一种污水治理活性微生物活化扩培系统及活化扩培方法与流程

本发明涉及污水治理领域，具体涉及一种污水治理活性微生物活化扩培系统及活化扩培方法。

背景技术：

根据国家住房和城乡建设部出台的《城市黑臭水体整治工作指南》，城市黑臭水体是指城市建成区内，呈现令人不悦的颜色(黑色或泛黑色)和(或)散发出令人不适气味(臭或恶臭)的水体的统称。水体致黑的机理主要分为两种类型：一种是以固态或吸附于悬浮颗粒上的形式存在于水体中的不溶性物质；另一种是溶于水的带色腐殖质类有机化合物。通过研究发现水体中悬浮颗粒物内的腐殖酸和富里酸吸附络合铁、锰和硫的化合物是水体致黑的主要化学物质，且表明fe2+在致黑过程中起主导作用。铁在自然界中主要以氧化物和氢氧化物的方式存在，伴随着大量的有机污染物进入水体中，好氧微生物大量消耗水中的氧含量，导致整个水体以缺氧还原状态存在，此时铁元素被还原形成大量fe2+。同时硫主要以有机硫及硫酸盐的形态进入水体中，因水体严重缺氧，有机硫分解形成硫化氢，硫酸根在硫酸盐还原菌的还原作用下形成s2-。大量累积的二价铁离子和s2-结合形成fes，其在水力冲刷等影响因素下进入水体中，使水体变黑。

在缺氧的水体中，有机污染物在厌氧微生物的厌氧降解下，会产生大量的硫化氢、氨、胺、硫醇等发臭物质。腐殖酸、富里酸的酸水解产物在经过一系列生物化学反应后，形成大量的具有臭味的氨气及极臭的硫醚类化合物。当水中存在大量放线菌时，其能利用含硫蛋白质厌氧分解生成的硫醇、硫醚类物质进行生物代谢产生具有臭味的2-甲基异茨醇与土味素。此外藻类死亡裂解后也会形成的β-紫罗兰酮(醛)等臭味物质，严重影响水体环境，因此水体治理刻不容缓。目前的污水治理方式主要有化学制剂和微生物制剂两种，其中微生物制剂由于不会对水体造成二次污染，因此备受青睐。目前使用微生物制剂治理污水时，通常是采用投加外源微生物实现的，这种方式当治理的区段是生活区上游河道段时，其下游居民往往存在较大的顾虑和抵触心理。

技术实现要素：

本发明意在提供一种污水治理活性微生物活化扩培系统及活化扩培方法，通过对扩培条件的自动调节实现对河道本土目标微生物的有效富集和增殖。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种污水治理活性微生物活化扩培系统，包括反应器主体，反应器主体包括沉淀池、一级活化池和二级活化池，其特征在于：所述反应器主体还配备有监测探头、加热保温装置、制冷装置、曝气装置、储料罐、投加装置和单片机控制系统；

监测探头安装于一级活化池和二级活化池内，用于监测温度、溶解氧和ph；

加热保温装置设置在一级活化池和二级活化池的外部，制冷装置安装于一级活化池和二级活化池内，且加热保温装置及制冷装置的启闭受温度参数反馈调节；

曝气装置安装于一级活化池和二级活化池的底部，且曝气装置的启闭受溶解氧参数的调节；

储料罐安装于一级活化池和二级活化池的顶部；

投加装置设置在储料罐与一级活化池、二级活化池之间。

本方案的原理及优点是：

1、本技术方案，在河道治理过程中，尤其是在生活区上游河道段，下游居民往往反对通过向河道投加外源微生物的方式进行河道治理；本发明通过活化扩培河道土著(本土)微生物对河道进行水体修复，可消除人们的顾虑，实用性更强。

2、本技术方案中，微生物活化扩培黑臭水体修复具有高效污染物去除能力和低运行成本特点。

3、本技术方案中，土著(本土)微生物活化扩培后投入河道，可以增加河道中原本微生物的活性，从而进行精准修复；比如黑臭水体中的含硫化合物、胺、有机酸等污染成分进行精准去除。

