CN113955848A

CN113955848A - 一种利用轻质火山岩在asbr反应器中快速实现厌氧氨氧化污泥颗粒化的方法

Info

Publication number: CN113955848A
Application number: CN202111245107.9A
Authority: CN
Inventors: 胡真虎; 马欣悦; 林锦标; 唐睿; 王伟; 袁守军; 俞汉青; 占新民; 苏馈足
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2041-10-26
Also published as: CN113955848B

Abstract

本发明公开了一种利用轻质火山岩在ASBR反应器中快速实现厌氧氨氧化污泥颗粒化的方法，是在ASBR反应器中接种厌氧颗粒污泥、活性污泥、厌氧氨氧化絮状污泥，在ASBR反应器中加入轻质火山岩粉末浆状物，连续泵入人工合成废水，采用机械搅拌，维持ASBR反应器的稳定运行。通过一段时间稳定运行，本发明方法可以快速(60‑80天)在ASBR反应器中获得具有良好活性的红色厌氧氨氧化颗粒污泥。相比普通培养方式厌氧氨氧化颗粒污泥形成时间需要半年以上，采用轻质火山岩和混合污泥接种节省厌氧氨氧化污泥颗粒化时间50％以上。本发明可用于快速培养厌氧氨氧化颗粒污泥，实现厌氧氨氧化污水处理系统的快速启动和稳定运行。

Description

一种利用轻质火山岩在ASBR反应器中快速实现厌氧氨氧化污泥颗粒化的方法

技术领域

本发明涉及一种利用轻质火山岩在ASBR反应器中快速实现厌氧氨氧化污泥颗粒化的方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

厌氧氨氧化(Anammox)工艺是一种新型生物脱氮工艺，可用于处理碳氮比低的高氨氮废水。厌氧氨氧化主要指厌氧氨氧化菌在缺氧条件下，利用无机碳源将亚硝酸盐和氨转化成氮气的过程。该工艺相对于传统生物脱氮工艺，可以节约60％曝气量和100％的有机碳源，该工艺产生更少的剩余污泥，有效减少污泥处理成本。

厌氧氨氧化菌的倍增时间较长(时代时间在11天左右)，这使得厌氧氨氧化反应器在实际工程应用中启动时间较长。厌氧氨氧化污泥颗粒化可以使污泥有效保留在反应器当中，实现厌氧氨氧化菌的富集，同时颗粒化可以提高反应器的抗冲击能力。厌氧序批式反应器(ASBR)具有运行操作简单、体系中基质混合均匀和较好的污泥持留能力等优点，快速在ASBR反应器中培养高效厌氧氨氧化颗粒污泥对厌氧氨氧化技术的推广应用具有重要的意义。

厌氧氨氧化污泥培养过程中，由于剪切力的作用，微生物发生了聚集，形成颗粒污泥。而通过添加一些生物载体，可以加速污泥微生物附着聚集的过程，微生物在微小外源颗粒表面的聚集，既是一种生物膜生长的过程，也是一种颗粒污泥形成的过程，通过提供合适厌氧氨氧化微生物生长的微颗粒载体，可以加速生物膜颗粒污泥形成过程。自然界中存在一种含铁量较高的多孔火山岩，厌氧氨氧化微生物具有嗜铁的特征，含铁丰富的无机颗粒可能促进厌氧氨氧化颗粒污泥的形成过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用轻质火山岩在ASBR反应器中快速实现厌氧氨氧化污泥颗粒化的方法，通过富含铁及多种矿物元素的多孔微颗粒轻质火山岩作为生物载体，加速厌氧氨氧化污泥颗粒化过程。这种方法具有成本低廉、操作简单，形成的颗粒污泥结构密实、活性好等特点，能有效促进厌氧氨氧化技术在污水处理中的应用。

本发明利用轻质火山岩在ASBR反应器中快速实现厌氧氨氧化污泥颗粒化的方法，是在ASBR反应器中接种厌氧颗粒污泥、活性污泥、厌氧氨氧化絮状污泥，在ASBR反应器中加入轻质火山岩粉末浆状物，连续泵入人工合成废水，采用机械搅拌，维持ASBR反应器的稳定运行。具体包括如下步骤：

步骤1：种子污泥的制备

选取粒径为2～4mm、MLVSS为28～35g/L、MLVSS/MLSS为0.5～0.7、结构密实，密度为1.08g/mL的厌氧颗粒污泥；从污水处理厂采集浓度为3-5g/L的活性污泥，将厌氧颗粒污泥和活性污泥用碳酸氢钾缓冲液(500mg/L)冲洗多次，直至污泥沉淀后的上清液清澈；

