CN109879416A - 一种启动主流厌氧氨氧化反应器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，包括：在反应器内接种以待定Kuenenia stuttgartiensis菌为优势菌的厌氧氨氧化颗粒污泥；将反应器置于30～35℃恒温箱中，泵入含有NH₄ ⁺‑N和NO₂ ^‑‑N的初始进水，运行至稳定；将反应器置于14～16℃恒温箱中培养，降低初始进水中的NH₄ ⁺‑N和NO₂ ^‑‑N浓度，继续运行至稳定；通过缩短水力停留时间调整进水总氮负荷完成主流厌氧氨氧化反应器的启动。上述方法可在较短时间内成功启动较高负荷的主流厌氧氨氧化反应器，在低温条件下拥有较高脱氮性能，且出水总氮处于较低水平。

Description

一种启动主流厌氧氨氧化反应器的方法

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，具体涉及一种启动主流厌氧氨氧化反应器的方法。

背景技术

污水处理生物脱氮工艺从20世纪60年代的硝化反硝化工艺为起点经过半世纪的发展，逐步衍生出了多种形式的生物脱氮工艺，这些传统工艺在稳定可靠解决水体富营养化问题的同时，消耗了大量的能源和资源，如碳源。

在强调污水处理资源化和能源化的今天，以厌氧氨氧化为核心的脱氮技术被业界普遍视为未来污水处理发展的一种重要技术。厌氧氨氧化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，具有脱氮效率高、运行费用低、占地空间小、无需外加碳源、污泥产量低等优点，发展潜力巨大。

公开号为CN102515348A的专利说明书公开了一种高效厌氧氨氧化反应器的运行方法：(1)将厌氧颗粒污泥接种于厌氧反应器中，厌氧颗粒污泥占反应器总体积的30～90％；(2)以含氮模拟废水为反应进水，反应器温度控制在18～37℃，反应器启动阶段，水力停留时间为12～48h，根据氨氮和/或亚硝酸盐氮浓度调整反应器运行条件，厌氧反应器经过30～150d的运行，形成富集厌氧氨氧化菌的高效厌氧氨氧化颗粒污泥。上述运行方法以较低负荷递增方式提高反应器总氮负荷有利于厌氧氨氧化菌的驯化富集和氮去除速率的稳步增加，并能够有效避免厌氧氨氧化的基质抑制以及室温条件下运行有利于降低工艺的运行成本。

随着专注于污泥压滤液脱氮的侧流厌氧氨氧化技术的不断成熟，很多研究者逐渐转向了主流工艺的应用。与侧流应用不同，主流废水有以下几个特点：(1)低进水氮浓度；(2)低进水温度。而厌氧氨氧化菌具有生长缓慢，细胞产率低，对环境条件的变化敏感等缺点。低进水氮浓度会导致厌氧氨氧化菌生长减缓，低温会导致活性大幅下降，氮去除能力随之降低。因此，实现主流条件下的厌氧氨氧化有两大挑战：(1)在低温下稳定运行；(2)实现反应器高负荷运行。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，选取待定Kuenenia stuttgartiensis菌为优势菌的厌氧氨氧化颗粒污泥作为接种污泥，其能快速适应低温低基质环境，在适应低温条件下，再通过调整进水总氮负荷从而成功启动主流厌氧氨氧化反应器，并实现高脱氮效率、低出水浓度和稳定的反应器性能。

一种启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，包括：

(1)在反应器内接种以待定Kuenenia stuttgartiensis菌为优势菌的厌氧氨氧化颗粒污泥；

(2)将反应器置于30～35℃恒温箱中，泵入含NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的进水A，进水A中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的质量浓度比为1:0.9～1.1，运行至稳定；

(3)将运行稳定后的反应器置于14～16℃恒温箱中，泵入含NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的进水B，进水B中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的质量浓度比为1:1.0～1.5，且NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的质量浓度均不大于50mg L^-1，再次运行至稳定；

(4)在反应器再次运行稳定后，通过分阶段逐级缩短水力停留时间(HRT)来调整反应器的进水总氮负荷，每一阶段均运行至稳定后再进入下一阶段，当出水的总氮去除率不小于步骤(3)中出水的总氮去除率的3倍时，完成主流厌氧氨氧化反应器的启动。

