CN112047464B - 一种耐受低剂量富里酸厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法 - Google Patents

一种耐受低剂量富里酸厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐受低剂量富里酸厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法：采用升流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种污泥，添加颗粒状活性炭为内部填料，以模拟废水为进水，经过一段时间的富集培养后，然后向反应器中加入富里酸进行耐低剂量富里酸的培养，通过前期逐步增加富里酸浓度、再经适当的脱氮性能恢复期以及后期快速提高富里酸浓度的方式完成耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养；本发明所述方法可利用少量接种的厌氧氨氧化颗粒污泥实现厌氧氨氧化工艺的快速启动，培养出的厌氧氨氧化颗粒污泥具有良好的耐受富里酸的能力，且颗粒污泥性状优良，活性高。

Description

一种耐受低剂量富里酸厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法
技术领域
本发明涉及一种厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，特别涉及一种耐受低剂量富里酸厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。
背景技术
厌氧氨氧化工艺是一种绿色高效有前景的新型生物脱氮工艺，在厌氧条件下以亚硝酸盐作为电子受体，直接把氨氮氧化成氮气。与传统的生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化工艺可降低60％的曝气量、100％的有机碳源以及90％的污泥量，给我国目前污水处理界面临的低碳氮比废水脱氮难、能耗高等问题带来了曙光。然而，厌氧氨氧化细菌是自养细菌，增殖缓慢，对外部环境特别是有机物极其敏感。
富里酸是一种复杂的有机化合物，难以生物降解，广泛存在于垃圾渗滤液和造纸废水等各种工业废水中。富里酸构成复杂，含有羟基、羧基、醌和苯等多种官能团，这些官能团的存在能够与天然的或者人为的化学物质发生反应，进而影响化学或者微生物驱动反应中各种物质的运输和转化。已有研究证实，富里酸的存在会影响水体的外观和气味，还会与饮用水消毒剂发生反应产生对人体健康有害的消毒副产物。而且，富里酸的分子量较低，能很好粘贴及融合矿物质和元素到它的分子结构中，从而对微生物脱氮产生一定的影响。因此，在使用厌氧氨氧化工艺对含富里酸废水进行脱氮处理时，有可能会出现厌氧氨氧化细菌活性降低，从而导致脱氮性能不稳定的问题。基于此，为了进一步促进厌氧氨氧化工艺的工业应用，开发一种耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，对于同时含富里酸含氮废水的处理具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为获得耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，通过前期逐步增加富里酸浓度、再经适当的脱氮性能恢复期以及后期快速提高富里酸浓度，能够使厌氧氨氧化颗粒具备耐受低剂量富里酸的能力，为厌氧氨氧化工艺高效处理含富里酸废水创造了可能。
本发明采用的技术方案是:
本发明提供一种耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，所述方法为:采用上流式厌氧污泥床反应器，添加颗粒状活性炭为内部填料，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，以含氨氮、亚硝态氮、无机盐和微量元素的模拟废水为进水，在温度为35±1℃，进水pH为7.5±0.1和水力停留时间设定为3.5～5h的厌氧条件下富集培养至反应器的氮去除率稳定在80％以上，然后向反应器中加入富里酸进行耐受低剂量富里酸厌氧氨氧化颗粒污泥的培养，富里酸加入量以进水中有机物的TOC浓度计，(1)以5～10mg·L-1的浓度梯度向进水中逐步增加富里酸，每个浓度梯度运行3～4天，运行至反应器出水总氮去除率小于60％；(2)停止投加富里酸，并50～100mg·L-1的浓度梯度降低进水中氨氮和亚硝态氮浓度调节反应器运行，直至反应器总氮去除率大于80％；(3)以40-50mg·L-1的浓度梯度提高进水中富里酸浓度，每个浓度梯度运行4～5天，运行至反应器出水总氮去除率不小于70％，即完成了耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。
