CN111732312B - 一种利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，包括以下步骤：S1，取厌氧污泥，用培养基悬浮振荡混合均匀，离心去上清，重复以上操作若干次；S2，将步骤S1得到的厌氧污泥接种于培养瓶中，加入培养基、剩余污泥、海藻酸钠和黄原胶，通入过量的氮气和二氧化碳混合气，加入含有硝酸盐并密封，在温度为20～25℃的条件下进行连续培养25～35天，每天分析硝态氮和氮气的变化，当反硝化速率达到200～1000mgN/(L·天)时即富集得到反硝化菌群；S3，将步骤S2富集的反硝化菌群接种于厌氧反应器中，以剩余污泥、海藻酸钠和黄原胶为混合底物，通入过量的氮气和二氧化碳的混合气体，加入含有硝态氮的污水，在温度为20～25℃的条件下进行厌氧反硝化。该方法反硝化效率高。

Description

一种利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法
技术领域
本发明涉及一种利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法。
背景技术
剩余污泥(excess activated sludge)，是指活性污泥系统中从二次沉淀池(或沉淀区)排出系统外的活性污泥。剩余污泥处置是我国环境治理领域面临的重要问题之一，据估算2020年剩余污泥(80％含水率)的产生量将超过6000万吨。目前剩余污泥的处理以堆埋、焚烧、农业堆肥和自然干化为主，所需费用较高(占污水处理厂总运行费用的50-60％)。
剩余污泥的有机成分复杂，包括细胞，胞外聚合物(EPS)和少量纤维素等。其中EPS占污泥有机质干重的50-80％，具有维持微生物聚集体结构和保持其功能的完整性的作用。EPS的主要成分是胞外多糖(PS,10-30％)与蛋白质(PN,40％-60％)，并且，PS含有中含有海藻酸钠和黄原胶等多糖成分。
但是，目前剩余污泥的厌氧转化速率慢，限制了其减量化处置。而且，利用富集菌群对剩余污泥的水解转化和反硝化的方法尚无报道。
发明内容
本发明提供了一种利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：
一种利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，包括以下步骤：
S1，取厌氧污泥，用培养基悬浮振荡混合均匀，离心去上清，重复以上操作若干次；
S2，将步骤S1得到的厌氧污泥接种于培养瓶中，加入培养基、剩余污泥、海藻酸钠和黄原胶，通入过量的氮气和二氧化碳混合气，加入含有硝酸盐并密封，在温度为20～25℃的条件下进行连续培养25～35天，每5天加入一次硝酸钠、海藻酸钠和黄原胶，每天分析硝态氮和氮气的变化，当反硝化速率达到200～1000mgN/(L·天)时即富集得到反硝化菌群；
S3，将步骤S2富集的反硝化菌群接种于厌氧反应器中，以剩余污泥、海藻酸钠和黄原胶为混合底物，通入过量的氮气和二氧化碳的混合气体，加入含有硝态氮的污水，在温度为20～25℃的条件下进行厌氧反硝化。
作为进一步改进的，在步骤S1中，所述厌氧污泥来自于已运行1年的降解剩余污泥的厌氧反应器。
作为进一步改进的，在步骤S1中，所述离心的转速为7000～9000rpm，离心时间为2～4min。
作为进一步改进的，所述培养基的配方为NH4Cl 280～320mg/L；Na2SO4 8～12mg/L；KCl 90～110mg/L；CaCl2 3～6mg/L；MgCl2·6H2O 45～55mg/L；MnCl2·4H2O 0.2～0.6mg/L；CoCl2·2H2O 0.8～1.2mg/L；FeSO4·7H2O 5.0～5.4mg/L；AlCl3 0.05～0.15mg/L；NaMO4·2H2O 0.05～0.15mg/L；NiCl2·6H2O 0.4～0.6mg/L；CuCl2·2H2O 1.2～1.6mg/L；ZnSO4·2H2O 2.0～2.4mg/L。
作为进一步改进的，所述培养基通过酸或碱调节pH为7.0～7.4。
作为进一步改进的，在步骤S2中，所述剩余污泥、海藻酸钠、黄原胶在反应体系中的浓度为分别为5～10g/L、1～5g/L、1～5g/L。
作为进一步改进的，所述氮气和二氧化碳的混合气体中氮气和二氧化碳的体积比70～85％：15～25％。
作为进一步改进的，在步骤S2中，所述硝酸盐在反应体系中的浓度为0.8～1.2g/L。
作为进一步改进的，在步骤S3中，所述反硝化菌群的接种量为50～250mL/L。
作为进一步改进的，在步骤S3中，所述硝态氮的污水的硝态氮的含量为150～500mgN-NO3 -/L。
本发明的有益效果是：
本发明的利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，利用富集的反硝化菌群对剩余污泥进行反硝化处理，降解剩余污泥和反硝化脱氮的效果好，反硝化速率达1500mg-N/(L·天)。
本发明的利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法能同时对剩余污泥和含硝态氮的污水进行处理，剩余污泥厌氧转化速率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的序批式厌氧反应器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
反硝化菌群的富集：厌氧污泥(100mL)取自实验室中一个已运行1年的降解剩余污泥的厌氧反应器，将厌氧污泥用300mL无机盐厌氧培养基悬浮，放置离心机中在8000rpm和25℃下3分钟离心，去除上清液；上述污泥清洗步骤重复3-5次。将上述处理的厌氧污泥接种于2.5L的厌氧序批式反应器(如图1所示)中，并加入150ml福州金山污水处理厂的剩余污泥，5g海藻酸钠，5g黄原胶，和1250mL厌氧培养基，确保加入的微生物量在2.5-3.5g/L左右。通入20分钟(氮气/二氧化碳＝80％/20％)混合气以排除反应器中原有的空气。加入1.0g/L的硝酸钠，并维持温度为20～25℃。每天分析硝态氮和氮气的变化。每隔5天加入1.0g/L的硝酸钠，2g/L海藻酸钠和2g/L黄原胶，连续培养30天，当反硝化速率达到800mgN/(L·天)时即得到具有反硝化功能的菌群。
