CN114906926B - 一种水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水生物处理技术领域，具体涉及一种水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法。本发明所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，分别在启动及运行过程中采用“饥荒‑盛宴+高pH”及“高HCO3 ‑+低C/N+低pH”的运行方式，使A‑PDHA反应器快速具备高效稳定的自养脱氮同步难降解有机物去除能力，实现了水解酸化耦合自养脱氮同步难降解有机物去除系统的快速启动及稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域，具体涉及一种水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法。
背景技术
在废水生物脱氮领域中，厌氧氨氧化(anammox)工艺因无需曝气和有机碳源投加，以及污泥产量低、温室气体产量少等优势，一直被认为是废水生物脱氮的首选方法。在厌氧氨氧化工艺中，由于anammox中对NO2 --N的要求，短程反硝化(PD；NO3 --N到NO2 --N)已成为支持NO2 --N的理想过程(PD-anammox)，而PD产生的NO2 --N取决于易于生物降解的碳源的含量。由于大多数有机物在实际废水中以难降解形式存在，然而这些化合物在水解酸化(HA)过程中则可以转化为挥发性脂肪酸(VFA)供应PD。因此，建立由短程反硝化(PD)和水解酸化辅助的以厌氧氨氧化技术为核心的耦合系统(A-PDHA)对于深度脱氮至关重要。而开发快速启动及稳定运行技术是进一步促进A-PDHA系统工程应用的前提。
多项研究表明，A-PDHA系统启动及运行受许多因素影响。高效的HA及PD效果，并且最近发现游离NO2 --N和碱性对加速VFA生产具有协同正向作用，然而高效的anammox往往发生在中性pH下，因此pH对复杂A-PDHA系统启动影响仍不清楚；同时，anammox活性对体系启动至关重要，其主要受有机物负荷影响，尽管在进水有机物减少时发现anammox菌活性增加，但进水不添加然后再添加有机物的“饥荒-盛宴”策略能否提高anammox菌活性和启动A-PDHA系统仍然未知；另一方面，A-PDHA系统进水HCO3 -具有合成用于脱氮的替代碳源或生产甲烷能源的潜力，通过调节进水HCO3 -含量，有助于减少稳定运行时有机物投加量及CO2温室气体排出。因此，探索不同进水pH、有机物含量、HCO3-含量下的A-PDHA系统启动及运行过程脱氮效能变化，可以为实现体系快速启动及稳定运行提供理论指导。
氮素含量的传统检测方法是在采集样本后，在实验室采用实验方法测量，虽然测量精度高却操作复杂，需要消耗大量的人力物力财力。研究表明，溶解性有机物(DOM)组分含量转变与系统脱氮效果直接相关。在A-PDHA系统中，HA过程往往会将大分子复杂有机物转变为小分子易降解有机物，引起DOM组分含量的变化，进一步，反硝化过程NO2 --N积累所需电子直接来源于DOM转化生成的电子，因此DOM的结构组成决定了反硝化速率。并且anammox菌容易受到不同类型或浓度有机物抑制或促进，从而导致最终脱氮效果表现出不同。因此，深入分析上述条件下A-PDHA系统中DOM的结构组成演变，并建立其与脱氮的相关性，有利于实际工程对脱氮效果的快速检测评价，为指导调控体系启动及运行效能提供便捷的数据支撑。
研究表明，在以anammox技术为核心的耦合系统中，脱氮反应需要关键酶催化。以往研究集中在单一反硝化或anammox系统中脱氮关键酶丰度等，复杂的A-PDHA系统中的脱氮反应关键酶丰度及活性变化很大程度上未知，有必要探究上述内容以精确调控耦合系统启动及运行过程的脱氮效果。基于以上内容鉴于此，为了促进A-PDHA系统的快速启动和稳定运行，开发了一种根据进水pH、有机物含量、HCO3 -含量联合调节的A-PDHA系统调控技术，对于实现水解酸化耦合自养脱氮同步难降解有机物去除系统的实际应用具有重要意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，以实现水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的快速启动及稳定运行，提高整个系统对难降解有机物的去除能力。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，包括如下步骤：
(1)采用A-PDHA反应器，分别接种PD、anammox及HA污泥，并以不含有机物(C/N＝0)的模拟废水作为进水，淘洗反应器中的完全反硝化菌，从而强化anammox的脱氮活性，运行至反应器的进出水氮素浓度相接近；
(2)随后向所述A-PDHA反应器中通入含有有机物(C/N＞0)的所述模拟废水，以实现氮素的有效去除，运行至反应器的总氮去除率达到80％以上、anammox脱氮贡献率达到95％以上；
