CN110092470A - 一种基于短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球snad工艺快速启动方法 - Google Patents

一种基于短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球snad工艺快速启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于短程硝化‑厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球SNAD工艺快速启动方法，本发明利用包埋固定化技术将短程硝化菌、厌氧氨氧化菌以及反硝化菌固定在固定化中实现氮素与有机物同时去除；同时凝胶小球对溶解氧传质受阻易形成好氧‑厌氧区，可避免溶解氧对厌氧氨氧化菌以及反硝化菌的影响，有利于SNAD工艺的快速启动；另外包埋固定化微生物的生物量浓度高，且将游离的细菌限定在有限空间内，可减少污泥流失，有利于混合菌在系统内维持较高的细菌浓度和生物活性，从而提高系统运行的稳定性。

Description

一种基于短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球SNAD 工艺快速启动方法
技术领域
本发明涉及一种基于短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球SNAD工艺快速启动方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
近年来厌氧氨氧化工艺凭借其低成本、操作简单、无N2O生成等诸多优点发展迅速，具有巨大的应用前景。但是，许多因素也制约着厌氧氨氧化工艺的发展。在市政污水和工业废水中通常含有大量的铵氮和硝态氮，而厌氧氨氧化过程只能将铵氮和亚硝态氮形式的氮素去除，总氮去除率会受到限制，不能去除污水中的有机物质，不能满足污水处理需求。厌氧氨氧化耦合工艺的开发势在必行，其中，短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化工艺(SNAD)脱颖而出。
SNAD(Simultaneous particial Nitrification，Anammox andDenitrification)工艺是在短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺(SNAP)的基础上，引入异养反硝化，从而实现污水中氮素与有机物同时去除的新型工艺，具有能耗低、碳源需求量小、污泥产量低、占地面积小等优点，但是在实际应用中，SNAD工艺的运行条件难以控制。这是由于短程硝化过程的功能菌AOB是好氧菌，而Anammox菌与反硝化菌属于厌氧菌，反应器中溶解氧的控制显得尤为重要，再加上SNAD系统中厌氧氨氧化菌世代周期长，对温度、碱度等生长条件要求苛刻，限制了SNAD工艺在工程上的实际应用，目前的SNAD大部分应用于低浓度氨氮污水，而污泥消化液中的高浓度氨氮对于SNAD系统负荷太高，处理起来难度较大。
因此，如何快速启动SNAD工艺，同时强化AOB、Anammox菌与反硝化菌一直是目前亟需解决的难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球SNAD工艺快速启动方法，本发明的固定化小球可以减弱溶解氧对厌氧氨氧化菌及反硝化菌的影响，有利于快速启动SNAD工艺；并且利用固定化微生物技术制备的固定化小球有助于系统内维持较高的生物量浓度和生物活性，提高系统运行的稳定性和脱氮效率。
为了达到上述目的，本发明是通过以下方案来实现：
一种基于短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球SNAD工艺快速启动方法，包括步骤如下：
(1)将聚乙烯醇、海藻酸钠依次加入水中并分别加热搅拌溶解混合均匀，得到混合液1；
(2)将可溶性淀粉加入水中加热糊化，之后冷却至70～80℃，得混合液2；
(3)将水性聚氨酯乳液、混合液2依次加入混合液1中混合，得凝胶液；
(4)将凝胶液冷却到室温后，将厌氧氨氧化菌泥与反硝化菌泥加入冷却后的凝胶液中，混合均匀后得到菌胶混合液；
(5)取硼酸和氯化钙溶于水中，制备含有硼酸和氯化钙混合溶液，即为凝固液，将凝固液分成两部分；
(6)将一部分凝固液加入菌胶混合液中，然后将另一部分凝固液加入富含AOB的短程硝化菌泥，混合均匀后，加入体系中，然后静置使其充分交联，得到短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球；
