CN107265631B

CN107265631B - 一种短程反硝化快速实现方法

Info

Publication number: CN107265631B
Application number: CN201710512701.7A
Authority: CN
Inventors: 刘春爽; 李雪晨; 李文斐; 赵东风; 李伟; 赵朝成; 刘芳
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: CN107265631A

Abstract

一种废水短程反硝化方法，包括以下步骤：(1)以市政污水厂二沉池污泥为接种污泥，采用厌氧反应器，以富含S^2‑、NO₃ ^‑、苯酚、NaCl的模拟废水为进水，并投加1～3g/L的碳酸盐为无机碳源，在进水pH为7.2～7.7，反应器温度为28～32℃，HRT为0.5～10h的条件下启动反应器，待反应器内污染物S^2‑、NO₃ ^‑、苯酚去除率达50％，NO₂ ^‑累积率达40％以上，完成反应器启动；此时反应器中污泥内Thauera丰度达到20％以上；(2)除去进水中S^2‑、苯酚、NaCl，投加乙酸盐，控制进水中的COD与NO₃ ^‑‑N的质量比为0.8～4.0，在进水pH值为7.2～7.7，反应器温度为28～32℃，HRT为0.5～10h的条件下，待系统内NO₂ ^‑累积率达75％以上时，即实现废水的短程反硝化，此时反应器污泥内的Thauera丰度达到40％以上。该方法具有操作条件温和、实现过程简单等优点。

Description

一种短程反硝化快速实现方法

技术领域

本发明属于废水生物处理技术领域，涉及一种废水短程反硝化快速实现的方法。

背景技术

随着工业的发展和人民生活水平的不断提高，含氮污染物排放量逐渐增大，并给环境带来了严重危害。含氮污染物排放水体后，不仅消耗水中溶解氧引起黑臭，造成水体富营养化，还会引起水生生物大量死亡，严重破坏水生生态系统。开发经济高效的废水脱氮技术一直是近年来环境工程领域的研究重点。

厌氧氨氧化技术是迄今最经济的废水脱氮技术之一，能够同时代谢亚硝酸盐氮和氨氮，不需要氧气和有机物的参与，具有能耗低、运行费用低、出水无二次污染、剩余污泥产量低等优点。然而，该技术在应用时需要亚硝酸盐氮作为底物。一般情况下，亚硝酸盐氮作为反硝化过程的中间代谢产物会累积在反硝化工艺内，但亚硝酸盐氮的积累率有限；通常影响亚硝酸盐氮的因素有C/N、碳源种类、pH、微生物种类等。Glass和Silverstein等人研究发现pH为9.0时，亚硝酸盐氮累积量增加；Gong等人研究发现COD/NO₃ ^--N为2.5时，亚硝酸盐氮的累积率可达71.7％；而Du等人发现Thauera占优势时，反硝化系统内亚硝酸盐氮累积率可达80％以上，远远高于C/N、碳源种类、pH等调控方法实现的亚硝酸盐氮累积率。然而，目前关于如何实现Thauera在反应器内的快速富集却少见报道。

CN103420481A公开了一种厌氧氨氧化耦合异养反硝化脱氮方法。采用厌氧氨氧化颗粒污泥作为接种污泥；采用人工配水投加氯化铵、亚硝酸钠，投加苯酚作为有机物，实现厌氧氨氧化菌和异养反硝化菌的富集培养，确定厌氧氨氧化菌和异养反硝化菌的竞争、协同关系，经历一段时间，实现了厌氧氨氧化菌和异养反硝化菌混合菌群的富集培养。本发明提供了厌氧氨氧化耦合异养反硝化脱氮方法。

CN106396098A公开了一种高盐废水同步脱氮除硫方法。该方法针对现有高盐废水硫氮同步脱除方法报道较少及NO₂ ^-利用不匹配的问题，创造适宜环境分别富集耐盐兼性脱硫反硝化微生物和耐盐厌氧氨氧化微生物，之后通过二者的协同作用，即通过耐盐厌氧氨氧化微生物实现NO₂ ^-和NH₄ ⁺的同步去除，产生大量N₂和少量的NO₃ ^-，之后，耐盐兼性脱硫反硝化微生物以生产的NO₃ ^-和体系内的NO₂ ^-为电子受体，以进水中的硫化物为电子供体，将硫化物氧化为单质硫，将NO₃ ^-和NO₂ ^-转化为N₂，从而实现同步脱氮除硫并累积单质硫的过程。其中，耐盐兼性脱硫反硝化微生物的存在能够为耐盐兼性厌氧氨氧化微生物消除S^2-的影响。该发明所解决的技术问题、技术结果、步骤与本发明均有所不同。

