申请日2018.09.04
公开(公告)日2019.01.08
IPC分类号C02F3/28; C02F101/16
摘要
本发明实施例提供了甜菜碱在缓解高浓度游离亚硝酸对厌氧氨氧化污泥活性的抑制中的应用;其特征在于，所述高浓度游离亚硝酸范围为11～34μg/L。利用甜菜碱作为添加剂，使得厌氧氨氧化工艺在应对高浓度游离亚硝酸抑制时能够快速恢复厌氧氨氧化活性，提高氮去除速率(NRR)和总氮(TN)去除率。该方法不仅简化了污水处理流程，节约了基建投资和运行费用，而且有效缩短了厌氧氨氧化污泥驯化的时间，节约了时间成本。同时，该方法在处理废水时应对游离氨波动具有更好地稳定性。此外，甜菜碱生产成本低廉，原料易得，其使用不仅节约了处理费用，而且也达到了生态环保的目的。
1.甜菜碱在缓解高浓度游离亚硝酸对厌氧氨氧化污泥活性的抑制中的应用;其特征在于，所述高浓度游离亚硝酸的范围为11～34μg/L。
2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，在厌氧氨氧化主体反应器启动后，将所述高浓度游离亚硝酸的废水输送至厌氧氨氧化主体反应器内进行厌氧氨氧化处理，所述厌氧氨氧化处理的条件包括：
厌氧氨氧化主体反应器内含有厌氧氨氧化污泥及甜菜碱。
3.如权利要求2所述的用途，其特征在于，厌氧氨氧化主体反应器内厌氧氨氧化污泥的总污泥浓度为8000～10000mg/L。
4.如权利要求2所述的用途，其特征在于，厌氧氨氧化主体反应器内甜菜碱的浓度为1～5mmol/L。
5.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述厌氧氨氧化处理的条件还包括：进入厌氧氨氧化主体反应器内的废水的NH4+-N浓度为130mg/L，NH4+-N和NO2--N摩尔比为1:1.32。
6.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述厌氧氨氧化处理的条件还包括：控制厌氧氨氧化主体反应器内温度为30～35℃，pH值为7.0～8.2。
7.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述厌氧氨氧化处理包括：将上述高浓度游离亚硝酸的废水输送至厌氧氨氧化主体反应器内后，控制水力停留时间为2～20h。
8.如权利要求2所述的用途，其特征在于，厌氧氨氧化主体反应器通过以下方式启动：
将启动用废水通过进水泵从厌氧氨氧化主体反应器底部泵入，控制水力停留时间为2～20h，回流泵控制回流比为1:1;
所述启动用废水中，NH4+-N和NO2--N摩尔比为1:1.32，pH值为7.0～8.2;厌氧氨氧化主体反应器内的厌氧氨氧化污泥初始污泥浓度为12000mg/L;厌氧氨氧化主体反应器内的温度为30～35℃;
连续处理启动用废水，启动初期控制启动用废水中的NH4+-N浓度为50～70mg/L，连续处理至出水中NH4+-N和NO2--N浓度均低于10mg/L时，将NH4+-N的浓度提高10mg/L，直至启动用废水中NH4+-N浓度为130mg/L，控制反应器内游离亚硝酸浓度低于11μg/L，完成厌氧氨氧化主体反应器的启动。
9.如权利要求8所述的用途，其特征在于，每升启动用废水中含有：CaCl2·2H2O0.0056g，MgSO4·7H2O 0.3g，KHCO3 1.25g，KH2PO4 0.01g，微量元素溶液Ⅰ、Ⅱ各1mL;
其中，所述微量元素溶液Ⅰ中，每升含有：EDTA 15g和FeSO4 5g;所述微量元素溶液Ⅱ中，每升含有：EDTA 15g，ZnSO4·7H2O 0.43g，CoCl2·6H2O 0.24g，MnCl2·4H2O 0.99g，CuSO4·5H2O 0.25g，Na2MoO4·2H2O 0.22g和NiCl2·6H2O 0.19g。
