CN115650425A - 一种室温下采用活性污泥培育厌氧氨氧化颗粒污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室温下采用活性污泥培育厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，属于污水处理技术领域。本发明在室温条件下，通过进水组分及运行条件的有效调控，使好氧活性污泥驯化为厌氧氨氧化颗粒污泥，大大加快了厌氧氨氧化颗粒污泥的培养速度。本发明运行条件为室温，无需对进水进行加热，可大大降低能耗以及运行成本。本发明无需接种厌氧氨氧化菌，在启动时仅需一次性接种好氧活性污泥，泥源广泛，易于工程应用和推广。
Description
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种室温下采用活性污泥培育厌氧氨氧化颗粒污泥的方法。
背景技术
传统污水生物脱氮工艺因曝气能耗大、消耗碱度、碳源不足、污泥产量大、流程复杂，以及产生大量温室气体(CO2、CH4和N2O)等严重制约了其在水环境污染防治领域的应用。厌氧氨氧化技术由于其显著的脱氮性能及无需外加有机碳源的优势得到广泛关注。但其含量及丰度较低，并且倍增时间长、难富集(约11d左右)，导致该工艺难以快速启动，限制了其实际应用。富集培养厌氧氨氧化菌(AAOB)成为解决问题的关键，而形成厌氧氨氧化颗粒则是攻克该难题的有效途径之一。
目前已有研究采用普通活性污泥、亚硝化污泥、硝化污泥、反硝化污泥、厌氧颗粒污泥、厌氧絮状污泥、工业来源污泥以及以上污泥的混合物成功培育Anammox颗粒污泥。然而其在实际应用中存在一定限制因素，例如反应器运行需要维持中高温度，使运行成本大大增加；另外很大一部分方法需要接种Anammox污泥以缩短启动时间，尽管采用含有厌氧氨氧化菌(AAOB)的Anammox污泥作为接种物可以加快颗粒污泥形成过程，但在实际污水处理中接种价格昂贵的Anammox污泥是不切实际的。有研究表明利用高无机盐浓度产生的盐沉淀作为厌氧氨氧化菌聚集的促进剂，可促进厌氧氨氧化颗粒污泥的形成。带正电的无机盐离子(如Ca2+、Mg2+等)可通过与带负电的厌氧氨氧化菌表面相结合促进厌氧氨氧化颗粒的形成，同时形成的无机盐沉淀也可作为厌氧氨氧化颗粒形成的凝结核。基于此，本发明的目的是在室温下以好氧活性污泥为种泥，通过调控无机盐浓度来促进厌氧氨氧化颗粒污泥的形成，以提高培育速度并降低运行能耗。
发明内容
本发明的目的在于针对厌氧氨氧化菌倍增时间长、难以富集、对环境敏感等缺点，提供一种室温下采用活性污泥培育厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，以降低能耗。
本发明为适合于低有机碳源的城市主流污水脱氮处理的厌氧氨氧化颗粒污泥的培育方法，包括进水配置方法、种泥选用、反应器避光保护和运行方法。
本发明的技术方案：
一种室温下采用活性污泥培育厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，包括以下步骤：
(1)启动前向反应器中一次性仅投加好氧活性污泥；并使接种的污泥在反应器中的浓度MLSS不低于2000mg/L；
(2)采用连续流进水方式，模拟废水通过进水口泵入厌氧反应器；进水基质组成为：(NH4)2SO4 40-60mg/L、NaNO2 40-60mg/L、NaHCO3 2500-3000mg/L、CaCl2.2H2O 60-200mg/L、MgSO4.7H2O 150-300mg/L、KH2PO4 50-100mg/L及微量元素I1mL/L和微量元素II1mL/L；
微量元素I：FeSO4.7H2O 5000mg/L、EDTA 5000mg/L；
微量元素II：EDTA 15000mg/L、ZnSO4.7H2O 430mg/L、CoCl2.6H2O 240mg/L、MnCl2.4H2O 990mg/L、CuSO4.5H2O 250mg/L、NiCl2.6H2O 190mg/L、H3BO314mg/L；
(3)采用室温条件下运行，采用连续流进水方式，启动过程根据运行性能调整水力停留时间以改变氮负荷，在遮光密闭的条件下，对厌氧氨氧化菌进行富集。
在步骤(2)中添加CaCl2.2H2O和MgSO4.7H2O使钙和镁的浓度分别保持在14-50和18-30mg/L，以提供颗粒污泥的凝结核，促进厌氧氨氧化颗粒污泥的形成。
在步骤(3)中反应器运行温度为18-28℃；厌氧反应阶段每隔1.5h搅拌3-5min。
根据对NH4 +-N的去除效果，启动过程分为四个阶段：菌体自溶阶段、活性迟滞阶段、过渡阶段和活性提升阶段；前两个阶段的污泥负荷保持在0.05-0.06kg N/kg MLSS/d，后两阶段的污泥负荷保持在0.2-0.3kg N/kg MLSS/d。
本发明的有益效果：
(1)本发明运行条件为室温，无需对进水进行加热，可大大降低能耗，以及运行成本。
(2)本发明在启动时无需加入厌氧氨氧化菌，仅需一次性接种好氧活性污泥，泥源广泛，易于工程应用和推广。
(3)启动阶段逐步提高氮负荷，加快了厌氧氨氧化菌的驯化与富集。
(4)进水中的钙镁离子形成的沉淀可作为形成厌氧氨氧化颗粒污泥的的凝结核，再通过EPS及丝状菌的作用形成厌氧氨氧化细胞团簇，进而形成厌氧氨氧化颗粒污泥。
附图说明
图1是反应器各阶段进出水氨氮浓度变化。
图2是反应器各阶段进出水亚硝浓度变化。
图3是反应器各阶段进出水硝氮浓度变化。
图4是反应器各阶段进出水总氮浓度变化。
图5反应器第四阶段颗粒污泥电镜图。
