CN112979108A - 一种厌氧反应器出水亚硝化方法 - Google Patents

一种厌氧反应器出水亚硝化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种厌氧反应器出水亚硝化方法，包括以下步骤：（1）微藻驯化：以厌氧反应器出水为营养液，对微藻进行驯化培养；（2）接种：在光生物反应器中接种步骤（1）驯化培养的微藻；（3）亚硝化：采用LED灯对光生物反应器进行持续光照，将厌氧反应器出水通入光生物反应器中，控制光生物反应器内温度为15‑25℃，水力停留时间为12‑24 h，定期监测光生物反应器进出水中NH4 +、NO2 ‑、NO3 ‑的浓度。亚硝化方法用于将厌氧反应器出水中的氨氮转化为亚硝酸盐氮，能有效抑制亚硝酸盐氧化细菌而不影响氨氧化细菌，在无机械曝气情况下快速地实现光生物反应器内亚硝酸盐氮的较高积累，运行能耗低且稳定。

Description

一种厌氧反应器出水亚硝化方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种厌氧反应器出水亚硝化方法。
背景技术
厌氧反应器可高效去除废水中的COD，而对NH4 +却无法有效去除，其浓度可为进水的1.9倍之多，且无NO2 -、NO3 -的积累；溶解氧浓度小于0.50 mg/L，pH为6.5-8.5，含有一定量的溶解性甲烷和二氧化碳。由此可见，废水经厌氧反应器处理后其C/N比低，且始终含有一定量的NH4 +，而氮素是导致水体富营养化的主要元素，除去厌氧反应器出水中的NH4 +是本领域技术人员需要解决的关键问题。
传统的硝化反硝化工艺作为一种有效的污水脱氮工艺，是当今污水处理厂的主要脱氮技术。但是，在全球普遍倡导可持续发展的今天，传统硝化反硝化脱氮工艺“高能耗、高消耗”的弊端日益凸显。随着微生物学的不断突破，亚硝化-厌氧氨氧化脱氮技术因其高效、低耗的优势已成为污水脱氮领域的研究热点。
亚硝化阶段亚硝酸盐的积累是亚硝化-厌氧氨氧化（PN-Anammox）脱氮技术的关键，而亚硝化技术是指通过选择性抑制亚硝酸盐氧化细菌（NOB）生长或活性，使得氨氮氧化过程停留在亚硝酸盐阶段，从而实现亚硝酸盐的积累。
中国专利201210510535.4公开了一种低氨氮污水部分亚硝化的非限氧启动方法，该方法采用序批式反应器（SBR），在 DO=1.50-1.80 mg/L下处理氨氮为120 mg/L 的污水，通过25天的培养驯化实现了亚硝酸盐的积累率（90%以上），并且在低氨氮污水（35 mg/L）条件下亚硝化仍能长期稳定运行。尽管如此，该方法仍未解决曝气耗能高的问题，且亚硝化阶段启动周期长，对于连续运行的效果并未进行验证。
中国专利201810890853.5公开了一种基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法，该亚硝化方法利用UVA波段紫外线促使反应器中微藻的生长，其在光合作用过程中释放活性氧，进而杀死反应器中的亚硝酸盐氧化细菌（NOB），使得亚硝酸盐氮不能进一步转化为硝酸盐氮，造成反应器中亚硝酸盐氮的积累，实现城市污水亚硝化。该方法处理对象为COD量较高的城市污水，有利于微生物的聚集，而对于COD量较低的厌氧反应器出水不适用，并且该方法还涉及曝气，能耗依然较高。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的就在于提供一种厌氧反应器出水亚硝化方法，该亚硝化方法用于厌氧反应器出水中氨氮的亚硝化，能有效抑制亚硝酸盐氧化细菌（NOB）而不影响氨氧化细菌（AOB），在无机械曝气情况下快速地实现光生物反应器内亚硝酸盐氮的较高积累，运行能耗低且稳定。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种厌氧反应器出水亚硝化方法，包括以下步骤：
（1）微藻驯化：以厌氧反应器出水为营养液，对微藻进行驯化培养；
（2）接种：在光生物反应器中接种步骤（1）驯化培养的微藻；
（3）亚硝化：采用LED灯对光生物反应器进行持续光照，将厌氧反应器出水通入光生物反应器中，控制光生物反应器内温度为15-25℃，水力停留时间为12-24 h，从而使得光生物反应器中的氨氮转化为亚硝酸盐氮。