发明内容

本研究提出一种废水短程反硝化快速实现的方法，该方法是通过实现Thauera的快速富集而实现废水短程反硝化，具有操作容易、条件温和、实现过程简单快速等优点。相对于本发明人之前的专利申请CN106396098A制备的活性污泥中主要以耐盐兼性脱硫反硝化微生物和耐盐厌氧氨氧化菌为主，而发明所述方法实施后能够快速富集具有异养短程反硝化(NO₃ ^-→NO₂ ^-)功能的Thauera微生物。

本发明的原理为：通过控制具体工艺条件，创造S^2-、苯酚和NaCl的多重胁迫环境，高效快速富集具有异养短程反硝化功能的Thauera，使Thauera的丰度达20％以上，并实现NO₂ ^-的累积率达40％以上，为实现废水的短程反硝化创造有力条件，之后，控制进水条件近一步富集异养短程反硝化菌Thauera，从而实现高效短程反硝化。

本发明提供的一种废水短程反硝化方法，包括以下步骤：(1)以市政污水厂二沉池污泥为接种污泥，采用厌氧反应器，以富含S^2-、NO₃ ^-、苯酚、NaCl的模拟废水为进水，并投加1～3g/L的碳酸盐为无机碳源，在进水pH为7.2～7.7，反应器温度为28～32℃，HRT为0.5～10h的条件下启动反应器，待反应器内污染物S^2-、NO₃ ^-、苯酚去除率达50％，NO₂ ^-累积率达40％以上，完成反应器启动；此时，反应器中污泥内Thauera丰度达到20％以上；(2)除去进水中S^2-、苯酚、NaCl，投加乙酸盐，控制进水中的COD与NO₃ ^--N的质量比为0.8～4.0，在进水pH值为7.2～7.7，反应器温度为28～32℃，HRT为0.5～10h的条件下，待系统内NO₂ ^-累积率达75％以上时，即实现废水的短程反硝化，此时反应器污泥内的Thauera丰度达到40％以上。

步骤(1)中所述模拟废水S^2-浓度在100mg/L以上，S^2-与NO₃ ^--N的质量比为0.8～2.2，S^2-与苯酚的质量比为0.4～1.26，所述NaCl的加入量控制在40～60g/L；优选步骤(1)结束时，反应器中污泥内Thauera丰度达到30％以上；步骤(2)结束时，反应器污泥内的Thauera丰度达到50％以上。

步骤(1)中所述碳酸盐是碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸钾，碳酸氢钾中的一种，优选是碳酸氢钠。

步骤(2)中所述乙酸盐是乙酸钠、乙酸钾、乙酸铵中的一种，优选是乙酸钠。

经过所述废水短程反硝化方法启动成功后，污泥中Thauera的丰度达到40％以上，亚硝酸盐氮累积率达75％以上。

步骤(2)所述NO₃ ^-N是指硝酸根中的氮；步骤(2)中所述COD为CH₃COO^-所提供的化学需氧量；所述HRT是指进水的水力停留时间。

与现有的短程反硝化实现方法相比，该方法具有操作条件温和、实现过程简单、快速等优点，实现75％的NO₂ ^-累积仅需20天。

附图说明

图1为实施例10中步骤(2)过程中硝酸盐去除率及亚硝酸盐累积情况。

图2为实施例10对比例的硝酸盐去除率及亚硝酸盐累积情况。

图3为实施例10中的接种污泥(A)、步骤(1)污泥(B)、步骤(2)污泥(C)的微生物属水平中Thauera所占比例。

具体实施例

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施例，还包括具体实施例间的任意组合。

实施例1：

一种废水短程反硝化快速实现的方法，包括以下步骤：(1)以市政污水厂二沉池污泥为接种污泥，采用厌氧反应器，以富含S^2-、NO₃ ^-、苯酚、NaCl的模拟废水为进水，其中所述模拟废水S^2-浓度为100mg/L，S^2-与NO₃ ^--N的质量比为1.2，S^2-与苯酚(以COD表示)的质量比为0.8，所述NaCl的加入量控制在50g/L，并投加2g/L的NaHCO₃为无机碳源，在进水pH为7.2，反应器温度为28～32℃，HRT为2h条件下启动反应器，待反应器内污染物S^2-、NO₃ ^-、苯酚去除率达50％，NO₂ ^-累积率达40％以上时，完成反应器启动；此时，反应器中污泥内Thauera丰度达到20％以上；(2)除去进水中S^2-、苯酚、NaCl，投加乙酸钠控制进水中的COD与NO₃ ^--N的质量比为0.8～4.0范围内，在进水pH为7.2～7.7，反应器温度为28～32℃，HRT为0.5～10h的条件下，待系统内NO₂ ^-累积率达75％以上时，即实现废水的短程反硝化，此时反应器污泥内的Thauera丰度达到40％以上。

实施例2：

本实施例与实施例1不同的是：步骤(1)投加NaHCO₃为1.0g/L，反应器进水pH 7.2，反应器温度为28℃，HRT为0.5h。其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例3：

