CN111675322A - 一种快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法及厌氧氨氧化颗粒污泥 - Google Patents

一种快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法及厌氧氨氧化颗粒污泥 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法及厌氧氨氧化颗粒污泥。该方法包括：步骤一、在膜生物反应器中接种普通活性污泥和厌氧氨氧化絮状污泥；步骤二、以生活污水处理厂的初沉水为膜生物反应器的进水；步骤三、控制出水流量与进水流量，保证膜生物反应器的液位浮动为±0.5m；步骤四、调整微孔曝气和穿孔曝气的曝气强度和进水流量，使穿孔曝气提供的剪切力满足颗粒化需求，同时保证膜生物反应器的液位浮动为±0.5m，直到污泥粒径和污泥浓度增大到所需值。本发明方法为约98天获得中式规模的颗粒化率高于75％的高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥，为厌氧氨氧化颗粒化提供了方法。

Description

一种快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法及厌氧氨氧 化颗粒污泥
技术领域
本发明属于水处理技术领域，更具体地，涉及一种快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法及厌氧氨氧化颗粒污泥。
背景技术
厌氧氨氧化工艺是目前公认的最经济高效的污水脱氮工艺，其原理是厌氧氨氧化菌以氨氮和亚硝酸盐为基质，生成氮气和硝酸盐的过程。较传统生物硝化-反硝化脱氮工艺，厌氧氨氧化工艺大大缩短了传统硝化反硝化工艺的反应流程，有无需碳源、节省曝气能耗50％、污泥产量低、减少温室气体排放的优势。
厌氧氨氧化菌的富集包括生物膜和污泥颗粒化两种方式，但是生物膜方式需投加填料供功能菌附着，有环境敏感度高、抗冲击负荷低、储存和新工程接种不便等缺点；厌氧氨氧化颗粒污泥有良好的沉降性能、抗冲击负荷高、无需填料成本低、新工程接种便利等优点，但同时存在污泥颗粒化周期长、工程化工程中颗粒易流失、工程条件控制难度大等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中厌氧氨氧化污泥颗粒化中的不足，提供一种快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒化的运行方法，其具有颗粒化周期短、颗粒化污泥浓度高、反应器颗粒持留率高、操作使用方便、运行维护便利等优点。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，该方法包括：
步骤一、在膜生物反应器中接种普通活性污泥和厌氧氨氧化絮状污泥；
步骤二、以生活污水处理厂的初沉水为膜生物反应器的进水，并控制膜生物反应器中基质氨氮浓度为100-300mg/L、pH为7.3-8.0、温度为30-35℃、DO为0.01-0.5mg/L、上升流速为1.04-6.24m3/(m2h)、HRT为24-48h；其中，DO和上升流速通过微孔曝气和穿孔曝气协同控制；
步骤三、控制出水流量与进水流量，保证膜生物反应器的液位浮动为±0.5m；
步骤四、根据膜生物反应器中的污泥粒径的增长情况和氮素负荷去除情况，调整微孔曝气和穿孔曝气的曝气强度和进水流量，使穿孔曝气提供的剪切力满足颗粒化需求，同时保证膜生物反应器的液位浮动为±0.5m，直到污泥粒径和污泥浓度增大到所需值。
根据本发明，普通活性污泥为本领域技术人员常规采用的污水处理厂的二沉池回流污泥，厌氧氨氧化絮状污泥为本领域技术人员常规采用厌氧氨氧化絮状污泥。
根据本发明，DO和上升流速的参数可通过微孔曝气和穿孔曝气的曝气强度进行控制，通常分别使用曝气盘和穿孔曝气管，通过二者的协同作用为系统提供均匀的剪切力和氨氧化菌代谢所需的溶解氧。
根据本发明，因采用了膜生物反应器，在出水时，膜生物反应器的微滤膜(孔径为0.1-10μm)实现了功能菌的高效截留，使系统获得较高的污泥浓度。
作为优选方案，所述膜生物反应器为全混式膜生物反应器。
根据本发明，所述膜生物反应器可采用40m3的全混式膜生物反应器，达到了中式规模。
作为优选方案，所述普通活性污泥和所述厌氧氨氧化絮状污泥的质量比为1：(0.3-0.5)。
作为优选方案，步骤一中，普通活性污泥和厌氧氨氧化絮状污泥形成的混合污泥的浓度为2000-2500mg/L。
作为优选方案，步骤二中，初沉水的工艺参数为：氨氮为15-50mg/L，COD为100-200mg/L，亚硝酸盐＜0.01mg/L，硝酸盐＜0.01mg/L。