进一步，所述的耐受低剂量富里酸培养策略前的富集培养，进水氨氮浓度设定在50～200mg·L-1,进水亚硝态氮浓度设定为50～200mg·L-1,进水氨氮和亚硝态氮的含量比值设定为1:1，每两天调整进水基质中氨氮和亚硝态氮的浓度均由50mg·L-1逐渐提升至200mg·L-1，运行至反应器出水的脱氮性能稳定且保持在80％以上。
进一步，步骤(1)所述富里酸采用5～10mg·L-1浓度梯度的方式加入，首次向进水中添加20mg·L-1富里酸，运行4天后调整进水富里酸25mg·L-1，继续运行4天调整进水富里酸30mg·L-1，以5mg·L-1的梯度提高进水中富里酸的浓度，运行至反应器出水总氮去除率小于60％。
进一步，步骤(2)所述反应器的调节为反应器性能的恢复阶段，当反应器出水总氮去除率小于60％，为避免亚硝态氮和富里酸对厌氧氨氧化污泥的协同抑制，采用同时去除进水中富里酸和降低进水基质的方法调节反应器运行，其中进水基质的降低幅度为50～100mg·L-1。
进一步，在进行步骤(3)之前，将进水中氨氮和亚硝态氮浓度提高至200mg·L-1,并保证反应器出水总氮去除率大于80％。
进一步，步骤(3)所述富里酸以40～50mg·L-1的浓度梯度向进水中添加富里酸，使进水中富里酸的终浓度与步骤(1)加入的最高富里酸浓度相同；反应器出水总氮去除率不低于70％，即获得耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥。
进一步，所述的模拟废水组成如下：氨氮50～200mg·L-1，亚硝态氮50～200mg·L-1，KHCO3 125mg·L-1,KH2PO4 54mg·L-1,FeSO4·7H2O 9mg·L-1,EDTA 5mg·L-1和微量元素Ⅰ2mL·L-1、微量元素Ⅱ1mL·L-1，溶剂为水。
微量元素Ⅰ组成：NaCl 500mg·L-1,KCl 700mg·L-1,CaCl2·2H2O 700mg·L-1,MgSO4·7H2O 500mg·L-1。
微量元素Ⅱ组成：CuSO4·5H2O 0.25mg·L-1,ZnSO4·7H2O 0.43mg·L-1,CoCl2·6H20 0.24mg·L-1,MnCl2·4H2O 0.99mg·L-1,NaMoO4·2H2O 0.22mg·L-1,NiCl2·6H2O0.19mg·L-1,NaSeO4 0.11mg·L-1,H3BO3 O.O14mg·L-1
进一步，所述的厌氧氨氧化颗粒污泥的接种混合液悬浮固体浓度为2g·L-1,粒径为0.3～1.5mm,接种体积占反应器总体积的5％～8％。
进一步，所述添加的生物填料颗粒状活性炭长度为0.1～2cm，直径为1～2mm，相对于反应器其添加量为150～250g·L-1，添加后使得颗粒状活性炭和污泥的混合体积占反应器总体积的30％～40％。
本发明所述的厌氧氨氧化颗粒污泥经过前期逐步增加富里酸浓度、再经适当的脱氮性能恢复期以及后期快速提高富里酸浓度，可实现厌氧氨氧化颗粒污泥具备耐受低剂量富里酸的能力，且具有高效的脱氮性能，试验证明这种方法对于培养耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥是有效的。
本发明的有益效果主要体现在:①通过添加颗粒状活性炭作为生物载体，可利用少量接种的厌氧氨氧化颗粒污泥实现厌氧氨氧化工艺的快速启动，有效地节省了厌氧氨氧化污泥的接种量；②培养的厌氧氨氧化污泥可耐受80mg·L-1富里酸，有利于厌氧氨氧化工艺在实际含富里酸废水的应用，实现厌氧氨氧化过程的稳定性能；③最终形成的厌氧氨氧化颗粒污泥粒径大，沉降性能显著提升，可抵抗不利条件的冲击，短时间内实现脱氮性能的快速恢复。
附图说明
图1是升流式厌氧污泥床反应器的结构示意图：1.进水桶；2水浴加热装置；3.水泵；4.进水口；5.反应器主体；6.三相分离器；7.出水口。
图2是反应器运行过程中脱氮性能图：NLR代表氮负荷率；NRR代表氮去除负荷；NRE代表氮去除效率。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1：