反硝化实验：在一个新的2.5L厌氧序批式反应器(结构如图1)中，添加150mL上述已富集的反硝化菌群，150ml福州金山污水处理厂的剩余污泥，2g海藻酸钠，2g黄原胶，和1350mL模拟生物污水(实验室自行配置，其中包含450mgN-NO3 -/L)，经过0.5天处理，经检测，水中硝态氮含量降至0mg/L，反硝化产物为N2(含量46％)，反硝化速率为1870mg-N/(L天)。
实施例中所述N2采用气相色谱仪(SP6890,山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司)分析。该仪器主要仪器参数如下：包括双路热导池的检测器和两根长度为2m填充
Figure BDA0002587057500000051
分子筛的不锈钢气相色谱分离柱。进样口、柱温箱和热导池温度分别为120、120和130℃；用氩气作为载气；气体的进样量为1mL。
硝氮的测试方法：在10ml比色管，加入待测样品，用纯水稀释至标线(实现平视液面，直至页面最低点在标线处)。向比色管中分别加入1mol/L的盐酸0.2ml(200μl)和0.8％的氨基磺酸溶液0.02ml(20μl)；比色管盖盖住，摇晃均匀。(3)用石英比色皿在220和275nm波长处测量吸光度，并采用标线回归计算浓度。
所用厌氧培养基为常规无机盐培养基，pH值为7.2，其组成为NH4Cl 300mg/L；Na2SO4 10mg/L；KCl 100mg/L；CaCl2 5mg/L；MgCl2·6H2O 50mg/L；MnCl2·4H2O 0.4mg/L；CoCl2·2H2O 1.0mg/L；FeSO4·7H2O 5.2mg/L；AlCl3 0.1mg/L；NaMO4·2H2O 0.1mg/L；NiCl2·6H2O 0.5mg/L；CuCl2·2H2O 1.5mg/L；ZnSO4·2H2O 2.2mg/L。
实施例2
反硝化实验：在一个新的2.5L厌氧序批式反应器(结构如图1)中，添加100mL已富集的反硝化菌群，150ml福州金山污水处理厂的剩余污泥，2g海藻酸钠，2g黄原胶和1250mL生物污水(取自污水处理厂，其中硝态氮调整至100mgN-NO3 -/L)，并采用连续运行模式，其他操作同实施例1。经检测，反应器出水中硝态氮含量降至0.5mg/L以下，反硝化产物为N2(含量为50％)，反硝化速率为1500mg-N/(L·天)。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，取厌氧污泥，用培养基悬浮振荡混合均匀，离心去上清，重复以上操作若干次；
S2，将步骤S1得到的厌氧污泥接种于培养瓶中，加入培养基、剩余污泥、海藻酸钠和黄原胶，通入过量的氮气和二氧化碳混合气，加入含有硝酸盐并密封，在温度为20～25℃的条件下进行连续培养25～35天，每5天加入一次硝酸钠、海藻酸钠和黄原胶，每天分析硝态氮和氮气的变化，当反硝化速率达到200～1000mgN/(L·天)时即富集得到反硝化菌群；
S3，将步骤S2富集的反硝化菌群接种于厌氧反应器中，以剩余污泥、海藻酸钠和黄原胶为混合底物，通入过量的氮气和二氧化碳的混合气体，加入含有硝态氮的污水，在温度为20～25℃的条件下进行厌氧反硝化；
在步骤S2中，所述剩余污泥、海藻酸钠、黄原胶在反应体系中的浓度为分别为5～10g/L、1～5g/L、1～5g/L；所述氮气和二氧化碳的混合气体中氮气和二氧化碳的体积比70～85％：15～25％。
2.根据权利要求1所述的利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述厌氧污泥来自于已运行1年的降解剩余污泥的厌氧反应器。
3.根据权利要求1所述的利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述离心的转速为7000～9000rpm，离心时间为2～4min。
4.根据权利要求1所述的利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，其特征在于：所述培养基的配方为NH4Cl 280～320mg/L；Na2SO4 8～12mg/L；KCl 90～110mg/L；CaCl2 3～6mg/L；MgCl2·6H2O 45～55mg/L；MnCl2·4H2O 0.2～0.6mg/L；CoCl2·2H2O 0.8～1.2mg/L；FeSO4·7H2O 5.0～5.4mg/L；AlCl3 0.05～0.15mg/L；NaMO4·2H2O 0.05～0.15mg/L；NiCl2·6H2O 0.4～0.6mg/L；CuCl2·2H2O 1.2～1.6mg/L；ZnSO4·2H2O 2.0～2.4mg/L。
5.根据权利要求1所述的利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，其特征在于：所述培养基通过酸或碱调节pH为7.0～7.4。
6.根据权利要求1所述的利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，其特征在于：在步骤S2中，所述硝酸盐在反应体系中的浓度为0.8～1.2g/L。
7.根据权利要求1所述的利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，其特征在于：在步骤S3中，所述反硝化菌群的接种量为50～250mL/L。
8.根据权利要求1所述的利用剩余污泥为碳源的厌氧反硝化的方法，其特征在于：在步骤S3中，所述硝态氮的污水的硝态氮的含量为150～500mgN-NO3 -/L。
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