CN105692896A - 一种耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，所述方法包括：采用升流式厌氧污泥床反应器，以反硝化颗粒污泥为接种污泥，以含铜离子的模拟废水为进水，在温度为35±1℃、pH6.9～7.3、水力停留时间为2.4～5h，避光和厌氧条件下运行；本发明培养策略共分为两个阶段：第一阶段：负荷提升阶段，即通过改变水力停留时间和进水中硝酸盐和有机物浓度提升反应器负荷；第二阶段：驯化阶段，即通过不断增加铜离子浓度快速驯化反硝化颗粒污泥对铜离子的耐受性；按照本发明所述方法培养出来的反硝化颗粒污泥对铜离子的耐受能力较高，反应器性能良好。

Description

一种耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法
(一)技术领域
本发明涉及一种反硝化颗粒污泥的培养方法，特别涉及一种耐受高浓度铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法。
(二)背景技术
重金属铜(Cu)是一种重要工业原材料，被广泛用于制革、电镀、金属加工等行业，其中，金属加工、电镀工厂所排放的废水中Cu2+含量最高，浓度可达几十至几百mg·L-1。同时，含铜工业废水进入市政污水系统，继而影响废水生物处理系统的运行性能。
对于氮素污染的治理，生物脱氮是目前最为经济有效的治理技术，其中反硝化过程因其脱氮速率高、性能稳定和操作简单而被人们重视。但是，反硝化脱氮性能极易受到废水中不利的因素的影响，例如：铜、锌等重金属离子。因而，若能培养耐重金属离子的反硝化颗粒物污泥，则有望突破此瓶颈。本发明研究新的反硝化颗粒污泥的培养策略，对反硝化颗粒污泥进行驯化，提升反硝化颗粒污泥对铜离子的耐受能力，提高污水生物处理系统运行的稳定性。
(三)发明内容
本发明通过在模拟废水中添加铜离子对反硝化颗粒污泥进行驯化，从而提高反硝化颗粒污泥对铜离子的耐受能力，实现反硝化过程的稳定性能。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，所述的培养策略共分为两个阶段：第一阶段：负荷提升阶段，即通过改变水力停留时间和进水中NO3 --N和COD浓度提升反应器负荷；第二阶段：驯化阶段，通过不断增加铜离子浓度快速驯化反硝化颗粒污泥对铜离子的耐受性，具体所述方法为：采用升流式厌氧污泥床反应器，以反硝化颗粒污泥为接种污泥，以模拟废水为进水，在温度为35±1℃、pH6.9～7.3、水力停留时间为2.4～5h，避光和厌氧条件下稳定运行至连续三天出水中NO3 --N的浓度偏差小于10％时，向进水中添加铜离子，调节反应器运行至反应器内污泥活性达到添加铜离子前污泥活性的0.8-1.5倍，获得耐受铜离子的反硝化颗粒污泥；
所述模拟废水组成为：NaH2PO42375mg·L-1、Na2HPO42375mg·L-1、NaHCO3400mg·L-1、CaCl2·2H2O0.5mg·L-1、NO3 --N400～700mg·L-1、有机碳浓度2400～4200mg·L-1；
微量元素Ⅰ:EDTA6.25mg·L-1、FeSO411.43mg·L-1；
微量元素Ⅱ:EDTA18.75mg·L-1、ZnSO4·7H2O0.54mg·L-1、CoCl2·6H2O0.30mg·L-1、MnCl2·4H2O1.24mg·L-1、CuSO4·5H2O0.31mg·L-1、NaMoO4·2H2O0.28mg·L-1、NiCl2·6H2O0.26、H3BO40.02mg·L-1。
进一步，所述进水中NO3 --N和有机碳的浓度比为1:6。
进一步，所述进水中铜离子终浓度为1-75mg·L-1。
进一步，所述有机碳来源于葡萄糖、乙酸钠、甲醇或糖蜜的一种或多种，优选葡萄糖。
进一步，所述接种污泥后反应器中悬浮固体浓度和挥发性悬浮固体浓度分别为51.5g·L-1和36.3g·L-1。
进一步，所述铜离子添加方法为：当反应器稳定运行三天以上，连续三天出水中NO3 --N测定浓度偏差小于10％，反应器的总氮去除效率和总有机碳去除效率分别为93.9±1.7％和85.2±1.6％时，开始逐步增加进水中铜离子的浓度，铜离子的起始浓度为1mg·L-1，反应器运行第1-34天，以1mg·L-1为浓度梯度增加铜离子浓度到10mg·L-1；第35天时，铜离子的浓度从10mg·L-1增加到12mg·L-1，反应进行到45天时，铜离子浓度为15mg·L-1；运行57、73和80天时，依次增加铜离子浓度到30mg·L-1、35mg·L-1和75mg·L-1，反应器总氮去除效率和总有机碳去除效率维持铜离子添加前水平，反应器内污泥活性达到添加铜离子前污泥活性的0.8-1.5倍，培养获得耐受铜离子的反硝化颗粒污泥。
