CN105254004B - 一种耐受硫化物厌氧氨氧化颗粒污泥培养物的培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐受硫化物厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，所述方法为：采用上流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，以含氨氮和亚硝氮的模拟废水为进水，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为8.10±0.14、水力停留时间为0.8～1.6h的条件下培养，所述的颗粒污泥经2～5周不含硫化物的模拟废水培养至反应器运行稳定，此后采用前期逐步降低及后期逐步提高浓度的方式加入硫化物，每个浓度条件下培养2～14周，至反应器内颗粒污泥达到能够耐受的浓度且在此浓度下活性较高，即达到初始运行稳定时颗粒污泥活性的80％～90％完成培养；按照本发明所述方法培养出来的厌氧氨氧化颗粒污泥有较好的耐受硫化物能力，且污泥性状优良，活性较高。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种厌氧氨氧化颗粒污泥培养物的培养方法，特别涉及一种耐受硫化物厌氧氨氧化颗粒污泥培养物的培养方法。
(二)背景技术
厌氧氨氧化作为一种新型生物脱氮工艺，以高效低耗的优势在废水生物脱氮领域有着广阔的应用前景。而承担这一工艺核心角色的是厌氧氨氧化菌。
目前，厌氧氨氧化生物脱氮工艺已经成功应用于处理多种实际废水。其中，应用最多的是污泥消化液和污泥压滤液的处理，但针对含有硫化物的厌氧消化出水的处理仍旧是其应用于工程的技术难题。许多工业废水、农业污水和城市废水都有含氮污染物和含硫污染物，在这些废水的生物处理中，含硫化合物(主要是硫酸盐)则可被转化为硫化物，硫化物能够对环境产生重大危害，其在水中会解离出S2-离子，与H+结合产生H2S，H2S是硫化物的致毒形态，能以扩散方式进入细胞，通过在多肽之键插入硫键和二硫键使蛋白质变性，干扰多种辅酶中硫的桥连和同化作用，抑制细菌的活性。硫化物能够抑制厌氧氨氧化菌的活性，但对厌氧氨氧化菌的效应在不同的研究中有所差异，在硝酸、亚硝酸盐存在的厌氧氨氧化工艺系统中也有可能存在同步脱氮除硫反应，厌氧氨氧化菌和其它菌群间可能具有复杂的生态关系。因此，在采用基于厌氧氨氧化菌的厌氧氨氧化工艺处理这些废水时，需考虑到硫化物对厌氧氨氧化污泥的综合作用，特别是长期作用。
因此，为了能够深入发掘厌氧氨氧化菌的应用领域，充分发挥其优势，培养耐受硫化物的厌氧氨氧化颗粒污泥十分有必要。研究发现经过前期逐步降低硫化物浓度的适应期及后期逐步提高硫化物浓度的驯化期，能够使厌氧氨氧化颗粒污泥具备耐受硫化物的能力，且污泥活性较高。
(三)发明内容
本发明的目的是为获得耐受硫化物厌氧氨氧化颗粒污泥培养物的培养方法，经过前期逐步降低硫化物浓度的适应期及后期逐步提高硫化物浓度的驯化期，能够使厌氧氨氧化颗粒污泥具备耐受硫化物的能力，且活性较高，为厌氧氨氧化工艺在含硫化物的工业废水、农业污水和城市废水，特别是含硫化物的厌氧消化出水等废水处理的应用创造了可能。
本发明采用的技术方案是：
一种耐受硫化物厌氧氨氧化颗粒污泥培养物的培养方法，所述方法为：采用上流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，初始运行前检测微生物活性，以含氨氮和亚硝氮的模拟废水为进水，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为8.10±0.14、水力停留时间为0.8～1.6h的条件下培养2～5周至反应器运行稳定后，向进水中逐步分段加入硫化物Na2S，继续培养至反应器内微生物活性为初始运行稳定时厌氧氨氧化颗粒污泥生物活性的80～90％，即获得耐受硫化物的厌氧氨氧化颗粒污泥培养物；所述的模拟废水组成为：氨氮70～280mg·L-1，亚硝氮70～280mg·L-1，KH2PO45～20mg·L-1，CaCl2·2H2O 1～10mg·L-1，MgSO4·2H2O 200～400mg·L-1，KHCO3800～1500mg·L-1，溶剂为水；所述硫化物每次的加入量以进水中S2-质量终浓度计为8～40mg·L-1；所述厌氧氨氧化颗粒污泥以挥发性固体浓度VSS计的生物量为12～30g·L-1。
进一步，所述硫化物为Na2S。
进一步，所述硫化物采用前期逐步降低硫化物浓度及后期逐步提高硫化物浓度的方式加入，加入量以进水中S2-的质量终浓度计，所述前期逐步降低硫化物浓度的降低幅度为50％；所述后期逐步提高硫化物浓度的幅度为60～80％，每个浓度条件下培养2～14周。
