CN115261261B - 一种自养氨氧化菌富集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污水处理脱氮技术领域，公开了一种自养氨氧化菌富集方法，包括自养硝化菌的筛选阶段和自养氨氧化菌的富集阶段，自养硝化菌的筛选阶段中调节pH并使反应器起始氨氮浓度为50～100mg/L，溶解氧控制在1mg/L以上，进行连续曝气；当氨氮去除率达到95％以上，停止曝气，静置沉淀进行换水；当氨氮去除速率达到10mg/L·h，结束筛选步骤，进行下一步的自养氨氧化菌富集；自养氨氧化菌的富集阶段中，当反应器氨氮去除速率达到30mg/L·h，逐渐提高初始氨氮浓度至1000mg/L，完成自养氨氧化菌富集；该方法资源化利用污水处理设施中的剩余污泥，高效富集氨氧化菌，有效解决传统硝化反硝化与新型短程硝化厌氧氨氧化工艺中氨氧化菌富集困难的问题。

Description

一种自养氨氧化菌富集方法
技术领域
本发明涉及污水处理脱氮技术领域，具体涉及一种自养氨氧化菌富集方法。
背景技术
在传统的硝化反硝化生物脱氮工艺，还是新型的短程硝化-厌氧氨氧化工艺中都需要利用氨氧化菌将氨氮转化为亚硝氮这一过程。由于氨氧化菌属于化能自养型微生物，生长缓慢、对环境变化敏感、易流失、与异养菌竞争处于劣势。同时，氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌同时存在于硝化系统中，难以将两者分离。因此，实际运行过程中难以获得高纯度的氨氧化菌。氨氧化菌的高效富集对传统、新型脱碳工艺的处理效率起着至关重要的作用。
常用氨氧化菌富集方法包括1)溶解氧(DO)浓度控制策略：氨氧化菌(0.2～1.5mg/L)的氧半包和常数低于亚硝酸盐氧化菌(1.2～1.5mg/L)。较强的氧亲和力使氨氧化菌在低DO条件下也能实现富集。2)游离亚硝酸(FNA)与游离氨(FA)的抑制作用：3)控制污泥龄：利用AOB与NOB的生长速度不同，控制污泥龄将NOB从反应器中排出。4)温度：温度超过15℃后，AOB比生长速率大于NOB，25℃以上使区分两者的最佳温度。AOB最佳活性温度为35℃，NOB为38℃。
现有技术中申请公布号为CN113896324A中采用实际废水以高NO2-积累率实现短程硝化快速启动与维持，并涉及氨氧化菌的富集过程；但其在阶段一利用实际废水，在好氧与厌氧交替培养方法，由于实际废水中含有有机物(COD)，反应器中存在大量异养菌与氨氧化菌竞争，导致硝化菌的淘洗过程漫长，且需要控制溶氧，污泥龄等参数，导致过程复杂，难以控制；阶段二富集过程需要缺氧搅拌，控制泥龄等方式，过程复杂且耗能。并且，由于采用的实际废水，其氨氮浓度不高。氨氮作为氨氧化菌能营养物质，无法获得较高的氨氧化菌增长率，且获得的氨氧化菌无法应用于高浓度氨氮废水的处理。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自养氨氧化菌富集方法，该方法资源化利用污水处理设施中的剩余污泥，高效富集氨氧化菌，有效解决传统硝化反硝化与新型短程硝化厌氧氨氧化工艺中氨氧化菌富集困难的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种自养氨氧化菌富集方法，
(1)自养硝化菌的筛选阶段：反应器接种剩余污泥，以无机营养液进行连续曝气培养；调节pH并使反应器起始氨氮浓度为50～100mg/L，溶解氧控制在1mg/L以上，进行连续曝气；当氨氮去除率达到95％以上，停止曝气，静置沉淀进行换水；当氨氮去除速率达到10mg/L·h，结束筛选步骤，进行下一步的自养氨氧化菌富集；
(2)自养氨氧化菌的富集阶段：配制高浓度无机营养液，分批投加到反应器中并使反应器初始氨氮浓度达100～150mg/L时，溶解氧控制在1mg/L以上，进行连续曝气；当氨氮去除率达到95％以上，停止曝气，静置反应器，使反应器进入厌氧阶段，完成一次反应循环；
一次反应循环结束后通过在线电导率检测反应器中离子浓度，当电导率小于30mS/cm，再次添加高浓度无机营养液，并控制电导率不超过30mS/cm，开启曝气，开始新的循环；
当反应结束时电导率大于30mS/cm，对反应器进行换水，换水后再次投加高浓度营养液，开始新的循环；当反应器氨氮去除速率达到30mg/L·h，逐渐提高初始氨氮浓度至1000mg/L，进行自养氨氧化菌富集。
自养硝化菌的筛选阶段可以将大量异养菌排除至反应器外，随着异养菌的排出有利于氨氧化菌的富集，氨氮去除速率将逐步提高，当氨氮去除速率达到10mg/L·h，结束筛选步骤，进行下一步的自养氨氧化菌富集；自养氨氧化菌的富集阶段通过分批投加高浓度无机营养液以有效减少用水成本，同时较低的换水频率也能够减少换水过程中污泥微生物的流失；无机营养液投加次数过多，会导致电导率升高。通过在线电导率检测，维持装置内电导率在30mS/cm以下的条件下进行好氧与厌氧多次循环。当反应器氨氮去除速率达到30mg/L·h，逐渐提高初始氨氮浓度至1000mg/L，进行自养氨氧化菌富集。