10.如权利要求2-9中任一项所述的用途，其特征在于，所述厌氧氨氧化主体反应器自上而下设置出水口、回流口、第一取样口、第二取样口、第三取样口和进水口;主体反应器内设置有加热棒和pH计;主体反应器上部设有三项分离器、碱液瓶和气体流量计;主体反应器内放置有改性聚乙烯填料。
说明书
甜菜碱在缓解高浓度游离亚硝酸对厌氧氨氧化污泥 活性的抑制中的应用
技术领域
本发明涉及厌氧氨氧化技术领域，特别是涉及甜菜碱在缓解高浓度游离亚硝酸对厌氧氨氧化污泥活性的抑制中的应用。
背景技术
厌氧氨氧化过程在氮循环中起着重要作用，在各种缺氧生态系统中，如海洋、地下水，甚至在南极洲的厌氧氨氧化现象均已经被广泛地研究。与传统硝化反硝化过程相比，厌氧氨氧化工艺的应用减少了对外源碳源的需求，降低了污泥产量，且运行成本低，该工艺已被越来越多地用于处理垃圾渗滤液等高氨氮废水以及城市污水中。
厌氧氨氧化反应的化学方程式为：
NH4++1.32NO2-+0.066HCO3-+0.13H+→
1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O 化学方程式1
尽管如此，厌氧氨氧化工艺的应用仍受到实际废水的复杂性(例如，组分和负荷的波动)的限制以及底物(氨氮和亚硝态氮)和盐度等的抑制。有研究表明，亚硝酸盐浓度在一定的阈值以上时会对厌氧氨氧化产生明显的抑制作用，且亚硝酸盐的抑制阈值低于氨氮的抑制阈值。换言之，与氨氮抑制相比，厌氧氨氧化更易受到亚硝酸盐抑制。而最新的研究表明，厌氧氨氧化的亚硝酸盐抑制不是由亚硝酸盐本身引起的，而是由游离亚硝酸(FNA)引起的。其中，FNA浓度的计算公式如下：
其中，FNA为游离亚硝酸浓度，[NO2--N]为NO2--N浓度，T为温度。
从上述公式可以看出，FNA浓度是温度，pH值与NO2--N浓度三者的函数，在恒定温度与pH值的条件下，FNA浓度和NO2--N的浓度呈正的线性相关性。
FNA能够抑制活性污泥中不同微生物种群的呼吸作用与细胞增殖。研究表明，FNA对厌氧氨氧化污泥的半失活抑制浓度为11μg/L，而当FNA浓度为1.5μg/L时即可导致厌氧氨氧化污泥活性下降以致系统失稳。当FNA浓度降低到0.5μg/L时，厌氧氨氧化系统才得以逐渐恢复。
虽然，通过降低进水中NO2--N的浓度和增加水力停留时间，可以在一定程度上有效地恢复厌氧氨氧化细菌的脱氮性能，但在受到FNA严重抑制时，厌氧氨氧化细菌再次应对FNA的耐受性会明显下降，由高浓度FNA引起的厌氧氨氧化污泥活性的抑制是不可逆的，且该方法在工程规模实践上由于场地限制往往难以实现。而通过逐渐驯化虽可在一定程度上改变厌氧氨氧化污泥对抑制毒性的耐受性，但是往往耗时太长，效率较低。此外，高氨氮工业废水的波动性大，更加大了应对FNA抑制的难度。因此，在厌氧氨氧化工艺中如何提供一种高效稳定的方法，使其在应对高浓度游离亚硝酸抑制厌氧氨氧化污泥活性时快速恢复其活性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
甜菜碱又称三甲铵乙内酯或三甲基甘氨酸，化学式为C5H11NO2，广泛存在于耐盐细菌和植物中，是一类有效的兼容性物质，同时也是一种生物碱，在维持细胞渗透压和缓解盐胁迫方面有明显作用，因此，能提高微生物菌群在低温、干旱、高盐度等不利环境下的适应能力。当前，甜菜碱已经可以通过化学方法合成，生产成本低廉，适用于大规模生产。
发明内容
发明人通过对厌氧氨氧化工艺的研究，发现甜菜碱作为添加剂能够缓解高浓度游离亚硝酸对厌氧氨氧化污泥活性的抑制;并基于此完成了本发明。
本发明首先提供了甜菜碱在缓解高浓度游离亚硝酸对厌氧氨氧化污泥活性的抑制中的应用，其中，所述高浓度游离亚硝酸的范围为11～34μg/L。
可选的，在厌氧氨氧化主体反应器启动后，将所述高浓度游离亚硝酸的废水输送至厌氧氨氧化主体反应器内进行厌氧氨氧化处理，所述厌氧氨氧化处理的条件包括：厌氧氨氧化主体反应器内含有厌氧氨氧化污泥及甜菜碱。
