CN105016468A - AOB-AnAOB颗粒污泥及其制备方法和利用其自养脱氮处理废水的方法 - Google Patents
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Abstract
AOB-AnAOB颗粒污泥及其制备方法和利用其自养脱氮处理废水的方法，它涉及一种颗粒污泥及其制备方法和利用其自养脱氮处理废水的方法。它解决了目前废水自养脱氮处理技术中均将活性污泥接种于填料，填料上活性污泥接极易脱落、堵塞过滤网的问题。颗粒状污泥由氨氧化菌和厌氧氨氧化菌组成。制备方法：一、接种活性污泥；二、进水、微氧曝气；三、继续进水、微氧曝气。水处理方法：一、接种AOB-AnAOB颗粒污泥；二、微氧间歇曝气。本发明AOB-AnAOB颗粒污泥使用时无须接种于填料，不发生生物膜脱落，不易堵塞过滤网。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒污泥及其制备方法和利用其自养脱氮处理废水的方法。
背景技术
目前在工程中主要采用(自养)硝化-(异养)反硝化工艺脱氮，对于高氨氮低碳氮比的废水，如污水处理厂的消化污泥脱水液和垃圾渗滤液等采用常规硝化-反硝化工艺处理时，能耗太大且要外加有机碳源以满足异养反硝化的需要，故处理费用很高。A.Hippen等于1997年在德国Mechernich地区的垃圾渗滤水处理厂发现了一个非常重要的新型生物脱氮现象；全程自养脱氮，即在限制溶氧下，有超过60％的氨氮在生物转盘反应器中转化成N2而得以去除，整个氨氮去除过程全部由自养菌完成，其能耗仅为常规硝化-反硝化脱氮能耗的1/3。
近几年自养脱氮技术得到了发展，但是都采用将活性污泥接种于填料方式实现自养脱氮。长时间运行，填料上活性污泥接极易脱落、堵塞过滤网。
发明内容
本发明是为了解决目前废水自养脱氮处理技术中均将活性污泥接种于填料，填料上活性污泥接极易脱落、堵塞过滤网的问题，而提供的一种AOB-AnAOB颗粒污泥及其制备方法和利用其自养脱氮处理废水的方法。
AOB-AnAOB颗粒污泥为颗粒状污泥，由氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB)组成，为AOB-AnAOB聚合体系；氨氧化菌密集排布于AOB-AnAOB颗粒污泥的外层区域，厌氧氨氧化菌集中分布于AOB-AnAOB颗粒污泥内层。
上述AOB-AnAOB颗粒污泥的制备方法：
AOB-AnAOB颗粒污泥按以下步骤制备：
一、在膨胀颗粒污泥床反应器中接种絮状硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥；
二、进水、微氧曝气运行58±2天，曝停时间分配为30s:600s，不排泥；
三、继续进水、微氧曝气运行5～10天，曝停时间分配为180s:180s，控制水体DO值为0.2±0.1mg/L，水力停留2.2h，不排泥；即获得AOB-AnAOB颗粒污泥；
其中，步骤二中进水为无机高氨氮废水，进水水温为32±1℃、进水pH值为7.9±0.1、进水NH4 +-N浓度为210mg/L；
步骤二膨胀颗粒污泥床反应器内上升流速为20m/h，进水转速为3r/min，进水流量为600mL/h，水力停留时间为2.2h；
步骤二微氧曝气采用间歇曝气，膨胀颗粒污泥床反应器内水体DO值为0.02±0.01mg/L；
步骤三中进水水温为32±1℃。
利用上述AOB-AnAOB颗粒污泥自养脱氮处理废水的方法：
一、在膨胀颗粒污泥床反应器中接种AOB-AnAOB颗粒污泥；
二、通入待处理废水，微氧间歇曝气、曝停时间分配为180s:180s，控制水体DO值为0.2±0.1mg/L，水力停留2.2h，出水，即完成待处理废水自养脱氮处理。
本发明采用絮状硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥同时接种于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器的方法培养AOB-AnAOB颗粒污泥，其培养时间不超过70天。本发明AOB-AnAOB颗粒污泥为AOB-ANANMMOX聚合体系，共生干扰菌——亚硝酸盐氧化菌(NOB)则数量极少，零星散落于AOB-AnAOB颗粒污泥表面；氨氧化菌密集排布于AOB-AnAOB颗粒污泥的外层区域，厌氧氨氧化菌集中分布于AOB-AnAOB颗粒污泥内层。
氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)为共生菌，本发明AOB-AnAOB颗粒污泥制备方法步骤二中颗粒污泥含有AOB、NOB和AnAOB三类菌。AOB、NOB和AnAOB之间的供需关系错综复杂，整个自养脱氮过程中AOB和AnAOB竞争NH4 +协作NO2 -，NOB和AnAOB竞争NO2 -，AOB和NOB竞争O2协作NO2 -，AnAOB受氧气抑制。根据AOB、NOB和AnAOB之间的需氧矛盾，本发明AOB-AnAOB颗粒污泥制备方法通过步骤三的微氧间歇曝气来调控水体的DO含量分布微环境和微生物反应进程，重新建立颗粒污泥的微生物平衡态，不仅将絮状硝化污泥和颗粒状厌氧氨氧化污泥培养为一体，形成颗粒状AOB-AnAOB污泥，更抑制了干扰菌NOB的生长，使其减少到几乎消失，形成了AOB-AnAOB聚合体系。
本发明AOB-AnAOB颗粒污泥使用时无须接种于填料，不发生生物膜脱落，不易堵塞过滤网。
本发明AOB-AnAOB颗粒污泥脱氮效果稳定，氨氮和总氮平均去除率分别可达90.6％、72.3％，平均总氮去除负荷达1.216kg·N/(m3·d)。
使用本发明AOB-AnAOB颗粒污泥能够在一个反应器中完成废水的自养脱氮处理，减少了设备占地面积，节省了资金投入。
附图说明
图1是实施例2水处理颗粒污泥的扫描电镜(SEM)图。
图2是实施例2水处理颗粒污泥的荧光原位杂交(FISH)图。
图3是实施例3水处理颗粒污泥的扫描电镜(SEM)图。
图4是实施例3水处理颗粒污泥的荧光原位杂交(FISH)图。
图5是实施例4水处理颗粒污泥的扫描电镜(SEM)图。
图6是实施例4水处理颗粒污泥的荧光原位杂交(FISH)图。
扫描电镜(SEM)图中AnAOB(厌氧氨氧化菌)呈球状，AOB(氨氧化菌)呈短杆状，NOB(亚硝酸盐氧化细菌)呈长杆状或螺旋状，部分异养菌以丝状菌形式存在。
荧光原位杂交(FISH)图中紫色荧光为AnAOB，绿色荧光为AOB，红色荧光为NOB，蓝色荧光为全菌。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式AOB-AnAOB颗粒污泥为颗粒状污泥，由氨氧化菌和厌氧氨氧化菌组成，为AOB-AnAOB聚合体系；氨氧化菌密集排布于AOB-AnAOB颗粒污泥的外层区域，厌氧氨氧化菌集中分布于AOB-AnAOB颗粒污泥内层。
AOB-AnAOB颗粒污泥表面零星散落分布有亚硝酸盐氧化菌(NOB)，NOB数量极少。
具体实施方式二：本实施方式AOB-AnAOB颗粒污泥按以下步骤制备：
一、在膨胀颗粒污泥床反应器中接种絮状硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥；
二、进水、微氧曝气运行58±2天，曝停时间分配为30s:600s，不排泥；
三、继续进水、微氧曝气运行5～10天，曝停时间分配为180s:180s，控制水体DO值为0.2±0.1mg/L，水力停留2.2h，不排泥；即获得AOB-AnAOB颗粒污泥；
其中，步骤二中进水为无机高氨氮废水，进水水温为32±1℃、进水pH值为7.9±0.1、进水NH4 +-N浓度为210mg/L；
步骤二膨胀颗粒污泥床反应器内上升流速为20m/h，进水转速为3r/min，进水流量为600mL/h，水力停留时间为2.2h；
步骤二微氧曝气采用间歇曝气，膨胀颗粒污泥床反应器内水体DO值为0.02±0.01mg/L；
步骤三中进水水温为32±1℃；
步骤三中曝气量为8±2mL/min；进水pH值为7.9±0.1；步骤三膨胀颗粒污泥床反应器内上升流速为20m/h，进水流量为600mL/h。
