CN115367869B - 一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法。所述方法为：在反应器中接种长期运行的异养短程反硝化污泥。根据反硝化得失电子的量，用硫化物和/或亚铁离子代替部分有机物成为短程反硝化的电子供体，构建混合营养型反应器。混合营养型反应器可提供还原硝酸盐氮所需的电子供体，同时抑制亚硝酸盐氮的还原，逐渐将反应器中的全程反硝化菌属筛选并淘洗出反应器；而以亚硝酸盐氮为产物的短程反硝化菌则成为系统的优势菌属，使得反应器中的亚硝酸盐氮不被继续还原为氮气，可为厌氧氨氧化工艺提供稳定的基质。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的快速增长，工业化和城市化进程不断推进，水污染日益加剧，造成水质性缺水和资源性缺水彼此重叠，影响人们的正常生产与生活。其中水体中的氮素污染尤为严重，亟需开发高效的脱氮工艺。厌氧氨氧化工艺处理含氮废水的优势非常显著，可实现氮素的高效去除。但厌氧氨氧化工艺需要亚硝酸盐氮作为基质，因此需要与稳定产生亚硝酸盐氮的工艺结合。而短程反硝化可以相对简单的实现亚硝酸盐氮的积累，可与厌氧氨氧化结合，具有较好的应用前景。然而在异养短程反硝化中，即使已经将反应停止，亚硝酸盐氮累积达到峰值后还是会继续被还原为氮气。亚硝酸盐氮无法维持长时间稳定积累，这也导致了短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的局限性。因此，如何维持短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定长时间积累具有现实意义。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法。
本申请根据反硝化得失电子的量，用硫化物和/或亚铁离子代替部分有机物成为短程反硝化的电子供体，构建以硫化物和有机物为电子供体、和/或以亚铁离子和有机物为电子供体的混合营养型反应器。这两种混合营养型反应器可提供还原硝酸盐氮所需的电子供体，同时抑制亚硝酸盐氮的还原，逐渐将反应器中的全程反硝化菌属筛选并淘洗出反应器，实现亚硝酸盐氮稳定积累，为厌氧氨氧化工艺提供稳定的基质。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，具体为：
在反应器中接种长期运行的异养短程反硝化污泥，进行周期循环运行，每个运行周期包括进水、反应、闲置和排水；每个运行周期的进水中均加入电子供体硫化物或亚铁离子和有机物，构建混合营养型反应器，实现亚硝酸盐氮稳定积累。
优选地，以硫化物和有机物为电子供体的混合营养型反应器中，反硝化中1/3.9～1/4.2的电子由硫化物提供，其余电子由有机物提供；以亚铁离子和有机物为电子供体的混合营养型反应器中，反硝化中1/4～1/2的电子由亚铁离子提供，其余电子由有机物提供。
优选地，所述硫化物与硝酸盐氮的摩尔比为1：3.9～4.2；亚铁离子与硝酸盐氮的摩尔比为1：1～2；有机物(COD)与硝酸盐氮的摩尔比为2～3：1。
优选地，所述硫化物由Na2S·9H2O提供，其余硫化物也可以实现本申请的效果；所述亚铁离子由FeCl2·4H2O和硫酸亚铁中的至少一种提供，其余物质也可实现本申请的效果。
优选地，所述有机物为乙酸钠、葡萄糖和甲醇中的至少一种。
优选地，所述混合营养型反应器中，控制进水硝酸盐氮浓度为30～110mg/L，温度为20～30℃，pH为6.8～9.4。
优选地，所述反应器为序批式反应器(SBR)。
优选地，所述混合营养型反应器中，混合液悬浮固体浓度(MLSS)为8000～8500mg/L(占反应器的有效体积)。
优选地，所述每个运行周期中反应的时间为120～210min，闲置的时间为24h。
优选地，所述每个运行周期中排水量为50～70％。
