CN108117154B - 一种耐受喹啉的厌氧氨氧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喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法：采用升流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种污泥，以模拟废水为进水，运行至反应器稳定后，向进水中逐步添加喹啉，通过去除进水喹啉和/或调整进水基质浓度来调节反应器运行，当反应器氮去除速率恢复至原来的50％～100％时，以1～3mg·L‑1的浓度梯度继续向进水中添加喹啉运行至反应器内微生物活性与接种污泥活性相当，即完成了耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。本发明通过梯度驯化的方法培养耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥，实现厌氧氨氧化过程的稳定性能。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，特别涉及一种耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。
(二)背景技术
近年来，如何经济、高效地处理焦化废水成为研究者探究的内容。一些新兴的脱氮工艺也被开发用于处理焦化废水，例如：OLAND、CANON、SHARON-ANAMMOX工艺等。但是这些新型的脱氮工艺都是以厌氧氨氧化过程为其中重要步骤，主要原因是厌氧氨氧化过程能够同时实现氨氮和亚硝氮的去除，此外，耗氧量小，节约运行费用，剩余污泥产率低，后处理费用较低。但是，厌氧氨氧化脱氮性能极易受到水中不利的因素的影响，例如：焦化废水中各类芳香族化合物。基于此，若能培养出耐受芳香族化合物的厌氧氨氧化污泥，则有望突破此瓶颈。本发明研究了新的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养策略，采用浓度梯度方法对厌氧氨氧化颗粒污泥急性驯化，提高厌氧氨氧化颗粒污泥对喹啉的耐受能力。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种耐受喹啉的厌氧氨氧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，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种污泥，以含氨氮、亚硝氮、维持微生物生长所需的无机盐缓冲液和微量元素的模拟废水为进水，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为7.72±0.15、水力停留时间为4～5h的条件下运行至反应器稳定后，第一阶段(进水NH4 +-N和NO2 --N(摩尔比1:1)，浓度为280mg/L)首次向进水中添加1mg·L-1喹啉，然后以4～5mg·L-1浓度梯度向进水中逐步添加喹啉，运行至污泥活性降至接种污泥活性60-90％时，为避免亚硝酸盐和喹啉对厌氧氨氧化污泥的协同抑制作用，将进水中喹啉添加浓度降为4～6mg·L-1，运行至污泥活性降至接种污泥活性30-65％时，第二阶段通过去除进水喹啉和/或调整进水基质浓度来调节反应器运行，当反应器氮去除速率恢复至原来的50％～100％时，第三阶段以1～3mg·L-1的浓度梯度继续向进水中添加喹啉，运行至反应器内微生物活性与接种污泥活性相当，即完成了耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。
进一步，第一阶段所述喹啉添加的方法为：首次向进水中添加1mg·L-1喹啉，运行2天后调整进水喹啉5mg·L-1，继续运行2天调整进水喹啉10mg·L-1，运行至污泥活性降至接种污泥活性60-90％时，然后将进水喹啉浓度降至5mg·L-1，运行至污泥活性降至接种污泥活性30-65％。
进一步，第二阶段反应器调节方法为：当反应器连续三天及以上出水中NO2 --N浓度高于70mg·L-1时，通过降低进水基质浓度或降低进水中喹啉浓度来调节反应器运行，其中进水基质降低幅度为70～140mg·L-1，喹啉降低幅度为1～5mg·L-1；当反应器连续三天出水中NO2 --N浓度低于70mg·L-1时，通过增加进水基质浓度或增加进水中喹啉浓度来调节反应器运行，其中进水基质增加幅度为70～140mg·L-1，喹啉浓度增加幅度为1～5mg·L-1。更优选，去除进水中喹啉，以70mg·L-1的幅度提高进水基质浓度。
进一步，第三阶段以1～3mg·L-1的浓度梯度向进水中添加喹啉，每个浓度下运行12～14天；反应器氮去除速率维持首次喹啉添加前水平的50％以上，反应器内污泥活性达到首次添加喹啉前污泥活性的0.8～1.2倍，获得耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥。
进一步，所述模拟废水组成：氨氮140～280mg·L-1，亚硝氮140～280mg·L-1，KH2PO4 10mg·L-1，CaCl2·2H2O 5.6mg·L-1，MgSO4·7H2O 300
mg·L-1，KHCO3 1250mg·L-1和微量元素I、II，溶剂为蒸馏水；
