生物膜的培养和训化

生物膜的培养和驯化
生物膜法的主要特点
1、微生物主要固着于填料的表面,微生物量比活性污泥法高的多,因此对污水水质水量的变化引起的冲击负荷适应能力较强.即使短时间中断进水或工艺遭到破坏,反应器的性能也不会受到致命的影响,恢复起来较快,因此适用于处理高浓度难降解的工业废水.另外,生物膜反应器还可以处理BOD5低于50～60mg/L的进水,使出水BOD5降低到5～10mg/L,这是活性污泥法无法做到的.
2、单位容积反应器内的微生物量可以高达活性污泥法的5～20倍,因此处理能力大,一般不建污泥回流系统;生物膜含水率比活性污泥低,不会出现活性污泥法经常发生的污泥膨胀现象,能保证出水悬浮物SS含量较低,因此运行管理也比较方便.
3、生物膜中存在较高营养水平的原生动物和后生动物,食物链较长,特别是生物膜较厚时,里侧深部厌氧菌能降解好氧过程中合成的污泥,因此剩余污泥产量低,一般比活性污泥处理系统少1/4左右,可减少污泥处理与处置的费用.
4、由于微生物固着于填料的表面,生物固体停留时间SRT与水力停留时间HRT无关,因此为增殖速度较慢的微生物提供了生长繁殖的可能性.因此,生物膜法中的生物相更为丰富,且沿水流方向膜中微生物种群分布具有一定规律性.生物膜反应器适合世代时间长的硝化细菌生长,而且其中固着生长的微生物使硝化菌和反硝化菌各有其适合生长的环境.因而,生物膜反应器内部,也会同时存在硝化和反硝化过程.如果将已经实现硝化的污水回流到低速转动的生物转盘和鼓风量较小的生物滤池等缺氧生物膜反应器内,可以取得更好的脱氮效果,而且部需要污泥回流.
5、生物滤池、转盘等生物膜法采用自然通风供氧,装置不会出现泡沫,管理简单,运行费用较低,操作稳定性较好.但受气候条件影响较大,容易滋生蚊蝇和产生臭气,周围卫生状况不好.
6、和活性污泥法相比,除了镜检法以外,对生物膜中微生物的数量、活性等指标的检测方式较少,而活性污泥法可以通过测定污泥沉降比、SVI、污泥浓度等多种方法对微生物的活性进行监测.因此,生物膜出现问题后,不容易被发现,即调整运行的灵活性较差.
7、和普通活性污泥法相比,COD cr(BOD5)去除率较低.有资料表明,50%的活性污泥法处理厂BOD5的去除率高于91%,50%的生物膜法处理厂的BOD5去除率为83%左右,相对应的出水BOD5分别为14mg/L和28mg/L.
生物膜的培养和驯化
使具有代谢活性的微生物污泥在生物处理系统中的填料上固着生长的过程称为挂膜.挂膜也就是生物膜处理系统膜状污泥的培养和驯化过程.
生物膜法刚开始投运时需要有一个挂膜阶段,有两方面目的:其一是使微生物生长繁殖直至填料表面布满生物膜,其中微生物的数量能满足污水处理的要求;另一方面还要使微生物逐渐适应所处理污水的水质,即对微生物进行驯化.挂膜过程中回流沉淀池出水和池底沉泥,可促进膜的早日完成.
挂膜过程使用的方法一般有直接挂膜法和间接挂膜法两种.
在各种形式的生物膜处理设施中,生物接触氧化池和塔式生物滤池由于具有曝气系统,而且填料量和填料空隙均较大,可以使用直接挂膜法;而普通生物滤池和生物转盘等设施需要使用间接挂膜法.
1、直接挂膜法
该方法是在合适的水温、溶解氧等环境条件及合适的pH、BOD5、C/N等水质条件下,
让处理系统连续进水正常运行.对于生活污水、城市污水或混有较大比例生活污水的工业废水可以采用直接挂膜法,一般经过7～10d就可以完成挂膜过程.
2、间接挂膜法
对于不易降解的工业废水,尤其是使用普通生物滤池和生物转盘等设施处理时,为了保证挂膜的顺利运行,可以通过预先培养和驯化相应的活性污泥,然后再投加到生物膜处理系统中,进行挂膜,也就是分布挂膜.通常的做法是先将生活污水或其与工业废水的混合污水培养出活性污泥,然后将该污泥或其它类似污水处理厂的污泥与工业废水一起放入一个循环池内,再用泵投入生物膜法处理设施中,出水和沉淀污泥均回流到循环池.循环运行形成生物膜后,通水运行,并加入要处理的工业废水.可先投配20%的工业废水,经分析进出水的水质,生物膜具有一定处理效果后,再逐步加大工业废水的比例,直到全部都是工业废水为止.也可以用掺有少量(20%)工业废水的生活污水直接培养生物膜,挂膜成功后再逐步加大工业废水的比例,直到全部都是工业废水为止.
培养和驯化生物膜过程中需要注意以下事项:
1、开始挂膜时,进水流量应小于设计值,可按设计流量的20%～40%起动运转.在外观可见已有生物膜生成时,流量可提高至60%～80%,待出水效果达到设计要求时,即可提高流量至设计标准.
2、在生物转盘法中,用于硝化的转盘,挂膜时间要增加2～3周,并注意进水BOD应低于30mg/L,因自养性硝化细菌世代时间长,繁殖生长慢,若进水有机物过高,可使膜中异养细菌占优势,从而抑制了自养菌的生长.
3、当水中出现亚硝酸盐时,表明生物膜上硝化作用进程已开始;当出水中亚硝酸下降,并出现大量硝酸盐时,表明硝化菌在生物膜上已占优势,挂膜工作宣告结束.
4、挂膜所需的环境条件与活性污泥培菌时相同,要求进水具有合适的营养、温度、pH 等,尤其是氮磷等营养元素的数量必须充足,同时避免毒物的大量进入.
5、因初期膜量较少,反应器内充氧量可稍少.使溶解氧不致过高;同时采用小负荷进水的方式,减少对生物膜的冲刷作用,增加填料或填料的挂膜速度.
6、在冬季13℃时挂膜,整个周期比温暖季节延长2～3倍.
7、在生物膜培养挂膜期间,由于刚刚长成的生物膜适应能力较差,往往会出现膜状污泥大量脱落的现象,这可以说是正常的,尤其是采用工业废水进行驯化时,脱膜现象会更严重.
8、要注意控制生物膜的厚度,保持在2mm左右,不使厌氧层过分增长,通过调整水力负荷(改变回流水量) 等形式使生物膜脱落均衡进行.同时随时进行镜检,观察生物膜生物相的变化情况,注意特征微生物的种类和数量变化情况.
厌氧微生物的培养和驯化
厌氧消化系统试运行的一个主要任务是培养厌氧污泥，即消化污泥。

