多生物相微生物菌胶团筛选，菌胶团着床载体选择，生物菌种驯化方式相结合实现对多生物相微生物菌胶团的培养，以满足废水处理对微生物菌种的需求。通过该方法培养的多生物相微生物菌胶团适应性强、运行稳定，实现高浓度有机废水的高效、低成本处理。
