CN105152327B - 具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法：在反应器内接种厌氧氨氧化污泥，置于30～35℃恒温室中，泵入初始进水，在厌氧、避光、进水pH为7.4～7.8条件下运行，初始水力停留时间为3～6h；逐步增加基质浓度至210～280mg L‑1，再逐步缩短水力停留时间至2～3h；运行50～70d后，逐步增加钙离子浓度至50～80mg L‑1，再逐步增加磷酸盐浓度至100～300mgP L‑1，之后逐步缩短水力停留时间至0.5～1h，再经过40～60天的运行，培养成功；本发明方法培养得到的颗粒污泥沉降性能好、机械强度高、颗粒粒径大、菌载密集，可实现高流速下厌氧氨氧化菌的高效持留。

Description

具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法
(一)技术领域
本发明涉及一种厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，具体涉及一种具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。
(二)背景技术
氮是不可或缺的生命元素，它对人类生存发展的重要性不言而喻。但近年来含氮化合物的过量排放，造成了水体富营养化等一系列危害。水中氮素常以氨氮的形式存在，实现高氨氮、低碳氮比废水的高效低耗处理一直是环境工程领域的难题。
随着我国城镇化步伐的不断推进，城市生活污水的再生利用和能源回收日益成为社会的焦点，目前能源和成本效益以及可持续发展逐渐演变为城市污水处理行业的标杆，这对于提高城市居民生活水平、建设节能低耗的生态文明城市意义重大。
城市生活污水所蕴藏的能量主要来自有机碳、氨氮、磷酸盐，据估计其能量分别约为23W/人、6W/人、0.8W/人。但传统的硝化-反硝化工艺不仅脱氮效率低，而且还需要大量的能源投入，有违我国“可持续发展”的战略要求。而自养脱氮型厌氧氨氧化工艺因其无需外加有机碳源，可以将污水中的有机物尽可能多地用于产能，使得城市污水的能源自给型处理更具可行性。目前该工艺在处理市政污泥压滤液领域已日趋成熟，而在主流生活污水处理方面，如何实现高流速下厌氧氨氧化菌的高效持留是该工艺面临的一个巨大挑战。
针对这些问题，本发明提出了一种具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。本发明培养出的含核颗粒污泥具有沉降性能好、机械强度高、颗粒粒径大、菌载密集等优点。
(三)发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，所述方法为：
(1)在反应器内接种厌氧氨氧化污泥，置于30～35℃恒温室中，泵入初始进水，在厌氧、避光、进水pH为7.4～7.8条件下运行，初始水力停留时间为3～6h；
所述初始进水的成分组成为：NaH2PO4 10mg L-1、CaCl2·2H2O 5.6mg L-1、MgSO4·7H2O 5.6mg L-1、NaHCO3 840mg L-1、微量元素I储备液1.25ml L-1、微量元素II储备液1.25mlL-1、NH4 +-N 70mg L-1、NO2 --N 70mg L-1；
其中，所述微量元素I储备液的成分组成为：EDTA 5.00g·L-1、FeSO4 9.14g·L-1；所述微量元素II储备液的成分组成为：EDTA 15.0g·L-1、ZnSO4·7H2O 0.430g·L-1、CoCl2·6H2O 0.240g·L-1、MnCl2·4H2O 0.990g·L-1、CuSO4·5H2O 0.250g·L-1、NaMoO4·2H2O 0.220g·L-1、NiCl2·6H2O 0.210g·L-1、H3BO4 0.014g·L-1；
(2)逐步增加进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度，直到进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度均达到210～280mg L-1，然后逐步缩短水力停留时间，直至水力停留时间为2～3h；
(3)在水力停留时间为2～3h条件下运行50～70d，然后逐步增加进水中钙离子浓度，直到进水中钙离子浓度达到50～80mg L-1，接着逐步增加进水中磷酸盐浓度，直到进水中磷酸盐浓度达到100～300mgP L-1，之后逐步缩短水力停留时间，直至水力停留时间为0.5～1h，再经过40～60天的运行，则所述的具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥培养成功(可观察到颗粒污泥中含有白色小体)。
本发明中，所述的厌氧氨氧化污泥为本领域常规的厌氧氨氧化污泥，可以取自厌氧氨氧化反应器。
进一步，本发明所述的具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，
步骤(1)中，所述的反应器通常为升流式厌氧污泥床反应器；推荐所述的反应器接种污泥浓度为10～20gVSS·L-1。
步骤(1)中，所述进水的pH值用1mol·L-1盐酸和1mol·L-1NaOH溶液进行调节。
步骤(2)中，所述逐步增加进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度是指：每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，以70mg L-1的步幅同步增加进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度。
步骤(3)中，所述逐步增加进水中的钙离子浓度是指：每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，以10mgCa L-1的步幅增加进水中CaCl2·2H2O的浓度。
步骤(3)中，所述逐步增加进水中的磷酸盐浓度是指：每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，以5～100mgP L-1的步幅增加进水NaH2PO4的浓度。
步骤(2)或步骤(3)中，所述的逐步缩短水力停留时间是指：每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，缩短水力停留时间为原水力停留时间的70％～90％。
本发明的优点主要体现在：本发明方法培养得到的具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥沉降性能好、机械强度高、颗粒粒径大、菌载密集，可实现高流速下厌氧氨氧化菌的高效持留。
(四)附图说明
图1是实施例1制备的厌氧氨氧化颗粒污泥的内核XRD图谱。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
(1)采用有效体积1.0L的升流式厌氧污泥床反应器，接种污泥取自实验室长期运行的厌氧氨氧化反应器，反应器置于35±1℃恒温室中，厌氧、避光运行，初始污泥浓度为21.0gVSS L-1，初始水力停留时间为6h。
所述初始进水的成分组成为：NaH2PO4 10mg L-1、CaCl2·2H2O 5.6mg L-1、MgSO4·7H2O 5.6mg L-1、NaHCO3 840mg L-1、微量元素I储备液1.25ml L-1、微量元素II储备液1.25mlL-1、NH4 +-N 70mg L-1、NO2 --N 70mg L-1；
其中，所述微量元素I储备液的成分组成为：EDTA 5.00g·L-1、FeSO4 9.14g·L-1；所述微量元素II储备液的成分组成为：EDTA 15.0g·L-1、ZnSO4·7H2O 0.430g·L-1、CoCl2·6H2O 0.240g·L-1、MnCl2·4H2O 0.990g·L-1、CuSO4·5H2O 0.250g·L-1、NaMoO4·2H2O 0.220g·L-1、NiCl2·6H2O 0.210g·L-1、H3BO4 0.014g·L-1；
(2)初始基质浓度(即NH4 +-N和NO2 --N浓度)为70mg L-1，逐步增加进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度(即每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，以70mg L-1的步幅同步增加进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度)，直到进水基质浓度达到280mg L-1；然后逐步缩短水力停留时间(即每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，缩短水力停留时间为原水力停留时间的80％)，直至2.4h。在水力停留时间为2.4h的条件下运行60d后可获得颗粒污泥，该颗粒污泥的颗粒粒径为1.61±1.1mm，EPS含量为160±16mg g-1VSS，经鉴定菌种为Candidatus Kueneniastuttgartiensis。
(3)之后逐步增加进水中钙离子浓度(即每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，以10mgCa L-1的步幅增加进水中CaCl2·2H2O浓度)，直至进水中CaCl2·2H2O浓度为58.6mg L-1，此后维持该浓度。接着按表1所示，逐步提高进水中磷酸盐(NaH2PO4)浓度。当磷酸盐浓度达到表中上限值后，逐步缩短水力停留时间(即每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，缩短水力停留时间为原水力停留时间的80％)，直至0.75h，再经过50天的运行，反应器的脱氮负荷可达到15kgN m-3d-1，最终得到含核厌氧氨氧化颗粒污泥，其特性如表2所示。
厌氧氨氧化颗粒污泥内核经鉴定为羟基磷灰石，其XRD图谱如图1所示。
试验证明，本方法可培养出沉降性能好、机械强度高、颗粒粒径大、菌载密集、活性高的厌氧氨氧化颗粒污泥。
表1反应器进、出水磷酸盐浓度(以mgP L-1计)
表2普通厌氧氨氧化颗粒污泥和含核厌氧氨氧化颗粒污泥的颗粒特性比较

