CN108046425A - 一种耐有机物厌氧氨氧化活性污泥的培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐有机物的厌氧氨氧化菌群的培养方法，包括步骤A种泥扩大化培养与步骤B菌群驯化培养。采用逐级提高培养液中有机物浓度的方式进行耐有机物驯化培养。菌群在每个有机物浓度的驯化周期为10‑15天。步骤A与步骤B均在带有三相分离器和回流装置的上流式厌氧污泥床反应器中进行，通过给废水曝氮气的方式降低废水中溶解氧至0‑0.4mg/L。最终在进水氨氮为200mg/L、进水亚硝酸盐氮在220mg/L的条件下，在有机物浓度为800mg/L的条件下，总氮去除率能够达到90％。本发明所述的方法培养耐有机物的厌氧氨氧化菌群操作简便，易于培养，可用于规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐有机物厌氧氨氧化活性污泥的培养方法。更具体的说，涉及一种以高COD废水中的氨氮、亚硝酸盐氮为处理对象的厌氧氨氧化反应器的启动以及驯化、运行方法。
背景技术
氨氮是水体污染中的重要因素，水中过高的氨氮容易引起水中植物与藻类的过度繁殖，使水体自净能力减弱，导致水质恶化从而造成水体富营养化。在现有技术中，高氨氮废水的的主要处理方法有物化法、高级氧化法和生物法三大类。
其中，物化法有折点氯化法、化学沉淀法、离子交换法等方法；物化法存在成本高、能源消耗大、反应条件苛刻等缺点，而且物化法也仅能应用于部分行业和领域的废水处理。高级氧化法主要包括超临界催化氧化法、光催化氧化法、湿式氧化法和催化湿式氧化法。高级氧化法的缺点是设备投资大、运行费用高、操作条件较为苛刻，而且经高级氧化法处理的氨氮会转变成氮氧化合物，仍需进一步处理。而生物法处理氨氮废水也有如下多种形式，如传统硝化-反硝化法、短程硝化-厌氧氨氧化法等等。生物法处理由于其成本低、处理效果彻底、适用面广等优点，得到了广泛的应用。
短程硝化-厌氧氨氧化法处理氨氮废水，是指氨氮废水先经短程硝化将部分氨氮转化为亚硝态氮，然后经厌氧氨氧化过程将氨氮与亚硝态氮共同脱除。其中，短程硝化由培养的亚硝化菌群作用下进行，同样厌氧氨氧化过程是在厌氧氨氧化菌的作用下进行。
厌氧氨氧化菌是一类新发现的厌氧自养型细菌，它能够将氨氮与亚硝氮按一定的比例转化为氮气，有较大的科研价值和工业价值。
在工业上，大部分高氨氮废水均含有或多或少的有机物。但是，有机物会抑制厌氧氨氧化菌的脱氮效能。目前主流的观点是有机物会使厌氧氨氧化活性污泥中的硝化菌、反硝化菌与厌氧氨氧化菌竞争生长，而厌氧氨氧化菌竞争能力较弱导致得不到足够的营养，脱氮效率下降。在实验室中培养厌氧氨氧化菌一般采用不含有机物的人工配制废水。.
现有技术处理低氨氮、高有机物时的技术已经不能满足需要，而如何培养在低氨氮、高有机物条件下能够正常生长的厌氧氨氧化菌成为一个技术难题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够在高有机物环境厌氧氨氧化菌群的培养方法。
本发明提供一种能够在高有机物环境厌氧氨氧化菌群的培养方法，包括下列步骤：
A)扩大化培养：将现有污泥富集培养成为红色、高活性的厌氧氨氧化污泥；
B)菌群驯化培养，通过逐级提高人工废水中的有机物含量，对步骤A中富集培养到的厌氧氨氧化菌群进行耐有机物的驯化培养。
所述“厌氧氨氧化菌群进行耐有机物的培养驯化”为，此活性污泥在每个有机物浓度的驯化时间为10-15天。步骤A)与步骤B)均使用UASB反应器进行连续式培养。
步骤A)中所述的现有污泥为厌氧氨氧化污泥与硝化污泥的混合污泥。厌氧氨氧化污泥与硝化污泥的重量比例为1：1～1：2。
根据本发明，步骤A)中所述的富集培养为：进水氨氮浓度设定为100-120mg/L，进水亚硝酸氮浓度设定为110-140mg/L，进水氨氮与亚硝酸盐氮的含量比值设定在1：1.1-1.2。反应器温度设定在30±1℃，水力停留时间(HRT)设定为10h，回流比设定为1：3-1:3.5，进水溶解氧浓度控制在0-0.4mg/L。另外，碳酸氢钠的浓度设定在1500-1550mg/L，磷的浓度设定在10-200mg/L。
步骤A)中所述的红色、高活性的厌氧氨氧化污泥为颗粒均匀、直径在1-2mm的颗粒污泥。其有机含量为20-30％。