进一步地，步骤（2）中接种浓度为0.4-0.5 g TSS/L。
进一步地，所述LED灯由红光LED灯和蓝光LED灯组成，蓝光波长范围为420-550nm，红光波长范围为620-750 nm。
微藻通过其细胞中的捕光色素蛋白复合体捕获光能，主要吸收400-700 nm的光，蓝光波长范围为420-550 nm，红光波长范围为620-750 nm，蓝光和红光有利于大多数微藻的生物质积累，并且集成光谱要比单色光谱的增产效果更好。
进一步地，LED灯的光照强度为500-1500 lux，其中红光LED灯和蓝光LED灯的光照强度之比为：1:4 。
进一步地，厌氧反应器出水的水质指标为：NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N的浓度分别为50-75 mg/L、0-0.5 mg/L、0-0.5 mg/L；pH值为6.5-8.5；DO浓度为0.10-0.50 mg/L。
进一步地，所述光生物反应器内共生着微藻和硝化细菌。
这里硝化细菌包括氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、最佳亚硝化效果的实现基于氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的活性，而二者的活性受到其他因素（尤其是DO）的影响。传统上，使用低溶解氧（DO）结合在线曝气控制策略可以有效抑制亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的活性，但涉及机械曝气能耗较高，且在线溶氧控制成本较高。本发明，在微藻-硝化细菌体系中，通过控制光照强度、接种浓度等参数，利用微藻供氧从而维持相对稳定的低溶解氧环境，可以实现AOB活性远大于NOB活性的效果，具有运行能耗较低的优势。
2、本发明采用的微藻不仅可以通过微藻在光合作用下，为氨氧化细菌（AOB）将部分NH4 +转化为NO2 -提供氧气来源，而且还可以通过同化作用促进氮素去除。同时，水中氨氮的减少和氧气的消耗也能避免游离氨（FA）和过饱和的氧对微藻的生长产生抑制。总之，本发明涉及的亚硝化方法不但有利于光生物反应器内亚硝酸盐氮的积累，而且还有利于氮素的去除。
3、本发明光生物反应器出水中的亚硝酸盐氮的积累率可达75-100%，其亚硝酸盐氮积累率=[亚硝酸盐氮]/（[亚硝酸盐氮]+[硝酸盐氮]）*100%。
附图说明
图1-不同水力停留时间下序批式光生物反应器运行情况。
图2-不同光照强度下氮素的变化图。
图3-不同接种浓度下氮素的变化图。
图4-连续式光生物反应器运行情况。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例采用序批式光生物反应器作为厌氧反应器出水脱氮、实现亚硝化的装置。运行周期为26天，光生物反应器启动时，加入厌氧反应器出水。通过定期监测进出水的NH4 +、NO2 -、NO3 -浓度，监测NO2 -的积累情况，调控光生物反应器水力停留时间、光照强度及接种浓度，使得光生物反应器实现高效亚硝化。
1、光生物反应器接种野生藻种，藻种源于厌氧出水管壁，浓度为0.4-0.5 g TSS/L，通入厌氧反应器出水，以LED灯持续光照，温度为15-25℃，光照强度为500-1500 lux，初期水力停留时间为48 h，出现良好亚硝化效果后，水力停留时间改为24 h。厌氧反应器出水的水质指标为：NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N浓度分别为50-75 mg/L、0-0.5 mg/L、0-0.5 mg/L；pH值为7.5-8.5；DO浓度为0.10-0.50 mg/L。
光生物反应器运行结果如图1所示：从光生物反应器运行开始，初期水力停留时间为48 h时，约一个星期后亚硝酸盐积累率达到100%，水力停留时间改为24 h后，亚硝酸盐积累率仍保持在80%以上，且能稳定运行，表明光生物反应器实现了稳定亚硝化。
2、控制光生物反应器光照强度和接种浓度，在相同的培养条件下测试进出水的NH4 +、NO2 -、NO3 -浓度，确定适合光生物反应器实现高效亚硝化的最佳条件。
具体运行及控制方法：