硫化物和亚铁离子是黑臭底泥中的污染物，同时硫铁矿也含有丰富的硫化物和亚铁离子。本发明将其作为电子供体，构建以硫化物和有机物为电子供体、和/或以亚铁离子和有机物为电子供体的混合营养型反应器。这种混合营养型反应器通过抑制亚硝酸盐还原酶的活性，使得全程反硝化菌被筛选并淘洗出反应器。而以亚硝酸盐氮为产物的短程反硝化菌则成为系统的优势菌属，使得反应器中的亚硝酸盐氮不被继续还原为氮气，最终达到亚硝酸盐氮稳定积累的目的。所述以硫化物和有机物为电子供体的混合营养型短程反硝化反应器中，在出水中硝酸盐氮的去除率为99％的基础上，每个运行周期闲置24h后亚硝酸盐氮积累率比异养短程反硝化(仅有机物作为电子供体)提高了19.42％-49.37％；所述以亚铁离子和有机物为电子供体的混合营养型短程反硝化反应器中，在出水中硝酸盐氮的去除率为75％-99％的基础上，每个运行周期闲置24h后亚硝酸盐氮积累率比异养短程反硝化(仅有机物作为电子供体)提高了47.11％-84.15％。在为厌氧氨氧化工艺提供稳定的亚硝酸盐氮的同时实现了可溶性硫化物和亚铁离子的共同去除。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1)本发明提供了一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，通过不同电子供体混合营养型反应器来抑制亚硝酸盐还原酶的活性并将全程反硝化菌淘选出反应器，使得在每个周期反应停止24h后，亚硝酸盐氮积累对比传统异养短程反硝化提高了19.42％-84.15％，为厌氧氨氧化工艺提供稳定的基质；
2)本发明提供的方法，相比异养短程反硝化能节省部分的碳源投加，一定程度上降低了碳排放；并且全程厌氧运行，具有能耗低、运行成本低等特点；
3)本发明将硫化物和亚铁离子作为电子供体，在为厌氧氨氧化工艺提供稳定的亚硝酸盐氮的同时实现了可溶性硫化物和亚铁离子的共同去除。
附图说明
图1为是本发明构建的以硫化物和有机物为电子供体的混合营养反应器(反硝化中1/4的电子由硫化物提供，其余电子由有机物提供)与空白对照组(有机物)闲置24h后亚硝酸盐氮积累率的对比图。其中，亚硝酸盐氮积累率(％)＝(出水的亚硝酸盐氮浓度-闲置24h后亚硝酸盐氮浓度)/出水亚硝酸盐氮浓度*100％。
图2是本发明构建的以亚铁离子和有机物为电子供体的混合营养反应器(反硝化中1/4的电子由亚铁离子提供，其余电子由有机物提供)与空白对照组(有机物)闲置24h后亚硝酸盐氮积累率的对比图。其中，亚硝酸盐氮积累率(％)＝(出水的亚硝酸盐氮浓度-闲置24h后亚硝酸盐氮浓度)/出水亚硝酸盐氮浓度*100％。
图3是本发明构建的以亚铁离子和有机物为电子供体的混合营养反应器(反硝化中1/2的电子由亚铁离子提供，其余电子由有机物提供)与空白对照组(有机物)闲置24h后亚硝酸盐氮积累率的对比图。其中，亚硝酸盐氮积累率(％)＝(出水的亚硝酸盐氮浓度-闲置24h后亚硝酸盐氮浓度)/出水亚硝酸盐氮浓度*100％。
图4是对比例1构建的以硫化物和有机物为电子供体的混合营养反应器(反硝化中1/2的电子由硫化物提供，其余电子由有机物提供)与空白对照组(有机物)闲置24h后亚硝酸盐氮积累率的对比图。其中，亚硝酸盐氮积累率(％)＝(出水的亚硝酸盐氮浓度-闲置24h后亚硝酸盐氮浓度)/出水亚硝酸盐氮浓度*100％。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例中所述硫化物由Na2S·9H2O提供，所述亚铁离子由FeCl2·4H2O提供。
本发明实施例中的种泥为实验室长期运行的异养短程反硝化污泥，污泥浓度MLSS为8000-8500mg/L。长期实验中硝酸盐氮平均还原率大于98％，亚硝酸盐氮平均积累率为83.8％。本发明中所采用的反应器为序批式反应器(SBR)，反应器有效体积是5L，反应器上方部安装搅拌装置，保证泥水混合均匀，出水通过排水口排水，排水比为70％。试验用水为人工模拟废水，空白对照组控制硝酸盐氮浓度为100±10mg/L，COD(乙酸钠)浓度为400±20mg/L，温度为20-25℃，pH为8.9-9.2，每周期分为进水(5min)、反应(70min)、闲置(24h)、排水(5min)。
实施例1
将反硝化中1/4的电子供体由空白对照组中的有机物替换为硫化物，从而构建以硫化物和有机物为电子供体的混合营养反应器，此时硫化物与硝酸盐氮的摩尔比为1：4。首先，将污泥进行2次清洗处理，以排除反应器中一些杂质的干扰。本实施例运行8个周期，每周期分为进水(5min)、反应(120min)、闲置(24h)、排水(5min)。实验组与空白对照组硝酸盐氮还原率均在98％以上。相较于空白对照组，每个周期中闲置24h后实验组的亚硝酸盐氮积累率提高了19.42～49.37％。
实施例2
