申请日2015.02.04
公开(公告)日2015.05.13
IPC分类号C02F3/34; C02F3/28
摘要
一种快速稳定启动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝化系统的方法，通过三步法分阶段控制生态因子，分别创造了利于硫-自养硝酸盐型微生物、兼养硝酸盐型微生物和兼养亚硝酸盐型微生物活性提高的厌氧环境，促进不同功能菌群的快速形成，降低微生物群落的复杂程度。本发明的启动方法利于脱硫反硝化工艺在高负荷条件下的稳定运行，并且降低了启动时间，增强了系统稳定性，系统启动后，硫化物和亚硝酸盐的去除率可快速达到100%，有机物的去除率可达90%以上，单质硫的产率高，始终保持在80%以上，利于单质硫的后续高效回收，实现废物资源化。
权利要求书
1.一种快速稳定启动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝化系统的方法，包括以下 步骤：
步骤一、驯化硫-自养反硝化微生物：将厌氧活性污泥与填料混合后放入升 流式厌氧反应器内，采用间歇进水方式，通入含有NO3-和S2-的无机废水，所述 无机废水中NO3-的浓度以N计为20mg/L-100mg/L，S2-的浓度以S计为 80mg/L-300mg/L，pH值为7.0-9.0，温度为20℃-35℃，每24h进水2L-4L，每 次进水时间为0.1h-2h，出水回流使得反应器内上升流速为0.1m/h-4m/h，当NO3-和S2-去除率分别达到90%以上时，完成硫-自养微生物膜的形成;
步骤二、促进硫-自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的共同作用：采用 间歇进水方式，继续通入含有NO3-和S2-的废水，并加入含碳有机物，其中NO3-的浓度以N计为20mg/L-100mg/L，S2-的浓度以S计为80mg/L-300mg/L，含碳 有机物浓度以C计为30mg/L-200mg/L，pH值为6.5-8.5，温度为20℃-35℃，每 24h进水1L-4L，每次进水时间为0.5h-3h，出水回流使得反应器内上升流速为 0.1m/h-4m/h，当NO3-和S2-去除率分别达到90%以上且含碳有机物去除率达到 80%以上时，完成硫-自养微生物和异养微生物生物膜的形成;
步骤三、促进亚硝酸盐型脱硫反硝化微生物的活性：通入含有NO3-、S2-、 含碳有机物和NO2-的废水，并将进水方式从间歇进水改为连续进水，废水进水 中S2-的浓度以S计为80mg/L-300mg/L，含碳有机物浓度以C计为 30mg/L-200mg/L，控制废水进水中NO2-的浓度梯度增大并同时控制NO3-的浓度 梯度降低，所述NO2-的浓度梯度增大是指NO2-以N计每次按照10mg/L-30mg/L 的梯度增加，最高以100mg/L为限，所述NO3-的浓度梯度降低是指以N计每次 按照10mg/L-30mg/L的梯度降低，最终降低到0mg/L，pH值为7.0-9.0，温度为 20℃-35℃，出水回流使得反应器内上升流速为0.1m/h-2m/h，水力停留时间为 6h-24h。
2.根据权利要求1所述的快速稳定启动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝化系 统的方法，其特征在于：所述控制废水进水中NO2-的浓度梯度增大并同时控制 NO3-的浓度梯度降低的条件为：每24h测量NO2-去除率，连续至少72h其波动 小于5%，可进入下一浓度梯度的操作。
3.根据权利要求1所述的快速稳定启动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝化系 统的方法，其特征在于：所述NO2-浓度梯度增大和NO3-浓度梯度降低至少为三 个梯度。
4.根据权利要求1所述的一种快速稳定启动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝 化系统的方法，其特征在于：步骤一中所述厌氧活性污泥取自市政污水处理厂 的曝气池或二沉池。
5.根据权利要求1所述的一种快速稳定启动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝 化系统的方法，其特征在于：步骤一中所述填料为海绵块或直径为2mm-4mm 的柱状活性炭。
6.根据权利要求1所述的一种快速稳定启动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝 化系统的方法，其特征在于：步骤二和步骤三中所述含碳有机物为葡萄糖或醋 酸钠。
说明书
一种快速稳定启动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝化系统的方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理系统的快速稳定启动方法，尤其涉及一种废水亚 硝酸盐型兼养脱硫反硝化系统的启动方法。