取有效体积为2.5L的升流式厌氧污泥床反应器(如图1)，添加180g·L-1的颗粒状活性炭作为生物载体，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，厌氧氨氧化颗粒污泥的混合液悬浮固体浓度为2g·L-1,以模拟废水为进水，反应器在厌氧、避光、温度为35±1℃，进水PH为7.5±0.1，水力停留时间为4.9h的条件下运行，模拟废水的组成为:氨氮50～200mg·L-1，亚硝态氮50～200mg·L-1，KHCO3 125mg·L-1,KH2PO4 54mg·L-1,FeSO4·7H2O 9mg·L-1,EDTA5mg·L-1和微量元素Ⅰ2mL·L-1、微量元素Ⅱ1mL·L-1，溶剂为水。
所述微量元素Ⅰ组成：NaCl 500mg·L-1,KCl 700mg·L-1,CaCl2·2H2O 700mg·L-1,MgSO4·7H2O 500mg·L-1。
所述微量元素Ⅱ组成：CuSO4·5H2O 0.25mg·L-1,ZnSO4·7H2O 0.43mg·L-1,CoCl2·6H20 0.24mg·L-1,MnCl2·4H2O 0.99mg·L-1,NaMoO4·2H2O 0.22mg·L-1,NiCl2·6H2O 0.19mg·L-1,NaSeO4 0.11mg·L-1,H3BO3 O.O14mg·L-1。
富集培养时进水氨氮和亚硝态氮的比值为1:1，首次进水NH4 +-N和NO2 --N的含量各为50mg·L-1,进水前使用氮气曝气以除去溶解氧，每两天以10mg·L-1的浓度梯度增加进水中NH4 +-N和NO2 --N的浓度。第43天，进水中NH4 +-N和NO2 --N浓度达到200mg·L-1且反应器运行稳定，反应器出水总氮去除率保持在80％以上，出水NO2 --N小于10mg·L-1，开始进入耐受低剂量富里酸培养阶段。根据进水中富里酸浓度和富里酸浓度变化梯度，分为三个阶段。反应器运行过程中脱氮性能如图2所示。
第一阶段进水NH4 +-N和NO2 --N终浓度分别为200mg·L-1,逐步增加进水中富里酸浓度，浓度分别为20mg·L-1、25mg·L-1、30mg·L-1、35mg·L-1、40mg·L-1、45mg·L-1、50mg·L-1、55mg·L-1、60mg·L-1、65mg·L-1、70mg·L-1、75mg·L-1、80mg·L-1，每个浓度各培养4天。第93天时，进水中富里酸浓度为80mg·L-1，反应器出水总氮去除率逐渐降低至70％，维持该浓度继续运行4天，反应器出水总氮去除率下降至59％，反应器的脱氮速率由开始的1.68kg·m-3·d-1下降至1.18kg·m-3·d-1。
第二阶段为反应器性能恢复阶段，为了避免亚硝态氮和富里酸的协同抑制作用，快速恢复反应器性能，在第99天去除反应器进水中的富里酸，同时降低进水NH4 +-N和NO2 --N浓度至100mg·L-1。反应器运行8天，出水总氮去除率恢复至80％以上。此时进水NH4 +-N和NO2 --N浓度提高至150mg·L-1,运行2天，反应器总氮去除率仍保持在83％。第108天提高进水NH4 +-N和NO2 --N分别为200mg·L-1，总氮去除率在第109天依旧高于80％。脱氮速率可达1.50kg·m-3·d-1。
第三阶段进水NH4 +-N和NO2 --N终浓度分别为200mg·L-1，快速提高进水中富里酸浓度，增加步幅为40mg·L-1,即浓度依次为40mg·L-1和80mg·L-1,各培养4天，出水总氮平均去除率为72％，明显高于初次添加80mg·L-1富里酸时的总氮去除率，在这阶段反应器的氮去除速率可达到1.35kg·m-3·d-1。说明，此时实现了耐受低剂量富里酸厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。
经过117天的连续运行，颗粒污泥的粒径逐渐增大，平均粒径由0.38±0.1mm增加到0.88±0.1mm。沉降性能显著提升，SVI5由45.27±1.2mL·g-1SS降低到23.26±1.2mL·g- 1SS。因而，厌氧氨氧化颗粒污泥在经过前期逐步增加以及后期快速提高富里酸浓度的方式，能够获得对低剂量富里酸的耐受力，且颗粒特性优良，活性高。

Claims (7)

