申请日2019.12.09
公开(公告)日2020.03.27
IPC分类号C02F3/28; C12N1/36
摘要
本发明公开了一种厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，属于污水处理技术领域。本发明采用静态挂膜和动态挂膜相结合的微生物挂膜方式，梯度式增加或减少培养基质浓度的方式培养反硝化菌群，大幅提高了生物膜的耐冲击负荷能力，提高了污水脱氮效率。
权利要求书
1.一种厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)静态挂膜：向填充有厌氧氨氧化污泥液的反应室内通入模拟污水一进行静态培养，静态挂膜期间停止模拟污水一的通入，保持曝气状态，直到挂膜完成;所述模拟污水一的组分为铵盐和亚硝酸盐;
(2)动态挂膜：向反应器内通入模拟污水二进行动态培养，动态挂膜期间同时进行排水和持续通入模拟污水二，并回流活性污泥，保持曝气状态，直到挂膜完成;所述模拟污水二的组分为铵盐和亚硝酸盐;
(3)反硝化能力的培养：向反应器通入模拟污水三;反硝化能力的培养期间同时进行排水和持续通入模拟污水三，并回流活性污泥;当出水的氨氮和亚硝态氮去除率≥80%，COD去除率≥90%后，开始按照一定浓度梯度增加模拟污水三内的碳源，当碳源添加量使得模拟污水三的COD浓度与初始氨氮浓度比值为1.2：1时停止添加碳源;所述模拟污水三的组分为碳源、铵盐及亚硝酸盐;
(4)反硝化能力的强化：向反应器通入模拟污水四;反硝化能力的强化期间同时进行排水和持续通入模拟污水四，并回流活性污泥;当氨氮、亚硝态氮及硝态氮去除率稳定≥80%，COD去除率稳定≥90%后，开始按照一定浓度梯度增加模拟污水四内的硝酸盐和碳源，同时以一定浓度梯度减少模拟污水四的亚硝酸盐和铵盐的投加量;出水水质稳定，厌氧氨氧化污泥反硝化能力强化结束;所述模拟污水四的组分为碳源、铵盐、亚硝酸盐及硝酸盐。
2.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：所述(4)中，碳源的增加浓度梯度满足模拟污水四中COD的增加量与初始的氨氮浓度的比为0.1～0.2;硝酸盐的增加浓度梯度满足模拟污水四中硝态氮的增加量与初始的氨氮浓度的比为0.05～0.1;亚硝酸盐的减少浓度梯度满足模拟污水四中亚硝态氮的减少量与初始的氨氮浓度的比为0.08～0.15;铵盐的减少浓度梯度满足模拟污水四中氨氮的减少量与初始的氨氮浓度的比为0.06～0.1。
3.根据权利要求2所述的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：所述(4)中，铵盐添加量保持模拟污水四中初始氨氮浓度为30-80mg/L，碳源添加量保持模拟污水四中COD与初始氨氮浓度比为1.2：1，亚硝酸盐的添加量保持模拟污水四中初始氨氮与亚硝态氮的浓度比为0.75～1，硝酸盐的添加量保持模拟污水四中初始的硝态氮与氨氮的浓度比为0.1。
4.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：所述(3)中，碳源的增加浓度梯度满足模拟污水三中COD的增加量与初始氨氮浓度的比为0.1～0.2。
5.根据权利要求4所述的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：所述(3)中，铵盐添加量保持模拟污水三中初始氨氮的浓度为30-80mg/L，碳源添加量保持模拟污水三中COD与初始氨氮浓度比为1：5，亚硝酸盐的添加量保持模拟污水三中初始氨氮与亚硝态氮的浓度比为0.75～1。
6.根据权利要求1-5任一所述的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：所述(1)中，静态挂膜周期为2-4天，铵盐添加量保持模拟污水一中氨氮的浓度为160～360mg/L，亚硝酸盐的添加量保持模拟污水一中氨氮与亚硝态氮的浓度比为0.75～1。
7.根据权利要求1-5任一所述的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：所述(2)中，动态挂膜周期为4-10天;铵盐添加量保持模拟污水二中氨氮的浓度为30～80mg/L，亚硝酸盐的添加量保持模拟污水二中氨氮与亚硝态氮的浓度比为0.75～1。
8.根据权利要求7所述的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：动态挂膜完成后，可再次重复进行步骤(1)与步骤(2)，如此反复，直至出水氨氮去除率达≥80%，亚硝态氮去除率达≥80%。