步骤(1)中，所述的反应器可以是升流式厌氧污泥床反应器。

优选地，所述的反应器接种厌氧氨氧化颗粒污泥浓度为15～20g VSS L^-1，有利于整个系统的稳定性。VSS为挥发性悬浮物。

所述的优势菌待定Kuenenia stuttgartiensis菌对低温、低基质浓度有较好适应性，优选地，所述的待定Kuenenia stuttgartiensis菌丰度为厌氧氨氧化颗粒污泥中总细菌的30～35％。较高的丰度有利于待定Kuenenia stuttgartiensis菌发挥作用。

步骤(2)中，所述的反应器运行的水力停留时间为1.2～1.5h，反应器处于高负荷运行，实用价值高。

步骤(3)中，所述的运行稳定后的反应器再次运行的水力停留时间为1.2～1.5h。

为了反应器稳定运行，改变温度后，优选地，步骤(3)中的水力停留时间与步骤(2)中的水力停留时间相同。

优选地，所述的进水B处于厌氧状态，进水B中的溶解氧小于0.4mg L^-1，抑制反应器中硝化细菌的生长。

步骤(4)中，所述的分阶段逐级缩短水力停留时间的过程中，每一阶段的水力停留时间为上一阶段的水力停留时间的1/2～2/3。

优选地，所述的步骤(4)的具体步骤包括：

(a)在反应器再次运行稳定后，将水力停留时间缩短为步骤(3)的水力停留时间的1/2～2/3，在厌氧、避光、温度为14～16℃条件下稳定运行，保持出水总氮浓度连续两周低于10mg L^-1；

(b)将水力停留时间缩短为上一阶段的水力停留时间的1/2～2/3，在厌氧、避光、温度为14～16℃条件下稳定运行，保持出水总氮浓度连续两周低于10mg L^-1；

(c)重复步骤(b)，当出水的总氮去除率不小于步骤(3)中出水的总氮去除率的3倍时，完成主流厌氧氨氧化反应器的启动。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：本发明的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法利用接种的以待定Kuenenia stuttgartiensis菌为优势菌的厌氧氨氧化颗粒污泥对低温低基质适应性的特点，定向培养，快速且成功启动主流厌氧氨氧化反应器，实现出水总氮低于10mg L^-1，总氮去除率和总氮去除效率高，并在较低温度下保持较高的活性，且反应器维持稳定的性能。

附图说明

图1为实施例的反应器在各运行阶段的参数指标结果图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

(1)采用有效体积1.0L的上流式厌氧污泥床反应器，接种污泥取自实验室长期运行的厌氧氨氧化颗粒污泥。反应器置于35±1℃恒温箱中，避光运行，初始污泥浓度17.0gVSS L^-1，水力停留时间为1.37h。

(2)向反应器中泵入含NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的初始进水，初始进水成分组成为：NaH₂PO₄10mg L^-1、CaCl₂·2H₂O 5.6mg L^-1、MgSO₄·7H₂O 5.6mg L^-1、NaHCO₃ 840mg L^-1，微量元素I储备液1.25mL L^-1、微量元素II储备液1.25mL L^-1、NH₄ ⁺-N 280mg L^-1、NO₂ ^--N 280mg L^-1；

其中，微量元素I组成为：EDTA 5.00g L^-1，FeSO₄ 9.14g L^-1。微量元素II组成为：EDTA 15.0g L^-1，ZnSO₄·7H₂O 0.430g L^-1，CoCl₂·6H₂O 0.240g L^-1，MnCl₂·4H₂O 0.990gL^-1，CuSO₄·5H₂O 0.250g L^-1，NaMoO₄·2H₂O 0.220g L^-1，NiCl₂·6H₂O 0.210g L^-1，H₃BO₄0.014g L^-1。

培养30天后，该颗粒污泥的厌氧氨氧化活性为620.3±47.8mg TN g^-1VSS d^-1，胞外聚合物含量为151.9±3.8mg g^-1VSS。TN为总氮。

(3)将恒温箱温度稳定在15±1℃，调整初始进水中的NH₄ ⁺-N浓度为30mg L^-1、NO₂ ^--N浓度为40mg L^-1，其余组成成分浓度不变；培养30天后，该颗粒污泥的厌氧氨氧化活性为63.2±4.6mg TN g^-1VSS d^-1，胞外聚合物含量为251.0±7.3mg g^-1VSS，总氮去除率为1.26kg TN m^-3d^-1，总氮去除效率为86.8％。

