CN105502652B - 一种提高厌氧氨氧化颗粒污泥形成速度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高厌氧氨氧化菌颗粒污泥形成速度的方法，以低C/N实际工业污水作为厌氧氨氧化颗粒污泥培养营养源，控制进水NH4 +‑N和NO2 —‑N质量浓度比例在（1.05~1.42）:1；以厌氧污泥与畜禽养殖粪便混合物作为接种污泥，通过改变进水基质浓度和降低水力停留时间和控制厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径、颗粒污泥沉降速度及MLVSS/MLSS等方式，从而改变厌氧氨氧化进水氮负荷，能够有效解决厌氧氨氧化菌的持留和扩增难题，厌氧氨氧化污泥颗粒化能在一定程度上减弱由环境改变而带来的脱氮效率下降影响。
Description
技术领域
本发明涉及ANAMMOX污泥颗粒化技术，属于废水生物处理领域，旨在公开一种快速形成ANAMMOX颗粒污泥的方法。
背景技术
ANAMMOX是一种具有广阔前景的废水生物脱氮新技术，具有节约氧耗、无需添加有机碳源、污泥产量低、基质去除速率高等优点，成为国内外研究热点。但厌氧氨氧化菌对环境敏感，应用难点之一就是厌氧氨氧化菌的持留和扩增，厌氧氨氧化污泥颗粒化能在一定程度上缓解由环境改变而带来的效率下降，是解决这个问题的有效途径。厌氧氨氧化颗粒污泥具有沉降性能好、生物活性高、抗冲击负荷强、产泥量少，可以有效持留厌氧氨氧化菌，因此厌氧氨氧化污泥颗粒化的研究具有理论与实践重要意义。
形成颗粒污泥的影响因素有很多：接种污泥、废水性质、污泥负荷、碱度等。在厌氧污泥形成颗粒的过程中，有机负荷是重要的控制条件，当污泥负荷达到0.3kgCOD/（kgVSS·d）以上时，颗粒污泥开始形成，氧氨氧化污泥颗粒化的过程中，NH4 +-N和NO2 —-N作为厌氧氨氧化反应的基质，适当提高污泥负荷，会加快颗粒化的进程，若浓度过高，会对厌氧氨氧化菌产生抑制作用，当超出一定范围，会对厌氧氨氧化菌造成不可逆伤害；而浓度过低，厌氧氨氧化菌养分不充足，无法快速富集，形成颗粒污泥。
发明内容
本发明涉及一种提高厌氧氨氧化菌颗粒污泥形成速度的方法，通过改变进水基质浓度和降低水力停留时间的方式，从而改变厌氧氨氧化进水氮负荷，能够有效解决厌氧氨氧化菌的持留和扩增难题，厌氧氨氧化污泥颗粒化能在一定程度上减弱由环境改变而带来的脱氮效率下降影响。
本发明所述快速形成厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其涉及的步骤和工艺条件是：
1) 以低C/N实际工业污水作为厌氧氨氧化颗粒污泥培养营养源，控制反应器进水NH4 +-N和NO2 —-N质量浓度比例在（1.05~1.42）:1，C/N质量浓度比小于0.5。
2) 以厌氧污泥与畜禽养殖粪便混合物作为接种污泥对 UASB 反应器进行接种，其中混合后污泥混培物MLSS 为 3000~4000mg/L，MLVSS 为 2000~2500mg/L，添加PAC 2~3mg/L和PAM0.5mg/L。
3) 培养温度控制在 35±3℃，控制 p H 在 7.5 ～ 8.5。
4）形成厌氧氨氧化颗粒污泥过程分为三个阶段：第一阶段为基质提升阶段，初始进水氨氮浓度约为150~200mg/L，保持其他条件不变，之后进水氨氮以10 mg/L为单位，逐级提高至190~250mg/L；第二阶段为缩短HRT阶段，初始HRT为26h，以2h为一个梯度，以10天一个周期将HRT从26h缩短为16h；第三阶段为负荷冲击阶段，保持其他条件不变，进水负荷快速提升至0.6930 kgN/m3•d；每个梯度反应器达到稳定状态后，进行下一个梯度。
本发明所用的反应器如图1所示。
控制厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径，粒径在此范围内的颗粒污泥有助于维持反应器的污泥动态平衡和运行的稳定性。第Ⅰ阶段粒径的增大对anammox颗粒污泥的厌氧氨氧化活性的具有双重影响，较大粒径抵抗不利条件的性能更高，但比表面积相对较小，传质效率较差，对厌氧氨氧化活性不利，以湿式筛法控制SGR(颗粒粒径0.9~1.5mm的颗粒占所有粒径颗粒的重量百分比)在25~30%以上；第Ⅱ阶段将HRT缩短后，厌氧氨氧化颗粒污泥SGR初期有所下降，经过10d的适应期后，逐渐有所回升，以湿式筛法控制SGR(颗粒粒径0.9~1.5mm的颗粒占所有粒径颗粒的重量百分比)在35~45%；第III阶段加入冲击负荷，反应器的SGR有出现下降，但颗粒污泥的SGR后期恢复更快，以湿式筛法控制SGR(颗粒粒径0.9~1.5mm的颗粒占所有粒径颗粒的重量百分比)在45%以上。此方法形成颗粒污泥在沉降性能、抵抗外界环境条件变化的优越性。