9.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：所述铵盐为氯化铵、硫酸铵和硫酸氢铵中的一种或两种以上;亚硝酸盐为亚硝酸钠、亚硝酸钾和亚硝酸钙中的一种或两种以上;硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾和硝酸钙中的一种或两种以上;碳源为乙酸钠和甲醇中的一种或两种。
10.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其特征在于：利用硫酸和/或碳酸氢钠来调节模拟污水一、模拟污水二、模拟污水三以及模拟污水四的pH值至7.5～8.0。
说明书
一种厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法。
背景技术
污水处理的主要矛盾已由有机污染物的去除转变为氮磷污染物的去除。备受人们关注的由氮磷等污染物引起的富营养化现象，不仅破坏了水环境，还影响到人类健康，所以，解决由氮磷等污染物引起的水环境污染问题迫在眉睫。近年来，各种生物处理法被广泛应用于各种污水处理，然而由于C/N比较低，出水TN浓度过高以及硝化菌和聚磷菌的泥龄矛盾问题，传统的污水处理工艺及技术很难达到同步的深度脱氮除磷。
且传统的硝化—反硝化工艺消耗能源和有机碳源，特别是对低C/N废水，应用于该工艺处理废水需外加碳源作为电子供体，同时会产生大量的剩余污泥，污泥处理、处置成本高。双污泥短程反硝化除磷及厌氧氨氧化理论技术的提出及发展，为污水的生物深度脱氮除磷领域开辟了新的思路和方法，使得氮磷同步高效去除，解决了低C/N比生活污水碳源不足以及传统工艺出水TN浓度过高的问题。短程反硝化除磷技术在厌氧/缺氧交替条件下可以不断富集反硝化聚磷菌，进而在厌氧条件下利用原水中的挥发性脂肪酸合成内碳源聚羟基脂肪酸酯储存体内，缺氧条件下，以亚硝酸盐为电子受体，体内储存的聚羟基脂肪酸酯为电子供体完成过量吸磷反应。吕振等(吕振，李燕.pH和C:N对厌氧氨氧化耦合短程反硝化脱氮性能的影响.《环境污染与防治》.2018(40)：1106)曾指出厌氧氨氧化耦合短程反硝化是生物处理过程中新发现的自养和异养菌相结合的脱氮除碳过程，该过程与传统反硝化相比节省了70%左右的有机碳源，剩余污泥大量减少等优点，同时短程反硝化过程可去除厌氧氨氧化反应时产生的10%的硝态氮，从而使得出水TN能够达标。
填料反硝化能力的培养对工艺起着关键影响作用，其不仅为微生物生长提供场所，也为有机污染物的降解提供场所，填料反硝化能力的培养关键在于填料微生物的挂膜驯化、微生物的数量和生物降解效果。现有的生物挂膜的方法主要有“闷曝法”、“循环法”、“自然挂膜法”、“快速挂膜法”等，但上述各方法的生物膜牢固性不强、易脱落，且用时长，往往需要2个月左右时间，且挂膜成功后仍需要较长的时间驯化生物膜。因此，研究一种快速有效的厌氧氨氧化填料反硝化能力的培养方法具有重大意义。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的填料反硝化能力因生物膜牢固性差、易脱落、反硝化能力差的问题，本发明提供一种厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，采用静态挂膜和动态挂膜相结合的微生物挂膜方式，梯度式增加培养基质浓度的方式培养反硝化菌群，大幅提高了生物膜的耐冲击负荷能力，提高了污水脱氮效率。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，包括如下步骤：
(1)静态挂膜：向填充有厌氧氨氧化污泥液的反应室内通入模拟污水一进行静态培养，静态挂膜期间停止模拟污水一的通入，保持曝气状态，直到挂膜完成;所述模拟污水一的组分为铵盐和亚硝酸盐;
(2)动态挂膜：向反应器内通入模拟污水二进行动态培养，动态挂膜期间同时进行排水和持续通入模拟污水二，并回流活性污泥，保持曝气状态，直到挂膜完成;所述模拟污水二的组分为铵盐和亚硝酸盐;
(3)反硝化能力的培养：向反应器通入模拟污水三;反硝化能力的培养期间同时进行排水和持续通入模拟污水三，并回流活性污泥;当出水的氨氮和亚硝态氮去除率≥80%，COD去除率≥90%后，开始按照一定浓度梯度增加模拟污水三内的碳源，当碳源添加量使得模拟污水三的COD浓度与初始氨氮浓度比值为1.2：1时停止添加碳源;所述模拟污水三的组分为碳源、铵盐及亚硝酸盐;