4、本技术方案中，通过活化扩培系统中的单片机控制系统，可以对微生物活化扩培条件进行实时监控和实时调控，从而保证微生物活化扩培的效果，为污水治理奠定基础条件。

优选的，作为一种改进，曝气装置包括气泵、通气管和曝气头，曝气头安装于一级活化池和二级活化池的底部。

本技术方案中，曝气装置用于对一级活化池以及二级活化池进行曝气处理，以增加一级活化池、二级活化池的溶解氧含量，从而保证目标微生物具有充足的氧气供给，保证其活化及扩培效果。

优选的，作为一种改进，储料罐包括菌种种子液储罐、培养基母液储罐、酸储罐和碱储罐。

本技术方案中，菌种种子液储罐、培养基母液储罐、酸储罐和碱储罐分别用于存储种子液、培养基母液、酸溶液和碱溶液，可以实现不同溶液的分别添加，种子液和培养基母液投加方式为定期间歇投加，酸溶液和碱溶液投加启闭受ph参数反馈调节。

优选的，作为一种改进，投加装置包括电磁控制阀和投加管路，投加管路分别设置在一级活化池与储料罐、二级活化池与储料罐之间，电磁控制阀设置在投加管路上。

本技术方案中，电磁控制阀用于控制投加管路的通断，以实现种子液、培养基母液、酸溶液和碱溶液的选择性添加，结构设计合理。

优选的，作为一种改进，一级活化池与二级活化池的管路连接方式为串联连接或并联连接，串联连接方式为：河水经水泵泵至沉淀池，依次溢流进入一级活化池、二级活化池后，回到河道中；并联连接方式为河水经水泵泵至沉淀池，溢流进入并联的一级和二级活化池后，回到河道中。

本技术方案中的以及活化池和二级活化池之间的连接方式可以根据实际的情况选择为串联或者并联，操作的灵活性更强。

优选的，作为一种改进，沉淀池的尺寸为300*300*1200mm；一级活化池的尺寸为300*500*1200mm；二级活化池的尺寸为800*900*500mm。

本技术方案中，上述的沉淀池、一级活化池和二级活化池的尺寸为经过长期试验验证的最适宜尺寸。

优选的，作为一种改进，菌种种子液储罐内的目标微生物包括丝状菌、光合细菌、硝化菌、脱硫反硝化细菌、聚磷菌，且丝状菌、光合细菌、硝化菌、脱硫反硝化细菌、聚磷菌的总投加量为待处理污水质量的0.1％，丝状菌、光合细菌、硝化菌、脱硫反硝化细菌、聚磷菌等量投加。

本技术方案中，丝状菌是好氧菌，可以降解黑臭水体中的有机物如有机酸等，光和细菌是自养菌，可以产生氧气提高其他微生物氧可及性；硝化细菌和反硝化细节可以合作脱除黑臭水体中的氨氮；聚磷菌可以除磷，微生物会根据水质的具体情况进行繁殖。菌种种子液储罐内的目标微生物可以是单一纯种，也可以是上述微生物组成的复合制剂，无论是单一纯种还是复合制剂，在使用时，添加总量均为待处理污水质量的0.1％，即1l水中添加1ml微生物制剂；当微生物为复合制剂时，各微生物的为等量添加。

优选的，作为一种改进，一种污水治理活性微生物活化扩培方法，采用河道微生物自繁扩培法，富集河道本土微生物，富集培养条件：温度30-35℃，ph6.0-7.5，do值≥2mg/l，水力停留时间18-24小时。

本技术方案中，当采用河道微生物自繁殖的方法进行富集扩培时，上述的培养条件为经过试验验证的最佳的培养条件，在培养的过程中，通过监测探头能够对系统内的温度、溶解氧以及ph值进行实时监控，并反馈给单片机控制系统，当温度、溶解氧以及ph值超出或低于最适条件，单片机控制系统则会选择性的启动加热保温装置、制冷装置、曝气装置、电磁控制阀来调节目标微生物的培养温度、溶解氧、ph。