(7)将短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球活化后，投加至序批式生物过滤反应器(SBBGR)中，反应器的底部通入待处理废水，控制出水流速，同时进行好氧、缺氧间隔交替曝气，实现SNAD工艺快速启动。
根据本发明优选的，步骤(1)中，混合液1中聚乙烯醇的质量百分含量为8-20％，海藻酸钠的质量百分含量为0.5-1.5％。
根据本发明优选的，步骤(1)中，聚乙烯醇为聚合度为1600-1800、醇解度＞99％的聚乙烯醇。
根据本发明优选的，步骤(2)中，可溶性淀粉与水的质量体积比为：1：(40-60)，单位：g/mL。
根据本发明优选的，步骤(3)中，所述水性聚氨酯乳液的固含量为20％-40％，水性聚氨酯在凝胶液中的的质量分数为0.1％-1.2％；混合液2与混合液1的体积比为：1：(10-30)。
根据本发明优选的，步骤(4)中，所述的厌氧氨氧化菌泥为厌氧污泥经厌氧氨氧化菌富集培养、清洗后得到，厌氧氨氧化菌泥的含水量为60-70wt％。
厌氧氨氧化菌富集培养按现有技术进行，清洗为富集培养后的污泥用去离子水洗净后在8000rpm下离心10min，去除上清液。
根据本发明优选的，步骤(4)中，所述的反硝化菌泥为厌氧污泥经反硝化菌富集培养、清洗后得到，反硝化菌泥的含水量为60-70wt％。
反硝化菌富集培养按现有技术进行，清洗为富集培养后的污泥用去离子水洗净后在8000rpm下离心10min，去除上清液。
根据本发明优选的，步骤(4)中，厌氧氨氧化菌泥与反硝化菌泥的总重量与凝胶液的质量体积比为：1：(3-8)，单位：g/mL。
根据本发明优选的，步骤(5)中，所述凝固液中硼酸的质量分数为3％-5％，氯化钙的质量百分含量为2％-6％。
根据本发明优选的，步骤(6)中，厌氧氨氧化菌泥、反硝化菌泥、短程硝化菌泥的质量比为1:1:1，短程硝化菌泥的加入量与凝胶液的质量体积比为：1：(3-8)，单位：g/mL。
根据本发明优选的，步骤(6)中，短程硝化菌泥为好养污泥经短程硝化菌富集培养、清洗后得到，短程硝化菌泥的含水量为60-70wt％。
短程硝化菌富集培养按现有技术进行，清洗为富集培养后的污泥用去离子水洗净后在8000rpm下离心10min，去除上清液。
根据本发明优选的，步骤(6)中，静置交联时间为6-12h。
根据本发明优选的，步骤(7)中，所述的活化为将短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球置于活化水中在25℃-30℃下活化培养2-3天，所述的活化水组成如下：碳酸氢铵190mg/L，磷酸二氢钾25mg/L，硫酸镁200mg/L，氯化钙300mg/L，葡萄糖12.2mg/L，微量元素溶液1mL/L；所述微量元素溶液组成成分为：乙二胺四乙酸20.0g/L，硫酸锌0.43g/L，氯化锰0.99g/L，氯化钴0.24g/L，氯化镍0.19g/L，硫酸铜0.25g/L，硒酸钠0.21g/L，钼酸钠0.22g/L，硼酸0.014g/L。
根据本发明优选的，活化短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球在反应器中的填充率为反应器容积的15％-25％。
本发明的短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球由于溶解氧传质受阻，容易在固定化小球边缘形成好氧区而小球中心形成厌氧区，形成自然的好氧-厌氧区分层，可以避免氧气对Anammox菌及反硝化菌潜在的影响，从而快速启动SNAD工艺，高效处理废水。此外包埋固定化微生物的生物量浓度高，且将游离的细菌固定在限定的空间内，可以使AOB、Anammox菌与反硝化菌在系统内维持较高的细菌浓度和生物活性，并减少污泥流失，从而提高系统的稳定性和总氮去除率。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球由于溶解氧传质受阻，容易在固定化小球边缘形成好氧区而小球中心形成厌氧区，形成自然的好氧-厌氧区分层，可以避免氧气对厌氧氨氧化菌及反硝化菌潜在的影响，从而快速启动SNAD工艺，使其高效处理含氮废水。
2、本发明的短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球包埋固定化微生物的生物量浓度高，且将游离的细菌固定在限定的空间内，可减少污泥流失，有利于混合菌在系统内维持较高的细菌浓度和生物活性，从而提高系统运行的稳定性。
3、本发明的短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球将具有溶胀性能的可溶性淀粉作为载体，使菌泥附着在多孔的可溶性淀粉之间，避免了凝胶小球因网络孔隙过大导致被包埋的菌部分流失，利用率低，同时固定化小球独立分散，不容易粘结在一起，韧性大，更耐水力冲刷，使用寿命长。
