CN103043788A

CN103043788A - 厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法

Info

Publication number: CN103043788A
Application number: CN2013100018994A
Authority: CN
Inventors: 高大文; 丛岩; 袁青; 黄晓丽; 陶彧; 任南琪
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2033-01-04
Also published as: CN103043788B

Abstract

厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，属于水处理领域。本发明要解决现有高效厌氧氨氧化颗粒污泥培养困难、培养时间长的技术问题。本发明方法如下：一、将好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥同时接种于EGSB反应器内；二、将含氮模拟废水通入EGSB反应器内，保持水力停留时间为12h，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，逐渐提高进水中氨氮和亚硝酸盐氮的浓度至成功启动；三、然后保持氨氮和亚硝酸盐氮的进水浓度稳定，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，逐步缩短水力停留时间直至2.6小时；即完成厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。本发明方法20天左右成功启动反应器，89天左右获得高效厌氧氨氧化颗粒污泥。

Description

厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法

技术领域

本发明属于水处理领域；具体涉及厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。

背景技术

厌氧氨氧化（Anammox）菌ANAMMOX菌利用亚硝酸盐作为电子受体氧化氨氮，利用无机碳作为碳源，无需有机物作为碳源，从而实现自养生物脱氮的目的。可节省 60% 的曝气量，100%的有机碳源，从而可以充分利用水中的有机物去产生能源物质—甲烷。

同时，厌氧氨氧化菌生长缓慢，世代时间在11天左右，对环境极其敏感，因此现有厌氧氨氧化反应器普遍存在启动时间长、运行条件控制难、处理效率差、氮负荷低等问题。颗粒污泥是菌体自凝形成具有良好沉降性能的颗粒状微生物聚集体，是实现反应器高效运行的前提和保障。因此如何快速培养高效厌氧氨氧化颗粒污泥具有重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决高效厌氧氨氧化颗粒污泥培养困难、培养时间长的技术问题；而提供了厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。

本发明中厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥同时接种于EGSB反应器内，好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥体积之和占反应器总体积的28%~35%，好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥的体积比为1:（2.0～2.3）；

步骤二、将溶解氧浓度为0～0.8mg/L、pH值为7.5～8.3的含氮模拟废水以3.0m/h的上升流速通入EGSB反应器内，在30～35℃下运行，控制HRT为12h；检测EGSB反应器进水及出水的氨氮和亚硝酸盐氮的浓度，保持水力停留时间为12h，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，逐渐提高含氮模拟废水中氨氮的浓度，控制模拟废水中亚硝酸盐氮与氨氮的浓度比值在1~1.32：1，直至含氮模拟废水中亚硝酸盐氮的浓度提高到200mg/L以上且水处理反应所去除亚硝酸盐氮与所去除氨氮的比值为1.30~1.32、所生成硝酸盐氮与所去除氨氮的比值为0.25~0.27，启动完成；

步骤三、启动完成后在保持EGSB反应器内氨氮和亚硝酸盐氮的进水浓度稳定，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，逐步缩短水力停留时间，控制模拟废水中亚硝酸盐氮与氨氮的浓度比值在1~1.32：1，直至水力停留时间缩短为2.6小时；即完成了厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。

厌氧氨氧化颗粒污泥粒径分布为0.1～1.59mm，平均粒径为0.56mm，比重均大于1。

本发明接种污泥采用混合污泥，好氧颗粒污泥丰富了反应器内的菌群结构，对厌氧氨氧化菌造成了一定的生存压力，加快了厌氧氨氧化菌的富集生长，同时好氧颗粒污泥在反应器内随着水流的不断翻滚有利于厌氧氨氧化颗粒污泥的形成。而相同条件下，只接种含有厌氧氨氧化菌活性污泥的反应器，启动并稳定运行115天，仍无明显厌氧氨氧化颗粒污泥的形成。

本发明方法通过有效控制进水溶解氧，并采取模拟废水进水氨氮与亚硝酸盐氮浓度升高，随后逐渐缩短水力停留时间（Hydraulic Retention Time，HRT）的方式提高膨胀颗粒污泥床反应器（Expanded Granular Sludge Bed，EGSB）的运行总氮负荷，有利于厌氧氨氧化菌的富集培养和对氮的去除速率不断提高。

本发明方法20天左右成功启动反应器，80天左右获得厌氧氨氧化颗粒污泥。反应器运行第89d左右，厌氧氨氧化颗粒污泥对总氮负荷去除率达到4.758kgN/m³·d左右。