优选的，作为一种改进，一种污水治理活性微生物活化扩培方法，采用分离纯化扩培法，在河道微生物分离培养后，放在菌种种子液储罐内，通过流加的方式接种，分离培养条件：温度25-35℃，ph5.0-7.5，do值≥2mg/l，水力停留时间8-24小时。

本技术方案中，当采用分离纯化扩培法培养河道微生物后，将培养的微生物通过菌种种子液储罐流加入一级活化池和二级活化池内，此时的培养条件相较于河道微生物自繁殖的方法而言，时间更短、条件要求相对低，培养更加容易。同样的，在培养的过程中，通过监测探头能够对系统内的温度、溶解氧以及ph值进行实时监控，并反馈给单片机控制系统，当温度、溶解氧以及ph值超出或低于最适条件，单片机控制系统则会选择性的启动加热保温装置、制冷装置、曝气装置、电磁控制阀来调节目标微生物的培养温度、溶解氧、ph。

优选的，作为一种改进，在微生物培养过程中补充营养物质，营养物质包括有机酸、缓冲剂、酶、细胞分裂素、维生素、微量元素。

本技术方案中，在扩培过程中，培养基母液内的营养物质会逐渐被消耗，通过在扩培的过程中定期的补充营养物质，能够使目标微生物所需营养元素及时的被补充，有利于菌种的活化及扩大培养。

附图说明

图1本发明污水治理活性微生物活化扩培系统中单片机控制系统的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

本实施例基本如附图1所示：一种污水治理活性微生物活化扩培系统，包括反应器主体，反应器主体包括沉淀池、一级活化池和二级活化池，沉淀池的尺寸为300*300*1200mm；一级活化池的尺寸为300*500*1200mm；二级活化池的尺寸为800*900*500mm。

反应器主体还配备有监测探头、加热保温装置、制冷装置、曝气装置、储料罐、投加装置和单片机控制系统。

一级活化池与二级活化池的管路连接方式为串联连接或并联连接，串联连接方式为：河水经水泵至沉淀池，依次溢流进入一级活化池、二级活化池后，回到河道中；并联连接方式为河水经水泵至沉淀池，溢流进入并联的一级和二级活化池后，回到河道中。

监测探头安装于一级活化池和二级活化池内，用于监测一级活化池和二级活化池的温度、溶解氧和ph。

加热保温装置安装于第一活化池和二级活化池外部的加热套内，制冷装置安装于一级活化池和二级活化池内部的制冷剂盘管上，且加热保温装置及制冷装置的启闭受温度参数反馈调节，即利用监测探头监测到一级活化池和二级活化池内的温度后，会将该温度信号传递给单片机控制系统，单片机控制系统通过与预设温度的比对来选择性的控制加热保温装置和制冷装置的启闭，当一级活化池与二级活化池内的温度高于系统的预设温度，则控制制冷装置启动；当一级活化池与二级活化池内的温度低于系统的预设温度，则控制加热保温装置启动。

曝气装置包括气泵、通气管和曝气头，曝气头安装于一级活化池和二级活化池的底部，且曝气装置的启闭受溶解氧参数的调节。即利用监测探头监测到一级活化池和二级活化池内的溶解氧量后，会将该溶解氧量信号传递给单片机控制系统，当溶解氧量低于系统的预设值时，单片机控制系统则控制曝气装置启动。

储料罐安装于一级活化池和二级活化池的顶部，具体的是在一级活化池和二级活化池顶部设置支架，将储料罐安装在支架上；储料罐包括菌种种子液储罐、培养基母液储罐、酸储罐和碱储罐。菌种种子液储罐内的目标微生物包括丝状菌、光合细菌、硝化菌、脱硫反硝化细菌、聚磷菌，实际使用时可为单菌纯种，也可为多菌组成的复合制剂，当为复合制剂时，各菌为等量添加。无论是单一纯种还是复合制剂，在使用时，微生物菌剂的添加总量均为待处理污水质量的0.1％，即1l水中添加1ml微生物制剂。

