CN112759085A - 一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种短程反硝化菌‑异化硝酸盐还原菌‑短程硝化菌‑厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,本发明的方法基于固定化小球进行,该固定化小球是以聚乙烯醇、海藻酸钠和糊化淀粉的交联聚合产物为载体,包埋厌氧氨氧化、短程硝化菌、短程反硝化菌与硝酸盐异化还原菌而形成,本发明的方法成功实现了厌氧氨氧化、短程硝化、短程反硝化和异化硝酸盐还原四个反应同步进行,四个反应过程联合脱氮除碳,在一个反应体系内成功实现了氨氮、硝氮以及COD的同步去除,提高系统的脱氮效率,同时固定化小球有助于在系统内维持较高的生物量浓度和生物活性,形成外层好氧和内部厌氧的结构,增强了系统运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,属于污水处理技术领域。
背景技术
我国经济发展迅速,导致污水排放量不断上升,水体富营养化现象日趋严重,污水中氮素的去除逐渐成为热点。传统的生物脱氮工艺硝化-反硝化工艺存在处理成本高、占地面积大、工艺操作复杂以及剩余污泥量大等问题。因此,降低能耗、减少成本且高效可持续的新型生物脱氮系统的研发势在必行,厌氧氨氧化为主的一系列高效低耗组合脱氮工艺备受关注。
近几年来厌氧氨氧化(Anammox)相关工艺的研究越来越多,力图解决实际应用中的问题,例如城市污水中基本不含NO2 -,NO2 -的来源是厌氧氨氧化工艺发展中必须要解决的问题,短程硝化(PN)可以通过控制游离铵和溶解氧等条件抑制NOB、促进AOB,使氨氧化过程控制在NO2 -这一步。短程反硝化(PD)可以将反硝化过程控制在NO3 -仅还原为NO2 -,提高了反应速率,节省碳源,并为厌氧氨氧化提供了稳定的NO2 -来源。异化硝酸盐还原(DNRA)是将硝态氮经亚硝氮转化为铵的过程,反应过程为NO3 -→NO2 -→NH4 +,利用硝态氮或亚硝态氮为电子受体,有机碳为电子供体,将硝态氮或亚硝态氮还原为亚硝态氮或铵态氮,由此DNRA和短程反硝化可以利用厌氧氨氧化生成的NO3 -还原为NH4 +和NO2 -,破解NO3 -累积导致的厌氧氨氧化总氮去除率低的问题,再通过二次厌氧氨氧化作用转化为N2,从而进一步提高总氮的去除。
由于同步短程反硝化和硝酸盐异化为铵适用的C/N条件不同,短程反硝化与硝酸盐异化为铵无法结合在一起进行处理含氮废水,且有机物会抑制厌氧氨氧化菌的活性,此外,短程硝化属于好氧自养菌,而厌氧氨氧化菌、硝酸盐异化为铵菌和短程反硝化菌为厌氧菌,如果结合在一起,这四种菌存在相互抑制,细菌活性下降,大大削弱了单一处理的效果。而本发明中采用的固定化微生物技术是现代生物工程领域的一项新兴技术,固定化小球内的微生物具有较高的生物量和反应活性,抗环境毒性能力强,它可以延长厌氧氨氧化菌、短程硝化菌、短程反硝化菌以及异化硝酸盐还原菌在系统内的固体停留时间并维持较高的细菌浓度,提高处理效率,另外,由于溶解氧传质受阻,固定化小球内部的厌氧氨氧化菌、短程反硝化菌和异化硝酸盐还原菌不易受到溶解氧的抑制,而短程硝化菌又可以在小球外层得到稳定的生长,增强了系统的稳定性。
发明内容
本发明提的目的是为了解决厌氧氨氧化在污水处理系统中厌氧氨氧化污泥易流失、溶解氧及有机质影响厌氧氨氧化污泥活性、NO2 -来源不足以及脱氮系统不稳定等问题,提供一种基于固定化小球实现同步PD-PN-Anammox-DNRA处理含碳、氮废水的方法,本发明的固定化小球是以聚乙烯醇、海藻酸钠和糊化淀粉的交联聚合产物为载体,包埋厌氧氨氧化菌、短程反硝化菌、短程硝化菌与DNRA菌而形成的固定化小球,本发明的方法成功实现了厌氧氨氧化、短程硝化、短程反硝化和硝酸盐异化还原四个反应同步进行,四个反应过程进行联合脱氮除碳,在一个反应体系内成功实现了氨氮、硝氮以及COD的同步去除,提高系统的脱氮效率,同时固定化小球有助于在系统内维持较高的生物量浓度和生物活性,增强系统运行的稳定性。
术语说明:
同步PD-PN-Anammox-DNRA:厌氧氨氧化、短程硝化、短程反硝化、异化硝酸盐还原四个反应在一个体系内同步进行。
本发明是通过如下技术方案实现的:
一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,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,冷却到室温后得凝胶液;
(4)将厌氧氨氧化菌、短程硝化菌泥、短程反硝化菌泥及异化硝酸盐还原菌泥以合适的质量比混合,得混合菌泥;
(5)将混合菌泥加入冷却后的凝胶液中,混合均匀后得到菌胶混合液;
(6)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,将菌胶混合液在搅拌条件下滴加至凝固液中进行凝固成形,然后静置使其充分交联,得到固定化小球;
(7)将固定化小球活化后,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,成功实现同步PD-PN-Anammox-DNRA处理含碳、氮废水。
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,厌氧氨氧化菌、短程硝化菌泥、短程反硝化菌泥及异化硝酸盐还原菌泥质量比为1:1:1:1。
