CN105502649B - 一种缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法 - Google Patents

一种缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法。先用磷酸缓冲液冲洗厌氧氨氧化污泥，再将污泥置于含碳酸氢盐(或碳酸盐)、磷酸盐(或磷酸氢盐)和可溶性钙盐的混合液中，进行低匀速搅拌使钙的沉淀物附着于颗粒污泥上，再投入厌氧氨氧化反应器，逐步提高反应器进水中的碳酸氢盐(或碳酸盐)浓度和磷酸盐(或磷酸氢盐)浓度，同时从反应区顶部流加可溶性钙盐溶液。通过反应器的长期运行过程，使反应生产的钙盐沉淀附着于厌氧氨氧化颗粒污泥表面，以增加浮于反应区顶部污泥的密度，提高厌氧氨氧化颗粒污泥的沉降性能，缓解污泥上浮及随出水流失，从而提高反应器内的厌氧氨氧化生物量，最终提升反应器的厌氧氨氧化性能。

Description

一种缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法
技术领域
本发明涉及废水生物脱氮技术领域，特别涉及一种有效缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法。
背景技术
近十年来，氨氮废水的大量排放造成了严重的环境污染。氨氮进入水体，可使湖泊富营养化，造成蓝藻、绿藻等藻类爆发，耗尽水体中的溶解氧，使水生动植物死亡，水生生态系统遭到严重破坏。同时，氨氮排入水体中，可与水中其他物质反应生成多种有毒物质，严重危害水质安全。国家出台了一系列措施、制度，旨在控制水体氨氮污染。其中，“十二五”规划中已将氨氮列为约束性控制指标，成为继化学需氧量(COD)后水体污染控制中的第二个约束性控制指标。废水氮素污染控制是实现国家环保目标和保证社会可持续发展的重大环保课题。
常用的废水脱氮方法有吹脱法、沉淀法、吸附法以及折点氯化法等，但存在能耗高、二次污染严重以及操作不便等缺点，难以大规模推广应用。传统的生物脱氮技术则存在脱氮速率不高，需氧量大以及需外加有机物以提供电子供体等不足。厌氧氨氧化可在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨直接氧化为氮气，该过程无需添加有机物和曝气，因而可大大降低能耗和运行费用，且剩余污泥产量少，容积效能高，其容积氮去除负荷可达77kg/(m3·d)，可大大降低废水处理成本及减少反应器的占地面积，因而被公认为迄今最具可持续发展特性的废水脱氮技术。目前已在污泥压滤液、垃圾渗滤液、味精废水、制药废水等领域获得了应用，显示了良好的应用潜力。
在厌氧氨氧化反应器的运行过程中，我们发现随着氮容积负荷的提升，产气量逐渐增大，反应器内逐步出现浮于水面的颗粒污泥，这些颗粒污泥粒径较大，呈现鲜红色，并且在颗粒污泥表面发现吸附有气泡。另外，深入研究还发现，厌氧氨氧化颗粒污泥内部与污泥表面存在排气通道，产生的氮气可通过该通道排出颗粒污泥内部，以致不减少颗粒污泥的密度，使颗粒污泥能够正常沉降；然而，一些污泥的排气通过往往会被堵塞，导致气体无法有效排出而被包埋在颗粒污泥内部，使污泥的密度小于水从而上浮。发生污泥上浮时，颗粒污泥浮于水面，其中的功能菌基本上不参与脱氮反应，因而降低了反应器内的有效生物量，导致反应器的脱氮效能不佳。同时，大量浮泥浮于水面，严重时可堵塞出水管道，导致反应器无法正常运行。因此，在不影响反应器内厌氧氨氧化污泥活性及颗粒污泥生态结构的前提下，通过合适的方法提高厌氧氨氧化颗粒污泥的沉降性能，可缓解浮泥上浮、强化污泥在反应器内的持留，并减少污泥随水流失的概率，从而提高反应器内的生物量，最终提高反应器的厌氧氨氧化性能。
