技术领域
[0001] 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
[0002]
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。
[0003] 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：
[0004] 1、传统填料制作成本高、性能低；
[0005] 2、传统填料
比表面积低，
吸附能
力差；
[0006] 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。
[0007] 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
[0008] 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。
[0009] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0010] 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：
[0011] (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；
[0012] （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；
[0013] (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；
[0014] (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。
[0015] 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。
[0016] 所述培养场选择生活垃圾填埋场。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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：
[0021] 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；
[0022] 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；
[0023] 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。
[0024] 选取培养场不同纵向深度的有机质类筛分物质的方法为：
[0025] 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；
[0026] 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；
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 有机质类筛分物质的分选方法为：
[0030] 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；
[0031] 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；
[0032] 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；
[0033] 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。
[0034] 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。
[0035] 多生物相微生物菌胶团与着床载体的级配方式为：
[0036] 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；
[0037] 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；
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 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。
附图说明
[0042] 图1为多生物相微生物菌胶团厌氧培养场结构示意图；
[0043] 图2为多生物相微生物菌胶团好氧培养场结构示意图。
具体实施方式
[0044] 本着以废治废，资源化利用的原则，本发明优先选择相应的垃圾填埋场进行培养条件改造，满足多生物相微生物菌胶团培养对温度、氧气浓度、有机营养物的需求；同时培养周期也是选取多生物相微生物菌胶团填料的关键。经过好氧、兼氧、厌氧的氧气浓度梯度变化，高浓度有机溶液的长期驯化下形成的一种抗冲击负荷能力较强、生存条件粗犷、降解能力极强的一类土壤型微
生物群落。
[0045] 据同位硝化反硝化和厌氧氨氧化的原理，以筛选培养后的“多生物相微生物菌胶团”为基质，依靠其超大的阳离子交换容量和微生物
亲和性，形成适合多生物相菌种生存的微生态环境，从而达到高效去除高浓度有机废水特别是畜禽养殖废水中高浓度COD、氨氮等有机污染物的目的。
[0046] 多生物相微生物菌胶团与常规的废水处理微生物培菌接种方式截然不同。常规的
微生物接种一般是采用微生物挂膜的方式，就是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。多生物相微生物菌胶团是采用和载体物质直接按比例混合，通过外加有机质溶液作为
营养液接种的方式进行微生物培养，形成具有好氧微生物，硝化细菌，
