CN109748388A - 一种附着增殖型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种附着增值型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法。在UASB反应器中加入准备好的Anammox活性污泥和PVA凝胶小球，使得生物载体占反应器体积的40%。随后投加多价金属离子Fe³⁺，控制浓度为5mg/L。UASB反应器采用连续流方式运行，第1阶段是固定系统水力停留时间，逐步提高系统的进水氮负荷；第2阶段是固定进水中氨氮和亚硝酸盐的浓度，逐渐缩短系统HRT。反应28d完成培养过程，最终在UASB反应器内培养出Anammox颗粒污泥，且沉降性较好。本发明利用附着增值型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥，并且使其具有较好的沉降性能，有利于厌氧氨氧化菌的持留和扩增。

Description

一种附着增殖型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的 方法

技术领域

本发明属于废水生物处理技术领域，涉及一种附着增殖型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法。

背景技术

2017年中国环境状况公报显示，我国废水氨氮直排海的排放总量高达10759吨；109个监测营养状态的湖泊（水库）中，中营养状态以上占到76个，而轻度富营养化状态以下的占到33个。导致过量的氮素进入地表水，造成严重的富营养化、水质损害和生态破坏，因此应严格控制氮素污染物的排放，加大生态环境保护力度。而生物脱氮技术，因其经济性最好而广泛使用，但目前传统的脱氮生物处理工艺需额外添加碳源才能取得较为稳定的总氮去除效果，这显著增加了工艺的水处理成本，同时产生的大量剩余污泥也极大的增加了污泥处理、处置的费用，因此研发经济高效的新型生物脱氮工艺刻不容缓。

厌氧氨氧化技术（Anammox）是在厌氧环境下，厌氧氨氧化菌以氨氮和亚硝酸盐分别作为电子供体和电子受体，将氨氮与亚硝酸盐同时转化为氮气的工艺技术。该技术在脱氮过程中更加便捷，直接将氮素变为氮气排放到环境，同时该过程无需有机碳源和O₂，污泥产生量少，极大地减少了运行成本，具有极为显著的经济和技术可行性。

然而，厌氧氨氧化菌属于自养菌，自身倍增时间长，对外界环境条件特别是氧的存在十分敏感，技术难点之一就是厌氧氨氧化菌的持留和扩增，而Anammox污泥的颗粒化（通常认定平均颗粒粒径大于0.2mm为颗粒污泥）能显著截留Anammox污泥且增加运行负荷，同时污泥颗粒化可以确保颗粒内部的厌氧环境，实现该工艺的高效稳定运行，是解决这个问题的有效途径。本发明充分利用附着增值型惰性生物载体（选用PVA凝胶小球）生物亲和性高，比表面积大、比重及球形外形与厌氧颗粒污泥接近等优点，将PVA凝胶小球应用于培养Anammox颗粒污泥，提出一种附着增值型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，为该工艺的工程化推广应用提供了的技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种附着增值型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，解决了现有Anammox工艺污泥流失严重、运行不稳定的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：准备UASB反应器和经过初步驯化的Anammox活性污泥，该活性污泥形态为絮状，呈黄褐色，无明显的颗粒态。

步骤2：准备生物载体PVA凝胶小球，其为白色球形载体，平均粒径3mm，比重1.025，从表面到中心多孔孔径20μm。

步骤3：在UASB反应器中加入准备好的活性污泥，反应器内污泥浓度为10 g/L。

步骤4：在UASB反应器中投加PVA凝胶小球，生物载体体积占反应器体积的40%。

PVA凝胶小球是一种以生物亲和性高的PVA 作为原料的白色凝胶小球，比表面积大、比重及球形外形与厌氧颗粒污泥接近，在载体上附着大量微生物，具有良好的沉降性能，可以快速、大量附着氨氧化菌并利于其繁殖，加速实现污泥颗粒化。

步骤5：投加多价金属离子Fe³⁺，使反应器内多价金属离子Fe³⁺浓度为5 mg/L。

多价金属离子Fe³⁺带正电，能够与带负电的活性污泥聚集并通过吸附架桥作用，实现污泥的聚集成团，加快污泥的颗粒化进程；同时Anammox菌中多种蛋白合成过程需要血红素，而铁元素是血红素的重要组成，所以Fe³⁺对Anammox菌的高效富集与活性提高具有显著效果。

步骤6：UASB反应器采用连续流方式运行，逐步提高系统的进水氮负荷，第1阶段是固定系统水力停留时间（HRT），逐渐提高进水中氨氮和亚硝酸盐的浓度；第2阶段是固定进水中氨氮和亚硝酸盐的浓度，逐渐缩短系统HRT。

进一步，所述进水pH在7.6~8.0之间。

进一步，所述反应器内用温度控制仪将温度控制在32±1℃。

进一步，废水由底部泵入反应器，反应器上部出水。

进一步，所述进水中氨氮和亚硝酸盐浓度比为1:1，第1阶段氨氮和亚硝酸盐浓度由40 mg/L逐步升高至80 mg/L，第2阶段浓度均为80 mg/L；HRT第1阶段为1.4 d，第2阶段HRT从1 d逐步缩短至0.6 d。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

