CN113072178A - 采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物脱氮技术领域，具体涉及一种采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法。针对现有提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的研究都是基于人工配制水，与实际生产污水成分存在差异，无法指导生产的问题，本发明提供了一种采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，以UASB为厌氧氨氧化反应器，酿酒活性污泥为接种污泥，酿酒废水为进水，水力停留时间为14～48h；逐渐增加进水中氨氮浓度和亚硝酸氮浓度，驯化培养厌氧氨氧化菌；氨氮浓度从30～50mg/L逐渐增加到170～190mg/L，亚硝酸氮浓度从40～60mg/L逐渐增加到200～220mg/L，总驯化培养时间为249‑369天。本发明驯化条件更符合生产实际，并且能提高厌氧氨氧化菌的脱氮能力和脱COD能力，适宜工业应用。

Description

采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法
技术领域
本发明属于废水生物脱氮技术领域，具体涉及一种采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法。
背景技术
厌氧氨氧化是一种新型生物脱氮技术，是在厌氧或缺氧条件下微生物直接以NH4 +为电子供体，以NO3 -和NO2 -为电子受体产生氧化还原反应，产物为N2。厌氧氨氧化技术具有无需外加碳源，可节约能源；占地面积小、供氧量低、脱氮负荷高、运行费用低、产生的污泥少等优点，在废水脱氮领域具有很好的应用前景。
厌氧氨氧化菌生长缓慢、倍增时间长、对生活污水等复杂水质的适应性差、对环境酸度敏感，导致厌氧氨氧化的工业化应用难以稳定运行。因此，如何提高厌氧氨氧化菌的脱氮性能是行业内亟待解决的问题。目前，关于厌氧氨氧化菌的研究，主要采用的是人工模拟配水为主，但实际生活污水和工业废水大多都含有有机酸或有机物，废水在通过厌氧处理后会产生小分子有机酸等代谢产物，因此，实际生活、工业废水与模拟配水整体环境存在差异，无法直观的表示厌氧氨氧化菌在真实废水中的脱氮能力。
酿酒废水为高浓度有机酸废水，富含乙酸、己酸、乳酸、丁酸等，有机物含量高，酸度高，经酒厂内各种废水的稀释，COD浓度也较高。目前，还未见有关于酿酒废水对厌氧氨氧化处理效果的研究。
专利CN 105000663A公开了一种以脉冲方式培养耐高冲击负荷厌氧氨氧化菌的方法，通过将厌氧氨氧化污泥接种到UASB反应器内，使原水通过蠕动泵从水箱泵入UASB反应器，两台并联的泵来实现脉冲进水，当一台泵开启时为低流量，当两台泵同时开启时为高流量，泵的开启和关闭采用实时控制来增强厌氧氨氧化菌耐冲击负荷，驯化时间约为30天。但此种方法驯化时间较短，未考虑实际废水富含有机物、有机酸，获得的厌氧氨氧化菌脱氮稳定性可能无法保证。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的研究都是基于人工配制水，与实际生产污水成分存在差异，无法指导生产的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供了一种采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法。该方法包括以下步骤：
以UASB为厌氧氨氧化反应器，酿酒活性污泥为接种污泥，酿酒废水为进水，水力停留时间为14～48h；逐渐增加进水中氨氮浓度和亚硝酸氮浓度，驯化培养厌氧氨氧化菌；氨氮浓度从30～50mg/L逐渐增加到170～190mg/L，亚硝酸氮浓度从40～60mg/L逐渐增加到200～220mg/L，总驯化培养时间为249～369天。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述的酿酒废水中含有乳酸、丁酸、己酸或乙酸中的至少一种。
进一步的，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述的酿酒废水中乳酸含量为97.5～330mg/100ml，丁酸含量为6.97～20.46mg/100ml，己酸含量为6.96～12.68mg/100ml，乙酸含量为11～156.28mg/100ml。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述进水时的有机负荷为300～500mg/L COD。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述进水中加入微量元素混合液，所述混合液中组分包括KCl、MgCl2·6H2O、NH4Cl、MgSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O和NiCl2·6H2O。