本实施例与实施例1不同的是：步骤(1)投加NaHCO₃为3.0g/L，反应器进水pH 7.7，反应器温度为32℃，HRT为10h。其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例4：

本实施例与实施例1不同的是：步骤(1)中所述模拟废水S^2-浓度在200mg/L，S^2-与NO₃ ^--N的质量比为1.5，S^2-与苯酚(以COD表示)的质量比为0.84。其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例5：

本实施例与实施例1不同的是：步骤(1)中所述模拟废水S^2-浓度在300mg/L，S^2-与NO₃ ^--N的质量比为2.2，S^2-与苯酚(以COD表示)的质量比为1.26。其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例6：

本实施例与实施例1不同的是：步骤(1)中NaCl浓度为40g/L。其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例7：

本实施例与实施例1不同的是：步骤(1)中NaCl浓度为60g/L。其他步骤及参数与具体实施例1相同。

实施例8：

本实施例与实施例1不同的是：步骤(2)进水中的COD(由乙酸盐提供)与NO₃ ^--N的质量比为0.8。其他步骤及参数与具体实施例1相同。

实施例9：

本实施例与实施例1不同的是：步骤(2)中进水中的COD(由乙酸盐提供)与NO₃ ^--N的质量比为4.0。其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例10：

一种废水短程反硝化快速实现的方法，包括以下步骤：(1)以市政污水厂二沉池污泥为接种污泥，采用厌氧反应器，以富含S^2-、NO₃ ^-、苯酚、NaCl的模拟废水为进水，并投加1.5g/L的NaHCO₃为无机碳源，在进水pH为7.5，反应器温度为30℃，HRT为10h条件下启动反应器，待反应器内污染物S^2-、NO₃ ^-、苯酚去除率达50％，NO₂ ^-累积率达40％以上时，完成反应器启动；此时，反应器中污泥内Thauera丰度达到20％以上；(2)除去进水中S^2-、苯酚、NaCl，投加乙酸盐控制进水中的COD与NO₃ ^--N的质量比为2.0，保持模拟进水pH、温度不变，HRT为2.5h条件下继续反应，系统内NO₂ ^-累积率达75％以上时，即实现废水的短程反硝化，此时反应器污泥中的Thauera所占比例达40％以上；步骤(1)中所述模拟废水S^2-浓度为100mg/L，S^2-与NO₃ ^-的质量比为0.8，S^2-与苯酚(以COD计)的质量比为0.4，NaCl的投加量为50g/L；步骤(2)废水中乙酸盐由乙酸钠提供。

对比例1

以不经步骤(1)驯化的污泥为接种污泥，按照实施例10中步骤(2)的方法进行短程反硝化实验，其经过31天的运行，亚硝酸盐的积累率仅为42％左右。

而本发明所述方法经过4天亚硝酸盐的累积率可达75％以上。可见，本发明的方法具有简单、高效的特点。

Claims

1.一种废水短程反硝化方法，包括以下步骤：(1)以市政污水厂二沉池污泥为接种污泥，采用厌氧反应器，以富含S^2-、NO₃ ^-、苯酚、NaCl的模拟废水为进水，并投加1～3g/L的碳酸盐为无机碳源，在进水pH为7.2～7.7，反应器温度为28～32℃，HRT为0.5～10h的条件下启动反应器，待反应器内污染物S^2-、NO₃ ^-、苯酚去除率达50％，NO₂ ^-累积率达40％以上，完成反应器启动；此时，反应器中污泥内Thauera丰度达到20％以上；(2)除去进水中S^2-、苯酚、NaCl，投加乙酸盐，控制进水中的COD与NO₃ ^--N的质量比为0.8～4.0，在进水pH值为7.2～7.7，反应器温度为28～32℃，HRT为0.5～10h的条件下，待系统内NO₂ ^-累积率达75％以上时，即实现废水的短程反硝化，此时反应器污泥内的Thauera丰度达到40％以上；步骤(1)中所述模拟废水S^2-浓度在100mg/L以上；步骤(1)中所述模拟废水S^2-与NO₃ ^--N的质量比为0.8～2.2；步骤(1)中所述模拟废水S^2-与苯酚的质量比为0.4～1.26；步骤(1)中所述模拟废水中所述NaCl的加入量控制在40～60g/L。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述碳酸盐是碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸钾，碳酸氢钾中的一种。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述碳酸盐是碳酸氢钠。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述乙酸盐是乙酸钠、乙酸钾、乙酸铵中的一种。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述乙酸盐是乙酸钠。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述NO₃ ^-N是指硝酸根中的氮；步骤(2)中所述COD为CH₃COO^-所提供的化学需氧量。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)结束时，反应器中污泥内Thauera丰度达到30％以上；步骤(2)结束时，反应器污泥内的Thauera丰度达到50％以上。