(4)反硝化能力的强化：向反应器通入模拟污水四;反硝化能力的强化期间同时进行排水和持续通入模拟污水四，并回流活性污泥;当氨氮、亚硝态氮及硝态氮去除率稳定≥80%，COD去除率稳定≥90%后，开始按照一定浓度梯度增加模拟污水四内的硝酸盐和碳源，同时以一定浓度梯度减少模拟污水四的亚硝酸盐和铵盐的投加量;出水水质稳定，厌氧氨氧化污泥反硝化能力强化结束;所述模拟污水四的组分为碳源、铵盐、亚硝酸盐及硝酸盐。
优选的方案，所述(4)中，碳源的增加浓度梯度满足模拟污水四中COD的增加量与初始的氨氮浓度的比为0.1～0.2;硝酸盐的增加浓度梯度满足模拟污水四中硝态氮的增加量与初始的氨氮浓度的比为0.05～0.1;亚硝酸盐的减少浓度梯度满足模拟污水四中亚硝态氮的减少量与初始的氨氮浓度的比为0.08～0.15;铵盐的减少浓度梯度满足模拟污水四中氨氮的减少量与初始的氨氮浓度的比为0.06～0.1。
优选的方案，所述(4)中，铵盐添加量保持模拟污水四中初始氨氮浓度为30-80mg/L，碳源添加量保持模拟污水四中COD与初始氨氮浓度比为1.2：1，亚硝酸盐的添加量保持模拟污水四中初始氨氮与亚硝态氮的浓度比为0.75～1，硝酸盐的添加量保持模拟污水四中初始的硝态氮与氨氮的浓度比为0.1。
优选的方案，所述(3)中，碳源的增加浓度梯度满足模拟污水三中COD的增加量与初始氨氮浓度的比为0.1～0.2。
优选的方案，所述(3)中，铵盐添加量保持模拟污水三中初始氨氮的浓度为30-80mg/L，碳源添加量保持模拟污水三中COD与初始氨氮浓度比为1：5，亚硝酸盐的添加量保持模拟污水三中初始氨氮与亚硝态氮的浓度比为0.75～1。
优选的方案，所述(1)中，静态挂膜周期为2-4天，铵盐添加量保持模拟污水一中氨氮的浓度为160～360mg/L，亚硝酸盐的添加量保持模拟污水一中氨氮与亚硝态氮的浓度比为0.75～1。
优选的方案，所述(2)中，动态挂膜周期为4-10天;铵盐添加量保持模拟污水二中氨氮的浓度为30～80mg/L，亚硝酸盐的添加量保持模拟污水二中氨氮与亚硝态氮的浓度比为0.75～1。
优选的方案，动态挂膜完成后，可再次重复进行步骤(1)与步骤(2)，如此反复，直至出水氨氮去除率达≥80%，亚硝态氮去除率达≥80%。
优选的方案，所述铵盐为氯化铵、硫酸铵和硫酸氢铵中的一种或两种以上;亚硝酸盐为亚硝酸钠、亚硝酸钾和亚硝酸钙中的一种或两种以上;硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾和硝酸钙中的一种或两种以上;碳源为乙酸钠和甲醇中的一种或两种。
优选的方案，利用硫酸和/或碳酸氢钠来调节模拟污水一、模拟污水二、模拟污水三以及模拟污水四的pH值至7.5～8.0。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，采用挂膜-培养-强化的方式使厌氧氨氧化生物滤池系统逐步具有反硝化能力，且反硝化菌和厌氧氨氧化菌能够和谐共存并保持较高的活性，避免先培养再挂膜时，挂膜期高浓度基质对反硝化菌和厌氧氨氧化菌的活性产生抑制，同时高强度的曝气对反硝化菌和厌氧氨氧化菌所处微环境平衡分布的破坏，延长挂膜时间，降低菌群活性，抑制系统的脱氮效果较低。
(2)本发明提供的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，其填料挂膜方法，采用静态挂膜和动态挂膜相结合，在静态挂膜2-4d期间，加入充足的营养基质，使得部分微生物固着在载体上生长，同时可在此条件下高速繁殖，因此微生物量大且生物膜已基本成熟;另外，在静态挂膜过程中打开曝气，使得附着在载体上的固着态微生物能够适应较强的水力冲击负荷，因此所形成的生物膜耐冲击负荷能力强，有利于提高污水的脱氮效率。
(3)本发明提供的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，采用梯度式投加碳源的方式培养反硝化菌群，尽量避免冲击式大量有机碳源对厌氧氨氧化菌群的抑制作用，同时为厌氧氨氧化反应提供所需的无机碳源，尽量使有机碳源的添加量对厌氧氨氧化菌活性的抑制和对反硝化菌活性的促进之间处于平衡，保证厌氧氨氧化菌活性的同时能够快速培养反硝化菌群，可操作性强。
(4)本发明提供的厌氧氨氧化污泥反硝化能力的培养方法，采用梯度式投加碳源和硝酸盐、梯度式减少亚硝酸盐和铵盐的方式强化系统的反硝化能力，避免当反应器中的硝酸盐不足时，由于反硝化反应具有更低的自由能，反硝化菌更易利用亚硝酸盐，与厌氧氨氧化菌竞争基质，降低厌氧氨氧化菌的活性，保证反硝化菌和厌氧氨氧化菌能够和谐共存，且保持较高的活性。（发明人赵选英;刘君君;杨峰;王智宁;程夫苓;唐为清;吕振;戴建军）
