本发明属于污水处理，尤其涉及一种提高泥膜共混反应器处理低温污水启动速率及硝化性能的方法。
背景技术：
1、随着我国经济的快速发展，人们生活水平的提高，用水量急剧增加的同时，大量含氮污水排放也相应增加。过多的氮等无机营养物进入水体，会引起水体的富营养化，造成水华、赤潮等现象，使水生生态系统和功能受到严重影响。另一方面，由于近年来国家对生态环境的进一步重视，对污水处理厂的排放要求也更为严苛。城镇污水排放标准(gb18918-2002)规定，污水处理厂氨氮最高允许排放浓度为5mg/l；当水温≤12℃时，最高允许排放浓度为8mg/l。目前水处理过程中针对氨氮的去除方法主要包括物理、化学、生物法。前两者具有产生有毒副产物，成本居高不下的缺点。生物法由于具有较高的成本效益且稳定高效而被广泛的应用于废水处理当中。其中，移动床生物膜反应器(mbbr)是一种极具前景的硝化和反硝化废水处理工艺。与其他工艺相比，mbbr中的载体填料作为截留介质使得出水中ss浓度降低，不需要沉淀池。载体填料上的生物量累积也为系统提供了更多生物量，从而更加稳定高效。另一方面，系统不会遇到污泥膨胀及堵塞等问题，运行管理方便，但是微生物对温度的变化十分敏感，它们的生存最适温度在25～37℃之间，最低生存繁殖温度为10℃，而当温度在4℃以下时基本失去活性。然而，对于我国北方和高原等寒冷地区来说，冬季水温几乎都在10℃以下，这导致很多生物处理工艺难以适应寒地污水的低温条件，其启动和脱氮性能受到抑制，处理效果大打折扣，污水难以达标排放。目前，对于群体感应(qs)的深入研究，为我们提供了一个新的思路。群体感应是细胞间的通讯过程，它通过化学信号分子的交换发生，允许细菌共享有关细胞密度的信息，并诱导相关基因的表达。研究表明，细菌的聚集、生物膜的形成、胞外多聚物(eps)的产生、微生物群落结构等生理生态特征都可以通过控制细菌体系的信号分子浓度来调控。n-酰基-高丝氨酸内酯(ahl)是一种qs信号分子，许多革兰氏阴性菌都能产生ahls。目前，往生物反应器里投加ahls已经被证实能够增强生物膜的形成及微生物的硝化能力。外源信号分子的添加更简单，相比于增强qs功能细菌，其无需驯化、培养和与本土细菌竞争。
2、目前针对低温下生物反应器的快速启动及处理效果的专利主要包括外源添加ahls类信号分子和接种特殊的qs细菌而达到生物强化的目的。一方面，现有发明大多都致力于反应器的快速启动，但并没有进一步探究反应器的稳定运行；同时，现有技术大多都以添加长链类的混合类ahls信号分子为主，其结构的特殊性导致它们的水溶性差且不易于储存运输，造成了外源添加的困难；长链类ahls信号分子价格高昂，混合式的投加提高了技术的复杂性；另一方面，强化细菌筛选流程复杂困难，驯化时间长，需要接种的菌剂多且还会与反应器内本土细菌产生竞争，这些缺点导致其实际应用价值降低。因此本发明旨在降低成本，利用更加经济的外源c4-hsl信号分子，加快低温下反应器的启动时间，并进一步促进反应器的稳定运行。
技术实现思路
1、本发明的目的之一在于提供一种提高泥膜共混反应器处理低温污水启动速率及硝化性能的方法，所述方法是于6±1℃条件下，通过在污水中投加c4-hsl来提高污水启动速率及硝化性能。
2、优选地，所述污水中投加c4-hsl后的初始浓度为40～100ug/l。
3、更优选地，所述c4-hsl的cas号为67605-85-0。
4、更优选地，所述方法包括以下步骤：
5、(1)采用复合式泥膜移动床生物膜反应器(mbbr)，接种二沉池活性污泥，初始污泥浓度3000±200mg/l，采用柱状聚乙烯填料，水力停留时间14-20h，溶解氧浓度>1.5mg/l，反应器置于6±1℃恒温箱中；
6、(2)初始进水成分组成：cod150±50mg/l、氨氮25±2mg/l、tp2±1mg/l，碱度alk足够，微量元素储备液2ml/l，c4-hsl跟随进水进入反应器；所述碱度alk足够为alk/n＝6.0-9.0，以caco3计；对复合式泥膜mbbr反应器出水进行收集，检测污染物去除效果；
7、(3)反应器处理效果稳定后，调整初始进水成分组成：cod250±50、氨氮40±2mg/l、tp4±2mg/l，其余运行参数和组成成分浓度不变，检测污染物去除效果；
8、(4)反应器处理效果稳定后，调整初始进水成分组成：cod500±50mg/l、氨氮60±5mg/l、tp6±1mg/l，其余运行参数和组成成分浓度不变，检测污染物去除效果；
9、(5)反应器处理效果稳定后，调整初始进水成分组成：cod500±100mg/l、氨氮75±5mg/l、tp8±1mg/l，其余运行参数和组成成分浓度不变，检测污染物去除效果。