(3)然后提高所述模拟废水的进水pH值，进一步强化HA活性，实现难降解有机物的充分去除及PD-anammox过程的高效脱氮，运行至反应器总氮去除率稳定在98％以上、anammox脱氮贡献率在98％以上、出水TOC降至15mg/L以下；
(4)然后降低所述模拟废水的进水C/N值及pH值、并提高所述模拟废水进水的HCO3 -浓度，从而减少稳定运行时有机物投加量及CO2温室气体排出，运行至总氮去除率稳定在98％以上，同时anammox脱氮贡献率在98％以上，出水TOC在15mg/L以下，即完成所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的快速启动及稳定运行。
具体的，所述步骤(1)中，所述模拟废水中，控制进水NO3 --N浓度为25-35mgN·L-1，进水NH4 +-N浓度为20-30mgN·L-1左右，进水HCO3 -浓度在0.3-0.6g/L，有机物浓度为0，进水COD和NO3 --N的含量比值为0，进水pH值7.5-8.0。
具体的，所述步骤(2)中，所述模拟废水中，控制进水NO3 --N浓度为25-35mgN·L-1，进水NH4 +-N浓度为20-30mgN·L-1，进水HCO3 -浓度0.3-0.6g/L，有机物浓度为150-200mgCOD·L-1，进水COD和NO3 --N的含量比值为5.5-6.5，进水pH值7.5-8.0。
具体的，所述步骤(3)中，所述模拟废水中，控制进水NO3 --N浓度为25-35mgN·L-1，进水NH4 +-N浓度为20-30mgN·L-1，进水HCO3 -浓度0.3-0.6g/L，有机物浓度为150-200mgCOD·L-1，进水COD和NO3 --N的含量比值为5.5-6.5，进水pH值8.5-9.0。
具体的，所述步骤(4)中，所述模拟废水中，控制进水NO3 --N浓度为25-35mgN·L-1，进水NH4 +-N浓度为20-30mgN·L-1，进水HCO3 -浓度0.8-1.2g/L，有机物浓度为20-40mgCOD·L-1，进水COD和NO3 --N的含量比值为0.8-1.2，进水pH值7.5-8.0。
具体的，所述有机物包括溶解性淀粉液，本发明方案以含溶解性淀粉(90℃水浴溶解)用于模拟实际废水中的难降解有机物。
优选的，所述模拟废水包括：NaNO3 25-35mgN·L-1、NH4Cl 20-30mgN·L-1、溶解性淀粉0-200mgCOD·L-1、KH2PO3 20-30mg·L-1、CaCl2 280-320mg·L-1、MgSO4·7H2O 180-220mg·L-1、KHCO3 0.3-1.2g·L-1、微量元素Ⅰ0.8-1.2mL·L-1、微量元素Ⅱ0.8-1.2mL·L-1，溶剂为水；
所述微量元素Ⅰ包括：EDTA·2Na 6-7g·L-1、FeSO4·7H2O 4-6g·L-1；
所述微量元素Ⅱ包括：EDTA·2Na 18-20mg·L-1、H3BO3 0.01-0.02mg·L-1、ZnSO4·7H2O 0.4-0.5mg·L-1、CoCl2·6H2O 0.2-0.3mg·L-1、MnCl2·4H2O 0.9-1mg·L-1、CuSO4·5H2O 0.2-0.3mg·L-1、NiCl2·6H2O 0.15-0.2mg·L-1、NaMoO4·2H2O 0.2-0.25mg·L-1。
具体的，所述步骤(1)中，接种的所述PD、HA及anammox污泥的VSS(挥发性悬浮固体物质)比例为1：1：2.5-3.5。
具体的，所述步骤(1)中，所述A-PDHA反应器中，控制混合液悬浮固体浓度为8-12g·L-1，接种污泥体积占所述A-PDHA反应器总体积的70-80％。
具体的，所述步骤(1)-(4)中，所述A-PDHA反应器的运行温度为35±2℃，运行环境为厌氧。
本发明所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，分别在启动及运行过程中采用“饥荒-盛宴+高pH”及“高HCO3 -+低C/N+低pH”的运行方式，即首先采用停止有机物投加的饥荒策略运行反应器以强化anammox脱氮活性；再采用恢复有机物投加的盛宴策略运行反应器以初步实现反应器有效脱氮；然后通过提升反应器进水pH以强化HA活性，实现难降解有机物的充分去除及PD-anammox过程的高效脱氮，使反应器快速具备高效的自养脱氮同步难降解有机物去除能力；最后通过降低进水C/N、提升进水HCO3 -浓度并配合中性pH值的运行策略，减少稳定运行时有机物投加量及CO2温室气体排出，使A-PDHA反应器快速具备高效稳定的自养脱氮同步难降解有机物去除能力，实现了水解酸化耦合自养脱氮同步难降解有机物去除系统的快速启动及稳定运行。
本发明所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，分别在启动及运行过程采用“饥荒-盛宴+高pH”及“高HCO3 -+低C/N+低pH”，实现A-PDHA体系的快速启动及稳定运行时有机物投加量及CO2的减少；同时通过开发基于DOM组分含量的脱氮效果指示技术，有利于实际工程快速检测评价脱氮效果，指导调控体系启动及运行效能；并通过分析不同条件下的脱氮反应关键酶丰度及活性，建立具有广泛指导意义的基因调控技术，为水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的高效运行提供技术支持。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1为脱氮反应过程关键酶编码基因的丰度和mRNA表达结果；