进一步的，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述微量元素混合液中KCl含量为47～67mg/L，MgCl2·6H2O含量为71～81mg/L，NH4Cl含量为75～85mg/L，MgSO4·7H2O含量为15～35mg/L，FeCl3·6H2O含量为32～52mg/L，CoCl2·6H2O含量为0.8～2.8mg/L，NiCl2·6H2O含量为0.8～2.8mg/L。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，在反应器中加入10～20个悬浮多孔球型生物填料。所述生物填料为悬浮多孔球型生物填料，球型直径为70～90mm，填料为聚氨酯海绵。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，活性污泥的接种量为反应器的有效反应容积的一半。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述的氨氮为NH4Cl，亚硝酸氮是NaNO2；所述NH4Cl浓度为30～190mg/L，所述NaNO2浓度为40～220mg/L。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述驯化培养温度为30～35℃。
具体的，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，包括以下步骤：
a、以UASB为厌氧氨氧化反应器，酿酒活性污泥为接种污泥，酿酒废水为进水，进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为30～50mg/L和40～60mg/L，水力停留时间为14～48h，培养42～62d；
b、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为50～70mg/L和60～80mg/L，同时向反应器添加10～20个悬浮多孔球型生物填料，水力停留时间为14～48h，培养36～56d；
c、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为80～100mg/L和90～110mg/L，水力停留时间为14～48h，培养52d～72d；
d、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为110～130mg/L和120～140mg/L，水力停留时间为14～48h，同时向反应器投加10～20个悬浮多孔球型生物填料，培养79～99d；
e、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为140～160mg/L和150～170mg/L，水力停留时间为14～48h，培养24～44d；
f、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为170～190mg/L和200～220mg/L，水力停留时间为14～48h，培养16d～36d。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明提供了一种采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，通过采用酿酒废水作为进水，相比传统的模拟配制水，更能接近实际的生产环境，更符合环境工程废水处理的实际要求，驯化后的厌氧氨氧化菌脱氮性能更稳定。此外，本发明还发现采用酿酒废水能够提高厌氧氨氧化菌的脱氮性能，又提高了对COD的去除能力，具有重要的实际工业应用价值。
附图说明
图1所示为UASB反应器装置示意图。
图2所示为驯化过程氨氮浓度的变化。
图3所示为驯化过程亚硝氮浓度的变化。
图4所示为驯化过程总氮浓度的变化。
图5所示为驯化过程COD浓度的变化。
具体实施方式
在厌氧氨氧化脱氮技术中，厌氧氨氧化菌的脱氮能力是极为关键的因素，为了提高厌氧氨氧化菌的脱氮能力，需要对厌氧氨氧化菌进行驯化处理，以使其脱氮能力更稳定。目前，在对厌氧氨氧化菌进行研究时，一般都采用的是人工模拟的废水，其条件与实际生产条件不同，很难保证厌氧氨氧化菌稳定的进行脱氮。
本发明通过采用酿酒废水，利用其中天然存在的有机酸和有机物，驯化后不仅增强了厌氧氨氧化菌的脱氮能力，还使得COD的去除能力一并提高，操作方法简便，成本低廉，适宜工业化应用。
本发明提供了一种采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，包括以下步骤：
以UASB为厌氧氨氧化反应器，酿酒活性污泥为接种污泥，酿酒废水为进水，水力停留时间为14～48h；逐渐增加进水中氨氮浓度和亚硝酸氮浓度，驯化培养厌氧氨氧化菌；氨氮浓度从30～50mg/L逐渐增加到170～190mg/L，亚硝酸氮浓度从40～60mg/L逐渐增加到200～220mg/L，总驯化培养时间为249～369天。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，为了提高厌氧氨氧化菌的脱氮能力，所述的酿酒废水中含有乳酸、丁酸、己酸或乙酸中的至少一种。
进一步的，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述的酿酒废水中乳酸含量为97.5～330mg/100ml，丁酸含量为6.97～20.46mg/100ml，己酸含量为6.96～12.68mg/100ml，乙酸含量为11～156.28mg/100ml。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，为了提高厌氧氨氧化菌的COD去除能力，所述进水时的有机负荷为300～500mg/L COD。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述进水中加入微量元素混合液，所述混合液中组分包括KCl、MgCl2·6H2O、NH4Cl、MgSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O和NiCl2·6H2O。