根据本发明优选的,步骤(4)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,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,所述的短程反硝化菌泥为厌氧污泥经短程反硝化菌富集培养、清洗后得到,短程反硝化菌泥的含水量为60-70wt%。
短程反硝化菌富集培养按现有技术进行,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,所述的厌氧氨氧化泥为厌氧污泥经厌氧规划菌富集培养、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,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,异化硝酸盐还原菌泥为厌氧污泥经异化硝酸盐还原菌富集培养、清洗后得到,异化硝酸盐还原菌泥的含水量为60-90wt%。
异化硝酸盐还原菌富集培养参照:卜翠娜,异化硝酸盐还原菌(DNRA)的环境分布及富集培养研究[D],2018。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(5)中,混合菌泥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,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,所述的活化为将固定化小球置于活化水中在25℃-30℃下活化培养一周,所述的活化水组成如下:碳酸氢铵190 mg/L,磷酸二氢钾25 mg/L,硫酸镁200mg/L,氯化钙300 mg/L,葡萄糖12.2 mg/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20.0 g/L,硫酸锌0.43 g/L,氯化锰0.99 g/L,氯化钴0.24 g/L,氯化镍0.19 g/L,硫酸铜0.25 g/L,硒酸钠0.21 g /L,钼酸钠0.22 g/L,硼酸0.014 g/L。
根据本发明优选的,活化固定化小球在反应器中的填充率为反应器容积的15%-25%。
本发明的方法基于固定化小球进行,通过控制溶解氧、pH值等条件,抑制NOB菌的活性,使亚硝态氮不能转化为硝态氮以积累亚硝态氮,厌氧氨氧化以亚硝态氮为电子受体转化为氮气。DNRA菌和短程反硝化菌可以利用厌氧氨氧化反应生成的硝态氮并以其为电子受体,有机碳为电子供体,将硝态氮或亚硝态氮还原为亚硝态氮或铵态氮,再通过二次厌氧氨氧化反应生成氮气,成功实现了厌氧氨氧化、短程硝化、短程反硝化和硝酸盐异化还原四个反应同步进行。固定化可以使厌氧氨氧化、短程硝化菌、短程反硝化菌与DNRA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脱氮效率。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明利用固定化小球将厌氧氨氧化、短程硝化、短程反硝化与异化硝酸盐还原四个过程耦合,成功实现了四个反应同步进行,四个反应过程进行联合脱氮除碳,在一个反应体系内成功实现了氨氮、硝氮以及COD的同步去除,提高系统的脱氮效率。
2、本发明的方法基于固定化小球进行,固定化小球提高了生物量浓度,维持较高的细菌活性,可使系统长时间稳定运行。
3、本发明的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,避免了固定化小球因网络孔隙过大导致被包埋的菌部分流失,利用率低。
4、本发明的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,可反复使用。
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,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:
一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,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)好氧污泥经培养富集短程硝化菌,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;
厌氧污泥经培养富集短程反硝化菌,然后用去离子水洗净后在8000rpm下离心10min,去除上清液,得到短程反硝化菌泥;
厌氧污泥经培养富集异化硝酸盐还原菌,然后用去离子水洗净后在8000rpm下离心10min,去除上清液,得到异化硝酸盐还原菌泥,
厌氧污泥经培养富集厌氧氨氧化菌,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;
将厌氧氨氧化菌泥、短程硝化菌泥、短程反硝化菌泥和异化硝酸盐还原菌泥按质量比为1:1:1:1的比例混合均匀,取30g混合菌泥与100ml冷却到室温的凝胶液混合均匀,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%;