可选的，厌氧氨氧化主体反应器内厌氧氨氧化污泥的总污泥浓度为8000～10000mg/L。
可选的，厌氧氨氧化主体反应器内甜菜碱的浓度为1～5mmol/L。
可选的，所述厌氧氨氧化处理的条件还包括：进入厌氧氨氧化主体反应器内的废水的氨氮(NH4+-N)浓度为130mg/L，NH4+-N和亚硝态氮(NO2--N)摩尔比为1:1.32。
需要说明的是，所述废水中的NH4+-N和NO2--N浓度分别通过添加NH4Cl和NaNO2进行配置;根据化学方程式1可知，当废水中的NH4+-N和NO2--N摩尔比为1:1.32时，反应器内的厌氧氨氧化反应效果达到最佳。
可选的，所述厌氧氨氧化处理的条件还包括：控制厌氧氨氧化主体反应器内温度为30～35℃，pH值为7.0～8.2。
可选的，所述厌氧氨氧化处理包括：将上述高浓度游离亚硝酸的废水输送至厌氧氨氧化主体反应器内后，控制水力停留时间为2～20h。
可选的，厌氧氨氧化主体反应器通过以下方式启动：将启动用废水通过进水泵从厌氧氨氧化主体反应器底部泵入，控制水力停留时间为2～20h，回流泵控制回流比为1:1;所述启动用废水中，NH4+-N和亚硝态氮(NO2--N)摩尔比为1:1.32，pH值为7.0～8.2;厌氧氨氧化主体反应器内的厌氧氨氧化污泥初始污泥浓度为12000mg/L;厌氧氨氧化主体反应器内的温度为30～35℃;连续处理启动用废水，启动初期控制启动用废水中的NH4+-N浓度为50～70mg/L，连续处理至出水中NH4+-N和NO2--N浓度均低于10mg/L时，将NH4+-N的浓度提高10mg/L，直至启动用废水中NH4+-N浓度为130mg/L，控制反应器内游离亚硝酸浓度低于11μg/L，完成厌氧氨氧化主体反应器的启动。需要说明的是，本发明所用的启动用废水中的NH4+-N和NO2--N浓度通过添加NH4Cl和NaNO2进行配置。本发明所采用的厌氧氨氧化污泥可以取自已有的运行良好的厌氧氨氧化中试反应器，厌氧氨氧化污泥含有的自养型厌氧氨氧化菌可以通过生物化学反应，将废水中所含有的氨氮转化为氮气去除。在本发明中，所述游离亚硝酸的浓度控制是基于公式1通过调节pH值和温度而实现的;所述的启动初期从首次向厌氧氨氧化主体反应器输入NH4+-N浓度为50～70mg/L的启动用废水开始，直到NH4+-N浓度为50～70mg/L的启动用废水经厌氧氨氧化主体反应器处理后，出水中NH4+-N和NO2--N浓度均低于10mg/L时为止。
可选的，每升启动用废水中含有：CaCl2·2H2O 0.0056g，MgSO4·7H2O 0.3g，KHCO31.25g，KH2PO4 0.01g，微量元素溶液Ⅰ、Ⅱ各1mL;其中，所述微量元素溶液Ⅰ中，每升含有：EDTA 15g和FeSO4 5g;所述微量元素溶液Ⅱ中，每升含有：EDTA 15g，ZnSO4·7H2O 0.43g，CoCl2·6H2O 0.24g，MnCl2·4H2O 0.99g，CuSO4·5H2O 0.25g，Na2MoO4·2H2O 0.22g和NiCl2·6H2O 0.19g。
可选的，所述厌氧氨氧化主体反应器自上而下设置出水口、回流口、第一取样口、第二取样口、第三取样口和进水口;主体反应器内设置有加热棒和pH计;主体反应器上部设有三项分离器、碱液瓶和气体流量计;主体反应器内放置有改性聚乙烯填料。
本发明实施例提供的甜菜碱在缓解高浓度游离亚硝酸对厌氧氨氧化污泥活性的抑制中的应用，利用甜菜碱作为添加剂，使得厌氧氨氧化工艺在应对高浓度游离亚硝酸抑制时能够快速恢复厌氧氨氧化活性，提高氮去除速率(NRR)和总氮(TN)去除率。该方法不仅简化了污水处理流程，节约了基建投资和运行费用，而且有效缩短了厌氧氨氧化污泥驯化的时间，节约了时间成本。同时，该方法在处理废水时应对游离氨波动具有更好地稳定性。此外，甜菜碱生产成本低廉，原料易得，其使用不仅节约了处理费用，而且也达到了生态环保的目的。
