CN102923853A - 硫自养反硝化-厌氧氨氧化耦合除硫脱氮的废水处理方法 - Google Patents

硫自养反硝化-厌氧氨氧化耦合除硫脱氮的废水处理方法 Download PDF

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陈索雅
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Abstract

本发明公开了一种硫自养反硝化-厌氧氨氧化耦合除硫脱氮的废水处理方法，该方法在厌氧条件下利用硫自养反硝化细菌，将硝酸盐还原为亚硝酸盐，同时硫化物氧化为单质硫；之后亚硝酸盐与氨氮在厌氧氨氧化细菌的作用下自养脱氮，生成氮气。选择EGSB反应器、接种异养生物性颗粒产甲烷菌或者反硝化菌、温度控制在25～35℃之间。逐步驯化具有硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合特性的厌氧颗粒污泥,首先用低COD浓度废水启动EGSB反应器；之后，通过以亚硝酸盐与氨氮为进水，先在反应器中富集厌氧氨氧化细菌；再之，以硫化物、硝酸盐与氨氮为进水，逐步富集硫自养反硝化菌，并通过控制维特硫化物与硝酸盐氮之间的比例,即硫氮摩尔比来制导反应类型，控制产物为硫单质与亚硝酸盐，以实现与厌氧氨氧化的耦合。通过对反应底物与工艺条件的调控实现硫自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合，本发明发展了生物同步除硫脱氮工艺，为含硫氮废水的处理提供新方法。