本发明方法资源化利用污水处理设施中的剩余污泥，高效富集氨氧化菌，有效解决传统硝化反硝化与新型短程硝化厌氧氨氧化工艺中氨氧化菌富集困难的问题。
作为优选，所述无机营养液包括NH4Cl、KH2PO4、MgSO4·7H2O、CaCl2、NaHCO3与微量元素。
作为优选，在自养硝化菌的筛选阶段中，每1L无机营养液包括NH4Cl 191mg、KH2PO444mg、MgSO4·7H2O 102mg、CaCl2 25mg、NaHCO3 507mg与微量元素1mg。
作为优选，在自养氨氧化菌的富集阶段中，每1L无机营养液包括NH4Cl 22.9g、KH2PO4 52.7g、MgSO4·7H2O 0.102g、CaCl2 0.025g、NaHCO3 60.8g与微量元素1mg。
作为优选，所述微量元素包括ZnSO4·7H2O、Na2MoO4·2H2O、CoCl2·6H2O、FeCl3·6H2O、CuSO4·5H2O、NiCl2·6H2O、Mn2SO4·H2O。
作为优选，每1L微量元素包括ZnSO4·7H2O 0.12g、Na2MoO4·2H2O 0.12g、CoCl2·6H2O 0.15g、FeCl3·6H2O 1.5g、CuSO4·5H2O 0.03g、NiCl2·6H2O 0.12g、Mn2SO4·H2O0.12g。
作为优选，接种剩余污泥的浓度为1000～3000mg/L。
作为优选，在自养氨氧化菌的富集阶段中，pH维持在6.5～8.5，静置沉淀时长为30min，换水比为70％。
作为优选，在自养氨氧化菌的富集阶段中，静置时长为2h，换水比为50～70％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法资源化利用污水处理设施中的剩余污泥，高效富集氨氧化菌，有效解决传统硝化反硝化与新型短程硝化厌氧氨氧化工艺中氨氧化菌富集困难的问题；
自养硝化菌的筛选阶段中，通过培养开始17天完成自养硝化菌筛选，污泥浓度由初始2188mg/L降至1244mg/L，大量异养菌被排出；自养氨氧化菌的富集阶段中，无机营养液投加次数过多，会导致电导率升高；通过在线电导率检测，维持装置内电导率在30mS/cm以下的条件下进行好氧与厌氧多次循环，实现硝化污泥日增长率达2.0～8.0％，进水氨氮浓度最高达1000mg/L，氨氧化速率最高达30mg/L·h。
具体实施方式
实施例1
(1)自养硝化菌的筛选阶段：选取3L好氧SBR反应器，接种二沉池剩余污泥；以无机营养液进行连续曝气培养，调节pH并维持pH在6.5～8.5，以氨氮浓度50mg/L条件进水，溶解氧控制在1mg/L以上；连续曝气24h后氨氮去除率达95％，停止曝气，静置沉淀30min后，对反应器进行换水，换水率为70％；
经过17天培养后，曝气5小时氨氮去除率达98％，污泥浓度由初始2188mg/L降至1244mg/L，大量异养菌被排出，完成自养菌筛选；
该阶段无机营养液中各组分浓度如表1所示，微量元素中各组分浓度如表2所示：
表1
表2
筛选阶段微量元素 浓度(g/L)
ZnSO4·7H2O 0.12
Na2MoO4·2H2O 0.12
CoCl2·6H2O 0.15
FeCl3·6H2O 1.5
CuSO4·5H2O 0.03
NiCl2·6H2O 0.12
Mn2SO4·H2O 0.12
(2)自养氨氧化菌的富集阶段：3L好氧SBR反应器，分批投加无机营养液，每次投加量为75mL，反应开始氨氮浓度100mg/L，溶解氧控制在1mg/L以上；以6h曝气2h静置沉淀为一次反应循环进行富集培养。
一次反应循环结束后通过在线电导率检测反应器中离子浓度，当电导率小于30mS/cm，再次添加高浓度营养液，开启曝气，开始新的循环；经过10次投加后电导率达到28.89mS/cm，10次无机营养液投加量如表5所示。待反应结束后停止投加高浓无机营养液，对装置进行换水，换水率为70％。
该阶段无机营养液中各组分的浓度如表3所示，微量元素中各组分的浓度如表4所示：
表3
富集阶段无机营养液 浓度(g/L)
NH4Cl 22.9
KH2PO4(136.09) 52.7
MgSO4·7H2O(246) 0.102
CaCl2 0.025
NaHCO3 60.8
表4
富集阶段微量元素 浓度(g/L)
ZnSO4·7H2O 0.12
Na2MoO4·2H2O 0.12
CoCl2·6H2O 0.15
FeCl3·6H2O 1.5
CuSO4·5H2O 0.03
NiCl2·6H2O 0.12