进一步的，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述微量元素混合液中KCl含量为47～67mg/L，MgCl2·6H2O含量为71～81mg/L，NH4Cl含量为75～85mg/L，MgSO4·7H2O含量为15～35mg/L，FeCl3·6H2O含量为32～52mg/L，CoCl2·6H2O含量为0.8～2.8mg/L，NiCl2·6H2O含量为0.8～2.8mg/L。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，在反应器中加入10～20个悬浮多孔球型生物填料。所述生物填料为悬浮多孔球型生物填料，球型直径为70～90mm，填料为聚氨酯海绵。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，活性污泥的接种量为反应器的有效反应容积的一半。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述的氨氮为NH4Cl，亚硝酸氮是NaNO2；所述NH4Cl浓度为30～190mg/L，所述NaNO2浓度为40～220mg/L。
其中，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法中，所述驯化培养温度为30～35℃。
具体的，上述采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，包括以下步骤：
a、以UASB为厌氧氨氧化反应器，酿酒活性污泥为接种污泥，酿酒废水为进水，进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为30～50mg/L和40～60mg/L，水力停留时间为14～48h，培养42～62d；
b、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为50～70mg/L和60～80mg/L，同时向反应器添加10～20个悬浮多孔球型生物填料，水力停留时间为14～48h，培养36～56d；
c、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为80～100mg/L和90～110mg/L，水力停留时间为14～48h，培养52d～72d；
d、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为110～130mg/L和120～140mg/L，水力停留时间为14～48h，同时向反应器投加10～20个悬浮多孔球型生物填料，培养79～99d；
e、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为140～160mg/L和150～170mg/L，水力停留时间为14～48h，培养24～44d；
f、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为170～190mg/L和200～220mg/L，水力停留时间为14～48h，培养16d～36d。
采用本发明方法驯化后的厌氧氨氧化菌的脱氮性能和脱COD性能都显著提高，可以直接用于氨氮浓度≤170～190mg/L，亚硝酸氮浓度≤200～220mg/L的废水进行生物降解。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例 采用本发明方法驯化培养厌氧氨氧化菌
控制进水酿酒废水COD浓度为400mg/L，通过进水外加氨氮、亚硝酸氮，其中所述酿酒废水进水氨氮浓度为40mg/L，亚硝酸氮浓度为50mg/L，水力停留时间为48h时启动反应器，此阶段驯化时间为42d。待反应器内氨氮去除率达45％以上，亚硝酸氮、总氮、COD去除率分别为99％、72％、80％以上时，进入下一驯化阶段。
改变进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为60mg/L和70mg/L，水力停留时间为36h，同时向反应器添加10个悬浮多孔球型生物填料，此阶段驯化时间为36d。待反应器内氨氮去除率稳定在55％以上，亚硝酸氮、总氮、COD去除率分别为99％、77％、85％以上时，进入下一驯化阶段。
改变进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为90mg/L和100mg/L，水力停留时间为24h。此阶段驯化时间为52d，待反应器内氨氮去除率稳定在65％以上，亚硝酸氮、总氮、COD去除率为99％、82％、85％以上时，进入下一驯化阶段。
改变进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为120mg/L和130mg/L，水力停留时间为14h，同时向反应器添加10个悬浮多孔球型生物填料。此阶段驯化时间为79d，待反应器内氨氮的去除率稳定在68％以上，亚硝酸氮、总氮、COD的去除率分别为99％、83％、90％以上时，进入下一阶段驯化。
改变进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为150mg/L和160mg/L，水力停留时间为14h。此阶段驯化时间为24d，待反应器内氨氮去除率稳定在70％以上，亚硝酸氮、总氮、COD去除率分别为99％、85％、93％以上时，进入下一阶段驯化。