附图说明
图1为应用实施例1的人工合成废水进出水的三氮浓度变化曲线图；
图2为应用实施例1的人工合成废水的总氮去除率的变化曲线图。
具体实施方式：
下面将结合实施例对本发明做进一步具体的描述，但本发明大的实施方式不限于此。
本发明采用的序批式生物过滤反应器(SBBGR)为现有技术，该反应器包括上反应器和下反应器，上反应器和下反应器通过螺栓密封扣合在一起，上反应器内部为曝气区，下反应器内部为反应区，短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球填充在下反应区中，下反应区中的顶部设置有防止固定化小球球上浮进入曝气区的隔板，曝气区内设置有曝气装置。
实施例1：
一种基于短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球SNAD工艺快速启动方法，包括步骤如下：
(1)将聚乙烯醇、海藻酸钠依次加入水中并分别加热搅拌溶解混合均匀，得到混合液1，混合液1中聚乙烯醇的质量百分含量为16％，海藻酸钠的质量百分含量为1.2％，聚乙烯醇为聚合度为1600-1800、醇解度＞99％的聚乙烯醇
(2)将可溶性淀粉加入水中加热糊化，之后冷却至70～80℃，得混合液2，可溶性淀粉与水的质量体积比为：1：33，单位：g/mL；
(3)将固含量为30％的水性聚氨酯乳液、混合液2依次加入混合液1中混合，得凝胶液，水性聚氨酯在凝胶液中的的质量分数为0.6％；混合液2与混合液1的体积比为：1：25，单位：g/mL；
(4)厌氧污泥经厌氧氨氧化菌富集培养，然后用去离子水洗净后在8000rpm下离心10min，去除上清液，得到厌氧氨氧化菌泥，
厌氧污泥经反硝化菌富集培养，然后用去离子水洗净后在8000rpm下离心10min，去除上清液，得到反硝化菌泥；
好养污泥经短程硝化菌富集培养，然后用去离子水洗净后在8000rpm下离心10min，去除上清液，得到短程硝化菌泥；
将凝胶液冷却到室温后，将厌氧氨氧化菌泥与反硝化菌泥混合均匀后，加入冷却后的凝胶液中，混合均匀后得到菌胶混合液；
(5)取硼酸和氯化钙溶于水中，制备含有硼酸和氯化钙混合溶液，即为凝固液；所述凝固液中硼酸的质量分数为4％，氯化钙的质量百分含量为3％；将凝固液分成两部分；
(6)将一部分凝固液加入菌胶混合液中，然后将另一部分凝固液加入短程硝化菌泥，混合均匀后，加入体系中，然后静置使其充分交联10h，得到短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球；固定化交联结束后用去离子水清洗3-5次；将制备好的固定化小球在室温下用配水活化培养两天，使微生物的活性得到充分的恢复；
(7)将上述活化后的固定化小球按体积填充率20％投加到序批式生物过滤反应器(SBBGR)中；反应器中进水采用人工合成的模拟废水，利用时控开关控制进水蠕动泵和出水电磁阀控制反应器的进出水过程，废水向上透过固定化小球，反应器进水口外接回流泵，回流泵通过管路与上层反应器相连，将水从上层曝气区回流至下层反应区，保证反应器内废水的有效循环，反应器运行周期为8h。反应器采用好氧、缺氧交替的运行方式，每个周期的前20min从反应器底部进水1.67L，同时进行150min的微量曝气，60min的缺氧培养，然后再经过微量曝气150min，缺氧培养115min后出水，出水用时5min，总运行周期为8h，控制排水比为0.167，维持HRT为48h。
(8)反应器运行35天后成功启动SNAD工艺，实现对污水中的氮素的高效脱除，然后进入稳定运行阶段，稳定阶段总氮去除率约为90％。
应用实施例1：
向实施例1的方法中通入人工合成废水，对废水进行处理，利用蠕动泵控制连续流进水，控制水力停留时间为48h，控制反应器进水流速为0.125L/h；并利用蠕动泵控制出水回流，出水电磁阀控制反应器的进出水；所述人工合成废水具体成分为：碳酸氢铵(NH4HCO3)：190mg/L；氯化钙(CaCl2·2H2O)：300mg/L；硫酸镁(MgSO4·7H2O)：200mg/L；磷酸二氢钾(KH2PO4)：25mg/L；葡萄糖12.2mg/L；1mL微量元素/L。所述微量元素具体成分为乙二胺四乙酸(EDTA)：20.0g/L；硫酸锌(ZnSO4·7H2O)：0.43g/L；氯化锰(MnCl2·4H2O)：0.99g/L；氯化钴(CoCl2·6H2O)：0.24g/L；氯化镍(NiCl2·6H2O)：0.19g/L；硫酸铜(CuSO4·5H2O)：0.25g/L；硒酸钠(Na2SeO4·10H2O)：0.21g/L；钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)：0.22g/L；硼酸(H3BO4)：0.014g/L。