图2为RDA/CCA冗余分析结果；
图3为A-PDHA升流式厌氧污泥床反应器的结构示意图；
图中附图标记表示为：1-可溶性淀粉进水桶，2-保温水浴，3-氮素进水桶，4-水泵，5-A-PDHA反应器主体，6-循环水浴。
具体实施方式
如图3所示的结构，本发明如下实施例采用的A-PDHA反应器为升流式厌氧污泥床反应器，其包括A-PDHA反应器主体5，其内部填充有分别来自PD反应器、anammox反应器以及HA池的污泥，所述A-PDHA反应器主体5的底部连接有进水管，反应过程中，模拟废水从所述A-PDHA反应器主体5的底部进入进行反应，所述A-PDHA反应器主体5还配置有外壁循环水组件，循环水在循环过程中通过循环水浴6的加热，对整个A-PDHA反应器主体5进行保温。
如图3所示的结构，本发明所述A-PDHA反应器在启动过程中，需要在不同时机分别添加不含有机物的模拟废水以及含有机物的模拟废水，因此，在整个反应过程中，将配制的有机物(可溶性淀粉)母液和氮素废液分别置于可溶性淀粉进水桶1(设保温水浴2)和氮素进水桶3中，并分别通过水泵4控制可溶性淀粉和氮素废液以不同的流速进行进水，以形成不同需求下的模拟废水。
实施例1
本实施例所述A-PDHA反应器的启动方法，选用如图3所示结构的有效体积为1.5L的连续流A-PDHA反应器进行反应，所述A-PDHA反应器主体5内分别接种实验室PD反应器及anammox反应器中的污泥、以及北京大兴国际机场航空污水处理厂HA池的污泥，控制三者的VSS比例为1：3：1，反应器的混合液悬浮固体浓度为10g·L-1左右，接种污泥体积占所述A-PDHA反应器总体积的75％，污泥颗粒的平均粒径为150μm左右。以模拟废水为进水，反应器在厌氧环境、温度为35±2℃条件下。
本实施例方案中，所述模拟废水组成如下：NaNO3 30mgN·L-1、NH4Cl 25mgN·L-1、溶解性淀粉0-180mgCOD·L-1、KH2PO3 25mg·L-1、CaCl2 300mg·L-1、MgSO4·7H2O 200mg·L-1、KHCO3 0.5-1.0g·L-1、微量元素Ⅰ1mL·L-1、微量元素Ⅱ1mL·L-1，溶剂为水；其中，
所述微量元素Ⅰ组成：EDTA·2Na 6.39g·L-1、FeSO4·7H2O 5g·L-1；
所述微量元素Ⅱ组成：EDTA·2Na 19.11mg·L-1、H3BO3 0.014mg·L-1、ZnSO4·7H2O0.43mg·L-1、CoCl2·6H2O 0.24mg·L-1、MnCl2·4H2O 0.99mg·L-1、CuSO4·5H2O 0.25mg·L-1、NiCl2·6H2O 0.19mg·L-1、NaMoO4·2H2O 0.22mg·L-1；
如图3所示的反应器结构中，所述溶解性淀粉的浓度根据各步骤控制C/N值的差异通过调节水泵4控制溶解性淀粉的流速进而调节所述模拟废水的组成及比例。
本实施例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，包括如下步骤：
(1)在进水不投加有机物(C：N＝O)的条件下，淘洗反应器中的完全反硝化菌时，控制氮素废水进水中，NO3 --N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，此时，溶解性淀粉浓度为0mgCOD·L-1，进水COD和NO3 --N的含量比值为0，进水HCO3 -浓度在0.5g/L，调节进水pH在7.5左右，水力停留时间设定为21.55h，并且长期保持此条件3天左右，运行至反应器进出水NO3 --N及NH4 +-N浓度几乎一致，即可获提升anammox活性，随后进入调节C：N至合适大小以实现氮素的初步有效去除阶段；
(2)该阶段中，通过水泵4调节水溶性淀粉和氮素废液的进水流量，调节C：N至合适大小以初步实现氮素的有效去除，此阶段中，控制进水NO3 --N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为180mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为6.0左右，进水HCO3 -浓度在0.5g/L，进水pH在7.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件15天左右，运行至反应器的总氮去除率达到80％以上，anammox脱氮贡献率达到95％以上，出水TOC在35mg/L以下，即可初步获得氮素的有效去除，开始进入提升进水pH强化HA效果阶段；
