CN104609546B - 一种不除氧快速启动高效厌氧氨氧化反应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不除氧快速启动高效厌氧氨氧化反应的方法，在UASB反应器中加入准备好的厌氧颗粒污泥，进水为含氮废水，然后将进水泵入水浴加热的UASB反应器内，水力停留时间HRT设定为12h；2d后，将已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥泵入UASB反应器，每隔5d对UASB反应器内的污泥进行搅动一次，搅动持续时间为0.5h，搅动时的水力停留时间HRT设定为4h，反应70d后完成整个过程。其中已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥重量为厌氧颗粒污泥的4％。本发明的有益效果是不需除氧即可快速启动高效厌氧氨氧化反应器。

Description

一种不除氧快速启动高效厌氧氨氧化反应的方法
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域，涉及一种不除氧快速启动高效厌氧氨氧化反应的方法。
背景技术
根据中国环境公报，2013年氨氮排放总量为245.7万吨，减排压力仍然很大。氮素污染日益严重，富营养化十分严重，逐渐成为限制我国社会发展的瓶颈问题。随着我国水体氮素污染问题愈加严重，污水排放标准日趋严格，废水高效脱氮技术的研究与应用成为水环境污染控制领域的研究热点之一。
在厌氧环境下，厌氧氨氧化菌以NH4 +作电子供体，以NO2 -或NO3 -作电子受体，将氮元素(NH4 +、NO2 -或NO3 -)转化为N2的生物过程即厌氧氨氧化。该技术无需外加碳源，不需外加碱度，不需供氧即可实现脱氮，运行成本低。
厌氧氨氧化菌属自养菌，CO2是其生长的唯一碳源，因此生长十分缓慢。颗粒污泥的形成是UASB(“Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket”的英文缩写，升流式厌氧污泥床反应器)反应器中实现高效运行的关键。且该工艺要求绝对厌氧的环境，运行条件苛刻，这严重制约了厌氧氨氧化工艺的推广应用。本发明提出一种不需除氧即可快速启动高效厌氧氨氧化反应器的方法，为该工艺的工程化推广应用提供了有力的技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不除氧快速启动高效厌氧氨氧化反应的方法，解决了现有工艺要求绝对厌氧环境，运行条件苛刻，这严重制约了厌氧氨氧化工艺的推广应用的问题。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
步骤1：准备UASB反应器、厌氧颗粒污泥和已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥，厌氧颗粒污泥和已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥总共占有UASB反应器有效容积的30％，其中已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥重量为厌氧颗粒污泥的4％；
步骤2：在UASB反应器中加入准备好的厌氧颗粒污泥，进水为含氮废水，然后将进水泵入水浴加热的UASB反应器内，水力停留时间HRT设定为12h；
步骤3：运行2d后，通过进水泵将准备好的已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥泵入UASB反应器，每隔5d对UASB反应器内的污泥进行搅动一次，搅动持续时间为0.5h，搅动时的水力停留时间HRT设定为4h，以通过高速水力冲击，防止污泥板结而出现污水短流，通过进水的自然水力搅拌及菌群之间的结构重组达到混合目的，反应70d后完成整个过程。
进一步，所述进水不进行除氧处理，直接进入反应器。
进一步，所述进水pH在7.5～8.0之间。
进一步，所述UASB反应器加热温度为35±1℃。
进一步，所述进水NO2 --N/NH4 +-N比例为1，NO2 --N和NH4 +-N的浓度均为70mg/L，其中，NaHCO3为167mg/L，KH2PO4为27.2mg/L，EDTA为5g/L，FeSO4·7H2O为2.5g/L，ZnSO4·7H2O为0.43g/L，CuSO4·5H2O为0.25g/L，NiSO4·6H2O为0.105g/L，CoCl2·6H2O为0.12g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O为0.1g/L。
本发明的有益效果是不需除氧即可快速启动高效厌氧氨氧化反应器。
附图说明
图1是本发明厌氧氨氧化反应过程脱氮性能示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的技术方案按照以下步骤进行：
步骤1：准备UASB反应器、厌氧颗粒污泥和已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥，厌氧颗粒污泥和已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥总共占有UASB反应器有效容积的30％，其中已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥重量为厌氧颗粒污泥的4％；
步骤2：在UASB反应器中加入准备好的厌氧颗粒污泥，进水为含氮废水，进水调节pH在7.5～8.0之间，然后将进水泵入水浴加热的UASB反应器内，UASB反应器加热温度为35±1℃，水力停留时间HRT设定为12h。UASB反应器在低负荷条件下启动。
首先接种厌氧颗粒污泥，并用模拟含氮废水的培养基质运行，是为了排出厌氧颗粒污泥原有残留的污水，防止对后续厌氧氨氧化菌的培养产生不良影响。
步骤3：运行2d(天)后，通过进水泵将准备好的已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥泵入UASB反应器，每隔5d对UASB反应器内的污泥进行搅动一次，搅动持续时间为0.5h，搅动时的水力停留时间HRT设定为4h，以通过高速水力冲击，防止污泥板结而出现污水短流，反应器内的颗粒污泥混培物具有一定活性后可减少搅动频率直至取消，通过进水的自然水力搅拌及菌群之间的结构重组达到混合目的，反应70d后完成整个过程。最终培养出浅红色的具有高效厌氧氨氧化活性的颗粒污泥。
培养期间，可对进出水的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、pH进行测定，以掌握厌氧氨氧化启动的进程，利用UASB反应器驯化富集厌氧氨氧化活性的颗粒污泥。