每天测定一次氮素浓度，据此评价反应器运行状态及SNAD工艺启动效果。
反应器运行35天后成功启动SNAD工艺,稳定阶段总氮去除率约为90％。

Claims (10)

1.一种基于短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球SNAD工艺快速启动方法，包括步骤如下：
(1)将聚乙烯醇、海藻酸钠依次加入水中并分别加热搅拌溶解混合均匀，得到混合液1；
(2)将可溶性淀粉加入水中加热糊化，之后冷却至70～80℃，得混合液2；
(3)将水性聚氨酯乳液、混合液2依次加入混合液1中混合，得凝胶液；
(4)将凝胶液冷却到室温后，将厌氧氨氧化菌泥与反硝化菌泥加入冷却后的凝胶液中，混合均匀后得到菌胶混合液；
(5)取硼酸和氯化钙溶于水中，制备含有硼酸和氯化钙混合溶液，即为凝固液，将凝固液分成两部分；
(6)将一部分凝固液加入菌胶混合液中，然后将另一部分凝固液加入富含AOB的短程硝化菌泥，混合均匀后，加入体系中，然后静置使其充分交联，得到短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球；
(7)将短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球活化后，投加至序批式生物过滤反应器(SBBGR)中，反应器的底部通入待处理废水，控制出水流速，同时进行好氧、缺氧间隔交替曝气，实现SNAD工艺快速启动。
2.根据权利要求1所述的SNAD工艺快速启动方法，其特征在于，步骤(1)中，混合液1中聚乙烯醇的质量百分含量为8-20％，海藻酸钠的质量百分含量为0.5-1.5％，聚乙烯醇为聚合度为1600-1800、醇解度＞99％的聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的SNAD工艺快速启动方法，其特征在于，步骤(2)中，可溶性淀粉与水的质量体积比为：1：(40-60)，单位：g/mL。
4.根据权利要求1所述的SNAD工艺快速启动方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水性聚氨酯乳液的固含量为20％-40％，水性聚氨酯在凝胶液中的的质量分数为0.1％-1.2％；混合液2与混合液1的体积比为：1：(10-30)。
5.根据权利要求1所述的SNAD工艺快速启动方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的厌氧氨氧化菌泥为厌氧污泥经厌氧氨氧化菌富集培养、清洗后得到，厌氧氨氧化菌泥的含水量为60-70wt％；所述的反硝化菌泥为厌氧污泥经反硝化菌富集培养、清洗后得到，反硝化菌泥的含水量为60-70wt％。
6.根据权利要求1所述的SNAD工艺快速启动方法，其特征在于，步骤(4)中，厌氧氨氧化菌泥与反硝化菌泥的总重量与凝胶液的质量体积比为：1：(3-8)，单位：g/mL。
7.根据权利要求1所述的SNAD工艺快速启动方法，其特征在于，步骤(5)中，所述凝固液中硼酸的质量分数为3％-5％，氯化钙的质量百分含量为2％-6％。
8.根据权利要求1所述的SNAD工艺快速启动方法，其特征在于，步骤(6)中，厌氧氨氧化菌泥、反硝化菌泥、短程硝化菌泥的质量比为1:1：，短程硝化菌泥的加入量与凝胶液的质量体积比为：1：(3-8)，单位：g/mL，静置交联时间为6-12h。
9.根据权利要求1所述的SNAD工艺快速启动方法，其特征在于，步骤(7)中，所述的活化为将短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球置于活化水中在25℃-30℃下活化培养2-3天，所述的活化水组成如下：碳酸氢铵190mg/L，磷酸二氢钾25mg/L，硫酸镁200mg/L，氯化钙300mg/L，葡萄糖12.2mg/L，微量元素溶液1mL/L；所述微量元素溶液组成成分为：乙二胺四乙酸20.0g/L，硫酸锌0.43g/L，氯化锰0.99g/L，氯化钴0.24g/L，氯化镍0.19g/L，硫酸铜0.25g/L，硒酸钠0.21g/L，钼酸钠0.22g/L，硼酸0.014g/L。
10.根据权利要求1所述的SNAD工艺快速启动方法，其特征在于，活化短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化固定化小球在反应器中的填充率为反应器容积的15％-25％。
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