(3)该阶段中，依然控制进水NO3 --N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为180mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为6.0左右，进水HCO3 -浓度在0.5g/L，同时将进水pH值提升至8.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件15天左右，运行至反应器的总氮去除率及anammox脱氮贡献率均达到98％以上，出水TOC在15mg/L以下，说明此时实现了A-PDHA反应器的启动，开始进入稳定运行阶段；
(4)该阶段中，依然控制进水NO3 --N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为30mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为1.0左右，进水HCO3 -浓度在1g/L，并将进水pH降至7.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件15天左右，运行至反应器的总氮去除率及anammox脱氮贡献率均达到98％以上，出水TOC在15mg/L以下，说明此时实现了A-PDHA反应器稳定运行时有机物投加量及CO2温室气体排出的减少。
实施例2
本实施例所述A-PDHA反应器的启动方法，选用如图3所示结构的有效体积为1.5L的连续流A-PDHA反应器进行反应，所述A-PDHA反应器主体5内分别接种实验室PD反应器及anammox反应器中的污泥、以及北京大兴国际机场航空污水处理厂HA池的污泥，控制三者的VSS比例为1：2.5：1，反应器的混合液悬浮固体浓度为8g·L-1左右，接种污泥体积占所述A-PDHA反应器总体积的70％，污泥颗粒的平均粒径为150μm左右。以模拟废水为进水，反应器在厌氧环境、温度为35±2℃条件下。
本实施例方案中，所述模拟废水组成如下：NaNO3 25mgN·L-1、NH4Cl 20mgN·L-1、溶解性淀粉0-150mgCOD·L-1、KH2PO3 20mg·L-1、CaCl2 320mg·L-1、MgSO4·7H2O 180mg·L-1、KHCO3 0.3-0.8g·L-1、微量元素Ⅰ0.8mL·L-1、微量元素Ⅱ1.2mL·L-1，溶剂为水；其中，
所述微量元素Ⅰ组成：EDTA·2Na 6g·L-1、FeSO4·7H2O 6g·L-1；
所述微量元素Ⅱ组成：EDTA·2Na 18mg·L-1、H3BO3 0.02mg·L-1、ZnSO4·7H2O0.4mg·L-1、CoCl2·6H2O 0.3mg·L-1、MnCl2·4H2O 0.9mg·L-1、CuSO4·5H2O 0.3mg·L-1、NiCl2·6H2O 0.15mg·L-1、NaMoO4·2H2O 0.25mg·L-1；
如图3所示的反应器结构中，所述溶解性淀粉的浓度根据各步骤控制C/N值的差异通过调节水泵4控制溶解性淀粉的流速进而调节所述模拟废水的组成及比例。
本实施例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，包括如下步骤：
(1)在进水不投加有机物(C：N＝O)的条件下，淘洗反应器中的完全反硝化菌时，控制氮素废水进水中，NO3 --N浓度为25mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为20mgN·L-1左右，此时，溶解性淀粉浓度为0mgCOD·L-1，进水COD和NO3 --N的含量比值为0，进水HCO3 -浓度在0.3g/L，调节进水pH在7.5左右，水力停留时间设定为21.55h，并且长期保持此条件3天左右，运行至反应器进出水NO3 --N及NH4 +-N浓度几乎一致，即可获提升anammox活性，随后进入调节C：N至合适大小以实现氮素的初步有效去除阶段；
(2)该阶段中，通过水泵4调节水溶性淀粉和氮素废液的进水流量，调节C：N至合适大小以初步实现氮素的有效去除，此阶段中，控制进水NO3 --N浓度为25mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为20mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为150mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为6.0左右，进水HCO3 -浓度在0.3g/L，进水pH在7.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件15天左右，运行至反应器的总氮去除率达到80％以上，anammox脱氮贡献率达到95％以上，出水TOC在35mg/L以下，即可初步获得氮素的有效去除，开始进入提升进水pH强化HA效果阶段；
(3)该阶段中，依然控制进水NO3 --N浓度为25mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为20mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为150mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为6.0左右，进水HCO3 -浓度在0.3g/L，同时将进水pH值提升至8.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件15天左右，运行至反应器的总氮去除率及anammox脱氮贡献率均达到98％以上，出水TOC在15mg/L以下，说明此时实现了A-PDHA反应器的启动，开始进入稳定运行阶段；
