CN108191053B

CN108191053B - 一种提高厌氧氨氧化污泥长期耐受低剂量土霉素的方法

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Publication number: CN108191053B
Application number: CN201711492952.XA
Authority: CN
Inventors: 金仁村; 张倩倩; 史志坚; 沈洋洋; 吴丹; 郭立新
Original assignee: Hangzhou Normal University
Current assignee: Hangzhou Normal University
Priority date: 2017-12-30
Filing date: 2017-12-30
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2037-12-30
Also published as: CN108191053A

Abstract

本发明公开了一种提高厌氧氨氧化污泥抗长期耐低剂量土霉素的方法：采用上流式厌氧污泥床反应器，当连续1‑3天出水亚硝酸盐氮浓度偏差在10％以内时，向进水中添加终浓度为0.1‑2mg·L^‑1土霉素，继续运行，当出水亚硝酸盐氮浓度连续3‑10天均高于10mg·L^‑1时，取出反应器内占接种污泥体积0.01～2％的厌氧氨氧化污泥，添加等量新鲜厌氧氨氧化颗粒污泥，重复取出与添加，运行至反应器出水亚硝氮浓度恢复至添加土霉素前的状态，获得长期耐低剂量土霉素的厌氧氨氧化污泥。本发明采用生物强化复合同等体积污泥排放策略的方式，可强化厌氧污泥反应器抗长期、低剂量土霉素扰动的性能，增强反应器抗土霉素扰动的稳定性。

Description

一种提高厌氧氨氧化污泥长期耐受低剂量土霉素的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种提高厌氧氨氧化工艺抗长期、低剂量土霉素扰动性能的方法，属于废水处理领域。

(二)背景技术

厌氧氨氧化菌能够在厌氧条件下催化氨和亚硝酸盐进行生物反应，生成氮气，实现脱氮。厌氧氨氧化工艺以厌氧氨氧化菌为功能菌，具有脱氮负荷高，运行成本低等优点的一种新型生物脱氮技术，具有较好的应用前景。

然而，自养型厌氧氨氧化菌生长缓慢，倍增时间长达11d且对环境条件敏感。同时，土霉素作为一种广谱、高效、价廉的兽用抗生素药物广泛存在于土霉素生产废水、猪场废水等高氨氮废水中。当采用厌氧氨氧化工艺处理上述高氨氮废水时，废水中的土霉素不可避免地将会给工艺及功能微生物带来抑制作用，导致厌氧氨氧化工艺遇到长期、低剂量土霉素含量废水扰动时，因功能微生物活性受损而致使工艺性能失稳甚至难以恢复。因此，提出一种提高厌氧氨氧化工艺抗长期、低剂量土霉素扰动性能的方法具有重要的现实意义。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种提高厌氧氨氧化工艺抗长期、低剂量土霉素扰动性能的方法。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种提高厌氧氨氧化污泥抗长期耐低剂量土霉素的方法，所述方法为：采用上流式厌氧污泥床反应器，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，以氨氮、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，当连续1-3天出水亚硝酸盐氮浓度偏差在10％以内时，向进水中添加终浓度0.1-2mg·L^-1土霉素，继续运行，当出水亚硝酸盐氮浓度高于10mg·L^-1时，取出反应器内占接种污泥体积0.01～2％的厌氧氨氧化污泥，添加等量新鲜未受抑制的厌氧氨氧化颗粒污泥，维持进水中土霉素终浓度0.1-2mg·L^-1，重复取出及添加污泥(优选以7-14天为一个周期持续添加及取出同等体积的污泥，污泥的排除优先于下次污泥的添加)，运行至反应器出水亚硝氮浓度恢复至添加土霉素前的状态，停止土霉素的添加及取出和添加厌氧氨氧化污泥，获得长期耐低剂量土霉素的厌氧氨氧化污泥。

进一步，所述当出水亚硝酸盐氮浓度连续3-10天(优选3天)均高于10mg·L^-1时，添加一次新鲜厌氧氨氧化颗粒污泥，即每隔7天添加一次。

进一步，每次取出厌氧氨氧化污泥为反应器内接种污泥体积的0.5％(或者为反应器内接种污泥挥发性悬浮固体总质量0.02％)。

进一步，所述新鲜厌氧氨氧化颗粒污泥的污泥比重大于1.0，颗粒球形度为0.5～1.0，颗粒粒径为0.5～9.0mm，最优粒径为1～3mm，悬浮固体浓度为17.3～25.9g·L^-1，挥发性悬浮固体浓度为10～19.7g·L^-1，污泥活性为16.8～25.2mg NO₂ ^--N·g^-1VSS·h^-1。

