CN108503022B - 一种基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法 - Google Patents

一种基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法，属于黑臭河道治理和修复领域。首先是在厌氧条件下驯化与富集厌氧氨氧化菌群，进而在SRAO反应器中驯化与富集硫酸盐型厌氧氨氧化菌群，通过密封加压方法将富集好的硫酸盐型厌氧氨氧化菌群按照比例混合投入黑臭河道底泥中，进行河道底泥修复。本发明可有效富集目标功能微生物，从河道底泥中降解多种污染物质，从根本上解决造成河道黑臭的源头，无需大型动力设备，经济性好，为黑臭水体的修复提供了一种新的发展思路。

Description

一种基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法
技术领域
本发明属于城市黑臭河道治理和修复领域，具体涉及一种利用硫酸盐型厌氧氨氧化细菌修复黑臭河道的方法。
背景技术
城市河道是城市生态系统不可分割的一部分，随着城市工业化的快速发展，大量未经处理或处理不达标的工业废水和生活污水被排入城市河道，污染河道，破坏生态环境，致使水体呈现季节性或者终年黑臭。研究表明，废水中硫酸盐厌氧还原产生的H2S，以及含氮、硫有机物厌氧分解释放的H2S和NH3是城市河道产生臭气的主要原因。水中的铁、锰离子与硫化物形成FeS及MnS胶体颗粒，是水体呈现黑色的主要原因。所以，水体中的氮、硫污染物是导致城市河道水体黑臭的首要原因。
厌氧氨氧化(Anaerobic ammoniumoxidation，ANAMMOX)工艺，以20世纪90年代发现的 ANAMMOX 反应为基础，该反应在厌氧条件下以氨为电子供体，亚硝酸盐为电子受体反应生成氮气，在理念和技术上大大突破了传统的生物脱氮工艺。随着对厌氧氨氧化的深入研究，发现硫酸盐可以代替亚硝酸盐作为电子受体进行厌氧氨氧化，这一过程被称为硫酸盐型厌氧氨氧化。在该反应中，氨氮在厌氧条件下被硫酸盐氧化为N2，同时硫酸盐被还原为单质硫，又被称作厌氧硫酸盐还原氨氧化（sulfate-reducing ammonium oxidation，SRAO）。由于城市河道中的主要污染物为氨氮和硫酸盐，具备进行SRAO 反应的基本条件，且河流系统中的硫酸盐含量远远高于亚硝酸盐，因此硫酸盐型厌氧氨氧化在河流元素地球生物化学循环中的作用将大于亚硝酸盐型厌氧氨氧化。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法，利用硫酸盐型厌氧氨氧化作用同时脱除污染物质，实现黑臭河道修改。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法，包括以下步骤：
（1）厌氧氨氧化菌的驯化与富集：取城市污水厂活性污泥接种至SBR反应器，占反应器有效体积的70～80％，采用氨氮浓度150～200mg/L，碱度浓度为1500～2000mg/L的配水进行亚硝化培养，设置曝气，调节曝气量为0.2～0.5 L/min，氨氮去除率稳定在80％以上，继而停止曝气，进行厌氧搅拌，加入含有一定浓度氨氮、亚氮、碱度的配水，进行厌氧氨氧化菌培养，最后氨氮和亚氮的消耗比为1:1～1:1.5，总氮去除率稳定在80％以上；
（2）硫酸盐型厌氧氨氧化菌的驯化与富集：将驯化并富集好厌氧氨氧化菌的活性污泥接种至SRAO反应器中，占反应器有效体积的70~80%，采用间歇式进水方式加入含有一定浓度氨氮、亚氮、碱度的配水，HRT为10h，换水比为80%，温度为25~30℃，运行方式为7~10d一个短周期，运行5-6个周期，每个周期氨氮浓度不变，逐步减少亚氮，电子受体由NO2 -转变为SO4 2-，最后达到污泥中硫酸盐型厌氧氨氧化菌的相对丰度在40%以上；
（3）硫酸盐型厌氧氨氧化菌向黑臭河道底泥接种：通过密封加压管道将河道底泥抽出至密闭混合池，将驯化并富集好硫酸盐型厌氧氨氧化菌的活性污泥按一定比例投入密闭混合池，搅拌使充分混合得到混合污泥，将混合污泥通过密封加压管道重新注入到黑臭河道底泥中；
（4）黑臭河道脱氮除硫净化过程：混合污泥置入底泥后，在厌氧的条件下，利用硫酸盐型厌氧氨氧化菌逐步将黑臭河道底泥中的硫酸盐转化为硫，同时将氨氮转化为氮气，实现氨氮和硫酸盐的同步去除，大量减少底泥中H2S和NH3的释放，同时减少FeS及MnS的产生。
所述步骤（1）中厌氧氨氧化菌培养所需配水为氨氮浓度为80～120 mg/L，亚氮浓度为80～120 mg/L，碱度浓度为1500～2000 mg/L。