(4)该阶段中，依然控制进水NO3 --N浓度为25mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为20mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为25mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为1.0左右，进水HCO3 -浓度在0.8g/L，并将进水pH降至7.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件15天左右，运行至反应器的总氮去除率及anammox脱氮贡献率均达到98％以上，出水TOC在15mg/L以下，说明此时实现了A-PDHA反应器稳定运行时有机物投加量及CO2温室气体排出的减少。
实施例3
本实施例所述A-PDHA反应器的启动方法，选用如图3所示结构的有效体积为1.5L的连续流A-PDHA反应器进行反应，所述A-PDHA反应器主体5内分别接种实验室PD反应器及anammox反应器中的污泥、以及北京大兴国际机场航空污水处理厂HA池的污泥，控制三者的VSS比例为1：3.5：1，反应器的混合液悬浮固体浓度为12g·L-1左右，接种污泥体积占所述A-PDHA反应器总体积的80％，污泥颗粒的平均粒径为150μm左右。以模拟废水为进水，反应器在厌氧环境、温度为35±2℃条件下。
本实施例方案中，所述模拟废水组成如下：NaNO3 35mgN·L-1、NH4Cl 30mgN·L-1、溶解性淀粉0-200mgCOD·L-1、KH2PO3 30mg·L-1、CaCl2 280mg·L-1、MgSO4·7H2O 220mg·L-1、KHCO3 0.6-1.2g·L-1、微量元素Ⅰ1.2mL·L-1、微量元素Ⅱ0.8mL·L-1，溶剂为水；其中，
所述微量元素Ⅰ组成：EDTA·2Na 7g·L-1、FeSO4·7H2O 4g·L-1；
所述微量元素Ⅱ组成：EDTA·2Na 20mg·L-1、H3BO3 0.01mg·L-1、ZnSO4·7H2O0.5mg·L-1、CoCl2·6H2O 0.2mg·L-1、MnCl2·4H2O 1mg·L-1、CuSO4·5H2O 0.2mg·L-1、NiCl2·6H2O 0.2mg·L-1、NaMoO4·2H2O 0.2mg·L-1；
如图3所示的反应器结构中，所述溶解性淀粉的浓度根据各步骤控制C/N值的差异通过调节水泵4控制溶解性淀粉的流速进而调节所述模拟废水的组成及比例。
本实施例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，包括如下步骤：
(1)在进水不投加有机物(C：N＝O)的条件下，淘洗反应器中的完全反硝化菌时，控制氮素废水进水中，NO3--N浓度为35mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为30mgN·L-1左右，此时，溶解性淀粉浓度为0mgCOD·L-1，进水COD和NO3--N的含量比值为0，进水HCO3-浓度在0.6g/L，调节进水pH在7.5左右，水力停留时间设定为21.55h，并且长期保持此条件3天左右，运行至反应器进出水NO3 --N及NH4 +-N浓度几乎一致，即可获提升anammox活性，随后进入调节C：N至合适大小以实现氮素的初步有效去除阶段；
(2)该阶段中，通过水泵4调节水溶性淀粉和氮素废液的进水流量，调节C：N至合适大小以初步实现氮素的有效去除，此阶段中，控制进水NO3 --N浓度为35mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为30mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为200mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为5.7左右，进水HCO3 -浓度在0.6g/L，进水pH在8.0左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件15天左右，运行至反应器的总氮去除率达到80％以上，anammox脱氮贡献率达到95％以上，出水TOC在35mg/L以下，即可初步获得氮素的有效去除，开始进入提升进水pH强化HA效果阶段；