基于上述思路，本发明首先对厌氧氨氧化颗粒污泥进行钙盐沉淀附着，再接种于反应器，逐步提高反应器的进水碳酸氢盐(或碳酸盐)浓度和进水磷酸盐(或磷酸氢盐)溶液浓度、上部流加可溶性钙盐溶液，不仅提供了氨氧化菌所需的充足的无机碳源、磷源和缓冲性能，还成功将钙盐沉淀附着于厌氧氨氧化颗粒污泥表面，在不影响污泥的厌氧氨氧化污泥活性的前提下，显著提高了污泥沉降性能，从而增加了反应器内的生物量，提高了厌氧氨氧化反应器的性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法。
一种缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，依次包括以下步骤：
(1)将厌氧氨氧化颗粒污泥用磷酸缓冲液冲洗；
(2)将厌氧氨氧化颗粒污泥置于含a、可溶性钙盐；b、碳酸氢盐或碳酸盐；和c、磷酸盐或磷酸氢盐的混合溶液中，保持混合液为缺氧状态，匀速搅拌，使生成的钙盐沉淀物附着于颗粒污泥上，静置后倾去上清液；
(3)至少重复步骤(2)1次；
(4)将经过步骤(3)处理后的厌氧氨氧化颗粒污泥加入连续流厌氧氨氧化反应器，从反应器底部逐步提高反应器进水中的碳酸氢盐或碳酸盐浓度，以及磷酸盐或磷酸氢盐浓度，同时从反应器反应区的顶部流加可溶性钙盐溶液，反应生成的钙盐沉淀物附着于顶部污泥表面，以强化污泥的沉降性能，提高反应器内的污泥浓度，进而提高反应器的厌氧氨氧化性能。
步骤(1)中将厌氧氨氧化污泥用磷酸缓冲液冲洗去除表面杂质，以便钙盐沉淀的附着。
步骤(1)中所述的厌氧氨氧化颗粒污泥为鲜红色，粒径大于1mm，沉降速度不高于30m/h。
步骤(1)所述的磷酸缓冲液浓度为0.5～1mM，pH＝7～8。
步骤(2)中按体积比1:0.5～5将厌氧氨氧化污泥置于含可溶性钙盐、碳酸氢盐或碳酸盐、磷酸盐或磷酸氢盐的混合溶液中。
步骤(2)中可溶性钙盐包括氯化钙；碳酸氢盐包括碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或两种；碳酸盐包括碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种；磷酸盐包括磷酸钠、磷酸钾中的一种或两种；磷酸氢盐包括磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的一种或多种。
步骤(2)中的含可溶性钙盐、碳酸氢盐或碳酸盐、磷酸盐或磷酸氢盐的混合溶液中可溶性钙盐浓度以钙计为0.05～0.1g/L，碳酸氢盐或碳酸盐浓度以碳酸根计为2.5～5g/L，磷酸盐或磷酸氢盐浓度以磷酸根计为0.05～0.5g/L。
步骤(2)中的含可溶性钙盐、碳酸氢盐或碳酸盐、磷酸盐或磷酸氢盐的混合溶液中的氨氮浓度80～150mg/L，亚硝酸盐浓度为80～150mg/L，pH＝7～8。
步骤(2)保持混合液的匀速搅拌速度为5～20r/min，搅拌时间为6～24h。
步骤(4)中所述的厌氧氨氧化反应器为升流式反应器，高径比为5～10:1；反应器进水中的碳酸氢盐或碳酸盐溶液浓度为1.25～10g/L，进水中磷酸盐或磷酸氢盐浓度为0.05～0.2g/L；可溶性钙盐浓度为0.1～0.5g/L，可溶性钙盐溶液从反应器反应区顶部的流加速度保持为7～14mL/(L·d)。
与现有技术相比，本发明所具有的优点：
(一)本发明采用含可溶性钙盐、碳酸氢盐或碳酸盐、磷酸盐或磷酸氢盐的混合溶液对厌氧氨氧化颗粒污泥进行预处理，通过控制碳酸氢盐(或碳酸盐)、磷酸盐(或磷酸氢盐)与可溶性钙盐的浓度使其生成钙盐沉淀(碳酸钙和磷酸钙)，并通过低匀速搅拌使部分钙盐沉淀附着于污泥上，从而在保证钙盐沉淀附着量不明显降低污泥活性和不破坏颗粒污泥生态结构的基础上，提高污泥的密度，增强污泥的沉降性能。