1.一种耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法，其特征在于:采用上流式厌氧污泥床反应器，上流式厌氧污泥床反应器以下简称为反应器，添加颗粒状活性炭为内部填料，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，以含氨氮和亚硝态氮的模拟废水为进水，在温度为35±1℃，进水pH为7.5±0.1和水力停留时间设定为3.5～5h的厌氧条件下富集培养至反应器的氮去除率稳定在80％以上，然后向反应器中加入富里酸进行耐受低剂量富里酸厌氧氨氧化颗粒污泥的培养，富里酸加入量以进水中有机物的TOC浓度计，(1)以5～10mg·L-1的浓度梯度向进水中添加富里酸，每个浓度梯度运行3～4天，运行至反应器出水总氮去除率小于60％；(2)停止投加富里酸，并以50～100mg·L-1的浓度梯度降低进水中氨氮和亚硝态氮浓度调节反应器运行，直至反应器总氮去除率大于80％；(3)以40～50mg·L-1的浓度梯度提高进水中富里酸浓度，每个浓度梯度运行4～5天，运行至反应器出水总氮去除率不小于70％，即完成了耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养；
所述的模拟废水组成为：氨氮50～200mg·L-1，亚硝态氮50～200mg·L-1，KHCO3125mg·L-1,KH2PO4 54mg·L-1,FeSO4·7H2O 9mg·L-1,EDTA 5mg·L-1和微量元素Ⅰ2mL·L-1、微量元素Ⅱ1mL·L-1；
微量元素Ⅰ组成：NaCl 500mg·L-1,KCl 700mg·L-1,CaCl2·2H2O 700mg·L-1,MgSO4·7H2O 500mg·L-1；
微量元素Ⅱ组成：CuSO4·5H2O 0.25mg·L-1,ZnSO4·7H2O 0.43mg·L-1,CoCl2·6H2O0.24mg·L-1,MnCl2·4H2O 0.99mg·L-1,NaMoO4·2H2O 0.22mg·L-1,NiCl2·6H2O 0.19mg·L-1,NaSeO4 0.11mg·L-1,H3BO3 0.014mg·L-1。
2.如权利要求1所述的耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法，其特征在于所述的富集培养，进水氨氮浓度设定在50～200mg·L-1,进水亚硝态氮浓度设定为50～200mg·L-1,进水氨氮和亚硝态氮的质量浓度比值设定为1：1，每两天调整进水基质中氨氮和亚硝态氮的浓度均由50mg·L-1逐渐提升至200mg·L-1，运行至反应器出水的脱氮性能稳定且保持在80％以上。
3.如权利要求1所述的耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法，其特征在于步骤(1)中向进水添加20mg·L-1富里酸，运行4天后调整进水富里酸25mg·L-1，继续运行4天调整进水富里酸30mg·L-1，以5mg·L-1的梯度提高进水中富里酸的浓度，运行至反应器出水总氮去除率小于60％。
4.如权利要求1所述的耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法，其特征在于在进行步骤(3)之前，将进水中氨氮和亚硝态氮浓度提高至200mg·L-1,并保证反应器出水总氮去除率大于80％。
5.如权利要求1所述的耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法，其特征在于步骤(3)所述富里酸以40～50mg·L-1的浓度梯度向进水中添加富里酸，使进水中富里酸的终浓度与步骤(1)加入的最高富里酸浓度相同；反应器出水总氮去除率不低于70％，获得耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥。
6.如权利要求1所述的耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法，其特征在于所述的厌氧氨氧化颗粒污泥的接种混合液悬浮固体浓度为1～3g·L-1,粒径为0.3～1.5mm,接种体积占反应器总体积的5％～8％。
7.如权利要求1所述的耐受低剂量富里酸的厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法，其特征在于所述添加的生物填料颗粒状活性炭长度为0.1～2cm，直径为1～2mm,相对于反应器其添加量为150～250g·L-1，添加后使得颗粒状活性炭和污泥的混合体积占反应器总体积的30％～40％。
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