投加装置包括电磁控制阀和投加管路，投加管路分别设置在一级活化池与储料罐、二级活化池与储料罐之间，电磁控制阀设置在投加管路上。电磁控制阀的启闭受ph参数的调节，即利用监测探头监测到一级活化池和二级活化池内的ph值后，会将该ph值信号传递给单片机控制系统，当ph值低于系统的预设值时，单片机控制系统则控制碱储罐上的电磁控制阀启动；当ph值高于系统的预设值时，单片机控制系统则控制酸储罐上的电磁控制阀启动。

具体实施过程如下：在进行微生物活化扩培时，当采用河道微生物自繁扩培法时，直接在一级活化池和二级活化池内富集河道本土微生物，富集培养条件：温度30-35℃，ph6.0-7.5，do值≥2mg/l，水力停留时间18-24小时。在培养的过程中，通过监测探头能够对系统内的温度、溶解氧以及ph值进行实时监控，并反馈给单片机控制系统，当温度、溶解氧以及ph值超出或低于最适条件，单片机控制系统则会选择性的启动加热保温装置、制冷装置、曝气装置、电磁控制阀来调节微生物的培养温度、溶解氧、ph至上述的最佳条件范围内。在微生物培养过程中补充营养物质，营养物质包括有机酸、缓冲剂、酶、细胞分裂素、维生素、微量元素，具体添加量可以根据实际情况确定。

当采用分离纯化扩培法，在河道微生物分离培养后，将其放在菌种种子液储罐内，通过流加的方式流加入一级活化池和二级活化池内，分离培养条件：温度25-35℃，ph5.0-7.5，do值≥2mg/l，水力停留时间8-24小时。在培养的过程中，通过监测探头能够对系统内的温度、溶解氧以及ph值进行实时监控，并反馈给单片机控制系统，当温度、溶解氧以及ph值超出或低于最适条件，单片机控制系统则会选择性的启动加热保温装置、制冷装置、曝气装置、电磁控制阀来调节目标微生物的培养温度、溶解氧、ph至上述的最佳条件范围内。在微生物培养过程中补充营养物质，营养物质包括有机酸、缓冲剂、酶、细胞分裂素、维生素、微量元素，具体添加量可以根据实际情况确定。

实验例：不同处理方式水质改善实验

试验设计：

对照组：采用传统的直接向河道倾倒微生物活化培养液(购于：恒达生物科技有限公司)的方式处理，对河道水质改善，投加量参照使用说明。

实验组：采用本发明的本土微生物扩培方法对河道水质进行改善。培养条件：一级活化池与二级活化池并联连接，一级活化池：温度30℃，do5.5mg/l，ph5.5-6.5，水力停留时间12h，营养盐流加后控制活化池中浓度：kh2po4为0.5g/l，k2hpo4为0.5g/l，nh4ac为2.0g/l，nas为0.25g/l，酵母粉1g/l，葡萄糖2.0g/l。二级活化池，温度35℃，do3.5mg/l，ph5.5-6.5，水力停留时间8h，营养盐流加后控制活化池中浓度：kh2po4为0.5g/l，k2hpo4为0.5g/l，nh4ac为2.0g/l，nas为0.25g/l，酵母粉1g/l，葡萄糖2.0g/l。

试验结果：于48h后测定

对照组：水质改善后底泥有机质去除率25％，溶解性有机物去除率40％，总磷去除率10％，总氮去除率35％。

实验组：河道中微生物丰度变化：硝化细菌由1％提高到5.5％，嗜硫杆菌丰度由0.3％提高到2.2％；水质变化：底泥有机质去除率35％，溶解性有机物去除率68％，总磷去除率12％，总氮去除率43％，处理效果均显著高于对照组的水质处理效果。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。