10、更优选地，所述步骤(1)中填料的填充率为30-40％。
11、更优选地，所述步骤(2)中微量元素储备液组成为：0.3-0.4mg/ledta,0.3-0.4mg/lmgso4·7h2o,3.0-4.0mg/lcacl2,0.5-0.6mg/lfeso4·7h2o,1.0-1.5mg/lmncl2·4h2o,0.5-0.6mg/lznso4·7h2o,0.01-0.02mg/lcocl2·h2o,0.004-0.006mg/lh3bo3,0.3-0.4mg/lcuso4·5h2o,0.4-0.5mg/lna2moo4·2h2o。
12、本发明的目的之二在于提供上述提高泥膜共混反应器处理低温污水启动速率及硝化性能的方法在生活污水处理中的应用。
13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
14、(1)目前针对低温下生物反应器的快速启动及处理效果的专利所使用的大多都是长链类混合式ahls信号分子，它们有着水溶性差、必须在-20℃下储存、价格高昂等缺点。本发明投加的ahls类信号分子为n-丁酰基-高丝氨酸内脂(c4-hsl)，由于其结构特点，它易溶于水、在室温条件下储存、经济效益高，有着较高的实际应用价值。
15、(2)本发明提出的方法利用c4-hsl，在6±1℃条件下，通过外源投加的方式人为的干预微生物间的群体感应现象，为加快低温条件下复合泥膜mbbr反应器启动时间和促进处理效果提供新的方法。c4-hsl的投加，改变了系统内微生物的群落结构，激发了群体感应现象，促进了微生物活性且分泌更多的eps，有利于微生物在填料上的定植和生长，进一步为硝化细菌的生长和附着提供了良好的生境；在6±1℃条件下，当c4-hsl投加浓度为100ug/l时，反应器出水在第5天氨氮浓度达到8mg/l以下(已符合大多数城镇低温下的氨氮排放标准)，第12天氨氮去除率达到98％。而当投加浓度为0ug/l时，反应器在第66天出水氨氮浓度才达到8mg/l以下。所以c4-hsl的加入能够促使低温下复合泥膜mbbr反应器在短时间内成功启动且出水氨氮达标排放。通过宏基因组学分析。还进一步证明，c4-hsl的加入不同程度的(泥相丰度升高或膜相丰度升高或泥膜两相丰度都升高)促进了复合泥膜共混mbbr反应器泥、膜两相中与硝化相关的amoa、pmoa、hao、narg、narh及narl；与微生物活性相关的kor、suc、frd、sdh及mdh；与蛋白质和多糖合成相关的ilvd、meth、ilve、upa1、pgi和glms等相关基因丰度增加。相比于单一的活性污泥法或生物膜法，本研究中的泥膜共混系统展现出更大的优势。c4-hsl的加入，促使泥膜两相中硝化、生物膜稳定效果进一步叠加，优于在6±1℃条件下单一的生物膜法或活性污泥法反应器的运行。
16、(3)待处理效果稳定后，分三个阶段提升初始进水水质。cod变化范围为100～600mg/l；氨氮变化范围为23～80mg/l；tp变化范围为1～9mg/l。通过向复合泥膜mbbr反应器中持续投加c4-hsl，增加了其抗冲击负荷能力。水质提升后，反应器经过短时间适应，其处理效果迅速变好并保持稳定。目前，在我国北方及高海拔等寒冷地区，由于当地居民的饮食居住习惯以及季节变化，生活污水水质波动较大，对污水处理工艺中的抗冲击负荷能力要求较高。c4-hsl的加入，能够有效地提高低温下反应器的抗冲击负荷能力，使得污水达标排放。
17、(4)本发明在6℃条件下向复合泥膜反应器内投加c4-hsl后，膜相微生物活性增加，抑制了flavobacterium等与污泥膨胀相关微生物的生长，促进反应器的处理性能和稳定；对于泥相来说，微生物由于活性较低从而代谢速度较慢，其表面会积累大量高粘性的多糖类物质，丝状细菌也有着更强的生长竞争力，这都是低温下污泥膨胀的原因。本发明通过在6±1℃条件下添加c4-hsl，发现膜相在持续运行过程中硝化效果有逐渐上升的趋势，所以后续可考虑减少活性污泥浓度，降低了低温条件下污泥膨胀的风险的同时，也可使污水氨氮达标排放，这也为本发明应用于实际提供重要意义。
18、(5)本发明泥膜共混生化系统前期依靠活性污泥的作用，使得添加c4-hsl促进反应器的硝化效果明显，而泥膜系统中的填料，为微生物提供了附着基质。附着在填料上的生物膜受到水流的影响比泥小，出水生物量损失小，提高了微生物的生长世代时间，而硝化细菌本身生长世代时间就长，所以填料为功能微生物提供了良好的生境。c4-hsl添加后，都不同程度的促进泥膜两相中的功能微生物生长，两者相辅相成。部分泥截留在了填料上，泥膜共同的作用确保了处理效果。特别是进水浓度提升后，单一的活性污泥或生物膜可能都难以达标排放，而泥膜共混体系可以达到。