附图说明

图1是具体实施方式九对氨氮的去除效果图；图2是具体实施方式九对亚硝酸盐氮的去除效果图；图3是具体实施方式九对进水总氮的去除效果图；图4是具体实施方式九厌氧氨氧化颗粒污泥SEM图片（80d）；图5是具体实施方式九厌氧氨氧化颗粒污泥粒径分布（80d）。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法是按下述步骤进行的：

步骤二、将溶解氧浓度为0～0.8mg/L、pH值为7.5～8.3的含氮模拟废水以3.0m/h的上升流速通入EGSB反应器内，在30～35℃下运行，控制HRT为12h；检测EGSB反应器进水及出水的氨氮的浓度，保持水力停留时间为12h，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，逐渐提高含氮模拟废水中氨氮和亚硝酸盐氮的浓度，控制模拟废水中亚硝酸盐氮与氨氮的浓度比值在1~1.32：1，直至含氮模拟废水中亚硝酸盐氮的浓度提高到200mg/L以上且水处理反应所去除亚硝酸盐氮与所去除氨氮的比值为1.30~1.32、所生成硝酸盐氮与所去除氨氮的比值为0.25~0.27，启动完成；

步骤三、启动完成后在保持EGSB反应器内氨氮和亚硝酸盐氮进水浓度稳定，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，逐步缩短水力停留时间，控制模拟废水中亚硝酸盐氮与氨氮的浓度比值在1~1.32：1，直至水力停留时间缩短为2.6小时；即完成了厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。

本实施方式方法20天左右成功启动反应器，80天左右获得厌氧氨氧化颗粒污泥。反应器运行第89d左右，厌氧氨氧化颗粒污泥对总氮负荷去除率达到4.758kgN/m³·d左右。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述含氮模拟废水中KHCO₃的浓度为1000mg/L、KH₂PO₄的浓度为50mg/L、MgSO₄·7H₂O的浓度为200mg/L、CaCl₂·2H₂O的浓度为151mg/L、ZnSO₄·7H₂O的浓度为430mg/L、CoCl₂·6H₂O的浓度为240mg/L、CuSO₄·5H₂O的浓度为250mg/L、H₃BO₄的浓度为14mg/L、MnCl₂·4H₂O的浓度为990mg/L、NaSeO₄·10H₂O的浓度为210mg/L、NiCl·6H₂O的浓度为190mg/L、NaMoO₄·2H₂O的浓度为220 mg/L、维生素B6盐酸盐的浓度为10mg/L、维生素B1盐酸盐的浓度为5mg/L、维生素B2的浓度为5mg/L、烟酸的浓度为5mg/L、泛酸的浓度为5mg/L、对氨基苯甲酸的浓度为5mg/L、硫辛酸的浓度为5mg/L、维生素H的浓度为2mg/L、叶酸的浓度为2mg/L、维生素B12的浓度为0.1 mg/L，含氮模拟废水氨氮以NH₄Cl的形式添加、亚硝酸盐氮以NaNO₂的形式添加。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一所述含氮模拟废水中NH₄Cl的初始浓度为19.5~23.6mg/L、NaNO₂的初始浓度为31.3~32.4mg/L。其它步骤和参数与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中逐步增大回流比，提高反应器内上升流速，最终反应器内上升流速提高至9.0m/h。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中EGSB反应器内污泥分层，或底部污泥浓度明显大于上部污泥浓度，则增大回流比，提高反应器内上升流速，上升流速提高为15.0 m/h、上升流速提高时间为3～5min。其它步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中每12小时调整回流比1次，控制反应器上升流速15m/h，调整时间为3～5min。其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。

本实施方式通过增加上升流速来进行水力扰动，对EGSB反应器进行水力扰动，有利于厌氧氨氧化菌对基质底物的充分接触，加快厌氧氨氧化菌的富集培养，同时流速的突然增大，利于厌氧氨氧化菌体自凝，加快厌氧氨氧化颗粒污泥的形成；使其在短期内达到高效的总氮去除速率，并稳定运行。

具体实施方式七：本实施方式中厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将好氧颗粒污泥（取自同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室运行稳定的SBR反应器）和厌氧氨氧化种泥同（取自同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室运行稳定的SBBR反应器）时接种于EGSB反应器内，好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥体积之和占反应器总体积的30%左右，好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥的体积比为1:2；