(3)该阶段中，依然控制进水NO3 --N浓度为35mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为30mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为200mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为5.7左右，进水HCO3 -浓度在0.6g/L，同时将进水pH值提升至9.0左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件15天左右，运行至反应器的总氮去除率及anammox脱氮贡献率均达到98％以上，出水TOC在15mg/L以下，说明此时实现了A-PDHA反应器的启动，开始进入稳定运行阶段；
(4)该阶段中，依然控制进水NO3 --N浓度为35mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为30mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为35mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为1.0左右，进水HCO3 -浓度在1.2g/L，并将进水pH降至8.0左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件15天左右，运行至反应器的总氮去除率及anammox脱氮贡献率均达到98％以上，出水TOC在15mg/L以下，说明此时实现了A-PDHA反应器稳定运行时有机物投加量及CO2温室气体排出的减少。
对比例1
本对比例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法同实施例1，其区别仅在于，按照传统启动方式进行运行，具体操作步骤如下：
SPDAF(同步短程反硝化、厌氧氨氧化、原位发酵)-UASB反应器以人工合成硝酸盐废水和生活污水(作为氨氮与有机物来源)为进水，分五个阶段运行180天：
在第一阶段(第1-31天)，进水HRT为6h，同时接种PD及anammox污泥，平均出水NO3 --N及NH4 +-N分别10.9与19.9mg/L，TN去除率为53.4％；
在第二阶段(第32-57天)，进水NO3 --N从70增长到90mg/L，平均出水NO3 --N及NH4 +-N分别17.0与24.6mg/L，TN去除率降至47.0％；
在第三阶段(第58-86天)，进水NO3 --N从90增长到180mg/L，HRT升至16h，平均出水NO3 --N及NH4 +-N分别16.1与19.3mg/L，TN去除率升至66.9％；
在第四阶段(第87-114天)，接种发酵污泥，TN去除率升至82.9％；
在第五阶段(第115-180天)，进水NO3 --N从180降至150mg/L，平均出水NO3 --N及NH4 +-N分别2.8与3.2mg/L，TN去除率升至93.1％。
对比例2
本对比例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法同实施例1，其区别仅在于，所述反应器启动之初即按照第二阶段中控制的模拟废水进行进水运行，后续再按照第三阶段和第四阶段的方式继续启动运行。
本对比例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，包括如下步骤：
第一阶段通过水泵4调节水溶性淀粉和氮素废液的进水流量，调节C：N至合适大小以初步实现氮素的有效去除，此阶段中，控制进水NO3 --N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为180mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为6.0左右，进水HCO3 -浓度在0.5g/L，进水pH在7.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件30天左右，运行至反应器的总氮去除率达到80％左右，anammox脱氮贡献率达到80％左右，出水TOC在35mg/L以下，开始进入提升进水pH强化HA效果阶段；
第二阶段，依然控制进水NO3 --N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为180mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为6.0左右，进水HCO3 -浓度在0.5g/L，同时将进水pH值提升至8.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件30天左右，运行至反应器的总氮去除率及anammox脱氮贡献率均达到90％以上，出水TOC在15mg/L以下，开始进入稳定运行阶段；
第三阶段，依然控制进水NO3 --N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为30mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为1.0左右，进水HCO3 -浓度在1g/L，并将进水pH降至7.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件30天左右，运行至反应器的总氮去除率及anammox脱氮贡献率均达到90％左右，出水TOC在15mg/L以下。