进一步，所述进水中氨氮、亚硝酸盐氮分别以(NH₄)₂SO₄和NaNO₂提供，氨、亚硝酸盐摩尔比为1:1，进水浓度均为280mg·L^-1。

进一步，所述模拟废水组成为：(NH₄)₂SO₄280mg·L^-1，NaNO₂280mg·L^-1，KH₂PO₄10mg·L^-1，CaCl₂·2H₂O 5.6mg·L^-1，MgSO₄·7H₂O 300mg·L^-1，KHCO₃ 1250mg·L^-1，EDTA25.0mg·L^-1，FeSO₄·7H₂O 11.43mg·L^-1，H₃BO₄ 0.018mg·L^-1，MnCl₂·4H₂O 1.24mg·L^-1，CuSO₄·5H₂O 0.31mg·L^-1，ZnSO₄·7H₂O 0.54mg·L^-1，NiCl₂·6H₂O 0.26mg·L^-1，NaMoO₄·2H₂O 0.28mg·L^-1，CoCl₂·6H₂O 0.30mg·L^-1，溶剂为自来水。

本发明所述新鲜厌氧氨氧化颗粒污泥取自高负荷厌氧氨氧化反应器，厌氧氨氧化活性在10mg g^-1VSS h^-1以上的高活性厌氧氨氧化颗粒污泥。一般采用常规的厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法培养获得。所述新鲜厌氧氨氧化颗粒污泥与反应器中原有厌氧氨氧化颗粒污泥一般为同种培养方法获得的污泥，加入的新鲜厌氧氨氧化颗粒污泥的体积为厌氧污泥反应器内原有接种污泥体积的0.5～2％(优选2％)。

遇到长期(120天)、低剂量土霉素(2mg L^-1)扰动后，加入新鲜污泥，然后保持厌氧污泥反应器的运行条件不变，一般通过添加新鲜的厌氧氨氧化污泥与同步排除同等体积的混合厌氧污泥后可使反应器的运行性能恢复到土霉素扰动前的处理水平。

本发明的有益效果主要体现在：1)采用生物强化的方式，增强反应器抗长期、低剂量土霉素扰动的稳定性；2)较物理和化学方法，生物强化方式的成本较低且更具生物亲和性；3)所添加污泥兼具生物催化剂、吸附剂及生长因子功能；4)排出一部分吸附有土霉素的污泥，可以缩短土霉素的暴露时间，降低土霉素的蓄积毒性，从而维持系统内污泥的整体活性。

本发明通过添加未受任何抑制的高活性厌氧氨氧化颗粒污泥，同时排出一部分吸附有土霉素的污泥，可有效地改善受土霉素扰动的厌氧氨氧化系统的抗扰动能力及自我恢复能力；实验证明，该方法可有效提高受长期、低剂量土霉素扰动工艺的恢复性能，增强反应器抗土霉素扰动的稳定性。

(四)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R₁、R₂两个上流式厌氧污泥床厌氧氨氧化反应器，容积1L，各接种0.5L的厌氧氨氧化颗粒污泥，其挥发性悬浮固体浓度经检测为2.9g·L^-1，即其中各含有挥发性悬浮固体1.45g。R₁～R₂进水均为模拟废水，具体组成为：氨氮、亚硝酸盐氮分别以(NH₄)₂SO₄和NaNO₂提供，氨、亚硝酸盐摩尔比为1:1，进水浓度均为280mg·L^-1，其他成分为：KH₂PO₄ 10mg·L^-1，CaCl₂·2H₂O 5.6mg·L^-1，MgSO₄·7H₂O 300mg·L^-1，KHCO₃ 1250mg·L^-1，微量元素以EDTA螯合后添加，具体组成为EDTA 25.0mg·L^-1，FeSO₄·7H₂O 11.43mg·L^-1，H₃BO₄ 0.018mg·L^-1，MnCl₂·4H₂O 1.24mg·L^-1，CuSO₄·5H₂O 0.31mg·L^-1，ZnSO₄·7H₂O 0.54mg·L^-1，NiCl₂·6H₂O 0.26mg·L^-1，NaMoO₄·2H₂O 0.28mg·L^-1，CoCl₂·6H₂O 0.30mg·L^-1，溶剂为自来水。

R₁和R₂反应器保持水力停留时间同为4.0h。运行条件为：厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为7.72±0.15。

待R₁和R₂运行稳定且彼此间出水亚硝酸盐氮浓度为4.75～6.54mg·L^-1，且3天内出水亚硝酸盐氮浓度偏差在10％以内时，通过向进水中添加终浓度为2mg·L^-1土霉素进行土霉素扰动，扰动前反应器进水总氮负荷为3.3±0.1kg·m^-3·d^-1。土霉素扰动过程中，维持进水土霉素终浓度为2mg·L^-1，随进水加入反应器中，此时不改变反应器运行过程中的各个操作条件。