改变进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为180mg/L和210mg/L，水力停留时间为14h。此阶段驯化时间为16d，待反应器内氨氮去除率稳定在85％以上时，亚硝酸氮、总氮、COD去除率分别达99％、92％、90％以上时，驯化结束。
试验结果表明：
驯化结束后，氨氮去除率稳定在85％以上，亚硝酸氮去除率保持在99％以上，总氮去除率在85％以上，COD去除率在93％以上。图2-图5可以看出在高浓度有机酸废水存在下驯化条件发生改变时，厌氧氨氧化菌要经过一段时间的适应；生物填料的加入使得当进水负荷发生改变时，反应器内厌氧氨氧化菌活性不会急剧下降并能保持一定的稳定。厌氧氨氧化UASB反应器内的厌氧氨氧化菌在高浓度有机酸废水下经驯化后既提高了厌氧氨氧化菌的脱氮能力，又提高了对COD的去除能力，具有重要的实际工程应用价值。

Claims (10)

1.采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以UASB为厌氧氨氧化反应器，酿酒活性污泥为接种污泥，酿酒废水为进水，水力停留时间为14～48h；逐渐增加进水中氨氮浓度和亚硝酸氮浓度，驯化培养厌氧氨氧化菌；氨氮浓度从30～50mg/L逐渐增加到170～190mg/L，亚硝酸氮浓度从40～60mg/L逐渐增加到200～220mg/L，总驯化培养时间为249～369天。
2.根据权利要求1所述的采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于：所述的酿酒废水中含有乳酸、丁酸、己酸或乙酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于：所述的酿酒废水中乳酸含量为97.5～330mg/100ml，丁酸含量为6.97～20.46mg/100ml，己酸含量为6.96～12.68mg/100ml，乙酸含量为11～156.28mg/100ml。
4.根据权利要求1所述的采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于：所述进水时的有机负荷为300～500mg/L COD。
5.根据权利要求1所述的采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于：所述进水中加入微量元素混合液，所述混合液中组分包括KCl、MgCl2·6H2O、NH4Cl、MgSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O和NiCl2·6H2O。
6.根据权利要求5所述的采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于：所述微量元素混合液中KCl含量为47～67mg/L，MgCl2·6H2O含量为71～81mg/L，NH4Cl含量为75～85mg/L，MgSO4·7H2O含量为15～35mg/L，FeCl3·6H2O含量为32～52mg/L，CoCl2·6H2O含量为0.8～2.8mg/L，NiCl2·6H2O含量为0.8～2.8mg/L。
7.根据权利要求1所述的采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于：在反应器中加入10～20个悬浮多孔球型生物填料。
8.根据权利要求1所述的采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于：所述的氨氮为NH4Cl，亚硝酸氮是NaNO2；所述NH4Cl浓度为30～190mg/L，所述NaNO2浓度为40～220mg/L。
9.根据权利要求1所述的采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于：所述驯化培养温度为30～35℃。
10.根据权利要求1所述的采用酿酒废水提高厌氧氨氧化菌脱氮性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、以UASB为厌氧氨氧化反应器，酿酒活性污泥为接种污泥，酿酒废水为进水，进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为30～50mg/L和40～60mg/L，水力停留时间为14～48h，培养42～62d；
b、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为50～70mg/L和60～80mg/L，同时向反应器添加10～20个悬浮多孔球型生物填料，水力停留时间为14～48h，培养36～56d；
c、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为80～100mg/L和90～110mg/L，水力停留时间为14～48h，培养52d～72d；
d、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为110～130mg/L和120～140mg/L，水力停留时间为14～48h，同时向反应器投加10～20个悬浮多孔球型生物填料，培养79～99d；
e、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为140～160mg/L和150～170mg/L，水力停留时间为14～48h，培养24～44d；
f、进水氨氮和亚硝酸氮浓度分别为170～190mg/L和200～220mg/L，水力停留时间为14～48h，培养16d～36d。
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