根据本发明，步骤B)中所述的驯化培养为：进水氨氮浓度设定为200-220mg/L，进水亚硝态氮浓度设定为220-240mg/L，进水氨氮与亚硝态氮的含量比值设定在1：1.1-1.2。反应器温度设定在30±1℃，水力停留时间(HRT)设定为10-12h，回流比设定为1:3-1：3.5，进水溶解氧浓度控制在0-0.4mg/L。另外，碳酸氢钠浓度设定在1000-1100mg/L，磷的浓度设定在10-200mg/L。人工废水中需要添加羟胺。
根据本发明，步骤B)中人工废水有机物的来源优选为葡萄糖。初期添加量为10-15mg/L，每级递增葡萄糖浓度梯度为50-60mg/L，最终葡萄糖浓度应达到600-800mg/L。
根据本发明，优选在步骤B的人工废水中添加盐酸羟胺，优选的添加量为100-120mg/L。
优选本发明步骤A中菌种来源为厌氧氨氧化污泥与硝化污泥的混合污泥，混合比为1:2-1:3；接种污泥的浓度控制在3000-5000mg/L。
根据本发明，优选步骤A不添加有机碳源，使用碳酸氢钠作为无机碳源；步骤B使用葡萄糖与碳酸氢钠分别作为有机和无机的碳源。步骤A菌群富集培养的总周期为30-90天。
本发明未详述部分均可采用现有技术。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明中耐有机物的厌氧氨氧化污泥易于培养，培养所需药品易于获得，成本低操作简便，适于大规模培养运行；使用UASB反应器水力条件优良，厌氧氨氧化菌面临的压力小，增长繁殖速度快；盐酸羟胺既能抑制NOB(硝化菌)的增长，又能刺激AOB菌与厌氧氨氧化菌的生长，降低了有机物导致的其他细菌增长对厌氧氨氧化菌的竞争作用；经过培养驯化的污泥中，厌氧氨氧化菌浓度与活性均较高，适用于各种工业与生活废水的单级处理，具有良好的经济效益与环境效益。
附图说明
附图1为厌氧氨氧化反应器示意图。
其中，1、配水桶；2、进水计量泵；3、回流罐；4、循环计量泵；5、反应器；6、三相分离器；7、填料；8、反应器出水管；9、排水管。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。
实施例1
反应器使用有机玻璃制成的带有回流装置和三相分离器的UASB反应器。有效体积为10L。
采用A2O工艺中硝化池中取得的硝化污泥与厌氧氨氧化污泥混合接种。其中硝化污泥取2.5L，其MLSS为3600mg/L。厌氧氨氧化污泥取1L，其MLSS为9200mg/L。将两种污泥混合后，从反应器顶部加入。实验用水和循环水使用计量泵泵入反应器，进水速度为1L/h，循环速度为3.5L/h。实验用水使用人工配制的废水，步骤A富集培养中进水氨氮浓度设定为100mg/L，进水亚硝酸氮浓度设定为110mg/L。反应器温度设定在30±1℃，进水前人工废水使用氮气曝气以除去溶解氧，进水溶解氧浓度控制在0-0.4mg/L。另外，碳酸氢钠的浓度设定在1500mg/L，磷的浓度设定在100mg/L。
当反应器出水氨氮脱除率达到90％以上，出水氨氮小于10mg/L时，开始进入驯化阶段(步骤B)。步骤B进水氨氮浓度改为200mg/L，进水亚硝酸盐氮浓度改为220mg/L。盐酸羟胺的添加量为10mg/L，初期葡萄糖添加量取10mg/L，其他条件与富集培养阶段保持一致。此后每级递增葡萄糖浓度梯度为50mg/L，每个驯化周期为12d。经过数级驯化后，至有机物添加量至750mg/L时，氮脱除率为90.2％，出水氨氮为22.3mg/L。至此，该耐有机物的厌氧氨氧化污泥已富集和驯化结束。此时污泥呈砖红色，污泥形态为优良的颗粒状，颗粒较小且密实。
实施例2
反应器使用有机玻璃制成的带有回流装置和三相分离器的UASB反应器。有效体积为7L。
采用A2O工艺中硝化池中取得的硝化污泥与厌氧氨氧化污泥混合接种。其中硝化污泥取2L，其MLSS为3750mg/L。厌氧氨氧化污泥取1L，其MLSS为9300mg/L。将两种污泥混合后，从反应器顶部加入。实验用水和循环水使用计量泵泵入反应器，进水速度为0.8L/h，循环速度为3L/h。实验用水使用人工配制的废水，步骤A富集培养中进水氨氮浓度设定为100mg/L，进水亚硝酸氮浓度设定为110mg/L。反应器温度设定在30±1℃，进水前人工废水使用氮气曝气以除去溶解氧，进水溶解氧浓度控制在0-0.2mg/L。另外，碳酸氢钠的浓度设定在1200mg/L，磷的浓度设定在80mg/L。