步骤二、将溶解氧浓度为0～0.8mg/L、pH值为7.5～8.3的含氮模拟废水（成分及含量见表1-3）以3.0m/h的上升流速通入EGSB反应器内，在30～35℃下运行，控制HRT为12h；检测EGSB反应器进水及出水的氨氮和亚硝酸盐氮的浓度，保持水力停留时间为12h，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，提高含氮模拟废水中氨氮的浓度，控制模拟废水中亚硝酸盐氮与氨氮的浓度比值在1~1.32：1，直至含氮模拟废水中亚硝酸盐氮的浓度提高到226.8mg/L且水处理反应所去除亚硝酸盐氮与所去除氨氮的比值为1.32、所生成硝酸盐氮与所去除氨氮的比值为0.26，启动完成；

本实施方式EGSB反应器运行过程中含氮模拟废水进水氨氮浓度和进水亚硝酸盐氮浓度及HRT如表4所示。

本实施方式EGSB反应器运行过程中上升流速的变化如表5所示。

本实施方式厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中每12小时调整回流比1次，控制反应器上升流速15m/h，调整时间为3min。

厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中EGSB反应器内污泥分层，或底部污泥浓度明显大于上部污泥浓度，则增大回流比，提高反应器内上升流速，上升流速提高为15.0 m/h、上升流速提高时间为4min。

本实施方式得到的厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径分布为0.1～1.56mm，平均粒径为0.54mm，比重均大于1。

本实施方式方法20天成功启动反应器，80天左右获得厌氧氨氧化颗粒污泥。反应器运行第89d，厌氧氨氧化颗粒污泥对总氮负荷去除率达到4.758kgN/m³·d左右。

表1 模拟含氮废水培养成分

表2 微量元素培养基成分

表3 维生素培养基成分

表4

表5 反应器运行过程中上升流速的变化

具体实施方式八：本实施方式中厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将好氧颗粒污泥（取自中国科学院成都生物研究所稳定运行SBR反应器）和厌氧氨氧化种泥同（取自中国科学院成都生物研究所稳定运行SBBR反应器）时接种于EGSB反应器内，好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥体积之和占反应器总体积的30%左右，好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥的体积比为1:2；

步骤二、将溶解氧浓度为0～0.8mg/L、pH值为7.5～8.3的含氮模拟废水（成分及含量见表6-8）以3.0m/h的上升流速通入EGSB反应器内，在30～35℃下运行，控制HRT为12h；检测EGSB反应器进水及出水的氨氮的浓度，保持水力停留时间为12h，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，提高含氮模拟废水中氨氮和亚硝酸盐氮的浓度，控制模拟废水中亚硝酸盐氮与氨氮的浓度比值在1~1.32：1，直至含氮模拟废水中亚硝酸盐氮的浓度提高到221.4mg/L且水处理反应所去除亚硝酸盐氮与所去除氨氮的比值接近1.32、所生成硝酸盐氮与所去除氨氮的比值接近0.26，启动完成；

本实施方式EGSB反应器运行过程中含氮模拟废水进水氨氮浓度和进水亚硝酸盐氮浓度及HRT如表9所示。

本实施方式EGSB反应器运行过程中上升流速的变化如表10所示。

本实施方式厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中每12小时调整回流比1次，控制反应器上升流速15m/h，调整时间为5min。

厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中EGSB反应器内污泥分层，或底部污泥浓度明显大于上部污泥浓度，则增大回流比，提高反应器内上升流速，上升流速提高为15.0 m/h、上升流速提高时间为3min。

本实施方式得到的厌氧氨氧化颗粒污泥（同图4和5）粒径分布为0.1～1.59mm，平均粒径为0.56mm，比重均大于1。

表6 模拟含氮废水培养成分

表7 微量元素培养基成分

表8 维生素培养基成分

表9

表10 反应器运行过程中上升流速的变化

具体实施方式九：本实施方式中厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将好氧颗粒污泥（取自湖南大学环境科学与工程实验室稳定运行SBR反应器）和厌氧氨氧化种泥同（取自湖南大学环境科学与工程实验室稳定运行SBBR反应器）时接种于EGSB反应器内，好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥体积之和占反应器总体积的30%左右，好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化种泥的体积比为1:2；

步骤二、将溶解氧浓度为0～0.8mg/L、pH值为7.5～8.3的含氮模拟废水（成分及含量见表11-13）以3.0m/h的上升流速通入EGSB反应器内，在30～35℃下运行，控制HRT为12h；检测EGSB反应器进水及出水的氨氮的浓度，保持水力停留时间为12h，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，提高含氮模拟废水中氨氮和亚硝酸盐氮的浓度，控制模拟废水中亚硝酸盐氮与氨氮的浓度比值在1~1.32：1，直至含氮模拟废水中亚硝酸盐氮的浓度提高到203.8mg/L且水处理反应所去除亚硝酸盐氮与所去除氨氮的比值接近1.32、所生成硝酸盐氮与所去除氨氮的比值接近0.26，启动完成；