R₁为对照反应器，土霉素扰动过程中不加入新鲜厌氧氨氧化污泥；正常运行。

R₂为试验组，R₂在土霉素扰动7天后(连续3天内出水亚硝酸盐浓度均高于10mg·L^-1时)，先从反应器中取出10mL混合污泥，再加入10mL新鲜的未受任何抑制的厌氧氨氧化污泥；维持进水土霉素终浓度为2mg·L^-1，当出水亚硝酸盐氮浓度连续3天均高于10mg·L^-1时(即以7天为一个周期)，反复取出与添加污泥(在下次进行新鲜污泥的添加前先从反应器中排除10mL混合均匀的污泥后再进行新鲜污泥的添加)，直至R₂反应器出水亚硝氮浓度恢复至土霉素扰动前的状态停止新鲜厌氧氨氧化污泥的添加及排出(整个运行过程为120天)，获得抗长期耐低剂量土霉素的厌氧氨氧化污泥。其中，每次排出的混合污泥中含有的挥发性悬浮固体的质量为29mg，占反应器内原有污泥所含的挥发性悬浮固体总质量的0.02％。

加入的新鲜厌氧氨氧化污泥为厌氧氨氧化颗粒污泥，取自高负荷厌氧氨氧化反应器，此强化菌源为未受任何抑制的高活性厌氧氨氧化颗粒污泥。该污泥的性质为：污泥比重大于1.0，颗粒球形度为0.5～1.0，颗粒粒径为0.5～9.0mm，最优粒径为1～3mm，悬浮固体浓度为17.3～25.9g·L^-1，挥发性悬浮固体浓度为10～19.7g·L^-1，污泥活性为16.8～25.2mgNO₂ ^--N·g^-1VSS·h^-1。

结果表明，经过长期强化与同步排除同等体积的混合污泥后R₂可恢复至扰动前水平，此时反应器的NRR为2.8±0.3kg N m^-3d^-1。与此同时R₁反应器的NRR仅为2.0±0.6kg Nm^-3d^-1。

上述数据表明，添加新鲜污泥同步排出同等体积的混合厌氧污泥较未加新鲜污泥可有效地加速厌氧氨氧化污泥活性恢复至稳态。同时能够很好地应对土霉素对厌氧氨氧化工艺带来的扰动胁迫。因此，本发明提供的方法在缓解长期受低剂量土霉素扰动的厌氧氨氧化工艺性能稳定性及可恢复性方面都具有有效性。

Claims

1.一种提高厌氧氨氧化污泥抗长期耐低剂量土霉素的方法，其特征在于所述方法为：采用上流式厌氧污泥床反应器，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，以氨氮、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4～5 h的条件下运行至反应器稳定后，当连续1-3天出水亚硝酸盐氮浓度偏差在10%以内时，向进水中添加终浓度为0.1-2 mg·L^-1土霉素，继续运行，当出水亚硝酸盐氮浓度高于10mg·L^-1时，取出反应器内占接种污泥体积0.01~2%的厌氧氨氧化污泥，添加等量新鲜未受抑制的厌氧氨氧化颗粒污泥，维持进水中土霉素终浓度0.1-2 mg·L^-1继续运行，重复取出及添加污泥，运行至反应器出水亚硝氮浓度恢复至添加土霉素前的状态，停止土霉素的添加及取出和添加厌氧氨氧化污泥，获得长期耐低剂量土霉素的厌氧氨氧化污泥。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于当出水亚硝酸盐氮浓度连续3-10天均高于10mg·L^-1时，取出反应器内占接种污泥体积0.01~2%的厌氧氨氧化污泥并等量添加一次新鲜厌氧氨氧化颗粒污泥。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于每次取出厌氧氨氧化污泥为反应器内接种污泥体积的2%。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于进水中土霉素终浓度为2 mg·L^-1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于新鲜厌氧氨氧化颗粒污泥的污泥比重大于1.0，颗粒球形度为0.5～1.0，颗粒粒径为0.5～9.0 mm，悬浮固体浓度为17.3～25.9 g·L^-1，挥发性悬浮固体浓度为10～19.7 g· L^-1，污泥活性为16.8～25.2 mg NO₂ ^--N· g^- ¹VSS· h^-1。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述进水中氨氮、亚硝酸盐氮分别以(NH₄)₂SO₄和NaNO₂提供，氨、亚硝酸盐摩尔比为1:1，进水浓度均为280 mg·L^-1。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述模拟废水组成为：(NH₄)₂SO₄280 mg·L^-1，NaNO₂280 mg·L^-1，KH₂PO₄ 10mg·L^-1，CaCl₂·2H₂O 5.6mg·L^-1，MgSO₄·7H₂O 300 mg·L^-1，KHCO₃ 1250 mg·L^-1， EDTA 25.0 mg·L^-1，FeSO₄·7H₂O 11.43 mg·L^-1，H₃BO₄0.018mg·L^-1，MnCl₂·4H₂O 1.24 mg·L^-1，CuSO₄·5H₂O 0.31mg·L^-1，ZnSO₄·7H₂O 0.54mg·L^-1，NiCl₂·6H₂O 0.26mg·L^-1，NaMoO₄·2H₂O 0.28mg·L^-1，CoCl₂·6H₂O 0.30 mg·L^-1，溶剂为自来水。