反硝化细菌，厌氧氨氧化菌一类的细菌胶团。
[0047] (一)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。
[0048] 废水处理的微生物菌群包括很多种类，按照其对氧的需求可以分为好氧微生物、兼性厌氧微生物、专性厌氧微生物。多生物相微生物菌胶团包括了上述三种不同形态的微生物菌群。由于对氧的需求浓度不同，这就需要培养微生物空间条件能够多重实现不同的浓度梯度。本发明选择了全封闭式厌氧培养场、半封闭式好氧培养场，通过改变培养空间各区域的氧气浓度，实现氧气梯度变化，人为创造好氧、兼氧、厌氧的培菌环境。培菌环境本发明优先选择生活垃圾填埋场，并根据上述培菌环境要求进行改造。
[0049] 厌氧培养场构建：生活垃圾均为在防渗层以上进行分层自然堆放，逐层
覆盖，最终封场。此类型培养场特点是，前期未进行分层土封前，由于新鲜垃圾的进入，使得体系环境处于好氧及兼氧状态，由于有机物的存在培养了部分好氧微生物对有机物进行分解，形成了一定量的好氧微生物团体。但是随着填埋高度的增加，底层空间逐步过渡到厌氧态，部分微生物转化为厌氧微生物。通过分层土封后，整个体系空间形成了密闭的厌氧空间，原来残存的氧气也会消失殆尽，这样就无法实现微生物对氧气浓度的多种需求，为此本发明中如果选取厌氧培菌场地，将会在筛选菌种前培菌场进行氧气浓度梯度的改造。改造方式如下：①填埋气导排收集，防止燃烧或爆炸。②设置空气传输管道，按照单管辐射面积10～20m2，纵向深度1～10m划分空气浓度梯度，实现在立体空间上的浓度梯度影响。如选厂的面积为
10000m2，则需要在平面空间布置500～1000根纵向气管，选场深度15m，则应该在1～10m不同层级不同深度布置气管，确保从上之下可以实现氧气的浓度梯度变化。③纵向气管深度需要交错布置，深浅不一，即可以模拟不同氧气条件下，微生物种类的变化或者交替转换，以确保微生物在不同的氧气条件下都保持一定的生物活性。
[0050] 好氧培养场构建：为了确保多生物相微生物菌胶团填料的大规模复制应用，对好氧培养场多生物相微生物菌胶团的培养也是本发明的重点。好氧设计原理是不用动力供氧，而是利用渗滤液导排管的不满流设计，利用填埋堆体的内外温差，使堆体外空气自然通入，在渗滤液收集管和竖直通风管道周围存在一定的好氧区域，此处的垃圾进行好氧分解，空气扩散不到的地方则处于厌氧状态。相对于上述的厌氧培菌场，准好氧培菌场加快了渗滤液的排出，抑制了甲烷和
硫化氢等气体的产生，
加速有机物稳定化
进程，降低渗滤液中污染物浓度。通过此种方式可以直接实现厂区内的空间氧气浓度梯度，实现好氧、兼氧、厌氧微生物的共同存活，便于多生物相微生物菌胶团的筛选。
[0051] 本发明所采用培菌场地尽量利用原有场地及设施，由于微生物对有机物选择特异性，要根据不同情况选择相应的场地，本发明优先选择相应地区的垃圾填埋场。由于不同地区人们的生产生活习惯差异性较大，导致各地的垃圾组分也有很大的区别。比如北方地区，由于天气寒冷，
煤炉取暖就会产生大量的煤灰渣，因此垃圾成分中最多的就是煤渣等无机物质；南方地区，
气候温暖，饮食结构丰富，餐厨垃圾较多，垃圾中大多是餐厨等有机垃圾，营养物质丰富。相比较南方的垃圾填埋场更加适合本发明中多生物相微生物菌胶团的培养。本发明中所选垃圾填埋场区域
位置在长江中下游地区，该地区不仅能够满足多生物相微生物菌胶团对垃圾中有机质的要求，也能满足温度变化要求。
[0052] ①区域选择：长江三峡以东的中下游沿岸带状平原。北接淮阳山，南接江南丘陵。地势低平，地面高度大部在50米以下。中游平原包括湖北江汉平原、湖南洞庭湖平原(合称两湖平原)和江西鄱阳湖平原。下游平原包括安徽长江沿岸平原和巢湖平原以及江苏、浙江、上海间的长江三
角洲。该区域年降水量比较充沛，可以实现垃圾渗滤液对微生物菌群的间歇性冲击，有利于培养微生物的抗负荷冲击能力。
[0053] ②温度选择：-10～40℃，维持微生物正常生物活性的温度区间为15～35℃左右，通过长时间的生物驯化，使其温度耐受性逐步强化，但是不能突破极限温度限值，否则微生物将死亡或者完全失去活性。一般优选0～35℃，最佳优选15～35℃。
[0054] ③有机质含量：为了维持微生物自身生命的新陈代谢，有机质作为营养物质是必不可少的，本发明要求有机质含量在20～50％之间，一般优选20～40％，最佳优选20～30％。过多将会带来二次有机物污染，提高了本体填料
浸出液的COD和氨氮的浓度，过少，不利于微生物的培养。
[0055] (二)筛选多生物相微生物菌胶团：
[0056] (1)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；
[0057] ①COD浓度限值500～1000mg/l，氨氮浓度限值200～500mg/l浓度限值，生物菌胶团筛选母体来自封场后2～5年的上述条件垃圾填埋场，一般选择3～4年，最优选择4年。
[0058] ②COD浓度限值1000～2000mg/l，氨氮浓度限值500～1000mg/l浓度限值，生物菌胶团筛选母体来自封场后6～9年的上述条件垃圾填埋场，一般选择7～8年，最优选择8年。
[0059] ③COD浓度限值2000mg/以上l，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年的上述条件垃圾填埋场，一般选择11～13年，最优选择13年。
[0060] 由于生物菌种培育时间较长，可以根据上述数据进行浓度增长后填埋时间延长的预估，即随着填埋时间的越长，各组分也就相对稳定，微生物的分解
代谢能力也就越强，对废水中的有机物去除能力也就越强，后期可以逐步实现老龄化垃圾的全利用，以废治废。
[0061] (2)为获取好氧-生物相菌胶团、兼氧-生物相菌胶团、厌氧-生物相菌胶团选取垃圾填埋场不同纵向深度的有机质类筛分物质；
[0062] ①好氧-生物相菌胶团：选取垃圾填埋场1～4米纵向深度有机质类筛分物质进行培养，一般优选2～4米，最优选4米。