本实施方式AOB-AnAOB颗粒污泥为AOB-AnAOB纯聚合体系；氨氧化菌密集排布于AOB-AnAOB颗粒污泥的外层区域，厌氧氨氧化菌集中分布于AOB-AnAOB颗粒污泥内层。亚硝酸盐氧化菌(NOB)数量极少，零星散落分布于AOB-AnAOB颗粒污泥表面。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：步骤一中絮状硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥的接种量体积比为1～2︰1。其它步骤及参数与实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三的不同点是：步骤二中曝气量为8±2mL/min。其它步骤及参数与实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式利用AOB-AnAOB颗粒污泥自养脱氮处理废水的方法：
一、在膨胀颗粒污泥床反应器中接种AOB-AnAOB颗粒污泥；
二、通入待处理废水，微氧间歇曝气、曝停时间分配为180s:180s，控制水体DO值为0.2±0.1mg/L，水力停留2.2h，出水，即完成待处理废水自养脱氮处理。
微氧间歇曝气有利于颗粒污泥好氧-厌氧的微环境循环，有利于颗粒污泥内好氧菌群的代谢，建立AOB、NOB和AnAOB之间的新平衡态，减少了颗粒污泥中NOB的数量，并保持污泥的颗粒完整性。本发明不仅可提高AOB-AnAOB颗粒污泥的脱氮效率，而且在能有效减少曝气量，节约曝气成本，经济效益更高。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤一中AOB-AnAOB颗粒污泥的接种量为40％；步骤二中曝气量为8±2mL/min；步骤二中进水水温为32±1℃、进水pH值为7.9±0.1；步骤二中步骤二膨胀颗粒污泥床反应器内上升流速为20m/h，进水转速为3r/min，进水流量为600mL/h。其它步骤及参数与实施方式五相同。
实施例1
一、在膨胀颗粒污泥床反应器中接种絮状硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥；
二、进水、微氧曝气运行58天，曝停时间分配为30s:600s，不排泥；得到颗粒污泥A；
其中，步骤一中絮状硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥的接种量体积比为1︰1；
步骤二中进水为无机高氨氮废水，进水水温为32℃、进水pH值为7.9、进水NH4 +-N浓度为210mg/L；
步骤二膨胀颗粒污泥床反应器内上升流速为20m/h，进水转速为3r/min，进水流量为600mL/h，水力停留时间为2.2h；
步骤二微氧曝气采用间歇曝气，膨胀颗粒污泥床反应器内水体DO值为0.02±0.01mg/L；
步骤二中曝气量为8mL/min。
实施例2
利用AOB-AnAOB颗粒污泥自养脱氮处理废水的方法：
一、在膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中接种实施例1制备的颗粒污泥A，实施例1制备的颗粒污泥A的接种量为40％；
二、通入待处理废水，微氧间歇曝气，控制水体DO值为0.01±0.03mg/L，水力停留2.2h，出水，即完成待处理废水自养脱氮处理；
其中，步骤二中曝气量为8mL/min，曝停时间分配为30s:600；步骤二中进水水温为32℃、进水pH值为7.9；步骤二中膨胀颗粒污泥床反应器内上升流速为20m/h，进水转速为3r/min，进水流量为600mL/h。
本实施例利用AOB-AnAOB颗粒污泥对废水进行处理，氨氮和总氮的平均去除率分别为80.8％和62.1％，平均总氮去除负荷为1.037kg N/(m3·d)。
将运行20天的本实施例颗粒污泥取出，进行扫描电镜和荧光原位杂交观察。观察结果如图1和图2所示。本实施例颗粒污泥为AOB，NOB和AnAOB三类功能菌群以团簇状聚合，少量AOB及NOB散落分布于颗粒污泥表面，AnAOB均匀分布于整个颗粒内部。
实施例3
本实施例与实施例1的不同点在于步骤二中曝停时间分配为180s:180s，控制水体DO值为0.1～0.3mg/L。
本实施例利用AOB-AnAOB颗粒污泥对废水进行处理，氨氮和总氮的平均去除率分别为90.6％和72.3％，平均总氮去除负荷为1.216kg N/(m3·d)。