步骤2：ASBR厌氧氨氧化反应器的污泥接种

将上述的厌氧颗粒污泥和活性污泥按质量比为(5-7)：1，厌氧颗粒污泥和活性污泥体积之和占总反应器体积10％～30％的比例接种入ASBR反应器；选取高活性(脱氮活性为0.3-0.6kg-N/d.m³)黄褐色絮体状的厌氧氨氧化污泥，其总氮容积负荷为100-150g-N/m³/d，厌氧氨氧化污泥量为厌氧颗粒污泥和活性污泥总量的1-3％，接种入ASBR反应器。

步骤3：用保温棉包裹ASBR反应器，实现遮光和保温。

步骤4：配制人工合成废水，通入氮气去除进水中溶解氧，溶解氧控制在0.7mg/L以下，反应器进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的浓度比控制在1:(1-1.3)。

步骤5：运行ASBR反应器，采用机械搅拌，搅拌器转速控制在80～120r/min，控制反应器内温度在25～35℃，投加盐酸和/或氢氧化钠控制反应器内pH值在7.5～8.5，控制ASBR反应器的充水比(排水体积与反应器有效体积比值)为40％～50％。

步骤6：轻质火山岩的添加

将粒径20-50um的多孔粉末状轻质火山岩粉末加水制成1-5％(W/V)的浆状物，在反应器运行1-10天时加入反应器，每次加入的质量为反应器内污泥质量0.1-0.5％(以火山岩粉末计)，连续添加10天。

步骤7：用流量计和蠕动泵控制反应器进出水，当ASBR反应器出现氨氮与亚硝态氮去除率同时达90％以上时，逐渐提高NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N浓度，直至NO₂ ^--N浓度达到200mg/L且去除率达95％以上，预示反应器启动成功；反应器初始水力停留时间为4天，并在启动成功后逐渐缩短水力停留时间以提高总氮负荷，水力停留时间缩短至12～24小时，运行45天以后，在ASBR反应器中生长出厌氧氨氧化颗粒污泥。

步骤4中，所述人工合成废水中，大量元素成分为NH₄Cl 30～175mg/L，NaNO₂ 40～200mg/L，KHCO₃ 500～750mg/L，KH₂PO₄ 10mg/L，MgSO₄·7H₂O 300mg/L，CaCl₂ 5mg/L，并添加有微量元素溶液1mL/L。微量元素溶液成分为：EDTA 15000mg/L，ZnSO₄·7H₂O 430mg/L，CuSO₄·5H₂O 250mg/L，NiCl·6H₂O 190mg/L，H₃BO₄ 14mg/L，CoCl₂·6H₂O 240mg/L，MnCl₂·4H₂O 990mg/L，NaMoO₄·2H₂0 220mg/L，NaSeO₄·10H₂O 210mg/L。

步骤6中，所述轻质火山岩为具有多孔性的(孔隙率没有要求，用密度控制)火山岩，密度为1.2-1.8g/ml³，颜色为红紫色，含铁量介于5.0-10.0％之间，使用前粉碎成20-50um粒径的微颗粒，用清水浸泡后使用。

本发明利用轻质火山岩粉末和混合污泥接种ASBR反应器，快速启动了厌氧氨氧化反应器，并实现污泥颗粒化。不添加相比普通厌氧氨氧化颗粒化时间通常半年以上，本发明实现厌氧氨氧化颗粒化仅用了2个月时间，并且反应器运行稳定，所培养出来的厌氧氨氧化颗粒污泥具有良好的沉降性能和厌氧氨氧化活性。而不添加轻质火山岩粉末组，厌氧氨氧化活性较低，且厌氧氨氧化颗粒化效果不明显。

附图说明

图1是ASBR反应器装置示意图。

图2是轻质火山岩粉末照片。

图3是实施例中厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中反应器内氮浓度。

图4是实施例中厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中不同组的脱氮效果。

图5是60天后在反应器内观察到红色的厌氧氨氧化颗粒污泥照片。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明技术方案作进一步分析说明。

具体实施步骤：

1、取15L厌氧颗粒污泥、7.5L活性污泥和2.5L厌氧氨氧化絮体污泥混合接种至ASBR反应器中，最终反应器内污泥MLVSS为2.2g/L。所使用的ASBR反应器有效容积为25L，直径为29cm，高度为48cm(图1所示)。

2、进水采用人工合成废水，配制好后通入氮气10min去除溶解氧，人工合成废水的成分为：NH_4-Cl-N150 mg/L，NaNO₂-N175 mg/L，KHCO₃ 500mg/L，KH₂PO₄ 10mg/L，MgSO₄·7H₂O300mg/L，CaCl₂ 5mg/L，FeSO₄·7H₂O 9mg/L，以及微量元素溶液1mL/L；所述微量元素溶液成分为：EDTA 15000mg/L，ZnSO₄·7H₂O 430mg/L，CuSO₄·5H₂O 250mg/L，NiCl·6H₂O 190mg/L，H₃BO₄ 14mg/L，CoCl₂·6H₂O 240mg/L，MnCl₂·4H₂O 990mg/L，NaMoO₄·2H₂0 220mg/L，NaSeO₄·10H₂O 210mg/L。