(二)本发明在将预处理后的厌氧氨氧化颗粒污泥投入反应器中，保持较高的水力负荷，同时从反应器底部逐步提升进水碳酸氢盐(碳酸盐)浓度和磷酸盐或磷酸氢盐浓度，不仅提供了反应区内厌氧氨氧化菌所需的充足无机碳源和磷源，而且提高了溶液的缓冲性能，有利于促进厌氧氨氧化反应。
(三)本发明从反应区上部流加可溶性钙盐溶液，使生成的钙盐沉淀附着于反应区上部的厌氧氨氧化颗粒污泥，可增加污泥密度，提高上浮污泥的沉降性能，促使其通过沉降回流至反应区底部，缓解其随出水的流失，提高反应区的生物量；同时还可避免过量钙盐沉淀附着于反应区底部的活性厌氧氨氧化颗粒污泥上，确保了污泥的厌氧氨氧化活性。
附图说明
图1为厌氧氨氧化上浮颗粒污泥；
图2为采用本发明的实施例1的厌氧氨氧化反应器的脱氮性能；
图3为采用本发明的实施例2获得的厌氧氨氧化颗粒污泥。
具体实施方式：
以下通过实施例对本发明作进一步说明，而非限制本发明。
实施例1
将有效容积为1L的厌氧氨氧化UASB反应器(容积负荷1.2kg/(m3·d)，水力停留时间4.8h，容积去除负荷为1.0kg/(m3·d))静置沉降，倾去上清液，将反应区污泥取出，测得污泥平均粒径为3.2mm，污泥密度为1.04g/mL，沉降速度约为25～30m/h。首先用1mM的磷酸缓冲液(pH＝7)冲洗3次，再将其置于含碳酸氢钾浓度3.5g/L，磷酸二氢钠浓度0.2g/L，氯化钙浓度0.1g/L，氨氮浓度100mg/L、亚硝酸盐浓度为100mg/L的混合溶液(pH＝7.5)中，先通入氩气除氧30min，保持溶液缺氧状态，搅拌速度10r/min，搅拌12h，沉淀静置后倾去上清液。再重复上述步骤后将预处理后的厌氧氨氧化颗粒污泥投入原反应器中，保持水力停留时间不变和容积负荷不变，逐步将进水中的碳酸氢钾浓度由1.25g/L提高至5g/L，磷酸二氢钠从0.01g/L提高为0.05g/L，反应区顶部流加0.2g/L的氯化钙浓度，流加速度通过蠕动泵控制为8mL/(L·d)，经过180d的运行，成功将反应器的水力停留时间缩短为1.06h，反应器的容积负荷提高为16.2kg/(m3·d)，平均氨氮与亚硝酸盐去除率分别为89.87％和96.35％，反应器的厌氧氨氧化性能稳定且高效。测得反应器污泥浓度由原来的16.4gVSS/L提高至34.9gVSS/L，颗粒污泥沉降速度提高为77m/h。实验结果表明，厌氧氨氧化颗粒污泥的沉降性能提高了约2倍，反应器内生物量提高了2倍，反应器的厌氧氨氧化性能获得了大大提高。
实施例2
收集厌氧氨氧化浮泥0.3L，测得污泥粒径范围为2～6mm。首先用1mM的磷酸缓冲液(pH＝7)冲洗3次，再将其置于含碳酸氢钾浓度4g/L，磷酸二氢钠浓度0.3g/L，氯化钙浓度0.1g/L，氨氮浓度100mg/L、亚硝酸盐浓度为100mg/L的混合溶液(pH＝7.5)中，先通入氩气除氧30min，保持溶液缺氧状态，搅拌速度10r/min，搅拌24h。再重复上述步骤后将预处理后的厌氧氨氧化浮泥投入总容积1.5L的上流式厌氧氨氧化反应器中，保持反应器进水中的碳酸氢钾浓度为3～4g/L，磷酸二氢钠0.05g/L，反应区顶部流加0.2g/L的氯化钙浓度，流加速度通过蠕动泵控制为12mL/(L·d)，经过150多天的运行，绝大部分厌氧氨氧化浮泥逐渐沉降至反应器底部，反应器的进水氨氮和亚硝酸盐浓度可提高为350mg/L和380mg/L，反应器的平均氨氮与亚硝酸盐去除率分别为93％和99％，显示出高效的厌氧氨氧化性能。

Claims (7)