所述步骤（2）中硫酸盐型厌氧氨氧化菌的驯化与富集所需的配水氨氮浓度为80~120 mg/L，亚氮为0~120 mg/L，碱度浓度为1500~2000 mg/L的配水。
所述步骤（3）中驯化并富集好硫酸盐型厌氧氨氧化菌的活性污泥与河道底泥的混合干基比例为1:2~10。
所述步骤（1）前期反应在需氧条件下进行，后期反应同（2）（3）（4）均在厌氧条件下进行。
本发明的有益效果：（1）本方法通过驯化，可有效富集目标功能微生物，通过生物作用实现河道修复，无需大型动力设备，无需异地修复，经济性好；（2）本方法从河道底泥中降解多种污染物质，控制底泥向上覆水释放污染物，从根本上解决造成河道黑臭的源头。（3）本方法利用厌氧氨氧化菌同时去除硫酸盐和氨氮，丰富了氮、硫在被修复河道底泥中的循环途径，可有效避免河道的再次黑臭。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
本实施例的基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法，步骤如下：
（1）厌氧氨氧化菌群的培养：取城市污水厂活性污泥接种至SBR反应器，占反应器有效体积75%，采用氨氮浓度为200mg/L，碱度浓度为2000mg/L的配水进行亚硝化培养，设置曝气量为0.2L/min，总氮去除率稳定在80%；停止曝气，采用厌氧搅拌的方式进行厌氧氨氧化的培养，加入配水为100mg/L的氨氮，100mg/L的亚氮，1600mg/L的碱度，每天运行两个周期，每个周期8h，最后氨氮和亚氮的消耗比为1:1，总氮去除率稳定在80%，污泥浓度为7421mg/L；
（2）硫酸盐型厌氧氨氧化菌群的培养：将培养好的厌氧氨氧化活性污泥接种到SRAO反应器中，占反应器有效体积的80%，反应条件为厌氧搅拌，采用间歇式进水，主要配水为100mg/L的氨氮，100mg/L的亚氮，1600mg/L的碱度，HRT为10h，换水比80%，反应温度30℃，七天一个周期，亚氮的浓度以100mg/L，70mg/L，50mg/L，30mg/L，0mg/L逐期递减，一共运行五个周期，最后污泥中硫酸盐型厌氧氨氧化菌群达到40%。
（3）设计圆柱形装置模拟河道，利用底泥取样器采取河道完整底泥及上覆水，置于模拟装置中，占有效体积的80%。将前期驯化好的硫酸盐型厌氧氨氧化菌群接种至模拟装置底泥中，按1:5的干基比混合均匀。
利用蠕动泵进水，运行方式为连续进水，进水为新鲜每河水，每隔两天取样检测模拟装置中包括DO、pH、氨氮、亚氮和硫酸盐等在内的各项水质参数，模拟河道运行45天后，底泥变为正常土黄色，显示修复成功。
实施例2
本实施例的基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法，步骤如下：
（1）厌氧氨氧化菌群的培养：取城市污水厂活性污泥接种至SBR反应器，占反应器有效体积75%。采用氨氮浓度为200mg/L，碱度浓度为2000mg/L的配水进行亚硝化培养，设置曝气量为0.2 L/min，总氮去除率稳定在80%；停止曝气，采用厌氧搅拌的方式进行厌氧氨氧化的培养，加入配水为90mg/L的氨氮，110mg/L的亚氮，1600mg/L的碱度，每天运行两个周期，每个周期8h，最后氨氮和亚氮的消耗比为1:1.2，总氮去除率稳定在80%，污泥浓度为5798mg/L；
（2）硫酸盐型厌氧氨氧化菌群的培养：将培养好的厌氧氨氧化活性污泥接种到SRAO反应器中，占反应器有效体积的80%，反应条件为厌氧搅拌，采用间歇式进水，主要配水为90mg/L的氨氮，110mg/L的亚氮，1600mg/L的碱度，HRT为10h，换水比80%，反应温度30℃，9天一个周期，亚氮的浓度以110mg/L，80mg/L，50mg/L，30mg/L，0mg/L逐期递减，一共运行五个周期，最后污泥中硫酸盐型厌氧氨氧化菌群达到40%；
（3）设计圆柱形装置模拟河道，利用底泥取样器采取河道完整底泥及上覆水，置于模拟装置中，占有效体积的80%。将前期驯化好的硫酸盐型厌氧氨氧化菌群接种至模拟装置底泥中，按1:2的干基比混合均匀。
利用蠕动泵进水，运行方式为连续进水，进水为新鲜每河水，每隔两天取样检测模拟装置中包括DO、pH、氨氮、亚氮和硫酸盐等在内的各项水质参数，模拟河道运行50天后，底泥变为正常土黄色，显示修复成功。
实施例3
本实施例的基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法，步骤如下：
