CN109133365A - 一种耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,该方法包括:以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种污泥,接种于厌氧氨氧化反应器中;以含Ni(II)的模拟废水为进水,以NH4 +‑N和NO2 ‑‑N为进水基质,控制反应器中氮容积负荷和Ni(II)的浓度,采用分阶段运行方式进行厌氧氨氧化菌的培养。本发明通过控制进水基质中NH4 +‑N和NO2 ‑‑N浓度以及反应器中氮容积负荷和Ni(II)的浓度、水力停留时间,实现了耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养,提供了一种耐受Ni(II)的污泥驯化方法以及处理含Ni(II)废水的反应器性能提升策略,提升了反应器抵抗含镍废水不利影响的能力。
Description
技术领域
本发明涉及厌氧氨氧化菌培育技术领域,尤其涉及一种耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法。
背景技术
尽管微量的重金属普遍存在于生物体内,且常常是生物酶的必需成分,但是过量的重金属对微生物的活性和生长具有抑制甚至毒害作用。厌氧氨氧化作为一种新型生物脱氮工艺,其中担任主要使命的厌氧氨氧化菌也不例外,受废水中的重金属影响可能导致工艺的出水水质急剧恶化,脱氮效率下降,甚至菌体解体死亡,工艺运行失败。
工业废水和市政污泥中常含有重金属Ni(II),镍对于废水微生物而言,除了是生存的微量元素外,过量后存在毒害作用;会阻碍厌氧氨氧化菌的酶代谢等代谢过程,明显制约微生物胞外聚合物的分泌。
目前,关于培养耐受型厌氧氨氧化菌的研究已有报道,例如:
(1)申请公开号为CN101205526A的发明专利申请公开了上流式厌氧污泥床反应器快速培养厌氧氨氧化菌的方法,该方法包括在UASB反应器内挂膜,保留所富集的微生物;选取垃圾填埋场处理渗滤液SBR工艺中的活性污泥为接种污泥,接种的污泥量为反应器有效容积45~65%;采用恒温循环水浴控制反应区温度保持在32±1℃;采用人工合成废水,废水组分包括NH4Cl、NaNO2、MgSO4、KH2PO4、CaCl2、NaHCO3以及微量元素I和微量元素II,配水中NH4 +-N和NO2 --N的质量比控制为1:1.0~1:1.6;调节进水的pH为7.4~7.8。
(2)申请公布号为CN105753150A的发明专利申请公开了一种耐铬厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法,该方法采用上流式厌氧污泥床反应器,以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源,以含氨氮和亚硝氮的模拟废水为进水,在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水pH为8.10±0.14、水力停留时间为1.0~1.5h的条件下培养至反应器脱氮效率稳定在80%以上,然后向反应器进水中加入K2CrO4进行耐铬培养,完成耐铬厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。
但是,对于耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,获得的厌氧氨氧化菌对含镍高氨氮废水具有较强的耐受能力,显著提高了厌氧氨氧化反应器处理含Ni(II)废水时的去除效率和稳定性。
具体技术方案如下:
一种耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,包括:
(1)以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种污泥,接种于厌氧氨氧化反应器中;
(2)以含Ni(II)的模拟废水为进水,以NH4 +-N和NO2 --N为进水基质,控制反应器中氮容积负荷和Ni(II)的浓度,采用分阶段运行方式进行厌氧氨氧化菌的培养,步骤如下:
(a)第一阶段:保持进水基质中NH4 +-N的浓度始终为250~330mg L-1,NO2 --N的浓度始终为250~330mg L-1,且NH4 +-N和NO2 --N摩尔质量的比值为1:1;以维持出水中NH4 +-N和NO2 --N的含量均在10mg L-1以下为目标,控制初始氮容积负荷和水力停留时间,调整Ni(II)的浓度为1~0.5mg L-1,持续运行至污泥的活性降低为80~90%后,停止添加Ni(II),直至反应器恢复至氮容积负荷的90~95%;
(b)第二阶段:反应器恢复运行性能后,仍以维持出水中NH4 +-N和NO2 --N的含量均在10mg L-1以下为目标,维持初始氮容积负荷不变,控制水力停留时间,并调整Ni(II)的浓度从0mg L-1分梯度逐步提升到0.2~1mg L-1,反应器运行至稳定;
(c)第三阶段:在第二阶段的基础上,继续分梯度逐步提升Ni(II)的浓度至5~10mg/L,以维持出水中NH4 +-N和NO2 --N的含量均在10mg L-1以下为目标,延长水力停留时间,直至反应器能够在进水含10mg L-1Ni(II)浓度下维持稳定运行。
厌氧氨氧化菌是指在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气的过程中,由一类独特的、被称为“厌氧氨氧化菌”的专性厌氧微生物催化完成,其是细菌域浮霉菌门的成员。
在厌氧氨氧化系统中,污泥沉降性能变差是导致工艺脱氮性能恶化的主要因素之一。本发明利用了重金属能刺激污泥胞外聚合物的产生以及促进污泥成分聚集的作用,在污泥活性受到短期抑制后的恢复期内,配合调节反应器的氮容积负荷,最终达到改善污泥沉降性能的目的。