控制沉降性能使颗粒污泥长期保留在反应器中，从而充分发挥厌氧氨氧化菌的作用。第Ⅰ阶段50天，沉降速度在45~65m/h之间逐渐提高，提高基质浓度对厌氧氨氧化颗粒污泥有促进作用；在第Ⅱ阶段，HRT缩短之后，沉降速度保持第Ⅰ阶段的增长幅度，将沉降性能差（沉降速度60m/h以下）的污泥排除反应器外，具有良好沉降性能（沉降速度60~75m/h）的污泥则留在反应器中，沉降速度逐渐升高；在第III阶段冲击负荷阶段，沉降速度维持在65m/h和75m/h之间，浓度过低不利于形成基质浓度梯度，减缓了厌氧氨氧化颗粒污泥的形成速度，但浓度过高，氨氮、亚硝态氮对厌氧氨氧化菌存在抑制作用，且亚硝态氮对厌氧氨氧化菌的抑制程度更高，因此提升基质浓度存在界限。
控制颗粒污泥总固体浓度（MLSS）、挥发性悬浮物固体浓度（MLVSS）和MLVSS/MLSS。在第Ⅰ阶段，逐渐提高MLSS为3780~3880mg/L、逐渐提高MLVSS/MLSS为71%~77%；在第Ⅱ阶段进入缩短水力停留时间阶段后，MLSS保持第I阶段水平，MLVSS/MVSS逐渐升高为75~85%，MLVSS/MVSS的提高还可以提高污泥的EPS含量和细胞疏水性；在第III阶段MLSS和MLVSS/MLSS值维持第Ⅱ阶段后期水平，即MLSS为3880mg/L、MLVSS/MVSS为85%。
本发明的在快速形成厌氧氨氧化颗粒污泥过程中具有独特的技术优势,其有益效果主要表现在
①严格控制环境条件，使反应器的氮素负荷逐步提高，从而使反应器中的厌氧氨氧化菌快速富集，形成颗粒污泥。
②以低C/N实际工业污水作为厌氧氨氧化颗粒污泥培养营养源,并以厌氧污泥与畜禽养殖粪便混合物作为接种污泥, 扩展厌氧氨氧化实际应用的可能,而畜禽养殖粪便的加入也促进了颗粒污泥形成,其中存在的悬浮粒状杂质具有凝核作用,使颗粒污泥更易成核。
③本方法形成颗粒污泥在沉降性能、抵抗外界环境条件变化的优越性。
④厌氧氨氧化颗粒污泥表面具有高浓度气泡附着在其表面，当颗粒的比表面积较大同时气泡较小的时候，缩短HRT可以使得上升流速逐渐增加，水流剪切力也逐渐增大，较大的水流剪切力使得污泥在反应器中更加分散以及处于良好流化状态，有利于颗粒污泥的形成。
附图说明
图1 为反应装置图；
图2 具体实施过程氨氮去除效果；
图3 具体实施过程亚硝态氮去除效果。
1-配水水箱；2-计量泵；3-进水口；4-水浴水箱；5-水浴循环泵；6-蠕动泵；7-反应区；8-回流口；9-出水口；10-三相分离器；11-排气口；12-液封；13-主出气口。
具体实施方式
本发明的具体实施步骤和效果是：
①以实际经过一级处理后的养殖场粪便废水与酿酒废水（按照一定比例混合作为厌氧氨氧化颗粒污泥培养营养源），控制进水NH4 +-N和NO2 —-N质量浓度比例在1.2:1，C/N质量浓度比小于0.5。
②以厌氧污泥与奶牛场养殖粪便混合物作为接种污泥对 UASB 反应器进行接种，其中混合后污泥混培物MLSS 为 3400mg/L，MLVSS 为 2200mg/L，添加PAC 2~3mg/L和PAM0.5mg/L。
③培养温度控制在 35±3℃，控制 p H 在 7.5 ～ 8.5。
④过程分为三个阶段：第一阶段为基质提升阶段，初始进水氨氮浓度约为150mg/L，保持其他条件不变，之后进水氨氮以10 mg/L为单位，逐级提高至190mg/L；第二阶段为缩短HRT阶段，初始HRT为26h，以2h为一个梯度，以10天一个周期将HRT从26h缩短为16h；第三阶段为负荷冲击阶段，保持其他条件不变，进水负荷快速提升至0.6930 kgN/m3•d。每个梯度反应器达到稳定状态后，进行下一个梯度，期间pH值7.85左右、反应器温度32+1℃。如表1所示为厌氧氨氧化颗粒污泥形成三个阶段的具体数据表。
表1厌氧氨氧化颗粒污泥形成三个阶段
具体实施过程氨氮去除效果如图2所示；具体实施过程亚硝态氮去除效果如图3所示。