背景技术
发酵、制药、化工等行业持续排放的含氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐和硫酸盐 的废水，是水体生态平衡破坏的主要污染源之一。在水环境日益恶化的背景下， 该类废水的排放应严格控制，之前最好进行集中综合治理，以节约土地资源、 动力资源和人力资源，这就给废水处理技术研究带来了极大挑战。
含氮、硫废水的水质复杂多变，传统的物理化学处理方法能耗高、运行费 用高昂，污泥处置困难，而生物处理工艺通常被认为是经济可行的治理措施， 具有很好的发展潜力。常规的生物处理方法是对含氮和含硫化合物分别进行处 理。然而，单项废水处理方法的最终产物不仅无法实现回收再利用，而且会造 成二次污染，已经不能顺应废物综合治理及资源化的环保理念。
研究表明，脱硫反硝化菌可以在厌氧条件下利用硫化物和硝酸盐或亚硝酸 盐进行代谢，并且具有胞外聚硫的生理特性，从而为亚硝酸盐型脱硫反硝化工 艺提供了理论依据和实践基础。但是，该工艺的运行过程中存在一些难点问题： 对有机物的处理能力较低，当系统内有高浓度的有机碳时，自养与异养微生物 的作用平衡极易被破坏，活性污泥出现大范围死亡，更换反应器内活性污泥虽 然可以解决生物相崩溃的问题，但重新启动系统和驯化微生物所需时间较长; 脱硫反硝化阶段高浓度的硫化物对异养微生物还具有明显的抑制作用，导致系 统启动阶段多反复，去除效果不稳定;工业废水中在含有硝酸盐的同时还会含 有大量的亚硝酸盐，作为电子受体，硝酸盐和亚硝酸盐对电子供体有机物和硫 化物的竞争作用十分复杂，且硫-自养反硝化菌利用亚硝酸盐的速度慢，需要合 理控制环境条件，使自养反硝化微生物与异养反硝化微生物协同作用，才能达 到高效同步去除氮、碳、硫的目的。
因此，如何在高浓度亚硝酸盐抑制条件下，快速提高厌氧污泥的数量和活 性，促进微生物硫-自养脱硫反硝化和异养脱硫反硝化作用的稳定平衡发展，从 而快速启动兼养型脱硫反硝化系统，同时防止底物去除率的大区间波动，并且 保证单质硫的高转化率，成为该工艺在实际应用中必须首先攻克的难题。
发明内容
为解决现有兼养型脱硫反硝化系统内微生物活性低、群落种类复杂、优势 菌群不明显，从而导致启动速度慢，且启动后系统运行不稳定、易崩溃，造成 系统启动阶段多反复，去除效果不稳定等问题，本发明提供一种能快速稳定启 动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝化系统的方法，能达到系统稳定，自养与异养 反硝化微生物协同作用，高效同步去除氮、碳、硫的目的。
本发明的技术目的通过以下技术方案实现：
一种快速稳定启动废水亚硝酸盐型兼养脱硫反硝化系统的方法，包括以下 步骤：
步骤一、驯化硫-自养反硝化微生物：将厌氧活性污泥与填料混合后放入升 流式厌氧反应器内，采用间歇进水方式，通入含有NO3-和S2-的无机废水，所述 无机废水中NO3-的浓度以N计为20mg/L-100mg/L，S2-的浓度以S计为 80mg/L-300mg/L，pH值为7.0-9.0，温度为20℃-35℃，每24h进水2L-4L，每 次进水时间为0.1h-2h，出水回流使得反应器内上升流速为0.1m/h-4m/h，当NO3-和S2-去除率分别达到90%以上时，完成硫-自养微生物膜的形成;
步骤二、促进硫-自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的共同作用：采用 间歇进水方式，继续通入含有NO3-和S2-的废水，并加入含碳有机物，其中NO3-的浓度以N计为20mg/L-100mg/L，S2-的浓度以S计为80mg/L-300mg/L，含碳 有机物浓度以C计为30mg/L-200mg/L，pH值为6.5-8.5，温度为20℃-35℃，每 24h进水1L-4L，每次进水时间为0.5h-3h，出水回流使得反应器内上升流速为 0.1m/h-4m/h，当NO3-和S2-去除率分别达到90%以上且含碳有机物去除率达到 80%以上时，完成硫-自养微生物和异养微生物生物膜的形成;
步骤三、促进亚硝酸盐型脱硫反硝化微生物的活性：通入含有NO3-、S2-、 含碳有机物和NO2-的废水，并将进水方式从间歇进水改为连续进水，废水进水 中S2-的浓度以S计为80mg/L-300mg/L，含碳有机物浓度以C计为 30mg/L-200mg/L，控制废水进水中NO2-的浓度梯度增大并同时控制NO3-的浓度 梯度降低，所述NO2-的浓度梯度增大是指NO2-以N计每次按照10mg/L-30mg/L 的梯度增加，最高以100mg/L为限，所述NO3-的浓度梯度降低是指以N计每次 按照10mg/L-30mg/L的梯度降低，最终降低到0mg/L，pH值为7.0-9.0，温度为 20℃-35℃，出水回流使得反应器内上升流速为0.1m/h-2m/h，水力停留时间为 6h-24h。
