CN112897691A - 一种基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法 - Google Patents
一种基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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,包埋短程反硝化菌与厌氧氨氧化菌而形成的固定化小球,本发明的方法成功实现了短程反硝化与厌氧氨氧化两个反应同步进行,两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。短程反硝化菌与厌氧氨氧化菌均为缺氧菌,固定化小球使得溶解氧传质受阻,使固定化小球中的短程反硝化菌与厌氧氨氧化菌不易受到溶解氧的影响,增强该系统的稳定性,实现联合脱氮并提高系统的总氮去除率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理含碳、氮废水的方法,属于污水处理技术领域。
背景技术
传统生物脱氮的技术理论主要是以硝化、反硝化为基础实现的脱氮过程。虽然传统脱氮工艺稳定性和处理效率经过几代学者的辛苦研究有了很大的提高,在脱氮和除磷方面都有着很大的优势,但是也存在处理成本高、占地面积大、工艺操作复杂以及剩余污泥量大等问题。因此,亟需开发一种运行费用低、能源消耗少且可持续的新型生物脱氮工艺。
厌氧氨氧化(Anammox)工艺是一种新型生物脱氮技术,具有脱氮性能高和运行成本低等特点。该工艺是在缺氧条件下,Anammox菌以NO2 -为电子受体,将NH4 +直接转化为N2的自养反应过程,但是在实际应用中存在NO3 -积累和总氮去除率较低的问题,过量的硝氮会影响厌氧氨氧化反应而降低脱氮性能,这是厌氧氨氧化工艺中不容忽视的问题。通常可采用反硝化来降低系统中NO3 -的浓度,常用的电子供体如含碳有机物和金属,但都会由于反应条件改变而导致厌氧氨氧化处理效果下降。所谓的短程反硝化是指将传统的反硝化控制到以NO2 -为最终产物,而不进一步的还原,省去了多步还原过程,因此具有较高的反应速率,并且外碳源耗量大大降低,对厌氧氨氧化工艺的影响可以得到有效的控制,相应的污泥产量也会大大减少,更重要的是,短程反硝化可以将厌氧氨氧化产生的NO3 -还原为NO2 -,通过二次厌氧氨氧化作用进行去除后可以进一步提高总氮去除率。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种基于固定化小球实现同步短程反硝化-厌氧氨氧化处理含碳、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,包埋短程反硝化菌与厌氧氨氧化菌而形成的固定化小球,保持率好且不易流失,本发明的方法成功实现了短程反硝化和厌氧氨氧化两个反应同步联合脱氮、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,提高了系统的脱氮效率,降低了脱氮的操作难度和投资成本,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,并阻碍溶解氧的传质,减弱溶解氧对厌氧氨氧化与短程反硝化的影响,增强系统运行的稳定性。
术语说明:
同步短程反硝化-厌氧氨氧化:短程反硝化和厌氧氨氧化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:
一种基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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)将短程反硝化菌泥与厌氧氨氧化菌泥以质量比1:1的比例混合,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,得到固定化短程反硝化-厌氧氨氧化小球;
(7)将固定化小球活化后,投加至上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中,反应器的底部通入待处理废水,控制出水流速,成功实现同步短程反硝化-厌氧氨氧化处理含碳、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,短程反硝化菌泥为厌养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,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(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,固定化小球利用短程反硝化菌和厌氧氨氧化菌对于有机物、pH值等条件适应度的不同,通过改变有机物、pH等条件使亚硝态氮不能转化为氮气,从而积累亚硝态氮。厌氧氨氧化菌可以利用亚硝态氮为电子受体,将亚硝态氮和铵根共同转化为氮气,成功实现了短程反硝化碳与厌氧氨氧化两个反应同步进行。包埋固定化可以使短程反硝化菌与厌氧氨氧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短程反硝化与厌氧氨氧化两个过程耦合,成功实现了两个反应同步进行,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,但本发明的实施方式不限于此。
本发明采用的上流式厌氧污泥床反应器(UASB)为现有技术,该反应器包括反应区和三相分离器,反应区和三相分离器通过螺栓密封扣合在一起,固定化小球填充在反应区中,反应器中的三相分离器对固定化小球具有高效截留作用,可以大大提高短程反硝化和厌氧氨氧化的效率。
实施例1:
一种基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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)厌氧污泥经短程反硝化菌富集培养,然后用去离子水洗净后在8000rpm下离心10min,去除上清液,得到短程反硝化菌泥;
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;
将短程反硝化菌泥与厌氧氨氧化菌泥按质量比为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,利用蠕动泵进水和出水口连续出水,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,将水从反应区上部回流至反应区下部,保证反应器内废水的有效循环。
Claims (9)
1.一种基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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)将短程反硝化菌泥和厌氧氨氧化菌泥以质量比1:1的比例混合,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,投加至上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中,反应器的底部通入待处理废水,控制出水流速,成功实现同步短程反硝化-厌氧氨氧化处理含碳、氮废水。
2.根据权利要求1所述的基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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所述的基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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所述的基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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所述的基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,其特征在于,步骤(4)中,短程反硝化菌泥为厌养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%;
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,厌氧氨氧化菌泥菌泥的含水量为60-90wt%。
6.根据权利要求1所述的基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,其特征在于,步骤(5)中,混合菌泥与凝胶液的质量体积比为:1:(3-8),单位:g/mL。
7.根据权利要求1所述的基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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所述的基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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所述的基于固定化实现短程反硝化菌协同厌氧氨氧化菌处理废水的方法,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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