进一步，所述负荷提升阶段，连续三天反应器出水中NO3 --N的浓度偏差小于10％时，通过下列方法之一调节反应器运行：(1)减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的10～20％；(2)增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度为原NO3 --N和有机碳浓度的10～20％；当反应器氮去除率小于90％时停止进一步负荷提升，通过下列方法之一调节反应器运行：①减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的10～20％；②增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度为原NO3 --N和有机碳浓度的10～20％，调整幅度均优选为15％。
本发明所述耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法按如下步骤进行：采用升流式厌氧污泥床反应器，以反硝化颗粒污泥为接种污泥，以模拟废水为进水，在温度为35±1℃、pH6.9～7.3、水力停留时间为2.4～5h，避光和厌氧条件下运行，连续三天出水中NO3 --N的浓度偏差小于10％时，通过下列方法之一调节反应器运行：(1)减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的15％；(2)增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度均为原NO3 --N和有机碳浓度的15％；当反应器氮去除率小于90％时停止进一步负荷提升，通过下列方法之一调节反应器运行：①减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的15％；②增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度均为原NO3 --N和有机碳浓度的15％，当反应器稳定运行三天以上，连续三天出水中NO3 --N测定浓度偏差小于10％，反应器的总氮去除效率和总有机碳去除效率分别为93.9±1.7％和85.2±1.6％(反应器的水力停留时间固定为2.4h，进水中NO3 --N和有机碳浓度分别固定为700mg·L-1和4200mg·L-1)时，开始逐步增加进水中铜离子的浓度，铜离子的起始浓度为1mg·L-1，反应运行第1-34天，以1mg·L-1为浓度梯度增加铜离子浓度到10mg·L-1；第35天时，铜离子的浓度从10mg·L-1增加到12mg·L-1，反应进行到45天时，铜离子浓度为15mg·L-1；运行57、73和80天时，依次增加铜离子浓度到30mg·L-1、35mg·L-1和75mg·L-1，反应器总氮去除效率和总有机碳去除效率维持铜离子添加前水平，反应器内污泥活性达到添加铜离子前污泥活性的0.8-1.5倍，培养获得耐受铜离子的反硝化颗粒污泥。
本发明培养出来的厌氧反硝化颗粒污泥的优点：对铜离子有较大的耐受能力(高达75mg·L-1)，同时能够通过微生物自身生物吸附作用去除重金属离子，适用于同时含有重金属铜离子和硝氮的废水，具有优异的环境效益和社会效益。
(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：
取有效体积为1L的升流式厌氧污泥床反应器，接种实验室培养成熟的反硝化颗粒污泥，接种后反应器中悬浮固体浓度和挥发性悬浮固体浓度分别为51.5g·L-1和36.3g·L-1，整个负荷提升阶段，连续三天出水中NO3 --N的浓度偏差小于10％时，通过下列方法之一调节反应器运行：(1)减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的15％；(2)增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度均为原NO3 --N和有机碳浓度的15％；当反应器氮去除率小于90％时停止进一步负荷提升，通过下列方法之一调节反应器运行：①减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的15％；②增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度均为原NO3 --N和有机碳浓度的15％，当反应器稳定运行三天以上，连续三天出水中NO3 --N测定浓度偏差小于10％，反应器的水力停留时间为从5.6h增加到2.4h，进水中NO3 --N浓度从400mg·L-1增加到700mg·L-1，有机碳浓度从2400mg·L-1增加到4200mg·L-1，反应器在35±1℃恒温实验室避光条件下培养，运行过程中模拟废水成分如下：