(4)减少水力停留时间至0.69小时，在厌氧、避光、温度为15±1℃条件下稳定运行14天，出水总氮逐渐降低至10mg L^-1以下，此时氮去除率为2.47kg TN m^-3d^-1；继续减少水力停留时间至0.46小时，稳定运行14天，出水总氮稳定维持在9.0±0.5mg L^-1，总氮去除率高于3.6kg TN m^-3d^-1，总氮去除效率为87.5％，该颗粒污泥的厌氧氨氧化活性提升至90.1±8.9mgTN g^-1VSS d^-1,胞外聚合物含量为159.1±6.9mg g^-1VSS，高负荷主流厌氧氨氧化反应器启动成功。

本实施例的反应器在各运行阶段的参数指标结果如图1所示。本实施例接种以待定Kuenenia stuttgartiensis菌为优势菌的厌氧氨氧化颗粒污泥，其对低温低基质良好的适应性，可直接从侧流转变为主流，稳定之后再调整进水总氮负荷，最终在主流条件下运行60天后，达到出水总氮稳定维持在9.0±0.5mg L^-1，总氮去除率稳定维持在约3.6kg TN m^{- 3}d^-1，此主流厌氧氨氧化颗粒污泥能够在较低温度下保持较高的活性，且反应器维持稳定的性能。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，包括：

(1)在反应器内接种以待定Kuenenia stuttgartiensis菌为优势菌的厌氧氨氧化颗粒污泥；

(2)将反应器置于30～35℃恒温箱中，泵入含NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的进水A，进水A中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的质量浓度比为1:0.9～1.1，运行至稳定；

(3)将运行稳定后的反应器置于14～16℃恒温箱中，泵入含NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的进水B，进水B中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的质量浓度比为1:1.0～1.5，且NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的质量浓度均不大于50mg L^-1，再次运行至稳定；

(4)在反应器再次运行稳定后，通过分阶段逐级缩短水力停留时间来调整反应器的进水总氮负荷，每一阶段均运行至稳定后再进入下一阶段，当出水的总氮去除率不小于步骤(3)中出水的总氮去除率的3倍时，完成主流厌氧氨氧化反应器的启动。

2.根据权利要求1所述的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，其特征在于，所述的反应器为升流式厌氧污泥床反应器。

3.根据权利要求1所述的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，其特征在于，所述的反应器接种厌氧氨氧化颗粒污泥浓度为15～20g VSS L^-1。

4.根据权利要求1所述的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，其特征在于，所述的待定Kuenenia stuttgartiensis菌丰度为厌氧氨氧化颗粒污泥中总细菌的30～35％。

5.根据权利要求1所述的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的反应器运行的水力停留时间为1.2～1.5h。

6.根据权利要求1或5所述的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的运行稳定后的反应器再次运行的水力停留时间为1.2～1.5h。

7.根据权利要求6所述的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，其特征在于，步骤(3)中的水力停留时间与步骤(2)中的水力停留时间相同。

8.根据权利要求1所述的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，其特征在于，所述的进水B中的溶解氧小于0.4mg L^-1。

9.根据权利要求1所述的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的分阶段逐级缩短水力停留时间的过程中，每一阶段的水力停留时间为上一阶段的水力停留时间的1/2～2/3。

10.根据权利要求1或9所述的启动主流厌氧氨氧化反应器的方法，其特征在于，所述的步骤(4)的具体步骤包括：

(a)在反应器再次运行稳定后，将水力停留时间缩短为步骤(3)的水力停留时间的1/2～2/3，在厌氧、避光、温度为14～16℃条件下稳定运行，保持出水总氮浓度连续两周低于10mg L^-1；

(b)将水力停留时间缩短为上一阶段的水力停留时间的1/2～2/3，在厌氧、避光、温度为14～16℃条件下稳定运行，保持出水总氮浓度连续两周低于10mg L^-1；

(c)重复步骤(b)，当出水的总氮去除率不小于步骤(3)中出水的总氮去除率的3倍时，完成主流厌氧氨氧化反应器的启动。