CN105000663A - 一种以脉冲方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法 - Google Patents

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Abstract

一种以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法，属于污水处理技术领域。由于污水处理厂实际运营期间，上游来水水量波动大，会存在高峰和低谷，因而培养出耐高冲击负荷的厌氧氨氧化菌十分重要。为了培养出此种菌，本发明将厌氧氨氧化污泥接种到UASB反应器内，使原水通过蠕动泵从水箱泵入UASB反应器，UASB反应器的进水负荷由两台并联的蠕动泵控制，通过控制泵的开关及其流量的大小实现UASB反应器的脉冲式进水，从而能够模拟实际污水厂的流量波动，并且了解脉冲式流量对厌氧氨氧化UASB反应器的影响，进而培养出耐高冲击负荷的厌氧氨氧化菌。

Description

一种以脉冲方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法
技术领域
本发明涉及以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
城市实际污水厂流量具有波动性大，影响因素复杂等特点。由于生活用水量存在高峰和低谷，产生的污水量也相应的存在高峰和低谷，这就要求污水处理工艺要对高冲击负荷有较好的适应性，因而如何快速提高污水处理工艺耐高冲击负荷能力，保持良好的污染物去除效果，具有非常重要的研究意义。
与传统脱氮工艺相比较，厌氧氨氧化实现了氨氮的短途径转化，具有不需要外加电子供体，大幅度减少供氧能耗及运行中能源消耗低，污泥产量低，温室气体产量少等优点，既节省运行费用，又可防止二次污染，具有极大的优越性，厌氧氨氧化菌的发现使污水脱氮更为高效、节能。
如果要将厌氧氨氧化工艺运用到实际污水处理中，那么其对水量波动的适应是十分重要的，而本发明则以脉冲的形式模拟水量波动，为培养耐高冲击负荷的厌氧氨氧化菌提供了一种高效可行的方法，这对厌氧氨氧化UASB工艺日后的研究以及其在实际污水处理中的工程应用具有显著的意义。
发明内容
本发明主要针对城市实际污水厂流量波动性大以及厌氧氨氧化UASB工艺对水量波动的适应问题，提出了一种以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法，该方法以脉冲的形式模拟水厂的流量波动，并且不断增大波动频率和幅度，通过测反应器的出水探究厌氧氨氧化菌对流量的波动的适应情况，从而可以了解厌氧氨氧化反应器对特定流量大小和波动频率的适应情况，并且培养驯化出一种耐高冲击负荷的厌氧氨氧化菌，从而有利于厌氧氨氧化UASB工艺在实际污水处理中的应用。
本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法，其特征在于：应用如下装置：设有原水箱(1)、厌氧氨氧化UASB反应器(2)、二沉池(3)；原水箱设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；原水箱通过进水泵(2.1)和进水泵(2.2)与厌氧氨氧化UASB反应器(2)进水管相连接，这两台进水泵并联；厌氧氨氧化UASB反应器(2)水流方向由下至上，反应器设有取样口(2.3)、回流口(2.4)、溢流口(2.7)，三相分离器(2.5)用于固液气三相的分离，气体通过排气口(2.8)由气袋(2.9)收集，反应器内的水通过出水口(2.6)排出；厌氧氨氧化反应器(2)出水管同二沉池(3)相连；二沉池(3)上设有排泥管(3.3)，厌氧氨氧化UASB反应器(2)的出水通过进水口(3.1)进入二沉池(3)后从排水口(3.2)流出。
以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法具体启动与调控步骤如下：
1)将厌氧氨氧化污泥接种到UASB反应器，污泥量占厌氧氨氧化反应器有效容积的1/3-1/2；
2)运行时调节操作如下：
2.1)厌氧氨氧化UASB反应器运行温度控制在30±0.5℃，进水pH范围为7.5-9.0；
2.2)厌氧氨氧化UASB反应器在启动初期保持恒流量80mL/min稳定培养，为了培养出耐高冲击负荷的厌氧氨氧化菌，本发明采用脉冲法，对反应器进水流量进行调整。通过两台并联的泵来实现，当一台泵开启时为低流量(低负荷)，当两台泵同时开启时为高流量(高负荷)，泵的开启和关闭采用实时控制系统实现。首先，设定高低流量分别为100mL/min和60mL/min，每天12h转换一次流量，如图2(a)所示。通过监测进出水氨氮和亚硝浓度及相应去除效率，反映系统耐冲击负荷的能力，按照NH4 +-N和NO2 --N出水浓度均稳定在3mg/L以下时就可以提高脉冲进水频率的标准，将脉冲进水频率依次提高为每天6h转换一次流量，每天3h转换一次流量，和每天1.5h转换一次流量，如图2(b)、(c)、(d)所示。当系统的NH4 +-N和NO2 --N出水浓度均能够稳定在3mg/L以下时，再次提高脉冲进水频率，具体做法是每天四个周期，一个周期6个小时，前4个小时1h转换一次流量，后2个小时0.5h转换一次流量，如图2(e)所示。当系统不随流量交替频率的影响，始终保持良好的出水水质，出水NH4 +-N和NO2 --N浓度均稳定在3mg/L以下时，提高流量变化振幅。具体实施为将高低流量改变为第二阶段(110mL/min和50mL/min)，第三阶段(130mL/min和30mL/min)，交替频率方式同第一阶段(100mL/min和60mL/min)设置，如图2所示。