在运行的第一阶段短期输入较高浓度的Ni(II)至关重要,其主要作用是刺激微生物产生大量血红素提升镍离子的代谢转化能力;另外,在胞外聚合物上形成Ni-O结合位点,吸附镍离子,以避免Ni(II)向胞内的渗透和长期毒害,保证细胞维持一定的活性,再配合不同阶段氮容积负荷的控制,使厌氧氨氧化污泥适应处理含一定Ni(II)浓度的废水的同时,维持较高的反应器运行稳定性。
作为优选,步骤(1)中,所述厌氧氨氧化颗粒污泥的初始浓度为2~10g L-1;步骤(2)中,所述进水的pH为7.5~8.3。
作为优选,所述Ni(II)的添加形式为NiCl2·6H2O、NiS、NiS2、NiO、Ni(OH)2和NiCO3中的至少一种;更优选,Ni(II)的添加形式为NiCl2·6H2O。
作为优选,步骤(a)和(b)中,氮容积负荷为6~8kg N m-3d-1,水力停留时间为1~2h;每次调整Ni(II)浓度后,反应器的运行周期均为两周。
作为优选,步骤(c)中,氮容积负荷为1.5~2kg N m-3d-1,水力停留时间为7~9h;每次调整Ni(II)浓度,反应器的运行周期均为两周。
上述方法可有效实现出水中NH4 +-N和NO2 --N的含量均在10mg L-1以下的目标。
作为优选,所述进水中还添加有无机盐缓冲溶液;无机盐缓冲溶液的组分及其终浓度为:KH2PO4 8~10mg L-1,CaCl2·2H2O 5~6mg L-1,MgSO4·2H2O 290~310mg L-1,KHCO31240~1260mg L-1,溶剂为水。
作为优选,所述进水中还添加有1.00~1.25ml L-1的微量元素Ⅰ配制液和1.00~1.25ml L-1的微量元素Ⅱ配制液;
所述的微量元素Ⅰ配制液的组成为:EDTA 5.0~6.0gL-1,FeSO4 9.1~9.2gL-1;
所述的微量元素Ⅱ配制液的组成为:EDTA 15.0~16.0gL-1,ZnSO4·7H2O 0.40~0.45gL-1,CoCl2·6H2O 0.20~0.25gL-1,MnCl2·4H2O 0.95~1.00gL-1,CuSO4·5H2O 0.20~0.25gL-1,NaMoO4·2H2O 0.20~0.25gL-1,NiCl2·6H2O 0.20~0.25gL-1,H3BO4 0.010~0.015gL-1。
作为优选,步骤(a)中,先控制反应器中Ni(II)的浓度为1mg L-1,运行两周后;再控制反应器中Ni(II)的浓度为0.5mg L-1,运行两周。
作为优选,步骤(b)中,反应器中Ni(II)提升的浓度依次为0.2mg L-1、0.5mg L-1和1mg L-1,每次提升后反应器运行两周,再进入下一提升梯度。
作为优选,步骤(c)中,反应器中Ni(II)提升的浓度依次为2mg L-1,5mg L-1,10mgL-1,每次提升后,反应器运行两周,再进入下一提升梯度。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明通过控制进水基质中NH4 +-N和NO2 --N浓度以及反应器中氮容积负荷和Ni(II)的浓度、水力停留时间,来达到维持出水中NH4 +-N和NO2 --N的含量均在10mg L-1以下的目标,实现了耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养,提供了一种耐受Ni(II)的污泥驯化方法以及处理含Ni(II)废水的反应器性能提升策略,提升了反应器抵抗含镍废水不利影响的能力。
附图说明
图1为实施例1中不同Ni(II)处理下进、出水中三氮的浓度。
图2为实施例1中不同Ni(II)处理下三氮的化学计量比和水力停留时间;
其中,理想反应为Rs=1.32,Rs:转化的NO2 --N/消耗的NH4 +-N;RP=0.26,RP:转化的NO3 --N/消耗的NH4 +-N。
图3为反应器处理过程中总氮去除速率NRE(%)和总氮去除负荷NRR(kg N m-3d-1)的变化情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述,以下列举的仅是本发明的具体实施例,但本发明的保护范围不仅限于此。
实施例1
一种耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,具体步骤如下:
取某高效厌氧氨氧化反应器中的颗粒污泥,将1.2L该污泥接种于有效体积1.5L的升流式厌氧污泥床反应器中。该反应器的初始污泥浓度为2.45gL-1,进水pH为7.66±0.15,反应器置于35±2℃且厌氧避光的恒温室中稳定运行14天后,污泥活性为813.02±81mg TNg-1VSS。
以模拟废水为进水基质,加入维持微生物生长的无机盐缓冲液和微量元素,通过控制反应器中的氮容积负荷和向进水中加入的Ni(II)(本实施例加入NiCl2·6H2O)的量分阶段运行。
其中,(NH4)2SO4与NaNO2按1:1物质的量的比值进行添加,添加量均为280mg L-1。进水中无机盐缓冲液各组份的终浓度为:KH2PO4 10mg L-1,CaCl2·2H2O 5.6mg L-1,MgSO4·2H2O 300mg L-1,KHCO3 1250mg L-1。
所述的进水添加微量元素Ⅰ配制液1.25mlL-1和微量元素Ⅱ配制液1.25mlL-1,微量元素Ⅰ配制液及和微量元素Ⅱ配制液具体成分为:
微量元素Ⅰ配制液(g/L):EDTA 5.00,FeSO4 9.14。
微量元素Ⅱ配制液(g/L):EDTA 15.0,ZnSO4·7H2O 0.430,CoCl2·6H2O0.240,MnCl2·4H2O 0.990,CuSO4·5H2O 0.250,NaMoO4·2H2O 0.220,NiCl2·6H2O 0.210,H3BO40.014。
所述的运行方法与Ni(II)浓度设置如下:
(1)第一阶段:试验进水基质浓度为NH4 +-N 280mg L-1,NO2 --N 280mg L-1,NH4 +-N和NO2 --N之比为1:1,氮容积负荷为7.16kg N m-3d-1,反应器初始Ni(II)投加浓度设置为1mgL-1并持续运行14天,该阶段反应器的出水急剧恶化,活性丧失44.46%;
第15天Ni(II)投加浓度设置为0.5mg L-1,约为初始时的一半,运行14天,活性继续丧失至33%,此时进水基质仍为NH4 +-N 280mg L-1,NO2 --N 280mg L-1,NH4 +-N和NO2 --N之比仍为1:1,停止投加Ni(II),使反应器恢复运行性能。
(2)第二阶段:反应器性能恢复后,开始依次逐渐投加Ni(II)至0.2,0.5,1mg L-1,每次增加浓度后,反应器运行14天至运行稳定,反应器的总氮去除负荷增加为7.18kg N m- 3d-1,说明反应器内厌氧氨氧化菌已经产生对重金属镍的抗性,抑制不但缓解反而增加了其部分性能。
(3)第三阶段:第106天开始进水添加Ni(II)至2mg L-1,运行14天,反应器的氮去除负荷为6.43±0.31kg N m-3d-1,进水添加Ni(II)至5mg L-1,同步增大水力停留时间,在此期间出水亚硝氮含量维持在10mg L-1以下,至第135天反应器氮去除负荷为1.56±0.08kg Nm-3d-1并保持稳定,此时基质浓度为NH4 +-N 280mg L-1,NO2 --N 280mg L-1;
第136天开始第四阶段的运行,从0调节初始进水Ni(II)至10.0mg L-1,当出水NH4 +-N和NO2 --N稳定在10mg L-1左右。
反应器在不同的Ni(II)处理和工况下,如图1~3所示,运行平稳,说明按照所述运行方法,反应器内的厌氧氨氧化菌对含Ni(II)废水的耐受性得到加强,处理含镍废水时的氮去除能力得到大幅提升,且能长期稳定运行。
Claims (10)
1.一种耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,包括:
(1)以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种污泥,接种于厌氧氨氧化反应器中;
(2)以含Ni(II)的模拟废水为进水,以NH4 +-N和NO2 --N为进水基质,控制反应器中氮容积负荷和Ni(II)的浓度,采用分阶段运行方式进行厌氧氨氧化菌的培养,步骤如下:
(a)第一阶段:保持进水基质中NH4 +-N的浓度始终为250~330mg L-1,NO2 --N的浓度始终为250~330mg L-1,且NH4 +-N和NO2 --N摩尔质量的比值为1:1;以维持出水中NH4 +-N和NO2 --N的含量均在10mg L-1以下为目标,控制初始氮容积负荷和水力停留时间,调整Ni(II)的浓度为1~0.5mg L-1,持续运行至污泥的活性降低为80~90%后,停止添加Ni(II),直至反应器恢复至氮容积负荷的90~95%;
(b)第二阶段:反应器恢复运行性能后,仍以维持出水中NH4 +-N和NO2 --N的含量均在10mgL-1以下为目标,维持初始氮容积负荷不变,控制水力停留时间,并调整Ni(II)的浓度从0mgL-1分梯度逐步提升到0.2~1mg L-1,反应器运行至稳定;
(c)第三阶段:在第二阶段的基础上,继续分梯度逐步提升Ni(II)的浓度至5~10mg/L,以维持出水中NH4 +-N和NO2 --N的含量均在10mg L-1以下为目标,延长水力停留时间,直至反应器能够在进水含10mg L-1Ni(II)浓度下维持稳定运行。
2.如权利要求1所述的耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,步骤(1)中,所述厌氧氨氧化颗粒污泥的初始浓度为2~10g L-1;步骤(2)中,所述进水的pH为7.5~8.3。
3.如权利要求1所述的耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,所述Ni(II)的添加形式为NiCl2·6H2O、NiS、NiS2、NiO、Ni(OH)2和NiCO3中的至少一种。
4.如权利要求1所述的耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,步骤(a)和(b)中,氮容积负荷为6~8kg N m-3d-1,水力停留时间为1~2h;每次调整Ni(II)浓度后,反应器的运行周期均为两周。
5.如权利要求1所述的耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,步骤(c)中,氮容积负荷为1.5~2kg N m-3d-1,水力停留时间为7~9h;每次调整Ni(II)浓度,反应器的运行周期均为两周。
6.如权利要求1所述的耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,所述进水中还添加有无机盐缓冲溶液;无机盐缓冲溶液的组分及其终浓度为:KH2PO4 8~10mg L-1,CaCl2·2H2O 5~6mg L-1,MgSO4·2H2O 290~310mg L-1,KHCO3 1240~1260mg L-1,溶剂为水。
7.如权利要求1所述的耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,所述进水中还添加有1.00~1.25ml L-1的微量元素Ⅰ配制液和1.00~1.25ml L-1的微量元素Ⅱ配制液;
所述的微量元素Ⅰ配制液的组成为:EDTA 5.0~6.0gL-1,FeSO4 9.1~9.2gL-1;