本实施方式EGSB反应器运行过程中含氮模拟废水进水氨氮浓度和进水亚硝酸盐氮浓度及HRT如表14所示。

本实施方式EGSB反应器运行过程中上升流速的变化如表15所示。

本实施方式厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中每12小时调整回流比1次，控制反应器上升流速15m/h，调整时间为4min。

本实施方式得到的厌氧氨氧化颗粒污泥（如图4和5）粒径分布为0.1～1.59mm，平均粒径为0.56mm，比重均大于1。

对氨氮的去除效果见图1，从图1可知反应器在启动期对氨氮的去除效果在不断的提高。待反应器启动成功后，每当提高进水总氮负荷，反应器对氨氮的去除率会稍有下降，随后恢复稳定；对亚硝酸盐氮的去除效果见图2，从图2可知反应器对亚硝酸盐氮的去除效果与对氨氮的变化规律基本一致，复合厌氧氨氧化现象，说明厌氧氨氧化菌在不断的富集增长；对总氮负荷的去除效果见图3，从图3可知随着反应器进水总氮负荷的不断提高，反应器对总氮的去除速率也在不断增加，说明厌氧氨氧化菌的活性很好。

表11 模拟含氮废水培养成分

表12 微量元素培养基成分

表13 维生素培养基成分

表14

表15 反应器运行过程中上升流速的变化

Claims

1.厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法是按下述步骤进行的：

步骤二、将溶解氧浓度为0～0.8mg/L、pH值为7.5～8.3的含氮模拟废水以3.0m/h的上升流速通入EGSB反应器内，在30～35℃下运行，控制HRT为12h；检测EGSB反应器进水及出水的氨氮和亚硝酸盐氮的浓度，保持水力停留时间为12h，出现氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率80%以上时，逐渐提高含氮模拟废水中氨氮的浓度，并控制模拟废水中亚硝酸盐氮与氨氮的浓度比值在1~1.32：1，直至含氮模拟废水中亚硝酸盐氮的浓度提高到200mg/L以上且水处理反应所去除亚硝酸盐氮与所去除氨氮的比值为1.30~1.32、所生成硝酸盐氮与所去除氨氮的比值为0.25~0.27，启动完成；

2.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述含氮模拟废水中KHCO₃的浓度为1000mg/L、KH₂PO₄的浓度为50mg/L、MgSO₄·7H₂O的浓度为200mg/L、CaCl₂·2H₂O的浓度为151mg/L、ZnSO₄·7H₂O的浓度为430mg/L、CoCl₂·6H₂O的浓度为240mg/L、CuSO₄·5H₂O的浓度为250mg/L、H₃BO₄的浓度为14mg/L、MnCl₂·4H₂O的浓度为990mg/L、NaSeO₄·10H₂O的浓度为210mg/L、NiCl·6H₂O的浓度为190mg/L、NaMoO₄·2H₂O的浓度为220 mg/L、维生素B6盐酸盐的浓度为10mg/L、维生素B1盐酸盐的浓度为5mg/L、维生素B2的浓度为5mg/L、烟酸的浓度为5mg/L、泛酸的浓度为5mg/L、对氨基苯甲酸的浓度为5mg/L、硫辛酸的浓度为5mg/L、维生素H的浓度为2mg/L、叶酸的浓度为2mg/L、维生素B12的浓度为0.1 mg/L，含氮模拟废水氨氮以NH₄Cl的形式添加、亚硝酸盐氮以NaNO₂的形式添加。

3.根据权利要求2所述的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于步骤一所述含氮模拟废水中NH₄Cl的初始浓度为19.5~23.6mg/L、NaNO₂的初始浓度为31.3~32.4mg/L。

4.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于步骤三中逐步增大回流比，提高反应器内上升流速，最终反应器内上升流速提高至9.0m/h。

5.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中EGSB反应器内污泥分层，或底部污泥浓度明显大于上部污泥浓度，则增大回流比，提高反应器内上升流速，上升流速提高为15.0 m/h、上升流速提高时间为3～5min。

6.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中每12小时调整回流比1次，控制反应器上升流速15m/h，调整时间为3～5min。