（1）厌氧氨氧化菌群的培养：取城市污水厂活性污泥接种至SBR反应器，占反应器有效体积75%，采用氨氮浓度为200mg/L，碱度浓度为2000mg/L的配水进行亚硝化培养，设置曝气量为0.2 L/min，总氮去除率稳定在80%；停止曝气，采用厌氧搅拌的方式进行厌氧氨氧化的培养，加入配水为80mg/L的氨氮，120mg/L的亚氮，1600mg/L的碱度，每天运行两个周期，每个周期8h，最后氨氮和亚氮的消耗比为1:1.5，总氮去除率稳定在80%，污泥浓度为9276mg/L；
（2）硫酸盐型厌氧氨氧化菌群的培养：将培养好的厌氧氨氧化活性污泥接种到SRAO反应器中，占反应器有效体积的80%，反应条件为厌氧搅拌，采用间歇式进水，主要配水为80mg/L的氨氮，120mg/L的亚氮，1600mg/L的碱度，HRT为10h，换水比80%，反应温度30℃，10天一个周期，亚氮的浓度以120mg/L，90mg/L，70mg/L，50mg/L，30mg/L，0mg/L逐期递减，一共运行六个周期，最后污泥中硫酸盐型厌氧氨氧化菌群达到40%；
（3）设计圆柱形装置模拟河道，利用底泥取样器采取河道完整底泥及上覆水，置于模拟装置中，占有效体积的80%。将前期驯化好的硫酸盐型厌氧氨氧化菌群接种至模拟装置底泥中，按1:10的干基比混合均匀。
利用蠕动泵进水，运行方式为连续进水，进水为新鲜每河水，每隔两天取样检测模拟装置中包括DO、pH、氨氮、亚氮和硫酸盐等在内的各项水质参数，模拟河道运行30天后，底泥变为正常土黄色，显示修复成功。
实施例4
本实施例的基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法，步骤如下：
（1）选取某河道上游50 m河道为实验区域，每隔五米设置一个取样点；
（2）用密封加压管道将河道底泥抽出至密闭混合池，将培养好的硫酸盐型厌氧氨氧化污泥按1:10的比例投入混合池，搅拌其充分混合；将混合污泥通过密封加压管道重新注入到黑臭河道底泥中；
（3）每天采集河道实验区域的河水进行各项水质指标的检测，同时取河道底泥进行底泥各项指标进行检测，如此试验60天，试验区河道底泥变为正常土黄色，修复成功。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）厌氧氨氧化菌的驯化与富集：取城市污水厂活性污泥接种至反应器，占反应器有效体积的70～80％，采用氨氮浓度150～200mg/L，碱度浓度为1500～2000mg/L的配水进行亚硝化培养，设置曝气，调节曝气量为0.2～0.5 L/min，氨氮去除率稳定在80％以上，继而停止曝气，进行厌氧搅拌，加入含有一定浓度氨氮、亚氮、碱度的配水，进行厌氧氨氧化菌培养，最后氨氮和亚氮的消耗比为1:1～1:1.5，总氮去除率稳定在80％以上；
（2）硫酸盐型厌氧氨氧化菌的驯化与富集：将驯化并富集好厌氧氨氧化菌的活性污泥接种至SRAO反应器中，占反应器有效体积的70~80%，采用间歇式进水方式加入含有一定浓度氨氮、亚氮、碱度的配水，HRT为10h，换水比为80%，温度为25~30℃，运行方式为7~10d一个短周期，运行5-6个周期,每个周期氨氮浓度不变，逐步减少亚氮，电子受体由NO2 -转变为SO4 2-，最后达到污泥中硫酸盐型厌氧氨氧化菌的相对丰度在40%以上；
（3）硫酸盐型厌氧氨氧化菌向黑臭河道底泥接种：通过密封加压管道将河道底泥抽出至密闭混合池，将驯化并富集好硫酸盐型厌氧氨氧化菌的活性污泥按一定比例投入密闭混合池，搅拌使充分混合得到混合污泥，将混合污泥通过密封加压管道重新注入到黑臭河道底泥中；
（4）黑臭河道脱氮除硫净化过程：混合污泥置入底泥后，在厌氧的条件下，利用硫酸盐型厌氧氨氧化菌逐步将黑臭河道底泥中的硫酸盐转化为硫，同时将氨氮转化为氮气，实现氨氮和硫酸盐的同步去除，大量减少底泥中H2S和NH3的释放，同时减少FeS及MnS的产生；
所述步骤（1）中厌氧氨氧化菌培养所需配水为氨氮浓度为80～120 mg/L，亚氮浓度为80～120 mg/L，碱度浓度为1500～2000 mg/L；
所述步骤（2）中硫酸盐型厌氧氨氧化菌的驯化与富集所需的配水氨氮浓度为80~120mg/L，亚氮为0~120 mg/L，碱度浓度为1500~2000 mg/L的配水；所述步骤（3）中驯化并富集好硫酸盐型厌氧氨氧化菌的活性污泥与河道底泥的混合干基比例为1:2~10。
2.根据权利要求1所述的基于厌氧硫酸盐还原氨氧化作用的黑臭河道修复方法，其特征在于，所述步骤（1）前期反应在需氧条件下进行，后期反应同（2）（3）（4）均在厌氧条件下进行。
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