1.一种缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
（1）将厌氧氨氧化颗粒污泥用磷酸缓冲液冲洗；
（2）将厌氧氨氧化颗粒污泥置于含a、可溶性钙盐；b、碳酸氢盐或碳酸盐；和c、磷酸盐或磷酸氢盐的混合溶液中，保持混合溶液为缺氧状态，匀速搅拌，使生成的钙盐沉淀物附着于颗粒污泥上，静置后倾去上清液；
（3）至少重复步骤（2）1次；
（4）将经过步骤（3）处理后的厌氧氨氧化颗粒污泥加入连续流厌氧氨氧化反应器，从反应器底部逐步提高反应器进水中的碳酸氢盐或碳酸盐浓度，以及磷酸盐或磷酸氢盐浓度，同时从反应器反应区的顶部流加可溶性钙盐溶液，反应生成的钙盐沉淀物附着于顶部污泥表面，以强化污泥的沉降性能，提高反应器内的污泥浓度，进而提高反应器的厌氧氨氧化性能；
步骤（2）中按体积比1:0.5~5将厌氧氨氧化颗粒污泥置于含可溶性钙盐、碳酸氢盐或碳酸盐、磷酸盐或磷酸氢盐的混合溶液中；
步骤（2）中的含可溶性钙盐、碳酸氢盐或碳酸盐、磷酸盐或磷酸氢盐的混合溶液中可溶性钙盐浓度以钙计为0.05~0.1g/L，碳酸氢盐或碳酸盐浓度以碳酸根计为2.5~5 g/L，磷酸盐或磷酸氢盐浓度以磷酸根计为0.05~0.5 g/L；
步骤（4）中所述的厌氧氨氧化反应器为升流式反应器，高径比为5~10:1；反应器进水中的碳酸氢盐或碳酸盐溶液浓度为1.25~10 g/L，进水中磷酸盐或磷酸氢盐浓度为0.05~0.2g/L；可溶性钙盐浓度为0.1~0.5g/L，可溶性钙盐溶液从反应器反应区顶部的流加速度保持为7~14 mL/(L·d)。
2.根据权利要求1所述的缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，其特征在于，步骤（1）中将厌氧氨氧化颗粒污泥用磷酸缓冲液冲洗去除表面杂质，以便钙盐沉淀的附着。
3.根据权利要求1所述的缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的厌氧氨氧化颗粒污泥为鲜红色，粒径大于1 mm，沉降速度不高于30m/h。
4.根据权利要求1所述的缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，其特征在于，步骤（1）所述的磷酸缓冲液浓度为0.5~1mM，pH=7~8。
5.根据权利要求1所述的缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，其特征在于，步骤（2）中可溶性钙盐包括氯化钙；碳酸氢盐包括碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或两种；碳酸盐包括碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种；磷酸盐包括磷酸钠、磷酸钾中的一种或两种；磷酸氢盐包括磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，其特征在于，步骤（2）中的含可溶性钙盐、碳酸氢盐或碳酸盐、磷酸盐或磷酸氢盐的混合溶液中的氨氮浓度80~150 mg/L，亚硝酸盐浓度为80~150mg/L，pH=7~8。
7.根据权利要求1或5或6所述的缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，其特征在于，步骤（2）保持混合溶液的匀速搅拌速度为5~20r/min，搅拌时间为6~24h。
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