本发明的进水为含氮废水，水质如下所示：进水NO2 --N/NH4 +-N比例约为1，且二者浓度均为70mg/L左右，NaHCO3约167mg/L，其中，KH2PO4约27.2mg/L，EDTA约5g/L，FeSO4·7H2O约2.5g/L，ZnSO4·7H2O约0.43g/L，CuSO4·5H2O约0.25g/L，NiSO4·6H2O约0.105g/L，CoCl2·6H2O约0.12g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O约0.1g/L。
本发明所述的反应器为UASB反应器，但同样适合于其他类型的高效厌氧反应器。本发明在UASB反应器中接种厌氧产甲烷颗粒污泥和已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥，并且不对进水进行除溶解氧的条件下，经过70天的启动运行，成功培养出浅红色的具有高效厌氧氨氧化活性的颗粒污泥，有效缩短厌氧氨氧化反应器的启动时间，且具有高效脱氮性能(见图1)。本方法通过合理的参数控制，低负荷下启动反应器，可以加快污泥颗粒化过程和厌氧氨氧化菌的富集，使反应器快速启动成功，且能达到较高的运行负荷。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：利用微生物种群结构的自我调整，实现了菌群之间的自我分配，在UASB下层形成了为厌氧氨氧化菌解除氧抑制的硝化菌，实现了不除氧也能成功启动厌氧氨氧化反应器。以启动过程中失活的厌氧颗粒污泥为支撑骨架，有利于厌氧氨氧化菌在接种颗粒污泥表面或破碎的颗粒基础上通过胞外聚合物(EPSS)结合模型簇集生长或吸附生成新的颗粒，从而实现了厌氧氨氧化菌的有效截留且污泥的抗冲击能力也增强，因此反应器的启动时间大大地缩短。
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的描述。
实施例1：将福建省某烟草废水处理工艺的IC反应塔内厌氧颗粒污泥和已初步具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥(污泥颜色呈浅红色，TN容积去除负荷为0.24kgN/(m3·d)，总氮去除率达80％以上)，接种污泥量分别为5L和0.2L，总接种污泥约为UASB反应器有效容积的30％。UASB反应器由有机玻璃制成，内径14cm，柱高120cm，有效容积为17L。将反应器外部包裹铝箔胶带以避光和保温，通过水浴加热控制UASB反应器内温度35℃。进水经蠕动泵进入反应器，经均匀布水后由下往上流，反应结束后由三相分离器对气固液进行分离。所述进水NO2 --N/NH4 +-N比例为1，NO2 --N和NH4 +-N的浓度均为70mg/L，其中，NaHCO3为167mg/L，KH2PO4为27.2mg/L，EDTA为5g/L，FeSO4·7H2O为2.5g/L，ZnSO4·7H2O为0.43g/L，CuSO4·5H2O为0.25g/L，NiSO4·6H2O为0.105g/L，CoCl2·6H2O为0.12g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O为0.1g/L。进水pH为7.5-8.0，未对进水进行除氧。稳定运行70d以后，出水中的NH4 +-N和NO2 --N均处于较低水平，分别为8mg/L和1mg/L左右。NH4 +-N和NO2 --N去除率最终达到85％和95％以上，TN容积负荷去除速率为0.30kg/(m3·d)，颗粒污泥由污泥颜色由黑色变化为浅红色，对新形成的厌氨氧化混培物颗粒污泥进行扫描电镜检测主要以球菌族为主，经鉴定厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia，说明厌氧氨氧化反应器在未对进水进行除氧的条件下器启动成功。且在进水水力负荷不变的情况下将进水中的氨氮和亚硝酸盐氮均上升至300mg/L，系统中的微生物仍保持优良的活性，说明本培养启动成功的厌氧氨氧化颗粒污泥具有良好的空间布局，其抗氮素冲击的稳定性较好。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种不除氧快速启动高效厌氧氨氧化反应的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤1：准备UASB反应器、厌氧颗粒污泥和已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥，厌氧颗粒污泥和已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥总共占UASB反应器有效容积的30％，其中已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥重量为厌氧颗粒污泥的4％；
步骤2：在UASB反应器中加入准备好的厌氧颗粒污泥，进水为含氮废水，不对进水进行除氧处理，然后将进水泵入水浴加热的UASB反应器内，水力停留时间HRT设定为12h；
步骤3：运行2d后，通过进水泵将准备好的已具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥泵入UASB反应器，每隔5d对UASB反应器内的污泥进行搅动一次，搅动持续时间为0.5h，搅动时的水力停留时间HRT设定为4h，以通过高速水力冲击，防止污泥板结而出现污水短流，通过进水的自然水力搅拌及菌群之间的结构重组达到混合目的，反应70d后完成整个过程。
2.按照权利要求1所述一种不除氧快速启动高效厌氧氨氧化反应的方法，其特征在于：所述进水pH在7.5～8.0之间。
3.按照权利要求1所述一种不除氧快速启动高效厌氧氨氧化反应的方法，其特征在于：所述UASB反应器加热温度为35±1℃。
4.按照权利要求1所述一种不除氧快速启动高效厌氧氨氧化反应的方法，其特征在于：所述进水NO2 --N/NH4 +-N比例为1，NO2 --N和NH4 +-N的浓度均为70mg/L，其中，NaHCO3为167mg/L，KH2PO4为27.2mg/L，EDTA为5g/L，FeSO4·7H2O为2.5g/L，ZnSO4·7H2O为0.43g/L，CuSO4·5H2O为0.25g/L，NiSO4·6H2O为0.105g/L，CoCl2·6H2O为0.12g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O为0.1g/L。
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