跟进一步，所述硫化物加入方法为：首次向进水中加入硫化物使S2-质量终浓度为32mg·L-1，35±1℃培养2周，再向进水中添加硫化物使S2-质量终浓度为16mg·L-1，35±1℃培养2周，逐步降低进水中硫化物浓度继续培养至反应器内微生物活性为初始运行稳定时厌氧氨氧化颗粒污泥生物活性的60％～70％；然后向进水中添加硫化物使S2-质量终浓度16mg·L-1，以60～80％的增幅向进水中添加硫化物，继续培养至反应器内微生物活性为初始运行稳定时厌氧氨氧化颗粒污泥生物活性的80～90％。
进一步，所述的模拟废水组成如下：氨氮70～280mg·L-1，亚硝氮70～280mg·L-1，KH2PO410mg·L-1，CaCl2·2H2O 7.4mg·L-1，MgSO4·2H2O 300mg·L-1，KHCO31250mg·L-1，溶剂为水。
进一步，所述厌氧氨氧化颗粒污泥的接种体积占反应器总体积的30％～90％。
进一步，所述进水中氨氮和亚硝氮的物质的量之比为1:1。
本发明所述耐受硫化物厌氧氨氧化颗粒污泥培养物的培养方法按如下步骤进行：采用上流式厌氧污泥床反应器，在35±1℃下，接种占反应器总体积的30％～90％的厌氧氨氧化颗粒污泥，以含266mg·L-1氨氮和266mg·L-1亚硝氮的模拟废水为进水，采用连续流，在水力停留时间为0.8～1.6h，厌氧、避光，进水pH为8.10±0.14的条件下培养至反应器运行稳定；次向进水中加入硫化物使S2-质量终浓度为32mg·L-1，培养2周，再向进水中添加硫化物使S2-质量终浓度为16mg·L-1，培养2周，逐步降低进水中硫化物浓度继续培养至反应器内微生物活性为初始运行稳定时厌氧氨氧化颗粒污泥生物活性的60％～70％；然后向进水中添加硫化物使S2-质量终浓度16mg·L-1，以60～80％的增幅向进水中添加硫化物，继续培养至反应器内微生物活性为初始运行稳定时厌氧氨氧化颗粒污泥生物活性的80～90％；所述厌氧氨氧化颗粒污泥的生物量为16.7g·L-1，活性为245mgN·g-1VSS·d-1。
本发明通过前期逐步降低及后期逐步提高硫化物浓度的方法，使厌氧氨氧化颗粒污泥经过适应期和驯化期从而能够具备耐受硫化物的能力，且颗粒污泥活性较高，试验证明这种方法对于培养耐受硫化物的厌氧氨氧化颗粒污泥是有效的。
本发明的有益效果主要体现在：①培养的颗粒污泥可耐受40mg·L-1硫化物，拓宽了厌氧氨氧化工艺的应用领域；②显著缩短了驯化培养周期。
(四)附图说明
图1是上流式厌氧污泥床反应器的结构示意图；图1中：1.下锥体；2.进水口；3.反应器主体；4.上锥台；5.沉淀区；6.出水口；7.三相分离器。
(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：
所述模拟废水组成为：氨氮70～280mg·L-1，亚硝氮70～280mg·L-1，KH2PO45～20mg·L-1，CaCl2·2H2O 1～10mg·L-1，MgSO4·2H2O 200～400mg·L-1，KHCO3800～1500mg·L-1溶剂为水。
在连续流中，采用上流式厌氧污泥床反应器(图1)，在35±1℃下，以挥发性悬浮固体浓度VSS表示的污泥生物量为16.7g·L-1，颗粒污泥活性为245mgN·g-1VSS·d-1的厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，以含266mg·L-1氨氮和266mg·L-1亚硝氮的模拟废水为进水，水力停留时间为0.8h，在厌氧、避光，进水pH为8.10±0.14的条件下对污泥进行培养。其中所用模拟废水中其它组分组成如下：KH2PO410mg·L-1，CaCl2·2H2O 7.4mg·L-1，MgSO4·2H2O300mg·L-1，KHCO31250mg·L-1，溶剂为水。设置两个有效体积均为1.0L的上流式厌氧污泥床反应器(图1)作为对照组和试验组。对照组为不做任何处理的一组，试验组为在此基础上在进水中添加一定浓度硫化物Na2S的一组。将反应器直接置于35±1℃的恒温室中，经2～5周不含硫化物的模拟废水培养稳定后，对照组颗粒污泥活性为372mgN·g-1VSS·d-1，试验组颗粒污泥的活性为271.2mgN·g-1VSS·d-1，随后进入前期逐步降低硫化物浓度阶段，硫化物加入量以进水中S2-的质量终浓度计。试验组首次添加Na2S使进水中S2-的质量终浓度为32mg·L-1，培养2周，此时对照组颗粒污泥的活性为156mgN·g-1VSS·d-1，试验组颗粒污泥的活性为38.4mgN·g-1VSS·d-1；第二次添加Na2S使进水中S2-质量终浓度为16mg·L-1，培养2周后，对照组颗粒污泥的活性为213.6mgN·g-1VSS·d-1，试验组颗粒污泥的活性为38.4mgN·g-1VSS·d-1；最后一次添加Na2S使进水中S2-质量终浓度为8mg·L-1，培养5周后，对照组颗粒污泥的活性为213.6mgN·g-1VSS·d-1，试验组颗粒污泥的活性为14.4mgN·g- 