控制厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径，以湿式筛法控制SGR(颗粒粒径0.9~1.5mm的颗粒占所有粒径颗粒的重量百分比)在25~30%以上；第Ⅱ阶段以湿式筛法控制SGR(颗粒粒径0.9~1.5mm的颗粒占所有粒径颗粒的重量百分比)在35~45%；第III阶段在第100天加入冲击负荷，以湿式筛法控制SGR(颗粒粒径0.9~1.5mm的颗粒占所有粒径颗粒的重量百分比)在45%以上。
控制沉降性能使颗粒污泥长期保留在反应器中，从而充分发挥厌氧氨氧化菌的作用。第Ⅰ阶段50天，沉降速度在45~65m/h之间逐渐提高；在第Ⅱ阶段，HRT缩短之后，沉降速度保持第Ⅰ阶段的增长幅度，将沉降性能差（沉降速度60m/h以下）的污泥排除反应器外，具有良好沉降性能（沉降速度60~75m/h）的污泥则留在反应器中，沉降速度逐渐升高；在第III阶段冲击负荷阶段，沉降速度维持在65m/h和75m/h之间。
控制颗粒污泥总固体浓度（MLSS）、挥发性悬浮物固体浓度（MLVSS）和MLVSS/MLSS。在第Ⅰ阶段，逐渐提高MLSS为3780~3880mg/L、MLVSS/MLSS为71%~77%；在第Ⅱ阶段进入缩短水力停留时间阶段后，MLSS保持第I阶段水平，MLVSS/MVSS逐渐升高为75~85%，MLVSS/MVSS的提高还可以提高污泥的EPS含量和细胞疏水性；在第III阶段MLSS和MLVSS/MLSS值维持第Ⅱ阶段后期水平，即MLSS为3880mg/L、MLVSS/MVSS为85%。
Claims (4)
1.一种提高厌氧氨氧化菌颗粒污泥形成速度的方法，其特征在于包括以下步骤：
1) 以低C/N实际工业污水作为厌氧氨氧化颗粒污泥培养营养源，控制反应器进水NH4 +-N和NO2 —-N质量浓度比例在（1.05~1.42）:1，C/N质量浓度比小于0.5；
2) 以厌氧污泥与畜禽养殖粪便混合物作为接种污泥对 UASB 反应器进行接种，其中混合后污泥混培物MLSS 为 3000~4000mg/L，MLVSS 为 2000~2500mg/L，添加PAC 2~3mg/L和PAM0.5mg/L；
3) 培养温度控制在 35±3℃，控制 p H 在 7.5～8.5；
4）形成厌氧氨氧化颗粒污泥过程分为三个阶段：第Ⅰ阶段为基质提升阶段，初始进水氨氮浓度为150~200mg/L，保持其他条件不变，之后进水氨氮以10 mg/L为单位，逐级提高至190~250mg/L；第Ⅱ阶段为缩短HRT阶段，初始HRT为26h，以2h为一个梯度，以10天一个周期将HRT从26h缩短为16h；第III阶段为负荷冲击阶段，保持其他条件不变，进水负荷快速提升至0.6930 kgN/（m3•d）；每个梯度反应器达到稳定状态后，进行下一个梯度。
2.根据权利要求1所述的一种提高厌氧氨氧化菌颗粒污泥形成速度的方法，其特征在于控制厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径；第Ⅰ阶段以湿式筛法控制SGR，即颗粒粒径0.9~1.5mm的颗粒占所有粒径颗粒的重量百分比，在25~30%以上；第Ⅱ阶段以湿式筛法控制SGR，即颗粒粒径0.9~1.5mm的颗粒占所有粒径颗粒的重量百分比，在35~45%；第III阶段以湿式筛法控制SGR即颗粒粒径0.9~1.5mm的颗粒占所有粒径颗粒的重量百分比，在45%以上。
3.根据权利要求1所述的一种提高厌氧氨氧化菌颗粒污泥形成速度的方法，其特征在于控制沉降性能使颗粒污泥长期保留在反应器中；第Ⅰ阶段，沉降速度在45~65m/h之间逐渐提高；在第Ⅱ阶段，沉降速度保持第Ⅰ阶段的增长幅度，将沉降性能差，即沉降速度60m/h以下的污泥排除反应器外，具有良好沉降性能，即沉降速度60~75m/h的污泥则留在反应器中，沉降速度逐渐升高；在第III阶段冲击负荷阶段，沉降速度维持在65m/h和75m/h之间。
4.根据权利要求1所述的一种提高厌氧氨氧化菌颗粒污泥形成速度的方法，其特征在于控制颗粒污泥总固体浓度（MLSS）、挥发性悬浮物固体浓度（MLVSS）和MLVSS/MLSS；在第Ⅰ阶段，逐渐提高MLSS为3780~3880mg/L、MLVSS/MLSS为71%~77%；在第Ⅱ阶段进入缩短水力停留时间阶段后，MLSS保持第I阶段水平，MLVSS/MVSS逐渐升高为75~85%；在第III阶段MLSS和MLVSS/MLSS值维持第Ⅱ阶段后期水平，即MLSS为3880mg/L、MLVSS/MVSS为85%。
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