所述微量元素I组成为：EDTA 5.00g·L-1，FeSO49.14g·L-1；
所述微量元素II组成为：EDTA 15.0g·L-1，ZnSO4·7H2O 0.430g·L-1，CoCl2·6H2O0.240g·L-1，MnCl2·4H2O 0.990g·L-1，CuSO4·5H2O 0.250g·L-1，NaMoO4·2H2O0.220g·L-1，NiCl2·6H2O 0.210g·L-1，H3BO40.014g·L-1。
进一步，所述接种污泥的活性为170～190mg N·g-1VSS·d-1，粒径为2～3.3mm，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是30～40g·L-1和20～25g·L-1。
进一步，所述进水中NH4 +-N和NO2 --N的物质的量比值为1:1。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：本发明通过梯度驯化的方法培养耐受10mg·L-1喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥，有利于厌氧氨氧化工艺在实际焦化废水处理中的应用，实现厌氧氨氧化过程的稳定性能。
(四)附图说明
图1是上流式厌氧污泥床反应器的结构示意图；图1中：1.下锥体；2.进水口；3.反应器主体；4.上锥台；5.沉淀区；6.出水口；7.三相分离器。
图2培养过程中反应器脱氮性能。A，进出水NH4 +-N、NO2 --N和NO3 --N浓度；B，反应器NLR、NRR和NRE以及进水中喹啉浓度。
图3培养过程中反应器污泥活性变化。
(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(图1)，接种实验室活性为176.7±16.1mg N·g-1VSS·d-1、粒径为2.62±0.74mm的厌氧氨氧化颗粒污泥，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是30g·L-1和22g·L-1。以模拟废水为进水，反应器在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为7.72±0.15、水力停留时间为4.8h的条件下运行。运行过程中模拟废水成分如下：
氨氮140～280mg·L-1，亚硝氮140～280mg·L-1，KH2PO4 10mg·L-1，CaCl2·2H2O5.6mg·L-1，MgSO4·7H2O 300mg·L-1，KHCO3 1250mg·L-1和微量元素I、II，溶剂为去离子水；
所述微量元素I组成为：EDTA 5.00g·L-1，FeSO49.14g·L-1；
所述微量元素II组成为：EDTA 15.0g·L-1，ZnSO4·7H2O 0.430g·L-1，CoCl2·6H2O0.240g·L-1，MnCl2·4H2O 0.990g·L-1，CuSO4·5H2O 0.250g·L-1，NaMoO4·2H2O0.220g·L-1，NiCl2·6H2O 0.210g·L-1，H3BO40.014g·L-1。
反应器稳定运行至第54天开始梯度驯化策略，根据进水中喹啉浓度和喹啉浓度变化梯度，分为三个阶段(见图2-图3)：
第一阶段快速增加进水中喹啉浓度，在第54天、57天和76天时，喹啉的浓度分别是1mg·L-1、5mg·L-1和10mg·L-1。当反应器在喹啉浓度为1mg·L-1和5mg·L-1的条件下运行时，反应器脱氮性能不受影响。当喹啉浓度增加至10mg·L-1时，运行8天，反应器的脱氮速率由开始的2.6±0.2kg·m-3·d-1降低至2.1±0.4kg·m-3·d-1。在77天时，反应器污泥活性由最初的176.7±16.1mg N·g-1VSS·d-1降低至127.6±4.5mg N·g-1VSS·d-1。为了避免亚硝酸盐和喹啉对厌氧氨氧化污泥的协同抑制作用，在第85天降低进水中喹啉浓度为5mg·L-1，运行12天，反应器的脱氮性能和污泥活性持续下降。第87天时，活性降低至81.0±17.9mgN·g-1VSS·d-1。
第二阶段为恢复阶段，为了快速恢复反应器性能，同时降低进水基质浓度和去除进水中的喹啉，具体为连续三天出水中NO2 --N浓度高于70mg·L-1时，在第97天，进水中NH4 +-N和NO2 --N(摩尔比1:1)浓度为210mg·L-1，运行至反应器出水亚硝氮浓度低于70mg·L-1。在118天，进水中NH4 +-N和NO2 --N(摩尔比1:1)浓度增加为280mg·L-1。在该阶段中反应器的氮去除速率恢复至1.9±0.5kg·m-3·d-1。
第三阶段缓慢增加进水中喹啉浓度(进水中NH4 +-N和NO2 --N(1:1)浓度为280mg·L-1)，在第139天开始，以1mg·L-1为浓度梯度增加喹啉浓度到5mg·L-1，每个浓度下运行12-14天。尽管进水中喹啉浓度不断增加，反应器中污泥活性逐渐恢复。反应器在1mg·L-1喹啉下运行13天后，污泥活性为87.3±16.1mg N·g-1VSS·d-1；喹啉浓度增加到2mg·L-1下运行14天后，污泥活性为74.7±14.9mg N·g-1VSS·d-1；反应器在喹啉浓度为3mg·L-1的情况下运行12天后，污泥活性为102.7±8.1mg N·g-1VSS·d-1；增加喹啉浓度为4mg·L-1，运行13天后，污泥活性为118.3±14.0mg N·g-1VSS·d-1；再次增加进水中喹啉浓度为5mg·L-1，运行12天后，污泥活性为165.1±9.8mg N·g-1VSS·d-1；反应器在8mg·L-1的喹啉下运行14天，污泥活性为172.1±0mg N·g-1VSS·d-1；反应器在10mg·L-1的喹啉下运行14天，污泥活性为178.9±2.0mg N·g-1VSS·d-1。此时，实现耐受喹啉厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。经过232天的驯化培养污泥能够忍受低于10mg·L-1的喹啉。