进一步地，所述控制废水进水中NO2-的浓度梯度增大并同时控制NO3-的浓 度梯度降低的条件为：每24h测量NO2-去除率，连续至少72h其波动小于5%， 可进入下一浓度梯度的操作。
更进一步地，所述NO2-浓度梯度增大和NO3-浓度梯度降低至少为三个梯度。
本发明是在有机物、NO2-和S2-共存的条件下，采用分段控制生态因子的方 法，促进硫-自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的协调作用。第一阶段，硫- 自养反硝化微生物在无有机物的情况下，以S2-为电子供体，NO3-为电子受体， 生成S和N2，具体工艺原理见式(1);第二阶段，加入有机物后，异养反硝化 微生物逐渐驯化成功，利用有机物作为碳源和电子供体，将NO3-通过中间产物 NO2-，最终转化N2，具体原理详见式(2)和式(3)，此时，硫-自养反硝化微 生物可以分别利用NO3-和产生的NO2-发生脱硫反硝化反应，如式(1)和(4) 所示;第三阶段，以NO2-逐渐替代NO3-，系统内硫-自养微生物和异养反硝化微 生物协同作用，按照式(3)和式(4)所示，最终将有机物、S2-和NO2-转化为 二氧化碳CO2、S和N2。
由于高浓度NO2-对微生物有抑制作用，而在第二阶段中，异养反硝化生成 的NO2-一部分能够被异养反硝化菌继续利用，因此，NO2-对系统内微生物的抑 制作用降低，利于亚硝酸盐型脱硫反硝化微生物的驯化，以便顺利进入第三阶 段。
5S2-+2NO3-+12H+→5S+N2+6H2O (1)
NO3-+Org-C→NO2-+CO2+OH- (2)
8NO2-+Org-C+H2O→N2+OH-+CO2 (3)
3S2-+2NO2-+8H+→3S+N2+4H2O (4)
以上各式为兼养脱硫反硝化系统内发生的主要反应，但是也有少量如式(5) 和式(6)所示的副反应发生，尤其是生态因子控制不当，生成的S将继续被 NO3-和NO2-氧化产生SO42-，影响系统的稳定和污染物的最终去除。因此，合理 控制系统底物环境，不仅利于微生物群落演替平稳过渡，也利于保持污染物去 除效果的稳定。
进一步地，步骤一中厌氧活性污泥取自市政污水处理厂的曝气池或二沉池， 所述填料为海绵块或直径为2mm-4mm的柱状活性炭，步骤二和步骤三中所述 含碳有机物为葡萄糖或醋酸钠。
进一步地，步骤一中更为优选的工艺操作条件为：所述NO3-的浓度以N计 为40mg/L-70mg/L，S2-的浓度以S计为150mg/L-200mg/L，pH值为7.5-8.0，温 度为30℃-35℃，所述间歇进水优选每24h进水2.5L-3L，每次进水时间为0.5-1h， 出水回流使得反应器内上升流速为1m/h-2m/h。
进一步地，步骤二中更为优选的工艺操作条件为：NO3-浓度以N计为 40mg/L-70mg/L，S2-的浓度以S计为150mg/L-250mg/L，含碳有机物的浓度以C 计为50mg/L-100mg/L，pH值为6.5-7.5，温度为30℃-35℃，所述间歇进水优选 每24h进水3L-4L，每次进水时间为0.5h-1h，出水回流使得反应器内上升流速 为1m/h-2m/h。
进一步地，步骤三中更为优选的工艺操作条件为：废水进水中NO2-浓度以 N计从0mg/L升高至40mg/L-70mg/L，每次升高梯度为15mg/L-20mg/L，NO3-的浓度以N计按照15mg/L-20mg/L的梯度减少，最终降低到0mg/L，pH值为 7.0-8.0，温度为25℃-35℃，水力停留时间为8h-12h，出水回流使得反应器内上 升流速为0.5m/h-1m/h。
总之，本发明的快速启动方法通过分阶段控制生态因子更好地发挥功能菌 群的作用，抑制抑制性菌群的作用，从而促进兼养型脱硫反硝化微生物的快速 富集挂膜，提升该废水处理系统启动的成功率，并且提高启动后反应系统的可 操控性和稳定性。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明将启动进程分为三段，每一阶段的进水底物不同，分别创造了利 于硫-自养硝酸盐型微生物、兼养硝酸盐型微生物和兼养亚硝酸盐型微生物活性 提高的厌氧环境，促进不同功能菌群的快速形成，降低微生物群落的复杂程度， 利于脱硫反硝化工艺在高负荷条件下的稳定运行。
2、本发明步骤一和步骤二均采用间歇进水，对于活性污泥的污染物负荷低， 且水力条件利于微生物在填料表面挂膜，所需操作时间短，运行流畅。
3、本发明步骤三中采用连续进水使NO2-的浓度梯度增大并同时使NO3-的 浓度梯度降低，可降低进水NO2-对反应器内微生物的冲击，从而逐级稳定地开 展对亚硝酸盐型兼养脱硫反硝化微生物的驯化，避免微生物因NO2-的抑制作用 而大量死亡，促进生物膜的快速形成。
4、本发明采用生物膜系统，污泥持留力强，利于微生物浓度的快速提高， 降低了启动时间。
5、本发明成功启动的兼养型脱硫反硝化系统中，硫化物和亚硝酸盐的去除 率可快速达到100%，有机物的去除率可达90%以上。
6、本发明中单质硫的产率高，始终保持在80%以上，利于单质硫的后续高 效回收，实现废物资源化。