（1）设置序批式光生物反应器以0、500、1500、3000、5000 lux的LED灯持续照射，初始溶解氧为0.5 mg/L以下，温度为20-25℃。
其结果如图2所示，对于亚硝酸盐氮积累而言，为1500 lux条件下最优，且硝酸盐氮的积累较少，决定采用1500 lux作为运行反应器光照强度。
（2）设置序批式光生物反应器在0、0.2、0.5、0.7、1.2、2.4 g TSS/L的接种浓度下，以LED灯持续照射，初始溶解氧为0.5 mg/L以下，温度为20-25℃，光照强度为1500 lux。
其结果如图3所示，对于亚硝酸盐氮积累而言，为0.5 g TSS/L条件下最优，且硝酸盐氮的积累较少，决定采用0.5 g TSS/L为光生物反应器的接种浓度。
实施例2
本实施例采用连续式光生物反应器作为厌氧反应器出水实现亚硝化的装置。运行周期为30天，光生物反应器启动时，向光生物反应器内泵入厌氧反应器出水，采用连续进水、连续出水的方式，水力停留时间控制为10-12 h，且持续光照，定期监测进出水的NH4 +、NO2 -、NO3 -浓度。厌氧反应器出水的水质指标为：NH4 +、NO2 -、NO3 -浓度分别为50-75 mg/L、0-0.5 mg/L、0-0.5 mg/L；pH值为7.5-8.5；DO浓度为0.10-0.50 mg/L。
具体运行及控制方法包括以下步骤：
（1）菌藻的驯化：以厌氧反应器出水为营养液，接种于200 ml厌氧瓶中，在LED灯持续照射下，温度为15-25℃，光照强度为500-1500 lux，持续光照培养一个月，定期换水，最终获得大量微藻母液；
（2）厌氧反应器出水的处理：将驯化后的微藻母液接种到光生物反应器中，浓度为0.4-0.5 g TSS/L，处理温度为15-25℃，整个过程不对光生物反应器内pH进行控制，此种情况下光生物反应器中的pH为7.0-8.0，光照强度为500-1500 lux，采用LED灯持续光照。定期监测出水的NH4 +、NO2 -、NO3 -浓度。
光生物反应器运行结果如图4所示，由图4可知光生物反应器运行第3天开始，亚硝酸盐积累率达到100%，且能稳定运行，总体在75%以上，表明实现了稳定亚硝化。光生物反应器出水中NH4 +-N和NO2 --N浓度比接近1:1.26，符合后续厌氧氨氧化反应脱氮工艺的进水要求，可以通过后续厌氧氨氧化反应进行脱氮。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种厌氧反应器出水亚硝化方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）微藻驯化：以厌氧反应器出水为营养液，对微藻进行驯化培养；
（2）接种：在光生物反应器中接种步骤（1）驯化培养的微藻；
（3）亚硝化：采用LED灯对光生物反应器进行持续光照，将厌氧反应器出水通入光生物反应器中，控制光生物反应器内温度为15-25℃，水力停留时间为12-24 h，从而使得光生物反应器中的氨氮转化为亚硝酸盐氮。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧反应器出水亚硝化方法，其特征在于，步骤（2）中接种浓度为0.4-0.5 g TSS/L。
3.根据权利要求1所述的一种厌氧反应器出水亚硝化方法，其特征在于，所述LED灯由红光LED灯和蓝光LED灯组成，蓝光波长范围为420-550 nm，红光波长范围为620-750 nm。
4.根据权利要求3所述的一种厌氧反应器出水亚硝化方法，其特征在于，LED灯的光照强度为500-1500 lux，其中红光LED灯和蓝光LED灯的光照强度之比为：1:4 。
5.根据权利要求1所述的一种厌氧反应器出水亚硝化方法，其特征在于，厌氧反应器出水的水质指标为：NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N的浓度分别为50-75 mg/L、0-0.5 mg/L、0-0.5 mg/L；pH值为6.5-8.5；DO浓度为0.10-0.50 mg/L。
6.根据权利要求1所述的一种厌氧反应器出水亚硝化方法，其特征在于，所述光生物反应器内共生着微藻和硝化细菌。
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