Mn2SO4·H2O 0.12
表5
当氨去除速率达到30mg/L·h后逐步提高营养液投加量。当无机营养液投加量达到200ml进水氨氮浓度为400mg/L。经过5次投加后需对反应器进行换水，5次无机营养液投加量如表6所示。
表6
投加次数 1 2 3 4 5
投加量(mL) 200 200 200 200 200
电导率 11.79 15.56 20.14 24.53 28.21
当无机营养液投加量达到500mL，进水氨氮1000mg/L时，投加2次需进行换水，2次无机营养液投加量如表7所示；
表7
投加次数 1 2
投加量(mL) 500 500
电导率 19.05 28.32
综上所述：富集培养24天后污泥浓度从1244mg/L升高至2428mg/L，平均日产率达2.9％。出水中亚硝氮占总氮的72％以上。
对比例1：其与实施例1区别仅在于，在自养氨氧化菌富集阶段，分批投加无机营养液，每次投加量为75mL，反应开始氨氮浓度100mg/L，溶解氧控制在1mg/L以上；以6h曝气2h静置沉淀为一次反应循环进行富集培养。当投加次数达到11次后装置内电导率达到31.02mS/cm，硝化速率从47.2mg/L·h下降至18.6mg/L·h，氨氧化反应受到明显抑制。
对比例2：其与实施例1区别仅在于，在自养氨氧化菌的富集阶段，分批投加无机营养液，每次投加量为75mL反应开始氨氮浓度100mg/L，溶解氧控制在1mg/L以上；以6h曝气2h静置沉淀为一次反应循环进行富集培养。每次循环结束后对装置进行换水，经过18天培养，污泥浓度从1224mg/L升高至1479mg/L，污泥增长速率缓慢。

Claims (6)

1.一种自养氨氧化菌富集方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)自养硝化菌的筛选阶段：反应器接种剩余污泥，以无机营养液进行连续曝气培养；调节pH并维持pH在6.5～8.5，同时使反应器起始氨氮浓度为50～100mg/L，溶解氧控制在1mg/L以上，进行连续曝气；当氨氮去除率达到95％以上，停止曝气，静置沉淀进行换水；当氨氮去除速率达到10mg/L·h，结束筛选步骤，进行下一步的自养氨氧化菌富集；
在自养硝化菌的筛选阶段中，每1L无机营养液包括NH4Cl191mg、KH2PO4 44mg、MgSO4·7H2O 102mg、CaCl2 25mg、NaHCO3507mg与微量元素1mg；
(2)自养氨氧化菌的富集阶段：配制高浓度无机营养液，分批投加到反应器中并使反应器初始氨氮浓度达100～150mg/L时，溶解氧控制在1mg/L以上，进行连续曝气；当氨氮去除率达到95％以上，停止曝气，静置反应器，使反应器进入厌氧阶段，完成一次反应循环；
在自养氨氧化菌的富集阶段中，每1L高浓度无机营养液包括NH4Cl 22.9g、KH2PO452.7g、MgSO4·7H2O 0.102g、CaCl2 0.025g、NaHCO3 60.8g与微量元素1mg；
一次反应循环结束后通过在线电导率检测反应器中离子浓度，当电导率小于30mS/cm，再次添加高浓度无机营养液，并控制电导率不超过30mS/cm，开启曝气，开始新的循环；
当反应结束时电导率大于30mS/cm，对反应器进行换水，换水后再次投加高浓度营养液，开始新的循环；
当反应器氨氮去除速率达到30mg/L·h，逐渐提高初始氨氮浓度至1000mg/L，进行自养氨氧化菌富集。
2.根据权利要求1所述的一种自养氨氧化菌富集方法，其特征在于，所述微量元素包括ZnSO4·7H2O、Na2MoO4·2H2O、CoCl2·6H2O、FeCl3·6H2O、CuSO4·5H2O、NiCl2·6H2O、Mn2SO4·H2O。
3.根据权利要求2所述的一种自养氨氧化菌富集方法，其特征在于，每1L微量元素包括ZnSO4·7H2O 0.12g、Na2MoO4·2H2O 0.12g、CoCl2·6H2O 0.15g、FeCl3·6H2O 1.5g、CuSO4·5H2O 0.03g、NiCl2·6H2O0.12g、Mn2SO4·H2O 0.12g。
4.根据权利要求1所述的一种自养氨氧化菌富集方法，其特征在于，接种剩余污泥的浓度为1000～3000mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种自养氨氧化菌富集方法，其特征在于，在自养氨氧化菌的富集阶段中，pH维持在6.5～8.5，静置沉淀时长为30min，换水比为70％。
6.根据权利要求1所述的一种自养氨氧化菌富集方法，其特征在于，在自养氨氧化菌的富集阶段中，静置时长为2h，换水比为50～70％。
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