将运行20天的本实施例颗粒污泥(即本发明AOB-AnAOB颗粒污泥)取出，进行扫描电镜和荧光原位杂交观察。观察结果如图3和图4所示。图3中NOB数量明显减少，形成AOB-AnAOB聚合体系；图4中AOB密集排布于颗粒污泥外层区域，AnAOB集中分布于颗粒污泥内层，NOB数量极少。
实施例4
本实施例与实施例1的不同点在于步骤二中曝停时间分配为600s:30s，控制水体DO值为0.4～0.6mg/L。
本实施例利用AOB-AnAOB颗粒污泥对废水进行处理，氨氮和总氮的平均去除率分别为60.5％和40.6％，平均总氮去除负荷为0.721kg·N/(m3·d)。
将运行20天的本实施例颗粒污泥取出，进行扫描电镜和荧光原位杂交观察。观察结果如图5和图6所示。图5中NOB数量剧增，AnAOB数量明显减少，并出现大量丝状菌；图6中大量AOB及NOB分布扩展至颗粒污泥内层，AnAOB仅散布于颗粒污泥内部核心区域。
根据实施例2～4的比较的发现，水处理过程中适度的溶解氧值(DO值为0.2±0.1mg/L)及合适的曝气曝停时间分配方式，有利于AOB-AnAOB颗粒污泥内好氧菌群的代谢，并能遏制NOB的增长、降低NOB的数量，促进整个自养脱氮过程，获得最理想的氨氮及总氮去除效果。
Claims (10)
1.AOB-AnAOB颗粒污泥，其特征在于AOB-AnAOB颗粒污泥为颗粒状污泥，由氨氧化菌和厌氧氨氧化菌组成，为AOB-AnAOB聚合体系；氨氧化菌密集排布于AOB-AnAOB颗粒污泥的外层区域，厌氧氨氧化菌集中分布于AOB-AnAOB颗粒污泥内层。
2.权利要求1所述AOB-AnAOB颗粒污泥的制备方法，其特征在于AOB-AnAOB颗粒污泥按以下步骤制备：
一、在膨胀颗粒污泥床反应器中接种絮状硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥；
二、进水、微氧曝气运行58±2天，曝停时间分配为30s:600s，不排泥；
三、继续进水、微氧曝气运行5～10天，曝停时间分配为180s:180s，控制水体DO值为0.2±0.1mg/L，水力停留2.2h，不排泥；即获得AOB-AnAOB颗粒污泥；
其中，步骤二中进水为无机高氨氮废水，进水水温为32±1℃、进水pH值为7.9±0.1、进水NH4 +-N浓度为210mg/L；
步骤二膨胀颗粒污泥床反应器内上升流速为20m/h，进水转速为3r/min，进水流量为600mL/h，水力停留时间为2.2h；
步骤二微氧曝气采用间歇曝气，膨胀颗粒污泥床反应器内水体DO值为0.02±0.01mg/L；
步骤三中进水水温为32±1℃。
3.根据权利要求2所述的AOB-AnAOB颗粒污泥的制备方法，其特征在于步骤一中絮状硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥的接种量体积比为1～2︰1。
4.根据权利要求2所述的AOB-AnAOB颗粒污泥的制备方法，其特征在于步骤二中曝气量为8±2mL/min。
5.根据权利要求2所述的AOB-AnAOB颗粒污泥的制备方法，其特征在于步骤三中曝气量为8±2mL/min；进水pH值为7.9±0.1；步骤三膨胀颗粒污泥床反应器内上升流速为20m/h，进水流量为600mL/h。
6.利用AOB-AnAOB颗粒污泥自养脱氮处理废水的方法，其特征在于按以下步骤进行：
一、在膨胀颗粒污泥床反应器中接种AOB-AnAOB颗粒污泥；
二、通入待处理废水，微氧间歇曝气、曝停时间分配为180s:180s，控制水体DO值为0.2±0.1mg/L，水力停留2.2h，出水，即完成待处理废水自养脱氮处理。
7.利用AOB-AnAOB颗粒污泥自养脱氮处理废水的方法，其特征在于步骤一中AOB-AnAOB颗粒污泥的接种量为有效容积的40％。
8.利用AOB-AnAOB颗粒污泥自养脱氮处理废水的方法，其特征在于步骤二中曝气量为8±2mL/min。
9.利用AOB-AnAOB颗粒污泥自养脱氮处理废水的方法，其特征在于步骤二中进水水温为32±1℃、进水pH值为7.9±0.1。
10.利用AOB-AnAOB颗粒污泥自养脱氮处理废水的方法，其特征在于步骤二中步骤二膨胀颗粒污泥床反应器内上升流速为20m/h，进水流量为600mL/h。
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