一种促进细菌凝聚快速生长的装置与方法

本发明涉及废水生物处理，尤其涉及一种促进细菌凝聚快速生长的装置与方法。

背景技术：

1、新型绿色低碳的生物处理技术亟待开发，生物处理过程的关键是特定的功能微生物，自养功能微生物无需有机碳源，节能降碳优势显著，例如自养生物脱氮过程中的厌氧氨氧化菌、厌氧铁氨氧化菌等，但自养功能微生物生长速率缓慢，从而限制了其工程化应用。

2、微生物的生长过程包括营养物质分解和细胞物质合成，活跃的核酸代谢、脂肪生物合成和蛋白质合成共同促进生物量增长，微生物的生长速率与代谢有关，代谢是微生物不断进行物质和能量交换的过程，底物能否有效利用是微生物代谢水平高低的重要影响因素，细菌凝聚形成聚集体，不仅有利于加速细菌沉降并延长滞留时间，促进更多细菌黏附，而且能够提高污泥浓度，增强对不利环境的耐受性，这些聚集体中含有高密度功能菌和复杂的微生物群落，复杂的微生物群落有较大的比表面积，为细菌生长提供理想的空间结构和多样化的微环境，吸引多种细菌共同生长，促进细菌种内和种间互作，进一步实现底物有效利用。

3、传统生物反应器要实现底物有效利用必须促进微生物和反应底物混合，可以通过宏观调控曝气、流速等多方面因素提高混合度，然而由于其规模大，对于自养型功能菌来说条件控制难以精准且快速稳定；多种工艺耦合等方法虽然根据不同功能菌生长需求和特征提高了反应器运效能但也没有根本上解决传质问题，通过构建一种有利于细菌凝聚的生物反应器能够促进反应底物和细菌的相互作用并增强传质，保证底物浓度梯度稳定，提高细菌代谢活性。

4、鉴于此，本发明提出一种促进细菌凝聚快速生长的装置与方法，通过构建长径比高的管道并联组成的限域推流式反应系统，通过提供微米至中尺度反应环境，增强底物传质，采用推流式运行方式，保持反应器中稳定的浓度梯度，该方法可以减弱底物纵向分散并对细菌产生有效滞留，从而促进细菌凝聚和快速生长，解决自养功能微生物因其生长缓慢而难以工程化应用的瓶颈。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种促进细菌凝聚快速生长的装置与方法。

2、一种促进细菌凝聚快速生长的装置，包括限域推流式反应系统、进出水系统及监测系统，其特征在于，所述限域推流式反应系统由不同长径比的管道并联组成，用于适应不同形态的细菌生长需求，所述进出水系统包括进水口、进水泵、出水口及连接管，所述监测系统包括温度控制装置及在线监测装置；所述限域推流式反应系统包括第一反应系统和回流反应系统，进出水系统与反应系统之间采用可拆式连接。

3、进一步的，所述第一反应系统包括第一反应系统在线监测装置、第一反应系统流量计、第一反应系统变频器以及第一反应系统进水泵，所述回流反应系统包括回流反应系统在线监测装置、回流反应系统进水流量计、回流反应系统变频器、回流反应系统进水泵、管道曝气口以及管道排泥口，所述管道曝气口以及管道排泥口安装于管道一侧。

4、进一步的，所述第一反应系统和回流反应系统分别设有多个长径比高的并联管道，该管道的长径比为8-30，直径范围为0.1-100mm，长度在20-1000mm。

5、进一步的，所述限域推流式反应系统内的管道采用不透水材质，该不透水材质包括硬质透明的玻璃、有机玻璃、硬质不透光的聚氯乙烯和软质透明的聚二甲基硅氧烷，所述管道左右两端通过钢针或螺纹接头与进出水管相连。

6、进一步的，所述管道顶部垂直位置安装有排气装置，该排气装置包括排气阀和隔断阀，所述排气阀和隔断阀用于排出气体防止流体流动受阻，同时确保系统在排气阀检修时处于密闭状态，所述管道曝气口以及管道排泥口分别通过安装阀门及流量调节装置进行控制，以便于及时移出细菌或排出污泥，并控制曝气量。