所述的微量元素Ⅱ配制液的组成为:EDTA 15.0~16.0gL-1,ZnSO4·7H2O 0.40~0.45gL-1,CoCl2·6H2O 0.20~0.25gL-1,MnCl2·4H2O 0.95~1.00gL-1,CuSO4·5H2O 0.20~0.25gL-1,NaMoO4·2H2O 0.20~0.25gL-1,NiCl2·6H2O 0.20~0.25gL-1,H3BO4 0.010~0.015gL-1。
8.如权利要求1所述的耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,步骤(a)中,先控制反应器中Ni(II)的浓度为1mg L-1,运行两周后;再控制反应器中Ni(II)的浓度为0.5mg L-1,运行两周。
9.如权利要求1所述的耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,步骤(b)中,反应器中Ni(II)提升的浓度依次为0.2mg L-1、0.5mg L-1和1mg L-1;每次提升后,反应器运行两周,再进入下一提升梯度。
10.如权利要求1所述的耐受含镍高氨氮废水的厌氧氨氧化菌的培养方法,其特征在于,步骤(c)中,反应器中Ni(II)提升的浓度依次为2mg L-1,5mg L-1,10mg L-1,每次提升后,反应器运行两周,再进入下一提升梯度。
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Wu et al. | Novel insights into Anammox-based processes: A critical review | |
Ge et al. | Nitrite accumulation under constant temperature in anoxic denitrification process: The effects of carbon sources and COD/NO3-N | |
Jung et al. | Factors affecting the activity of anammox bacteria during start up in the continuous culture reactor | |
Yao et al. | Simultaneous removal of organic matter and nitrogen by a heterotrophic nitrifying–aerobic denitrifying bacterial strain in a membrane bioreactor | |
He et al. | Operation stability and recovery performance in an Anammox EGSB reactor after pH shock | |
Tang et al. | Enhanced nitrogen removal from ammonium-rich wastewater containing high organic contents by coupling with novel high-rate ANAMMOX granules addition | |
Wang et al. | Nitrite survival and nitrous oxide production of denitrifying phosphorus removal sludges in long-term nitrite/nitrate-fed sequencing batch reactors | |
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Ashrafi et al. | Optimising nutrient removal of a hybrid five-stage Bardenpho and moving bed biofilm reactor process using response surface methodology | |
Lu et al. | Achieving combined biological short-cut nitrogen and phosphorus removal in a one sludge system with side-stream sludge treatment | |
Zaman et al. | Simultaneous partial nitrification and denitrifying phosphorus removal (PNDPR) in a sequencing batch reactor process operated at low DO and high SRT for carbon and energy reduction | |
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Ma et al. | Denitrification and phosphorus uptake by DPAOs using nitrite as an electron acceptor by step-feed strategies | |
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Xing et al. | Start-up and stable operation of partial nitritation prior to ANAMMOX in an internal-loop airlift reactor | |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190104 |
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