对比例3
本对比例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法同实施例1，其区别仅在于，所述反应器启动之初即按照第二阶段中控制的模拟废水进行进水运行，后续再按照第四阶段的方式继续启动运行。
本对比例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法：
第一阶段通过水泵4调节水溶性淀粉和氮素废液的进水流量，调节C：N至合适大小以初步实现氮素的有效去除，此阶段中，控制进水NO3 --N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为180mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3--N的含量比值为6.0左右，进水HCO3-浓度在0.5g/L，进水pH在7.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件30天左右，运行至反应器的总氮去除率达到80％左右，anammox脱氮贡献率达到80％左右，出水TOC在35mg/L以下，开始进入稳定运行阶段；
第二阶段，依然控制进水NO3 --N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为30mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3--N的含量比值为1.0左右，进水HCO3 -浓度在1g/L，并将进水pH降至7.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件30天左右，运行至反应器的总氮去除率及anammox脱氮贡献率均达到80％左右，出水TOC在35mg/L以下。
对比例4
本对比例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法同实施例1，其区别仅在于，所述反应器启动之初即按照第二阶段中控制的模拟废水进行进水运行，直至运行稳定。
本对比例所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法：
第一阶段通过水泵4调节水溶性淀粉和氮素废液的进水流量，调节C：N至合适大小以初步实现氮素的有效去除，此阶段中，控制进水NO3--N浓度为30mgN·L-1左右，进水NH4 +-N浓度为25mgN·L-1左右，溶解性淀粉浓度为180mgCOD·L-1左右，进水COD和NO3 --N的含量比值为6.0左右，进水HCO3 -浓度在0.5g/L，进水pH在7.5左右，水力停留时间设定为17.61h，并且长期保持此条件90天左右，运行至反应器的总氮去除率达到90％左右，anammox脱氮贡献率达到90％左右，出水TOC在35mg/L以下。
实验例
为了进一步了解DOM介导的氮素转化过程，对DOM的UV-Vis参数和氮素转化数据进行了冗余和典范对应(RDA/CCA)分析，结构分别见附图1-2所示。
结果表明，第一阶段(步骤1)和第二阶段(步骤2)氮素转化主要受因子1(RDA1)的影响，该因子与anammox总氮去除贡献率呈正相关(99.95％)，与出水A253/A203呈负相关(70.65％)，而A253/A203与DOM芳香度呈正相关。目前，芳香化合物对anammox活性的抑制作用已被广泛报道，因此，较低的出水A253/A203可能表明，在不稳定阶段产生的芳香族化合物较少，从而增加了anammox总氮去除贡献率；另一方面，第三阶段(步骤3)氮素的转化主要受因子2(RDA2)的影响，该因子与总氮去除效率正相关(99.95％)，与出水SR负相关(77.04％)。已有研究发现，DOM的分子量与SR呈负相关，并且DOM中的低分子量组分可主要用于脱氮过程。因此，高SR可能意味着在稳定相中可以使用更多的低分子量，从而增强TN的去除率。上述这种基于DOM组分含量的脱氮效果指示技术，有利于实际工程快速检测评价脱氮效果，指导调控体系启动及运行效能。
此外，结果显示，污泥特性与其脱氮活性正相关。经过48天的连续运行，反应器污泥平均粒径由150μm增加到300μm，同时SVI30由73±1.2mL·g-1SS降低到55±1.2mL·g- 1SS，污泥的颗粒特性及活性有所升高，从而有助于反应器的高效脱氮。
采用宏基因及宏转录对种泥(S0)和第33天的污泥(S1)进行测序分析，得到了编码脱氮反应过程的关键酶的基因丰度及mRNA表达。发现在碱性条件及“饥荒-盛宴”操作模式下，体系中的PD和anammox的整个脱氮反应过程关键酶(GAPDH、Quinone pool、HAO、NAR)编码基因的mRNA或丰度均得到提升，同时完全反硝化过程关键酶(NIR及Cyt c)编码基因的mRNA或丰度降低，最终使得PD及anammox的脱氮效果被强化。