7、一种促进细菌凝聚快速生长的方法，使用上述的一种促进细菌凝聚快速生长的装置，包括以下步骤：

8、s1：将细菌形态为细菌菌液、絮状污泥或颗粒污泥时在室温状态下投加至限域推流式反应系统中；

9、s2：通过进水泵控制进水流量，以维持稳定的底物浓度梯度；

10、s3：利用监测系统实时监测温度、ph和溶解氧，以优化细菌生长环境；

11、s4：根据细菌形态选择适宜的反应管道长径比及操作参数，促进细菌凝聚和快速生长。

12、进一步的，所述将细菌形态为细菌菌液时在室温状态下投加至限域推流式反应系统中包括：

13、首先，控制反应管道的长径比为20-30、直径为0.1-1mm、长度为20-30mm，管道左右两端采用钢针与进出水管相连；

14、然后，将菌液浓度为104-106个/ml，体积为反应管道总工作容积的90-100％；将第一反应系统进水泵选用注射泵，并通过设置注射泵流速控制第一反应系统的进水流量；

15、最后，在培养厌氧菌时，整个限域推流式反应系统在厌氧培养箱内进行，在完成一个生长周期或者发生堵塞时立即排出至少4/5体积混合液。

16、进一步的，所述将细菌形态为絮状污泥时在室温状态下投加至限域推流式反应系统中包括：

17、首先，控制反应管道长径比选择12-20且直径为30-50mm、长度为600-1000mm，管道左右两端采用螺纹接头与进出水管相连；

18、然后，在管道顶部设置管道排气装置、在管道底部设置直径在6-10mm的管道排泥口和管道曝气口，管道曝气口连接流量调节装置控制曝气量在2-4l/min；

19、接着，控制絮状污泥的污泥浓度为2-5mg/l，体积为反应管道总工作容积的30-50％；第一反应系统进水泵选择蠕动泵，同时配置第一反应系统流量计和第一反应系统变频器控制第一反应系统的进水流量、配置第一反应系统在线监测装置实时监测第一反应系统进水的ph和do；

20、最后，在培养好氧菌时，管道排气装置将一直打开，当在培养厌氧菌时，管道排气装置每隔1-3天打开3-5min，当出现气体阻碍流动或者管道出现响声时，则立即打开排气阀并提高排气频率至每隔一天，当管道内未发生堵塞时，则每隔3-5天排出1/10体积混合液，并补充相同体积的絮状污泥，当发现有堵塞现象发生时，则立即排出1/10体积混合液。

21、进一步的，所述将细菌形态为颗粒污泥时在室温状态下投加至限域推流式反应系统中包括：

22、首先，控制反应管道长径比为8-12，直径为50-100mm、长度为400-800mm，管道左右两端采用螺纹接头与进出水管相连；

23、然后，在管道顶部设置管道排气装置、在管道底部设置直径在6-20mm的管道排泥口和管道曝气口，管道曝气口连接流量调节装置控制曝气量在2-4l/min；

24、接着，控制颗粒污泥的污泥浓度为3-8mg/l，粒径为0.5-4.0mm，体积为反应管道总工作容积的50-60％，并将第一反应系统进水泵设置为蠕动泵，同时配置第一反应系统流量计和第一反应系统变频器控制第一反应系统的进水流量、配制第一反应系统在线监测装置实时监测第一反应系统进水的ph和do；

25、最后，在培养好氧菌时，管道排气装置一直打开，在培养厌氧菌时，管道排气装置每隔一天打开3-5min，当出现气体阻碍流动或者管道出现响声时，则立即打开排气阀并提高排气频率至每天；管道内当未发生堵塞则每隔1-3天排出1/10体积混合液，并补充相同体积、相同粒径范围的颗粒污泥，当有堵塞现象发生则立即排出1/10体积混合液。

26、进一步的，所述细菌形态为细菌菌液、絮状污泥或颗粒污泥的反应底物注入流速设置为不超过反应管道长度的十分之一每小时。

27、本发明的有益效果：

28、本发明，通过长径比高的管道设计与传统生物反应器相比，缩短了细菌与底物之间的作用距离，增强传质；推流式运行方式使得反应装置内部底物浓度梯度恒定，为细菌生长提供了良好的基质条件。

29、本发明，能够减弱细菌的纵向分散、对细菌产生有效滞留，从而促进细菌凝聚，同时为细菌及其聚集体提供良好微环境，提高菌种代谢活性和菌间协同代谢，促进细菌生长。

30、本发明，能够解决不同形态的自养功能菌生长缓慢的问题，符合细菌生长原理、满足细菌生长需求，灵活搭建的反应系统和回流系统，实现了多种类、多形态细菌同步快速生长；运行成本低、操作简单、占地面积小、易于改造升级，具有很好的普适性和可操作性，应用前景广阔。