NaH2PO42375mg·L-1，Na2HPO42375mg·L-1，NaHCO3400mg·L-1，CaCl2·2H2O0.5mg·L-1，NO3 --N400～700mg·L-1，有机碳浓度2400～4200mg·L-1，其余微量元素Ⅰ、Ⅱ浓度分别为：
微量元素Ⅰ(mg·L-1):EDTA6.25，FeSO411.43。
微量元素Ⅱ(mg·L-1):EDTA18.75，ZnSO4·7H2O0.54，CoCl2·6H2O0.30，MnCl2·4H2O1.24，CuSO4·5H2O0.31，NaMoO4·2H2O0.28，NiCl2·6H2O0.26，H3BO40.02。
在驯化阶段，连续三天出水中NO3 --N测定浓度偏差小于10％，水力停留时间固定在2.4h，进水NO3 --N和有机碳浓度(由葡萄糖提供)分别是700mg·L-1和4200mg·L-1，反应器稳定运行8天，此时反应器的总氮去除效率和总有机碳去除效率分别为93.9±1.7％和85.2±1.6％。此后，开始逐步增加进水中铜离子的浓度，当反应器稳定运行三天以上，连续三天出水中NO3 --N测定浓度偏差小于10％，则增加进水中铜离子浓度，铜离子的起始浓度为1mg·L-1，反应运行第1-34天，以1mg·L-1为浓度梯度增加铜离子浓度到10mg·L-1；第35天时，铜离子的浓度从10mg·L-1增加到12mg·L-1，反应进行到45天时，铜离子浓度为15mg·L-1，反应器氮去除率和有机碳去除率没有受到影响；运行57、73和80天时，依次增加铜离子浓度到30mg·L-1、35mg·L-1和75mg·L-1。在整个实验过程中，反应器的脱氮性能几乎没有受到铜离子的影响，反硝化颗粒污泥的活性呈现增加的趋势，第1、56和88天时，测定反应器中反硝化颗粒污泥的活性分别为13.7±1.2mgN·g-1VSS·h-1、14.7±1.8mgN·g-1VSS·h-1和16.0±2.1mgN·g-1VSS·h-1。驯化过程中，反硝化颗粒污泥利用自身生物吸附作用对废水中铜离子进行吸附，反硝化颗粒污泥中铜离子的含量从10.31±0.01mg·g-1SS、12.38±0.08mg·g-1SS增加到16.96±0.07mg·g-1SS。
按照上述方法培养出来的反硝化颗粒污泥能够承受较高浓度的含铜离子的废水，使得处理含铜离子废水时的氮去除能力得到大幅提升，且能长期稳定运行；同时能够通过微生物自身生物吸附作用去除重金属离子，减少废水中铜离子的含量。

Claims (8)

1.一种耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述方法为：采用升流式厌氧污泥床反应器，以反硝化颗粒污泥为接种污泥，以模拟废水为进水，在温度为35±1℃、pH6.9～7.3、水力停留时间为2.4～5h，避光和厌氧条件下稳定运行至连续三天出水中NO3 --N的浓度偏差小于10％时，向进水中添加铜离子，逐步增加进水中铜离子的浓度，调节反应器运行至反应器内污泥活性达到添加铜离子前污泥活性的0.8-1.5倍，获得耐受铜离子的反硝化颗粒污泥；
模拟废水组成为：NaH2PO42375mg·L-1、Na2HPO42375mg·L-1、NaHCO3400mg·L-1、CaCl2·2H2O0.5mg·L-1、NO3 --N400～700mg·L-1、有机碳浓度2400～4200mg·L-1；
微量元素Ⅰ:EDTA6.25mg·L-1、FeSO411.43mg·L-1；
微量元素Ⅱ:EDTA18.75mg·L-1、ZnSO4·7H2O0.54mg·L-1、CoCl2·6H2O0.30mg·L-1、MnCl2·4H2O1.24mg·L-1、CuSO4·5H2O0.31mg·L-1、NaMoO4·2H2O0.28mg·L-1、NiCl2·6H2O0.26、H3BO40.02mg·L-1。
2.如权利要求1所述耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述进水中铜离子终浓度为1-75mg·L-1。