1VSS·d-1，继续培养9周后，对照组颗粒污泥的活性为288mgN·g-1VSS·d-1，试验组颗粒污泥的活性为184.8mgN·g-1VSS·d-1，与前5周相比，颗粒污泥进入适应期，试验组活性提高了约10倍；紧接着进入后期逐步提高硫化物浓度阶段进入驯化期，向进水中添加Na2S使S2-的质量终浓度为16mg·L-1，培养2周后，对照组颗粒污泥的活性为393.6mgN·g-1VSS·d-1，试验组颗粒污泥的活性为225.6mgN·g-1VSS·d-1，试验组颗粒污泥活性提高了约1.2倍；此后试验组继续提高硫化物浓度，向进水中添加Na2S使S2-的质量终浓度为24mg·L-1的条件下培养2周，然后再向进水中添加Na2S使S2-的质量终浓度为32mg·L-1的条件下培养2周，此过程中对照组和试验组颗粒污泥活性较稳定，变化范围分别为393.6±9.6mgN·g-1VSS·d-1和225.6±4.8mgN·g-1VSS·d-1；最后向进水中添加Na2S使S2-的质量终浓度提高至40mg·L-1，连续培养5周，对照组中颗粒污泥的活性为388mgN·g-1VSS·d-1，试验组内颗粒污泥的活性为220.8mgN·g-1VSS·d-1，此时颗粒污泥的活性达到初始运行稳定时颗粒污泥活性的81.4％，硫化物浓度不能再提高，否则厌氧氨氧化颗粒污泥活性会降低，获得耐受硫化物厌氧氨氧化颗粒污泥培养物。
因而，厌氧氨氧化颗粒污泥在经过前期逐步降低硫化物浓度的适应期，以及后期逐步提高硫化物浓度的驯化期后，能够获得对硫化物的耐受力，性状优良，且活性较高。
Claims (6)
1.一种耐受硫化物厌氧氨氧化颗粒污泥培养物的培养方法，其特征在于所述方法为：采用上流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，以含氨氮和亚硝氮的模拟废水为进水，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为8.10±0.14、水力停留时间为0.8～1.6h的条件下培养2～5周至反应器运行稳定后，首次向进水中加入硫化物使S2-质量终浓度为32mg·L-1，35±1℃培养2周，再向进水中添加硫化物使S2-质量终浓度为16mg·L-1，35±1℃培养2周，以50％的幅度逐步降低进水中硫化物浓度继续培养至反应器内微生物活性为初始运行稳定时厌氧氨氧化颗粒污泥生物活性的60％～70％；然后向进水中添加硫化物使S2-质量终浓度16mg·L-1，以60～80％的增幅向进水中添加硫化物，继续培养至反应器内微生物活性为初始运行稳定时厌氧氨氧化颗粒污泥生物活性的80～90％，即获得耐受硫化物的厌氧氨氧化颗粒污泥培养物；所述的模拟废水组成为：氨氮70～280mg·L-1，亚硝氮70～280mg·L-1，KH2PO4 5～20mg·L-1，CaCl2·2H2O 1～10mg·L-1，MgSO4·2H2O 200～400mg·L-1，KHCO3 800～1500mg·L-1，溶剂为水；所述硫化物每次的加入量以进水中S2-质量终浓度计为8～40mg·L-1；所述厌氧氨氧化颗粒污泥生物量为12～30g·L-1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硫化物为Na2S。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的模拟废水组成如下：氨氮70～280mg·L-1，亚硝氮70～280mg·L-1，KH2PO4 10mg·L-1，CaCl2·2H2O 7.4mg·L-1，MgSO4·2H2O300mg·L-1，KHCO3 1250mg·L-1，溶剂为水。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述厌氧氨氧化颗粒污泥的接种体积占反应器总体积的30％～90％。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述进水中氨氮和亚硝氮的物质的量之比为1:1。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于所述方法按如下步骤进行：采用上流式厌氧污泥床反应器，在35±1℃下，接种占反应器总体积的30％～90％的厌氧氨氧化颗粒污泥，以含266mg·L-1氨氮和266mg·L-1亚硝氮的模拟废水为进水，采用连续流进水，在水力停留时间为0.8～1.6h、厌氧、避光，进水pH为8.10±0.14的条件下培养至反应器运行稳定；向进水中加入硫化物使S2-质量终浓度为32mg·L-1，培养2周，再向进水中添加硫化物使S2-质量终浓度为16mg·L-1，培养2周，逐步降低进水中硫化物浓度继续培养至反应器内微生物活性为初始运行稳定时厌氧氨氧化颗粒污泥生物活性的60％～70％；然后向进水中添加硫化物使S2-质量终浓度16mg·L-1，以60～80％的增幅向进水中添加硫化物，继续培养至反应器内微生物活性为初始运行时接种的厌氧氨氧化颗粒污泥生物活性的80～90％；所述接种厌氧氨氧化颗粒污泥的生物量为16.7g·L-1，活性为245mgN·g-1VSS·d-1。
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