(6)将菌胶混合液在搅拌条件下滴加至凝固液中进行凝固成形,然后静置使其充分交联,得到固定化小球。
(7)将固定化小球在26℃下置于活化水中活化培养一周,使微生物得到充分的恢复,得活化固定化小球,将固定化小球按体积填充率20%投加至反应器中,反应器的有效容积为6L,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,反应器采用好氧、缺氧交替的运行方式。在进水氨氮120 mg/L,COD50 mg/L的情况下,氨氮和COD去除率分别为92%和85%。
Claims (9)
1.一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,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,冷却到室温后得凝胶液;
(4)将厌氧氨氧化菌、短程硝化菌泥、短程反硝化菌泥及异化硝酸盐还原菌泥以合适的质量比混合,得混合菌泥;
(5)将混合菌泥加入冷却后的凝胶液中,混合均匀后得到菌胶混合液;
(6)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,将菌胶混合液在搅拌条件下滴加至凝固液中进行凝固成形,然后静置使其充分交联,得到固定化小球;
(7)将固定化小球活化后,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,成功实现同步PD-PN-Anammox-DNRA处理含碳、氮废水。
2.根据权利要求1所述的一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,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%;步骤(1)中,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所述的一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,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所述的一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,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所述的一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,其特征在于,步骤(4)中,厌氧氨氧化菌、短程硝化菌泥、短程反硝化菌泥及异化硝酸盐还原菌泥优选质量比为1:1:1:1。
短程硝化菌泥为好氧污泥经短程硝化过程富集培养、清洗后得到,短程硝化菌泥的含水量为60-70wt%;
短程反硝化菌泥为厌氧污泥经短程反硝化过程富集培养、清洗后得到,短程反硝化菌泥的含水量为60-70wt%;
异化硝酸盐还原菌泥为厌氧污泥经异化硝酸盐还原过程富集培养、清洗后得到,异化硝酸盐还原菌泥的含水量为60-70wt%;
厌氧氨氧化菌泥为厌氧污泥经厌氧氨氧化过程富集培养、清洗后得到,厌氧氨氧化菌泥的含水量为60-70wt%。
6.根据权利要求1所述的一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,其特征在于,步骤(5)中,混合菌泥与凝胶液的质量体积比优选为1:1,单位:g/mL。
7.根据权利要求1所述的一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,其特征在于,步骤(6)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所述的一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,其特征在于,所述的活化为将固定化小球置于活化水中在25℃-30℃下活化培养一周,所述的活化水组成如下:碳酸氢铵190 mg/L,磷酸二氢钾25 mg/L,硫酸镁200 mg/L,氯化钙300 mg/L,葡萄糖12.2 mg/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20.0 g/L,硫酸锌0.43 g/L,氯化锰0.99 g/L,氯化钴0.24 g/L,氯化镍0.19 g/L,硫酸铜0.25 g/L,硒酸钠0.21 g /L,钼酸钠0.22 g/L,硼酸0.014 g/L。
9.根据权利要求1所述的一种短程反硝化菌-异化硝酸盐还原菌-短程硝化菌-厌氧氨氧化菌协同脱氮的方法,其特征在于,活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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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210507 |
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