将反硝化中1/4的电子供体由有机物替换为亚铁离子，从而构建以亚铁离子和有机物为电子供体的混合营养反应器，此时亚铁离子与硝酸盐氮的摩尔比为1：2。首先，将污泥进行2次清洗处理，以排除反应器中一些杂质的干扰。本实施例运行8个周期，每周期分为进水(5min)、反应(150min)、闲置(24h)、排水(5min)。实验组与空白对照组硝酸盐氮还原率均在98％以上。相较于空白对照组，每个周期中闲置24h后实验组的亚硝酸盐氮积累率提高了47.11～81.74％。
实施例3
将反硝化中1/2的电子供体由有机物替换为亚铁离子，从而构建以亚铁离子和有机物为电子供体的混合营养反应器，此时亚铁离子与硝酸盐氮的摩尔比为1：1。首先，将污泥进行2次清洗处理，以排除反应器中一些杂质的干扰。每天运行一个周期，每周期分为进水(5min)、反应(210min)、闲置(24h)、排水(5min)。实验组硝酸盐氮还原率为75～90％，空白对照组硝酸盐氮还原率大于98％。相较于空白对照组，每个周期中闲置24h后实验组的亚硝酸盐氮积累率提高了50.54～84.15％。
对比例1
将反硝化中1/2的电子供体由有机物替换为硫化物，从而构建以硫化物和有机物为电子供体的混合营养反应器，此时硫化物与硝酸盐氮的摩尔比为1：2。首先，将污泥进行2次清洗处理，以排除反应器中一些杂质的干扰。每天运行一个周期，每周期分为进水(5min)、反应(180min)、闲置(24h)、排水(5min)。实验组硝酸盐氮还原率为60～85％，空白对照组硝酸盐氮还原率大于98％。相较于空白对照组，每个周期中闲置24h后实验组的亚硝酸盐氮积累率降低了0.89～24.28％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，其特征在于，在反应器中接种长期运行的异养短程反硝化污泥，进行周期循环运行，每个运行周期包括进水、反应、闲置和排水；每个运行周期的进水中均加入电子供体硫化物或亚铁离子和有机物，构建混合营养型反应器，实现亚硝酸盐氮稳定积累；
以硫化物和有机物为电子供体的混合营养型反应器中，反硝化中 1/3.9～1/4.2 的电子由硫化物提供，其余电子由有机物提供；以亚铁离子和有机物为电子供体的混合营养型反应器中，反硝化中 1/4～1/2 的电子由亚铁离子提供，其余电子由有机物提供；所述硫化物与硝酸盐氮的摩尔比为 1：3.9～4.2；亚铁离子与硝酸盐氮的摩尔比为 1：1～2；
所述每个运行周期中反应的时间为 120～210min，闲置的时间为 24h。
2.根据权利要求 1 所述一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，其特征在于，有机物与硝酸盐氮的摩尔比为 2～3：1。
3.根据权利要求 1 所述一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，其特征在于，所述混合营养型反应器中，混合液悬浮固体浓度为 8000～8500 mg/L。
4.根据权利要求 1 所述一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，其特征在于，所述混合营养型反应器中，控制进水硝酸盐氮浓度为 30～110 mg/L，温度为 20℃，pH 为 6.8～9.4。
5.根据权利要求 1 所述一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，其特征在于，所述有机物为乙酸钠、葡萄糖和甲醇中的至少一种。
6.根据权利要求 1 所述一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，其特征在于，所述硫化物由 Na2S·9H2O 提供；所述亚铁离子由FeCl2·4H2O 和硫酸亚铁中的至少一种提供。
7.根据权利要求 1 所述一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，其特征在于，所述每个运行周期中排水量为 50～70%。
8.根据权利要求 1 所述一种基于混合营养的短程反硝化中亚硝酸盐氮稳定积累的方法，其特征在于，所述反应器为序批式反应器。
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