本发明以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法具有以下优势：
1)此方法可以培养出一种耐高冲击负荷的厌氧氨氧化菌，由于实际污水厂的水量存在波动，而此种菌可以适应实际污水厂负荷的变化，从而有利于厌氧氨氧化UASB工艺在实际污水厂中的应用。
2)通过实时控制可以实现脉冲式进水，从而能够模拟实际污水厂的水量波动，考察厌氧氨氧化UASB工艺对水量波动的适应情况。
3)通过此方法能够了解厌氧氨氧化UASB工艺对水量波动所能承受的限度。
附图说明
图1为本发明以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法的结构示意图。
图中1为原水箱，2为厌氧氨氧化UASB反应器，3为二沉池；1.1为溢流管，1.2为放空管；2.1、2.2为进水泵，2.3为取样口，2.4为回流口，2.5为三相分离器，2.6为出水口，2.7为溢流口，2.8为排气口，2.9为气袋；3.1为进水口，3.2为排水口，3.3为排泥管。
图2UASB反应器脉冲式进水调控示意图
图3第一阶段低负荷时UASB的氮浓度变化图
注：开始时以恒流量运行，图中(a),(b),(c),(d)分别对应图2中(a),(b),(c),(d)的运行方式。
图4第一阶段高负荷时UASB的氮浓度变化图
注：开始时以恒流量运行，图中(a),(b),(c),(d)分别对应图2中(a),(b),(c),(d)的运行方式。
图5第一阶段模拟极高频率脉冲冲击时一周期的氮浓度变化图
注：1h、3h、4.5h、5.5h对应的值为高负荷时氮浓度值，2h、4h、5h、6h
对应的值为低负荷时氮浓度值，0h对应的值为起始值,此图对应的是图2中(e)的运行方式。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：如图1所示以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法的装置设有原水箱(1)、厌氧氨氧化UASB反应器(2)、二沉池(3)；原水箱设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；原水箱通过进水泵(2.1)和进水泵(2.2)与厌氧氨氧化UASB反应器(2)进水管相连接，这两台进水泵并联；厌氧氨氧化UASB反应器(2)水流方向由下至上，反应器设有取样口(2.3)、回流口(2.4)、溢流口(2.7)，三相分离器(2.5)用于固液气三相的分离，气体通过排气口(2.8)由气袋(2.9)收集，反应器内的水通过出水口(2.6)排出；厌氧氨氧化反应器(2)出水管同二沉池(3)相连；二沉池(3)上设有排泥管(3.3)，厌氧氨氧化UASB反应器(2)的出水通过进水口(3.1)进入二沉池(3)后从排水口(3.2)流出。
实验用水水质如下：采用生活污水，进水NH4 +-N浓度为25-35mg/L，NO2 --N浓度为30-40mg/L，进水SCOD为40-60mg/L。试验系统如图1所示，原水箱为塑料桶，其他反应器均采用有机玻璃制成，原水箱的有效体积为30L，厌氧氨氧化UASB反应器的总体积为6L，有效容积为5L，沉淀池的体积为10L。
具体运行操作如下：
1)启动系统：将厌氧氨氧化污泥接种到UASB反应器，污泥量占厌氧氨氧化反应器有效容积的1/3-1/2；
2)运行时调节操作如下：
2.1)厌氧氨氧化UASB反应器运行温度控制在30±0.5℃，进水pH范围为7.5-9.0；
2.2)厌氧氨氧化UASB反应器在启动初期保持恒流量80mL/min稳定培养，为了培养出耐高冲击负荷的厌氧氨氧化菌，本发明采用脉冲法，对反应器进水流量进行调整。通过两台并联的泵来实现，当一台泵开启时为低流量(低负荷)，当两台泵同时开启时为高流量(高负荷)，泵的开启和关闭采用实时控制系统实现。首先，设定高低流量分别为100mL/min和60mL/min，每天12h转换一次流量，如图2(a)所示。通过监测进出水氨氮和亚硝浓度及相应去除效率，反映系统耐冲击负荷的能力，按照NH4 +-N和NO2 --N出水浓度均稳定在3mg/L以下时就可以提高脉冲进水频率的标准，将脉冲进水频率依次提高为每天6h转换一次流量，每天3h转换一次流量，和每天1.5h转换一次流量，如图2(b)、(c)、(d)所示。当系统的NH4 +-N和NO2 --N出水浓度均能够稳定在3mg/L以下时，再次提高脉冲进水频率，具体做法是每天四个周期，一个周期6个小时，前4个小时1h转换一次流量，后2个小时0.5h转换一次流量，如图2(e)所示。当系统不随流量交替频率的影响，始终保持良好的出水水质，出水NH4 +-N和NO2 --N浓度均稳定在3mg/L以下时，提高流量变化振幅。具体实施为将高低流量改变为第二阶段(110mL/min和50mL/min)，第三阶段(130mL/min和30mL/min)，交替频率方式同第一阶段(100mL/min和60mL/min)设置，如图2所示。
试验结果表明：
运行稳定后，NH4 +-N去除率在85％以上，NO2 --N去除率在85％以上，NH4 +-N和NO2 --N出水浓度均在3mg/L以下。从图3-图5中可以看出在流量发生波动时，厌氧氨氧化UASB反应器经过一段时间的调节可以适应。随着波动频率和幅度的变大，厌氧氨氧化UASB反应器适应时间会变长，但是经过一段时间能适应流量的波动。厌氧氨氧化UASB反应器内的厌氧氨氧化菌经过脉冲式流量波动的培养驯化后具备了耐高冲击负荷的能力，这可使厌氧氨氧化UASB工艺能够适应实际污水厂的流量波动，从而有利于其在实际污水厂中的推广应用。