[0063] ②兼氧-生物相菌胶团：选取垃圾填埋场4～6米纵向深度有机质类筛分物质进行培养，一般优选5～6米，最优选6米。
[0064] ③厌氧-生物相菌胶团：选取垃圾填埋场6～10米纵向深度有机质类筛分物质进行培养，一般优选7～10米，最优选10米。
[0065] (3)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。
[0066] ①好氧过滤层：从获取的好氧-生物相菌胶团中筛选粗粒滤料，一般选取粒径4～6cm，优选5～6cm，最优为5cm，保证较大的过滤孔隙，确保水力负荷，截留较大的有机污染物。
[0067] ②兼氧过滤层：从获取的兼氧-生物相菌胶团中筛选中粒滤料，一般选取粒径2～4cm，优选3～4cm，最优为4cm，延长
停留时间，进一步截留粒度一般的有机物，减轻后续污染物负荷。
[0068] ③厌氧过滤层：从获取的厌氧-生物相菌胶团中筛选细粒滤料，一般选取粒径0.5～2cm，优选1～2cm，最优为2cm，减少孔隙度，延长反硝化停留时间，实现高效脱氮。
[0069] (4)多生物相微生物菌胶团填料筛选过程
[0070] 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、塑料袋等杂物剔除，筛后物料准备进入下一个环节。
[0071] ②塑料等不可降解的物料筛除：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晒除，筛后物料进入下一个环节。
[0072] ③铁磁物物料筛除：根据物料的物理属性，通过磁选将其中已经结构破坏的金属物质进行分离，筛后物料进入下一个环节。
[0073] ④粒度精选：过上述分选系统后，物料中的金属、塑料、
纤维残片基本清除，剩下的物料基本为有机物
腐殖质和无机物细小渣块，两者的混合恰好保证了较大的孔隙率、离子交换量、微生物菌群数量。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。
[0074] (三)选择多生物相微生物菌胶团着床载体
[0075] 为了便于多生物相微生物菌胶团在实际工程中的应用，必须实现菌种与填料载体的多元化组合，利用生物排他性进行载体选择。本发明选择了电厂灰渣、不同粒径碎石、砾石、石英砂、污泥陶粒、碳酸钙骨料、PVC填料球，一般优先选择灰渣、碎石、砾石、石英砂、PVC填料球，最优选择灰渣、碎石、PVC填料球。
[0076] 菌胶团与载体的级配方式取决于废水有机物浓度。
[0077] ①COD浓度限值500～1000mg/l，氨氮浓度限值200～500mg/l浓度限值，满足母体物料老化时间要求的菌胶团与灰渣、碎石、PVC填料球载体级配比例(1～5)∶1，一般优选(2～4)∶1。
[0078] ②COD浓度限值1000～2000mg/l，氨氮浓度限值500～1000mg/l浓度限值，满足母体物料老化时间要求的菌胶团与灰渣、碎石、PVC填料球载体级配比例(5～10)∶1，一般优选(6～8)∶1。
[0079] ③COD浓度限值2000mg/以上l，氨氮浓度限值1000mg/l以上浓度限值，满足母体物料老化时间要求的菌胶团与灰渣、碎石、PVC填料球载体级配比例(10～15)∶1，一般优选(11～13)∶1。
[0080] (四)菌种驯化方式
[0081] 采用待处理废水直接培养的模式；通过配水和落干相互交替的方式进行，干湿比一般优选为(4～8)∶1，最优选为(5～7)∶1。驯化过程如下：
[0082] 第一天：进混合稀释废水，稀释比例按照废水∶自来水＝1∶5的方式。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。
[0083] 第二天：放空，进混合稀释废水，稀释比例按照废水∶自来水＝2∶5的方式。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。
[0084] 第三天：放空，进混合稀释废水，稀释比例按照废水∶自来水＝3∶5的方式。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。
[0085] 第四天：放空，进混合稀释废水，稀释比例按照废水∶自来水＝4∶5的方式。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。
[0086] 第五天：放空，进混合稀释废水，稀释比例按照废水∶自来水＝1∶1的方式。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。
[0087] 第六天：进待处理原水，进水量为设计规模的40％，分4～6个周期进水，每次进水10～15％，落干3～5h，通风时间2～4h，连续排水。
[0088] 第七天：进待处理原水，进水量为设计规模的40％，分4～6个周期进水，每次进水10～15％，落干3～5h，通风时间2～4h，连续排水。
[0089] 第八天：进待处理原水，进水量为设计规模的60％，分4～6个周期进水，每次进水10～15％，落干3～5h，通风时间2～4h，连续排水。
[0090] 第九天：进待处理原水，进水量为设计规模的60％，分4～6个周期进水，每次进水10～15％，落干3～5h，通风时间2～4h，连续排水。
[0091] 第十天：进待处理原水，进水量为设计规模的80％，分4～6个周期进水，每次进水10～15％，落干3～5h，通风时间2～4h，连续排水。
[0092] 第十一天：进待处理原水，进水量为设计规模的80％，分4～6个周期进水，每次进水10～15％，落干3～5h，通风时间2～4h，连续排水。
[0093] 第十二天：进待处理原水，进水量为设计规模的100％，分4～6个周期进水，每次进水10～15％，落干3～5h，通风时间2～4h，连续排水。驯化完成，正式试运行。