Description

硫自养反硝化-厌氧氨氧化耦合除硫脱氮的废水处理方法
技术领域    
本发明涉及一种硫自养反硝化-厌氧氨氧化耦合除硫脱氮的废水处理方法。具体是在厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）中培养驯化硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合特性的厌氧颗粒污泥。
背景技术    
随着我国轻工、制药、石化等行业的快速发展，造成许多工业废水中存在含氮污染物(主要是氨氮)和含硫污染物(主要是硫酸盐)。在这些废水的生物处理中, 氨氮可被转化为硝酸盐或亚硝酸盐, 硫酸盐则可被转化为硫化物。在废水排放前如何对上述二次污染物进行深度处理是十分迫切的问题。
生物氧化脱硫工艺多采用无色硫细菌或光合硫细菌去除硫化物，因其负荷低，单质硫黏附于细胞表面难以分离等问题而限制其实际工程应用。
生物脱氮最常用的方法是 A/O 或 A2/O 工艺，工艺和操作相对复杂，而且经常需要额外投加有机物如甲醇以便进行异养反硝化，这无疑会增加工程运行成本；以氨作为亚硝酸盐反硝化的无机物电子供体的厌氧氨氧化（ANAMMOX）自养脱氮反应，由于可以大幅度节省好氧氨氧化的动力消耗和反硝化碳源，是近几年在生物脱氮领域研究的热点之一。厌氧氨氧化反应需要亚硝酸盐的供给,都要求较高的操作控制；另一方面，过高浓度的亚硝酸盐本身存在对厌氧氨氧化微生物的毒性作用，这都不利于厌氧氨氧化工艺在实际中的推广和应用。
研究证明,一些微生物能够以硝酸盐为电子受体将硫化物氧化成单质硫和硫酸盐。以此为依据,可研发同步生物脱氮除硫工艺,实现对硫化物和硝酸盐的同时去除。而且，若将硫自养反硝化与厌氧氨氧化相耦合，进而加大对废水中氨氮的去除率，更是很有吸引力的方法。
发明内容        
本发明的目的是发展废水同步脱氮除硫工艺，提出硫自养反硝化-厌氧氨氧化耦合除硫脱氮的处理方法。先利用硫自养反硝化细菌，将硝酸盐还原为亚硝酸盐，同时硫化物氧化为单质硫；之后亚硝酸盐与氨氮在厌氧氨氧化细菌的作用下自养脱氮，生成氮气。
为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：
选择EGSB反应器、接种异养生物性颗粒（产甲烷菌或者反硝化菌）、温度控制在35℃、 逐步驯化具有硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合特性的厌氧颗粒污泥。首先用低 COD 浓度废水启动 EGSB 反应器；之后，通过以亚硝酸盐与氨氮为进水，先在反应器中富集厌氧氨氧化细菌；再之，以硫化物、硝酸盐与氨氮为进水，逐步富集硫自养反硝化菌，并通过控制硫化物与硝酸盐之间的比例(即硫氮摩尔比)来制导反应类型，控制产物为硫单质与亚硝酸盐，以实现与厌氧氨氧化的耦合。最终得到这样一个颗粒化污泥的微生态环境结构:硫自养反硝化菌主要分布于颗粒污泥表层,厌氧氨氧化菌集中在颗粒污泥中心部位,这些功能微生物将具有各自有利的微生态环境,有利于它们之间协同作用的充分发挥。
反应器选择：选择EGSB反应器，相对于UASB反应器，其内部液体高的上升流速强化了废水与微生物之间的接触，易于菌种的富集与培养。
接种方式：在EGSB反应器内接种厌氧颗粒污泥。有研究表明类似Anammox和硫反硝化这种自养型微生物更容易附着在产甲烷菌颗粒或异养脱氮微生物颗粒上，而且投加粒度小的生物性颗粒比表面积更大，能够维持更高的活性污泥浓度，进而达到快速富集与增殖的目的；同时由于反应器内部局部微生物的密集存在，氧浓度的倾斜使微生物所需厌氧环境能够被保持，维持微生物高的活性。
启动方式：首先用低 COD 浓度废水启动 EGSB 反应器；之后，通过以亚硝酸盐与氨氮为进水，先在反应器中富集厌氧氨氧化细菌；再之，以硫化物、硝酸盐与氨氮为进水，逐步富集硫自养反硝化菌，并通过控制硫化物与硝酸盐之间的比例(硫氮摩尔比为1～1.5)来制导反应类型(                                                )，控制产物为硫单质与亚硝酸盐，以实现与厌氧氨氧化的耦合。在启动过程中，通过控制进水碳氮比在1-2之间，限制异养反硝化细菌的增殖，在此条件下，S2—氧化为单质硫的速率要高于醋酸盐氧化速率，之后生成的亚硝酸氮继续还原为氮气，同时发生的氨氧化速率高于醋酸盐继续氧化为CO2的速率，可以实现对异养反硝化的控制。
本发明具有如下优势：
通过硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合协同作用，可加大对原废水中氨氮的去除，有助于减轻后续硝化阶段氨氮负荷，经济性明显；耦合作用及单质硫回收条件可以实现，使得本项目研究结果易于在实际中推广应用。
具体实施方式
实施例1
反应器选择：选择EGSB反应器。
接种方式：在EGSB反应器内接种厌氧颗粒污泥。在膨胀颗粒污泥床内，接种粒度小的异养生物性颗粒产甲烷菌或反硝化菌，自养型微生物附着在异养微生物颗粒上，进而快速富集与增殖。
启动方式：首先用低 COD 浓度废水启动 EGSB 反应器；之后，通过以亚硝酸盐与氨氮为进水，先在反应器中富集厌氧氨氧化细菌；再之，以硫化物、硝酸盐与氨氮为进水，逐步富集硫自养反硝化菌，并通过控制硫化物与硝酸盐之间的比例(硫氮摩尔比为1)来制导反应类型(
Figure 759330DEST_PATH_IMAGE001
)，控制产物为硫单质与亚硝酸盐，以实现与厌氧氨氧化的耦合。在启动过程中，通过控制进水碳氮比为1，限制异养反硝化细菌的增殖，在此条件下，S2—氧化为单质硫的速率要高于醋酸盐氧化速率，之后生成的亚硝酸氮继续还原为氮气，同时发生的氨氧化速率高于醋酸盐继续氧化为CO2的速率，可以实现对异养反硝化的控制。
   实施例2
       反应中硫氮摩尔比为1.5，碳氮比为2，其他条件同实施例1。

Claims (7)

1.一种硫自养反硝化-厌氧氨氧化耦合除硫脱氮的废水处理方法，其特征在于：在厌氧条件下利用硫自养反硝化细菌，将硝酸盐还原为亚硝酸盐，同时硫化物氧化为单质硫；之后亚硝酸盐与氨氮在厌氧氨氧化细菌的作用下自养脱氮，生成氮气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在膨胀颗粒污泥床内，接种粒度小的异养生物性颗粒，自养型微生物附着在异养微生物颗粒上，进而快速富集与增殖。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的异养生物性颗粒为产甲烷菌或反硝化菌。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于硫自养反硝化菌主要分布于颗粒污泥表层，厌氧氨氧化菌集中在颗粒污泥中心部位，这些功能微生物将具有各自有利的微生态环境。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于维持硫化物与硝酸盐氮之间的摩尔比为1～1.5之间，控制产物为硫单质与亚硝酸盐，以实现与厌氧氨氧化的耦合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于维持进水碳氮比在1～2之间，限制异养反硝化细菌的增殖。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于维持反应温度在25～35℃之间。
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