3.如权利要求1所述耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述进水中NO3 --N和有机碳的浓度比为1:6。
4.如权利要求1所述耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述有机碳来源于葡萄糖、乙酸钠、甲醇或糖蜜的一种或多种。
5.如权利要求1所述耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述接种污泥后反应器中悬浮固体浓度和挥发性悬浮固体浓度分别为51.5g·L-1和36.3g·L-1。
6.如权利要求1所述耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述铜离子添加方法为：当反应器稳定运行三天以上，连续三天出水中NO3 --N测定浓度偏差小于10％，反应器的总氮去除效率和总有机碳去除效率分别为93.9±1.7％和85.2±1.6％时，开始逐步增加进水中铜离子的浓度，铜离子的起始浓度为1mg·L-1，反应器运行第1-34天，以1mg·L-1为浓度梯度增加铜离子浓度到10mg·L-1；第35天时，铜离子的浓度从10mg·L-1增加到12mg·L-1，反应进行到45天时，铜离子浓度为15mg·L-1；运行57、73和80天时，依次增加铜离子浓度到30mg·L-1、35mg·L-1和75mg·L-1，反应器总氮去除效率和总有机碳去除效率维持铜离子添加前水平，反应器内污泥活性达到添加铜离子前污泥活性的0.8-1.5倍，培养获得耐受铜离子的反硝化颗粒污泥。
7.如权利要求1所述耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述调节反应器运行方法为下列之一：(1)减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的10～20％；(2)增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度均为原NO3 --N和有机碳浓度的10～20％；当反应器氮去除率小于90％时停止进一步负荷提升，通过下列方法之一调节反应器运行：①减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的10～20％；②增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度均为原NO3 --N和有机碳浓度的10～20％。
8.如权利要求1所述耐受铜离子的反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述方法为：采用升流式厌氧污泥床反应器，以反硝化颗粒污泥为接种污泥，以模拟废水为进水，在温度为35±1℃、pH6.9～7.3、水力停留时间为2.4～5h，避光和厌氧条件下运行，连续三天出水中NO3 --N的浓度偏差小于10％时，通过下列方法之一调节反应器运行：(1)减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的15％；(2)增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度均为原NO3 --N和有机碳浓度的15％；当反应器氮去除率小于90％时停止进一步负荷提升，通过下列方法之一调节反应器运行：①减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的15％；②增加进水中NO3 --N和有机物的浓度，增加幅度均为原NO3 --N和有机碳浓度的15％，当反应器稳定运行三天以上，连续三天出水中NO3 --N测定浓度偏差小于10％，反应器的总氮去除效率和总有机碳去除效率分别为93.9±1.7％和85.2±1.6％时，开始逐步增加进水中铜离子的浓度，铜离子的起始浓度为1mg·L-1，反应运行第1-34天，以1mg·L-1为浓度梯度增加铜离子浓度到10mg·L-1；第35天时，铜离子的浓度从10mg·L-1增加到12mg·L-1，反应进行到45天时，铜离子浓度为15mg·L-1；运行57、73和80天时，依次增加铜离子浓度到30mg·L-1、35mg·L-1和75mg·L-1，反应器总氮去除效率和总有机碳去除效率维持铜离子添加前水平，反应器内污泥活性达到添加铜离子前污泥活性的0.8-1.5倍，培养获得耐受铜离子的反硝化颗粒污泥。
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