Claims (2)

1.以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的装置，其特征在于：设有原水箱(1)、厌氧氨氧化UASB反应器(2)、二沉池(3)；原水箱设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；原水箱通过进水泵(2.1)和进水泵(2.2)与厌氧氨氧化UASB反应器(2)进水管相连接，这两台进水泵并联；厌氧氨氧化UASB反应器(2)水流方向由下至上，反应器设有取样口(2.3)、回流口(2.4)、溢流口(2.7)，三相分离器(2.5)用于固液气三相的分离，气体通过排气口(2.8)由气袋(2.9)收集，反应器内的水通过出水口(2.6)排出；厌氧氨氧化反应器(2)出水管同二沉池(3)相连；二沉池(3)上设有排泥管(3.3)，厌氧氨氧化UASB反应器(2)的出水通过进水口(3.1)进入二沉池(3)后从排水口(3.2)流出。
2.应用权利要求1所述装置进行以脉冲进水方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将厌氧氨氧化污泥接种到厌氧氨氧化UASB反应器，污泥量占厌氧氨氧化UASB反应器有效容积的1/3-1/2；
2)运行时调节操作如下：
2.1)厌氧氨氧化UASB反应器运行温度控制在30±0.5℃，进水pH范围为7.5-9.0；
2.2)厌氧氨氧化UASB反应器在运行初期保持恒流量80mL/min稳定培养。通过两台并联的泵来实现脉冲进水，当一台泵开启时为低流量，当两台泵同时开启时为高流量，泵的开启和关闭采用实时控制系统实现；首先，设定高低流量分别为100mL/min和60mL/min，每天12h转换一次流量；通过监测进出水氨氮和亚硝浓度及相应去除效率，反映系统耐冲击负荷的能力，按照NH4 +-N和NO2 --N出水浓度均稳定在3mg/L以下时就可以提高脉冲进水频率的标准，将脉冲进水频率依次提高为每天6h转换一次流量，每天3h转换一次流量，和每天1.5h转换一次流量；当系统的NH4 +-N和NO2 --N出水浓度均能够稳定在3mg/L以下时，再次提高脉冲进水频率，具体做法是每天四个周期，一个周期6个小时，前4个小时1h转换一次流量，后2个小时0.5h转换一次流量；当出水NH4 +-N和NO2 --N浓度均稳定在3mg/L以下时，提高流量变化振幅；将高低流量改变为第二阶段：110mL/min和50mL/min，交替频率方式同第一阶段设置；当出水NH4 +-N和NO2 --N浓度均稳定在3mg/L以下时，高低流量改变为第三阶段：130mL/min和30mL/min，交替频率方式同第一阶段：100mL/min和60mL/min设置。
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