根据本发明，初沉水中的COD允许系统中存在部分异养菌，快速繁殖的异养菌在不利功能菌自身代谢的环境下分泌较多的胞外聚合物，污泥混合液中的胞外聚合物在适宜的剪切力下将优势菌种-厌氧氨氧化菌和氨氧化菌凝聚成颗粒状，快速获得厌氧氨氧化颗粒污泥。
作为优选方案，步骤二中，通过投加碳酸氢铵控制基质的氨氮浓度为100-300mg/L，通过投加碳酸氢钠控制pH为7.3-8.0。
根据本发明，可利用常规加热方式控制温度为30-35℃，如使用加热棒、伴热带等；HRT可通过控制进水流量实现。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，步骤三包括：
打开膜生物反应器的膜组器的穿孔曝气管路的阀门，吹扫膜组器膜片为膜出水做准备；打开出水阀门和自吸泵保证膜片正常出水；通过调节回流阀门的开度控制出水流量与进水流量基本相等，控制出水流量与进水流量，保证膜生物反应器的液位浮动为±0.5m。
作为优选方案，步骤三和步骤四中，保证膜生物反应器的液位浮动为±0.1m。
根据本发明，污泥的粒径每周检测2-3次，氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐浓度每天测定3-4个周期。
根据本发明，膜生物反应器中的膜片优选为可拆卸安装方式，便于更换，且一用一备。当膜污染需离线清洗时备用膜片工作，确保系统的正常运行。
本发明的第二方面提供由上述的快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法得到的厌氧氨氧化颗粒污泥。
根据本发明，按上述方法制备得到的厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径分布为0.1-1.6mm，中位粒径≥0.45mm。
根据本发明，按上述方法制备得到的厌氧氨氧化颗粒污泥的污泥浓度≥4500mg/L，污泥颗粒化率≥75％。
本发明的有益效果：
本发明采用穿孔曝气和微孔曝气方式为厌氧氨氧化污泥颗粒化提供均一化剪切力，利用初沉池进水的有机物使系统异养菌增值，以补充自养菌分泌胞外聚合物不足，利用膜生物反应器中的微滤膜实现对功能菌的高效截留，且更有利于总氮的去除，快速获得高浓度高去除负荷厌氧氨氧化颗粒污泥。
利用曝气系统和进水合适的COD浓度，为厌氧氨氧化污泥的颗粒化提供所需的剪切力和胞外聚合物。穿孔曝气管可形成较曝气盘、微孔曝气管更大的气泡，气泡随水流上升的过程中爆破产生更大的剪切力，且大气泡的氧传输效果较差对系统的溶氧贡献较小；微孔曝气系统可实现均匀曝气，为氨氧化菌生长代谢提供适宜的溶解氧，同时弥补穿孔曝气不均匀使系统出现死区的问题。厌氧氨氧化菌是化能自养菌，生长缓慢，世代周期是11天，分泌胞外聚合物少，而胞外聚合物是絮体颗粒化的重要因素，故利用生长速度更快的异养菌分泌胞外聚合物，可实现絮体的有效粘合；同时COD可为反硝化细菌的反硝化提供电子供体，有利于提高系统的总氮去除负荷。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1示出了根据本发明的一个实施例的厌氧氨氧化颗粒污泥中位径、颗粒化率和污泥浓度随运行时间的变化趋势图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的qPCR测定功能菌和全菌随时间的变化趋势图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的对总氮去除效果图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
本实施例提供一种快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法及厌氧氨氧化颗粒污泥。
步骤一、在有效容积为40m3、高径比为1：0.9的全混式膜生物反应器(微滤膜的膜孔径为0.1μm)中接种普通活性污泥(来源于某生活污水处理厂二沉池回流污泥)和厌氧氨氧化絮状污泥(来源于现有已驯化成功的固定床生物膜反应器)，其中普通活性污泥和厌氧氨氧化絮状污泥的质量比为1：0.4，接种后混合污泥的总浓度为2500mg/L；
步骤二、以某生活污水处理厂的初沉水(工艺参数：氨氮为15-50mg/L，COD为100-200mg/L，亚硝酸盐和硝酸盐均＜0.01mg/L)为进水，控制基质氨氮在100-300mg/L(通过投加碳酸氢铵)、pH在7.5-8.0之间(通过投加碳酸氢钠)、温度保持在30-35℃(使用加热棒)、DO为0.01-0.5mg/L、上升流速在1.04-6.24m3/(m2h)、HRT在24-48h之间(通过控制进水流量实现)；