Claims (4)

1.一种具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述方法为：
(1)在反应器内接种厌氧氨氧化污泥，置于30～35℃恒温室中，泵入初始进水，在厌氧、避光、进水pH为7.4～7.8条件下运行，初始水力停留时间为3～6h；
所述初始进水的成分组成为：NaH2PO4 10mg L-1、CaCl2·2H2O 5.6mg L-1、MgSO4·7H2O5.6mg L-1、NaHCO3 840mg L-1、微量元素I储备液1.25ml L-1、微量元素II储备液1.25ml L-1、NH4 +-N 70mg L-1、NO2 --N 70mg L-1；
其中，所述微量元素I储备液的成分组成为：EDTA 5.00g·L-1、FeSO4 9.14g·L-1；所述微量元素II储备液的成分组成为：EDTA 15.0g·L-1、ZnSO4·7H2O 0.430g·L-1、CoCl2·6H2O0.240g·L-1、MnCl2·4H2O 0.990g·L-1、CuSO4·5H2O 0.250g·L-1、NaMoO4·2H2O 0.220g·L-1、NiCl2·6H2O 0.210g·L-1、H3BO4 0.014g·L-1；
(2)逐步增加进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度，直到进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度均达到210～280mg L-1，然后逐步缩短水力停留时间，直至水力停留时间为2～3h；
所述逐步增加进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度是指：每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，以70mg L-1的步幅同步增加进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度；
所述的逐步缩短水力停留时间是指：每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，缩短水力停留时间为原水力停留时间的70％～90％；
(3)在水力停留时间为2～3h条件下运行50～70d，然后逐步增加进水中钙离子浓度，直到进水中钙离子浓度达到50～80mg L-1，接着逐步增加进水中磷酸盐浓度，直到进水中磷酸盐浓度达到100～300mgP L-1，之后逐步缩短水力停留时间，直至水力停留时间为0.5～1h，再经过40～60天的运行，则所述的具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥培养成功；
所述逐步增加进水中的钙离子浓度是指：每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，以10mgCa L-1的步幅增加进水中CaCl2·2H2O的浓度；
所述逐步增加进水中的磷酸盐浓度是指：每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，以5～100mgP L-1的步幅增加进水NaH2PO4的浓度；
所述的逐步缩短水力停留时间是指：每当出水NO2 --N浓度低于10mg L-1时，缩短水力停留时间为原水力停留时间的70％～90％。
2.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的反应器为升流式厌氧污泥床反应器。
3.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的反应器接种污泥浓度为10～20gVSS·L-1。
4.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，步骤(1)中，所述进水的pH值用1mol·L-1盐酸和1mol·L-1NaOH溶液进行调节。
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