Claims (7)
1.一种耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述方法包括：采用升流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种污泥，以含氨氮、亚硝氮、维持微生物生长所需的无机盐缓冲液和微量元素的模拟废水为进水，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为7.72±0.15、水力停留时间为4～5h的条件下运行至反应器稳定后，第一阶段首次向进水中添加1mg·L-1喹啉，然后以4～5mg·L-1浓度梯度向进水中逐步添加喹啉，运行至污泥活性降至接种污泥活性60-90％时，将进水中喹啉浓度降至4～6mg·L-1，运行至污泥活性降至接种污泥活性30-65％时，第二阶段通过去除进水喹啉和/或调整进水基质浓度来调节反应器运行，当反应器出水氮去除速率恢复至首次添加喹啉前的50％～100％时，第三阶段以1～3mg·L-1的浓度梯度继续向进水中添加喹啉，运行至反应器内微生物活性与接种污泥活性相当，即完成了耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。
2.如权利要求1所述耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于第一阶段所述喹啉添加的方法为：首次向进水中添加1mg·L-1喹啉，运行2天后调整进水喹啉5mg·L-1，继续运行2天调整进水喹啉10mg·L-1，运行至污泥活性降至接种污泥活性60-90％时，然后将进水喹啉浓度降至5mg·L-1，运行至污泥活性降至接种污泥活性30-65％。
3.如权利要求1所述耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于第二阶段反应器调节方法为：当反应器连续三天及以上出水中NO2 --N浓度高于70mg·L-1时，通过降低进水基质浓度或降低进水中喹啉浓度来调节反应器运行，其中进水基质降低幅度为70～140mg·L-1，喹啉降低幅度为1～5mg·L-1；当反应器连续三天出水中NO2 --N浓度低于70mg·L-1时，通过增加进水基质浓度或增加进水中喹啉浓度来调节反应器运行，其中进水基质增加幅度为70～140mg·L-1，喹啉浓度增加幅度为1～5mg·L-1。
4.如权利要求1所述耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于第三阶段以1～3mg·L-1的浓度梯度向进水中添加喹啉，每个浓度下运行12～14天；反应器氮去除速率维持首次喹啉添加前水平的50％以上，反应器内污泥活性达到首次添加喹啉前污泥活性的0.8～1.2倍，获得耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥。
5.如权利要求1所述耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述模拟废水组成：氨氮140～280mg·L-1，亚硝氮140～280mg·L-1，KH2PO4 10mg·L-1，CaCl2·2H2O 5.6mg·L-1，MgSO4·7H2O 300mg·L-1，KHCO31250mg·L-1和微量元素I、II，溶剂为蒸馏水；
所述微量元素I组成为：EDTA 5.00g·L-1，FeSO49.14g·L-1；
所述微量元素II组成为：EDTA 15.0g·L-1，ZnSO4·7H2O 0.430g·L-1，CoCl2·6H2O0.240g·L-1，MnCl2·4H2O 0.990g·L-1，CuSO4·5H2O 0.250g·L-1，NaMoO4·2H2O0.220g·L-1，NiCl2·6H2O 0.210g·L-1，H3BO40.014g·L-1。
6.如权利要求1所述耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述接种污泥的活性为170～190mg N·g-1VSS·d-1，粒径为2～3.3mm，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是30～40g·L-1和20～25g·L-1。
7.如权利要求1所述耐受喹啉的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述进水中NH4 +-N和NO2 --N的物质的量比值为1:1。
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