步骤三、打开膜组器的穿孔曝气管路的阀门，控制膜吹扫强度为50m3/m2h(相对于膜组器底面积的吹扫强度)膜组器为膜出水做准备，打开出水阀门和自吸泵保证正常膜出水，通过调节回流阀门的开度控制出水流量与进水流量基本相等，保证膜生物反应器的液位浮动为±0.1m；
步骤四、根据反应器的污泥粒径的增长情况和氮素负荷去除的增长情况，调整穿孔曝气的曝气强度和进水流量，使穿孔曝气系统提供的剪切力满足颗粒化需求，同时保证膜生物反应器的液位浮动为±0.1m，共运行98天。
其中，污泥粒径每周检测2-3次，氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐每天测定3-4个周期。
其中，使用的膜生物反应器的膜组器的膜片是可拆卸模式，且一用一备，当膜污染需离线清洗时备用膜片工作，确保系统的正常运行。
按照上述方法运行，39天成功获得厌氧氨氧化颗粒污泥，中位径大于0.2mm。图1示出了根据本发明的一个实施例的厌氧氨氧化颗粒污泥中位径、颗粒化率和污泥浓度随运行时间的变化趋势图。图2示出了根据本发明的一个实施例的qPCR测定功能菌和全菌随时间的变化趋势图。图3示出了根据本发明的一个实施例的对总氮去除效果图。反应器运行至98天，厌氧氨氧化颗粒污泥对总氮去除负荷达到0.3kgN/m3·d，得到的厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径分布为0.1-1.6mm，中位径为0.45mm，污泥浓度为4500mg/L，污泥颗粒化率达到75％。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤一、在膜生物反应器中接种普通活性污泥和厌氧氨氧化絮状污泥；
步骤二、以生活污水处理厂的初沉水为膜生物反应器的进水，并控制膜生物反应器中基质的氨氮浓度为100-300mg/L、pH为7.3-8.0、温度为30-35℃、DO为0.01-0.5mg/L、上升流速为1.04-6.24m3/(m2h)、HRT为24-48h；其中，DO和上升流速通过微孔曝气和穿孔曝气进行控制；
步骤三、控制出水流量与进水流量，保证膜生物反应器的液位浮动为±0.5m；
步骤四、根据膜生物反应器中的污泥粒径的增长情况和氮素负荷去除的增长情况，调整微孔曝气和穿孔曝气的曝气强度和进水流量，使穿孔曝气提供的剪切力满足颗粒化需求，同时保证膜生物反应器的液位浮动为±0.5m，直到污泥粒径和污泥浓度增大到所需值。
2.根据权利要求1所述的快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其中，所述膜生物反应器为全混式膜生物反应器。
3.根据权利要求1所述的快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其中，所述普通活性污泥和所述厌氧氨氧化絮状污泥的质量比为1：(0.3-0.5)。
4.根据权利要求1所述的快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其中，步骤一中，普通活性污泥和厌氧氨氧化絮状污泥形成的混合污泥的浓度为2000-2500mg/L。
5.根据权利要求1所述的快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其中，步骤二中，初沉水的工艺参数为：进水氨氮为15-50mg/L，COD为100-200mg/L，亚硝酸盐＜0.01mg/L，硝酸盐＜0.01mg/L。
6.根据权利要求1所述的快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其中，步骤二中，通过投加碳酸氢铵控制基质的氨氮浓度，通过投加碳酸氢钠控制pH。
7.根据权利要求1所述的快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其中，步骤三和步骤四中，保证膜生物反应器的液位浮动为±0.1m。
8.由权利要求1-7中任意一项所述的快速获得高浓度厌氧氨氧化颗粒污泥的方法得到的厌氧氨氧化颗粒污泥。
9.根据权利要求8所述的厌氧氨氧化颗粒污泥，其中，所述厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径分布为0.1-1.6mm，中位粒径≥0.45mm。
10.根据权利要求8所述的厌氧氨氧化颗粒污泥，其中，所述厌氧氨氧化颗粒污泥的污泥浓度≥4500mg/L，污泥颗粒化率≥75％。
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