当反应器出水氨氮脱除率达到90％以上，出水氨氮小于10mg/L时，开始进入驯化阶段(步骤B)。步骤B进水氨氮浓度改为200mg/L，进水亚硝酸盐氮浓度改为220mg/L。盐酸羟胺的添加量为10mg/L，初期葡萄糖添加量取20mg/L，其他条件与富集培养阶段保持一致。此后每级递增葡萄糖浓度梯度为70mg/L，每个驯化周期为14d。经过数级驯化后，至有机物添加量至800mg/L时，氮脱除率为91.2％，出水氨氮为19.6mg/L。至此，该耐有机物的厌氧氨氧化污泥已富集和驯化结束。此时污泥呈砖红色，污泥形态为优良的颗粒状，颗粒较小且密实。
取少量污泥测定其肼脱氢酶含量、16s rRNA拷贝数和活性污泥的Heme c含量，并记录数据。
对比例1
反应器使用有机玻璃制成的带有回流装置和三相分离器的UASB反应器。有效体积为7L。
反应器内为长期稳定运行的厌氧氨氧化红色颗粒污泥，氮脱除率长期稳定在95％以上。除不经过驯化过程(步骤B)，直接添加葡萄糖800mg/L，反应器所有条件与实施例2保持一致。进水3d之后，取少量污泥测定其肼脱氢酶含量、16s rRNA拷贝数和活性污泥的Hemec含量，并记录数据。
与实施例2相比，对比例一中厌氧氨氧化污泥的活性明显较差。说明不采用逐步提高法培养的厌氧氨氧化菌很难适应低氨氮与高有机物的废水，其中厌氧氨氧化菌的生长发育受到了竞争，污泥的活性有所下降。
Claims (10)
1.一种能够在高有机物环境厌氧氨氧化菌群的培养方法，包括下列步骤：
A)扩大化培养：将现有污泥富集培养成为红色、高活性的厌氧氨氧化污泥；
B)菌群驯化培养，通过逐级提高人工废水中的有机物含量，对步骤A中富集培养到的厌氧氨氧化菌群进行耐有机物的驯化培养。
2.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，所述“厌氧氨氧化菌群进行耐有机物的培养驯化”为，此活性污泥在每个有机物浓度的驯化时间为10-15天。步骤A)与步骤B)均使用UASB反应器进行连续式培养。
3.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，步骤A)中所述的现有污泥为厌氧氨氧化污泥与硝化污泥的混合污泥，厌氧氨氧化污泥与硝化污泥的重量比例为1：1～1：2。
4.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，步骤A)中所述的富集培养为：进水氨氮浓度设定为100-120mg/L，进水亚硝酸氮浓度设定为110-140mg/L，进水氨氮与亚硝酸盐氮的含量比值设定在1：1.1-1.2；反应器温度设定在29-31℃，水力停留时间(HRT)设定为10h，回流比设定为1：3-1:3.5，进水溶解氧浓度控制在0-0.4mg/L。
5.如权利要求4所述的培养方法，其特征在于，碳酸氢钠的浓度设定在1500-1550mg/L，磷的浓度设定在10-200mg/L。
6.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，步骤B)中所述的驯化培养为：进水氨氮浓度设定为200-220mg/L，进水亚硝态氮浓度设定为220-240mg/L，进水氨氮与亚硝态氮的含量比值设定在1：1.1-1.2；反应器温度设定在29-31℃，水力停留时间(HRT)设定为10-12h，回流比设定为1:3-1：3.5，进水溶解氧浓度控制在0-0.4mg/L。
7.如权利要求6所述的培养方法，其特征在于，碳酸氢钠浓度设定在1000-1100mg/L，磷的浓度设定在10-200mg/L。
8.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，步骤B)中人工废水有机物的来源优选为葡萄糖；初期添加量为10-15mg/L，每级递增葡萄糖浓度梯度为50-60mg/L，最终葡萄糖浓度应达到600-800mg/L。
9.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，在步骤B的人工废水中添加盐酸羟胺，添加量为100-120mg/L。
10.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，步骤A中菌种来源为厌氧氨氧化污泥与硝化污泥的混合污泥，混合比为1:2-1:3；接种污泥的浓度控制在3000-5000mg/L；
步骤A不添加有机碳源，使用碳酸氢钠作为无机碳源；步骤B使用葡萄糖与碳酸氢钠分别作为有机和无机的碳源；步骤A菌群富集培养的总周期为30-90天。
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