具体实施方式
结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例
本发明提供了一种室温下采用活性污泥培育厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，具体步骤如下：
(1)接种污泥
实验接种污泥取自大连市春柳河污水处理厂好氧活性污泥，在反应器中的浓度MLSS不低于2000mg/L。
(2)培养液的组成成分
实验用水采用人工模拟废水，进水基质由(NH4)2SO4和NaNO2提供，氨氮浓度和亚硝态氮浓度维持在50mg/L以下。进水其余成分为KH2PO4、MgSO4.7H2O、CaCl2.2H2O、NaHCO3及微量元素见表1和表2。
表1模拟废水水质
表2微量元素表
(3)运行参数设计
反应器在室温(18-28℃)下运行，pH控制在7.7-8.5之间，且反应器严格避光。实验采用连续流进、出水方式运行，每1.5h搅拌3-5min，转速不高于150r/min。
(4)运行结果
根据对NH4 +-N的去除效果，启动过程可分为四个阶段：菌体自溶阶段、活性迟滞阶段、过渡阶段和活性提升阶段。
根据出水氨氮浓度调节水力停留时间(24h→13h→8h)，根据总氮去除情况调节钙镁离子含量。
Anammox工艺启动初期为菌体自溶阶段(污泥转化阶段)(1-42d)；水力停留时间设置为24h。钙镁离子浓度分别设置为14-25mg/L和18-20mg/L。好氧活性污泥首先以内源反硝化为主；由于环境条件的变化，接种污泥中的非适应细菌容易发生细胞裂解，导致出水氨氮浓度升高。
随后进入活性迟滞阶段(42-70d)，在此阶段，水力停留时间设置为13h，钙镁离子浓度保持不变，出水NH4 +-N浓度呈逐渐降低的趋势，但出水NO2 --N浓度仅轻微降低，在这一阶段没有观察到NH4 +-N和NO2 --N的同步去除现象。
在过渡阶段(70-124d)，根据出水NH4 +-N浓度，缩短水力停留时间至8h，且提升钙镁离子浓度分别置25-35mg/L和20-25mg/L。出水NH4 +-N和NO2 --N逐渐降低，且同步去除趋势逐渐增强，脱氮率开始提高，反应器内污泥颜色转为黄褐色。
活性提升阶段(124-180d)，提升钙镁离子浓度置35-50mg/L和25-30mg/L。NH4 +-N和NO2 --N同步下降趋势明显，同时，反应器中出现红色颗粒污泥。
通过扫描电子显微镜(SEM)观察形成的污泥颗粒的结构。在颗粒表面观察到嵌在胞外聚合物(EPS)中的球形细胞，颗粒主要具有高度致密性，具有孔隙和不规则表面。
经180天的运行，反应器内污泥颜色转为黄褐色，NH4 +-N、NO2 --N和TN-N去除率分别达到70％、60％和50％，同时，反应器中出现大量红色颗粒污泥，厌氧氨氧化颗粒污泥成功培育。
Claims (5)
1.一种室温下采用活性污泥培育厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)启动前向反应器中一次性仅投加好氧活性污泥；并使接种的污泥在反应器中的浓度MLSS不低于2000mg/L；
(2)采用连续流进水方式，模拟废水通过进水口泵入厌氧反应器；进水基质组成为：(NH4)2SO4 40-60mg/L、NaNO2 40-60mg/L、NaHCO3 2500-3000mg/L、CaCl2.2H2O 60-200mg/L、MgSO4.7H2O 150-300mg/L、KH2PO4 50-100mg/L及微量元素I1mL/L和微量元素II 1mL/L；
微量元素I：FeSO4.7H2O 5000mg/L、EDTA 5000mg/L；
微量元素II：EDTA 15000mg/L、ZnSO4.7H2O 430mg/L、CoCl2.6H2O 240mg/L、MnCl2.4H2O990mg/L、CuSO4.5H2O 250mg/L、NiCl2.6H2O 190mg/L、H3BO314mg/L；
(3)采用室温条件下运行，采用连续流进水方式，启动过程根据运行性能调整水力停留时间以改变氮负荷，在遮光密闭的条件下，对厌氧氨氧化菌进行富集。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中添加CaCl2.2H2O和MgSO4.7H2O使钙和镁的浓度分别保持在14-50和18-30mg/L，以提供颗粒污泥的凝结核，促进厌氧氨氧化颗粒污泥的形成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中反应器运行温度为18-28℃；厌氧反应阶段每隔1.5h搅拌3-5min。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据对NH4 +-N的去除效果，启动过程分为四个阶段：菌体自溶阶段、活性迟滞阶段、过渡阶段和活性提升阶段；前两个阶段的污泥负荷保持在0.05-0.06kg N/kg MLSS/d，后两阶段的污泥负荷保持在0.2-0.3kg N/kgMLSS/d。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据对NH4 +-N的去除效果，启动过程分为四个阶段：菌体自溶阶段、活性迟滞阶段、过渡阶段和活性提升阶段；前两个阶段的污泥负荷保持在0.05-0.06kg N/kg MLSS/d，后两阶段的污泥负荷保持在0.2-0.3kg N/kg MLSS/d。
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