通过投加PVA凝胶小球和多价金属离子Fe³⁺，充分利用PVA凝胶小球生物亲和性高、比表面积大、比重及球形外形与厌氧颗粒污泥接近的特点，在载体上附着大量微生物；Fe³⁺与带负电的污泥正负电荷相互吸引形成菌胶团，促使污泥高效富集形成颗粒化，并兼具提高Anammox菌群活性，加快菌群富集的作用；同时结合进水氮素浓度控制和HRT控制，逐步提高Anammox菌群活性，最终实现Anammox污泥的快速颗粒化，培养出的颗粒污泥沉降性能好，且具有高效脱氮性能。

附图说明

图1为反应器脱氮性能示意图。

图2为反应器厌氧氨氧化颗粒污泥沉降性能与生物量变化图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的技术方案按照以下步骤进行：

步骤1：准备UASB反应器和经过初步驯化的Anammox活性污泥，该活性污泥形态为絮状，呈黄褐色，无明显的颗粒态。

步骤2：准备生物载体PVA凝胶小球，其为白色球形载体，平均粒径3mm，比重1.025，从表面到中心多孔孔径20μm。

步骤3：在UASB反应器中加入准备好的活性污泥，反应器内污泥浓度为10 g/L。

步骤4：在UASB反应器中投加PVA凝胶小球，生物载体占反应器体积的40%。

步骤5：投加多价金属离子Fe³⁺，使反应器内多价金属离子Fe³⁺浓度为5 mg/L。

步骤6：UASB反应器采用连续流方式运行，废水由底部泵入反应器，反应器上部出水。运行分为两个阶段，第1阶段是固定系统水力停留时间（HRT=1.4 d），逐步提高系统的进水氮负荷，进水中氨氮和亚硝酸盐浓度比为1:1，氨氮和亚硝酸盐浓度由40 mg/L逐步升高至80 mg/L；第2阶段是固定进水中氨氮和亚硝酸盐的浓度，均为80 mg/L，逐渐缩短系统HRT，从1 d逐步缩短至0.6 d。进水pH在7.6~8.0之间。温度控制在32±1℃。反应28d后完成培养过程，最终在UASB反应器内成功培养出Anammox颗粒污泥。

培养期间，可对进出水的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮及Anammox颗粒污泥生物量与沉降性能等进行测定，以掌握Anammox颗粒污泥培养的进程。

本发明所述的反应器为UASB反应器，但同样适合于其他类型的连续流生物脱氮反应器。本发明在UASB反应器中接种Anammox活性污泥，投加PVA凝胶小球和多价金属离子Fe^{3 +}，并结合进水氮素浓度控制和HRT控制，经过28 d的启动运行，成功实现Anammox污泥的快速颗粒化，培养出的颗粒污泥沉降性能好，且具有高效脱氮性能。

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的描述。

在UASB反应器中加入准备好的Anammox活性污泥，污泥浓度为10 g/L，加入平均粒径3mm、比重1.025的PVA凝胶小球，使得生物载体占反应器体积的40%。随后投加多价金属离子Fe³⁺，控制浓度为5 mg/L。UASB反应器采用连续流方式运行，废水由底部泵入反应器，反应器上部出水。运行分为两个阶段，第1阶段是固定系统水力停留时间（HRT=1.4 d），逐步提高系统的进水氮负荷，进水氨氮和亚硝酸盐浓度比为1:1，氨氮和亚硝酸盐浓度由40 mg/L逐步升高至80 mg/L；第2阶段是固定进水中氨氮和亚硝酸盐的浓度，均为80 mg/L，逐渐缩短系统HRT，从1 d逐步将至0.6 d。控制进水pH在7.8。用温度控制仪将温度控制在32±1℃。反应28 d后完成培养过程，最终在UASB反应器内成功培养出Anammox颗粒污泥，且沉降性较好（见图1-2）。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种附着增殖型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）准备UASB反应器和经过初步驯化的Anammox活性污泥，该活性污泥形态为絮状，呈黄褐色，无明显的颗粒态；

（2）准备生物载体PVA凝胶小球，其为白色球形载体，平均粒径3mm，比重1.025，从表面到中心多孔孔径20μm；

（3）在UASB反应器中加入准备好的活性污泥，反应器内污泥浓度为10 g/L；

（4）在UASB反应器中投加PVA凝胶小球，生物载体体积占反应器体积的40%；

（5）投加多价金属离子Fe³⁺，使反应器内多价金属离子Fe³⁺浓度为5 mg/L；

（6）UASB反应器采用连续流方式运行，逐步提高系统的进水氮负荷，第1阶段是固定系统水力停留时间，逐渐提高进水中氨氮和亚硝酸盐的浓度；第2阶段是固定进水中氨氮和亚硝酸盐的浓度，逐渐缩短系统水力停留时间。

2.根据权利要求1所述的一种附着增殖型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其特征在于：步骤（6）中所述进水pH在7.6~8.0之间。

3.根据权利要求1所述的一种附着增殖型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其特征在于：所述反应器内温度控制在32±1℃。

4.根据权利要求1所述的一种附着增殖型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其特征在于：废水由底部泵入反应器，反应器上部出水。

5.根据权利要求1所述的一种附着增殖型惰性生物载体培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其特征在于：所述进水中氨氮和亚硝酸盐质量浓度比为1:1，第1阶段氨氮和亚硝酸盐浓度由40 mg/L逐步升高至80 mg/L，第2阶段浓度均为80 mg/L；水力停留时间第1阶段为1.4d，第2阶段水力停留时间从1 d逐步缩短至0.6 d。