厌氧活性污泥培养的主要目的是厌氧消化所需要的甲烷细菌和产酸菌，当两种菌种达到动态平衡时，有机质才会被不断地转换为甲烷气，即厌氧沼气。

（一）培菌前的准备工作
厌氧消化的启动，就是完成厌氧活性污泥的培养或甲烷菌的培养。

当厌氧消化池经过满水试验和气密性试验后，便可开始甲烷菌的培养。

（二）培菌方法
污泥的厌氧消化中，甲烷细菌的培养与驯化方法主要有两种：接种培养法和逐步培养法。

接种污泥一般取自正在运行的厌氧处理装置，尤其是城市污水处理厂的消化污泥，当液态消化污泥运输不便时，可用污水厂经机械脱水后的干污泥。

在厌氧消化污泥来源缺乏的地方，可从废坑塘中取腐化的有机底泥，或以认粪、牛粪、猪粪、酒糟或初沉池底泥代替。

大型污水处理厂，
若同时启动所需接种量太大，可分组分别启动。

接种培养污泥法是向厌氧消化装置中投入容积为总容积的10%～30%的厌氧菌种污泥。

接种污泥一般为含固率为3%～5%的湿污泥。

再加入新鲜污泥至设计液面，然后通入蒸汽加热，升温速度保持1℃/h，直至达到消化温度。

如污泥呈酸性，可人工加碱调整pH至6.5～7.5。

维持消化温度，稳定一段时间（3-5d）后，污泥即可成熟。

再投配新鲜污泥并转入正式运行。

此法适用于小型消化池，因为对于大型消化池，要使升温速度为1℃/h，需热量较大，锅炉供应不上。

逐步培养法指向厌氧消化池内逐步投入生泥，使生污泥自行逐渐转化为厌氧活性污泥的过程。

该方法要使活性污泥经历一个由好氧向厌氧的转变过程，加之厌氧微生物的生长速率比好氧微生物低很多，因此培养过程很慢，一般需历时6～10个月左右，才能完成甲烷菌的培养。

或者通过加热的方法加速污泥的成熟：将每日产生的新鲜污泥投入消化池，待池内的污泥量为一定数量时，通入蒸汽。

升温速度控制在1℃/h。

当池内温度升到预定温度时，可减少蒸汽量，保持温度不变，并逐日投加一定数量的新鲜污泥，直至达到设计液面时停止加泥。

整个成熟过程一直维持恒温，成熟时间约需30～40d。

污泥成熟后，即可投配新鲜污泥并转入正式运行。

（三）培菌注意事项
厌氧消化系统的处理主要对象是活性污泥，不存在毒性问题。

但是厌氧消化菌繁殖速度太慢，为加快培养启动过程，除投入接种污泥以外，还应做好厌氧污泥的加热。

厌氧消化污泥的培养，初期生污泥投加量与接种污泥的数量及培养时间有关，早期可按设计污泥量的30%～50%投加，到培养经历了60d左右，可逐渐增加投加量。

若从监测结果发现消化不正常时，应减少投泥量。

厌氧消化系统处理城市污水处理厂的活性污泥，由于活性污泥中碳、氮、磷等营养是均衡的，能够适应厌氧微生物生长繁殖的需要。

因此，即使在厌氧消化污泥培养的初期也不需要和处理工业废水那样，加入营养物质。

城市污水厂厌氧消化系统，产生沼气的时间较早，沼气产量也较大。

为防止发生爆炸事故，投泥前，应使用不活泼的气体（氮气）将输气管路系统中的空气置换出去，以后再投泥；产生沼气后，再逐渐把氮气置换出去。

（四）驯化
驯化的目的是选择适应实际水质情况的微生物，淘汰无用的微生物，对于厌氧生物处理工艺，是通过驯化使厌氧菌成为优势群体。

具体做法首先是保持工艺的正常运转，然后严格控制工艺控制参数，DO在厌氧池控制在0.1mg/L以下，外回流比50%～100%，内回流比200%～300%，并且，每天排除日产泥量为30%～50%的剩余污泥。

在此过程中，每天测试进出水水质指标，直到出水各指标达到设计要求。