3、采用加热带进行加热，温度控制在30℃，反应器内pH控制在8.0，搅拌速度为120r/min，用黑色保温海绵对反应器进行遮光，启动分为两个阶段，第一阶段水力停留时间为96小时，第二阶段逐渐降低水力停留时间为16小时，反应器充水比为50％。

4、实验分成5个组，B1为对照组，不添加粉末火山岩，B2-B5分别添加2％、3％、4％、5％质量浓度的火山岩粉末浆状物(W/V)，每天添加的体积相同，厌氧氨氧化颗粒污泥培养过程中反应器内氮浓度如图3所示，不同组的脱氮效果如图4所示。

反应器连续运行45天后，不添加轻质火山岩粉末组，厌氧眼氧化活性较低，总氮去除率在50％以下，且没有形成明显的厌氧氨氧化颗粒，而添加轻质火山岩粉末组，特别是添加5％轻质火山岩粉末组，60天后在反应器内观察到红色的厌氧氨氧化颗粒污泥(图5所示)，并逐渐增多，反应器氨氮、亚硝态氮和总氮去除率分别达到97.1％、99.9％和78.9％，出现稳定的肉红色厌氧氨氧化颗粒污泥。通过16sRNA高通量测序分析发现，添加5％火山岩粉末组所培养厌氧氨氧化污泥中2.8％以上细菌是厌氧氨氧化菌。反应器氨氮、亚硝态氮去除率达95％以上，总氮去除率达75％以上，总氮去除容积负荷为260g-N/m³/d，呈现较高的厌氧氨氧化活性和稳定性。

Claims

1.一种利用轻质火山岩在ASBR反应器中快速实现厌氧氨氧化污泥颗粒化的方法，其特征在于：

在ASBR反应器中接种厌氧颗粒污泥、活性污泥、厌氧氨氧化絮状污泥，在ASBR反应器中加入轻质火山岩粉末浆状物，连续泵入人工合成废水，采用机械搅拌，维持ASBR反应器的稳定运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：种子污泥的制备

将厌氧颗粒污泥和活性污泥用500mg/L的碳酸氢钾缓冲液冲洗多次，直至污泥沉淀后的上清液清澈；

步骤2：ASBR厌氧氨氧化反应器的污泥接种

将厌氧颗粒污泥、活性污泥以及厌氧氨氧化污泥接种入ASBR反应器；

步骤3：用保温棉包裹ASBR反应器，实现遮光和保温；

步骤4：配制人工合成废水，通入氮气去除进水中溶解氧，溶解氧控制在0.7mg/L以下，反应器进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的浓度比控制在1:(1-1.3)；

步骤5：运行ASBR反应器，采用机械搅拌，搅拌器转速控制在80～120r/min，控制反应器内温度在25～35℃，投加盐酸和/或氢氧化钠控制反应器内pH值在7.5～8.5，控制ASBR反应器的充水比为40％～50％；

步骤6：轻质火山岩的添加

将多孔粉末状轻质火山岩粉末加水制成浆状物，在反应器运行1-10天时加入反应器；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤1中，所述厌氧颗粒污泥的粒径为2～4mm，MLVSS为28～35g/L，MLVSS/MLSS为0.5～0.7，密度为1.08g/mL。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤2中，厌氧颗粒污泥和活性污泥的质量比为(5-7)：1；厌氧颗粒污泥和活性污泥的体积之和占总反应器体积的10％～30％；厌氧氨氧化污泥的脱氮活性为0.3-0.6kg-N/d.m³，厌氧氨氧化污泥的质量为厌氧颗粒污泥和活性污泥总质量的1-3％。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤4中，所述人工合成废水中，大量元素成分为NH₄Cl 30～175mg/L，NaNO₂ 40～200mg/L，KHCO₃ 500～750mg/L，KH₂PO₄ 10mg/L，MgSO₄·7H₂O 300mg/L，CaCl₂ 5mg/L，并添加有微量元素溶液1mL/L；微量元素溶液成分为：EDTA 15000mg/L，ZnSO₄·7H₂O 430mg/L，CuSO₄·5H₂O 250mg/L，NiCl·6H₂O 190mg/L，H₃BO₄ 14mg/L，CoCl₂·6H₂O 240mg/L，MnCl₂·4H₂O 990mg/L，NaMoO₄·2H₂0 220mg/L，NaSeO₄·10H₂O 210mg/L。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤6中，所述轻质火山岩为具有多孔性的火山岩，密度为1.2-1.8g/ml³，颜色为红紫色，含铁量介于5.0-10.0％之间，使用前粉碎成20-50um粒径的微颗粒，用清水浸泡后使用。

7.根据权利要求2或6所述的方法，其特征在于：

步骤6中，轻质火山岩浆状物的质量体积浓度为1-5％，每次加入的质量为反应器内污泥总质量0.1-0.5％，以火山岩粉末计，连续添加10天。