综上，本申请方案通过上述过程的调控，共同保证了反应器能够达到高效脱氮及难降解有机物充分去除，实现水解酸化耦合自养脱氮同步难降解有机物去除系统的快速启动。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用A-PDHA反应器，分别接种PD、anammox及HA污泥，并以不含有机物(C/N＝0)的模拟废水作为进水，淘洗反应器中的完全反硝化菌，从而强化anammox的脱氮活性，运行至反应器的进出水氮素浓度相接近；
所述步骤(1)中，所述模拟废水中，控制进水NO3 --N浓度为25-35mgN·L-1，进水NH4 +-N浓度为20-30mgN·L-1，进水HCO3 -浓度在0.3-0.6g/L，有机物浓度为0，进水COD和NO3 --N的含量比值为0，进水pH值7.5-8.0；
(2)随后向所述A-PDHA反应器中通入含有有机物(C/N＞0)的所述模拟废水，以实现氮素的有效去除，运行至反应器的总氮去除率达到80％以上、anammox脱氮贡献率达到95％以上；所述有机物包括溶解性淀粉液；
(3)然后提高所述模拟废水的进水pH值，进一步强化HA活性，实现难降解有机物的充分去除及PD-anammox过程的高效脱氮，运行至反应器总氮去除率稳定在98％以上、anammox脱氮贡献率在98％以上、出水TOC降至15mg/L以下；
所述步骤(3)中，所述模拟废水中，控制进水NO3 --N浓度为25-35mgN·L-1，进水NH4 +-N浓度为20-30mgN·L-1，进水HCO3 -浓度0.3-0.6g/L，有机物浓度为150-200mgCOD·L-1，进水COD和NO3 --N的含量比值为5.5-6.5，进水pH值8.5-9.0；
(4)然后降低所述模拟废水的进水C/N值及pH值、并提高所述模拟废水进水的HCO3 -浓度，从而减少稳定运行时有机物投加量及CO2温室气体排出，运行至总氮去除率稳定在98％以上，同时anammox脱氮贡献率在98％以上，出水TOC在15mg/L以下，即完成所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的快速启动及稳定运行；
所述步骤(4)中，所述模拟废水中，控制进水NO3 --N浓度为25-35mgN·L-1，进水NH4 +-N浓度为20-30mgN·L-1，进水HCO3 -浓度0.8-1.2g/L，有机物浓度为20-40mgCOD·L-1，进水COD和NO3 --N的含量比值为0.8-1.2，进水pH值7.5-8.0。
2.根据权利要求1所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述模拟废水中，控制进水NO3 --N浓度为25-35mgN·L-1，进水NH4 +-N浓度为20-30mgN·L-1，进水HCO3 -浓度0.3-0.6g/L，有机物浓度为150-200mgCOD·L-1，进水COD和NO3 --N的含量比值为5.5-6.5，进水pH值7.5-8.0。
3.根据权利要求2所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，其特征在于，所述模拟废水包括：NaNO3 25-35mgN·L-1、NH4Cl20-30mgN·L-1、溶解性淀粉0-200mgCOD·L-1、KH2PO3 20-30mg·L-1、CaCl2280-320mg·L-1、MgSO4·7H2O 180-220mg·L-1、KHCO3 0.3-1.2g·L-1、微量元素Ⅰ0.8-1.2mL·L-1、微量元素Ⅱ0.8-1.2mL·L-1，溶剂为水；
所述微量元素Ⅰ包括：EDTA·2Na 6-7g·L-1、FeSO4·7H2O 4-6g·L-1；
所述微量元素Ⅱ包括：EDTA·2Na18-20mg·L-1、H3BO30.01-0.02mg·L-1、ZnSO4·7H2O0.4-0.5mg·L-1、CoCl2·6H2O0.2-0.3mg·L-1、MnCl2·4H2O0.9-1mg·L-1、CuSO4·5H2O0.2-0.3mg·L-1、NiCl2·6H2O0.15-0.2mg·L-1、NaMoO4·2H2O 0.2-0.25mg·L-1。
4.根据权利要求1-3任一项所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，其特征在于，所述步骤(1)中，接种的所述PD、HA及anammox污泥的VSS(挥发性悬浮固体物质)比例为1：1：2.5-3.5。
5.根据权利要求4所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述A-PDHA反应器中，控制混合液悬浮固体浓度为8-12g·L-1，接种污泥体积占所述A-PDHA反应器总体积的70-80％。
6.根据权利要求1-3任一项所述水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化耦合系统的启动方法，其特征在于，所述步骤(1)-(4)中，所述A-PDHA反应器的运行温度为35±2℃，运行环境为厌氧。
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