申请日2020.01.07
公开(公告)日2020.05.08
IPC分类号C02F3/28; C02F101/16
摘要
本发明属于污水生物处理技术领域，公开了一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法。本发明通过结合群体感应与厌氧氨氧化以及MBBR工艺，通过在反应器中添加一定浓度的硼酸的方法，促进了信号分子AI‑2的合成分泌，从而促进了厌氧氨氧化菌的持留与富集，大大缩短了膜生物反应器的启动时间，有效解决了难以富集厌氧氨氧化菌难以挂膜的问题;通过采用快速排泥法，有效提高了反应器运行初期厌氧氨氧化菌的挂膜速度，有效解决了难以富集厌氧氨氧化菌难以挂膜的问题;并通过添加搅拌，为厌氧氨氧化菌提供选择压，大大缩短了反应器的启动时间，有效解决了MBBR工艺启动时间长的问题。
权利要求书
1.一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在MBBR反应器中加入悬浮填料，悬浮填料的填充体积率占反应器的30%～55%;接种硝化污泥使得反应器内污泥浓度≥2.0g/L，投加硼使得反应器内硼的浓度≥0.005g/L;
(2)启动MBBR反应器，采取迅速排泥法进行启动，将接种的硝化污泥与悬浮填料充分混合，并将悬浮填料与接种污泥进行搅拌挂膜，运行10～20天后未挂膜的泥水混合物被完全排出后停止搅拌，停止搅拌运行期间，每天的进水氨氮浓度为20～25mg/L，进水亚氮浓度为20～25mg/L;到第15～30天，第1次投加厌氧氨氧化污泥，以后每天的进水氨氮浓度为100～110mg/L，进水亚氮浓度为45～55mg/L;到第25～40天，第2次投加厌氧氨氧化污泥，以后每天的进水氨氮浓度为45～55mg/L，进水亚氮浓度为45～55mg/L;到第35～60天，以后每天的进水氨氮浓度为100～110mg/L，进水亚氮浓度为75-85mg/L;到50～70天，以后每天的进水氨氮浓度为145～155mg/L，进水亚氮浓度为125～135mg/L;
(3)开始搅拌运行，每当出水中氨氮、亚氮同步降解完全，就需要提高负荷，氨氮浓度和亚氮浓度提高至150mg/L-200mg/L后，当监测到反应过程中消耗的亚氮与氨氮的比值≥1，去除率>85%、且生成的硝氮比亚氮的比值≥0.12时，即表示反应器挂膜成功。
2.根据权利要求1所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，其特征在于，步骤(1)所述悬浮填料的材质为聚丙烯，所述悬浮填料为圆柱形。
3.根据权利要求2所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，其特征在于，步骤(2)所述MBBR反应器的水力停留时间为24h。
4.根据权利要求1～3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，其特征在于，步骤(2)所述MBBR反应器的启动温度为12～40℃。
5.根据权利要求4所述一种氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，其特征在于，步骤(1)所述硝化污泥为二沉池污泥。
6.根据权利要求1～3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，其特征在于，步骤(2)所述第1次投加厌氧氨氧化污泥的体积小于反应器容量的1/2。
7.根据权利要求1～3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，其特征在于，步骤(2)所述第2次投加厌氧氨氧化污泥的体积小于反应器容量的1/2。
8.根据权利要求1～3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌挂膜的搅拌速率为50～200rpm。
9.根据权利要求1～3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，其特征在于，步骤(3)所述搅拌运行的搅拌速率为50～200rpm。
说明书
一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法。
背景技术
近年来，由于人为过量排放氮、磷等营养物质造成水体的富营养化日益严重，湖泊“水华”及近海“赤潮”时有发生，控制并减少氮、磷的排量成为防治富营养化的对策之一。因此，研究开发经济、高效的脱氮技术已成为水污染控制工程领域的研究重点。在20世纪50～60年代，人们深入的了解了活性污泥微生物，建立了生物脱氮、除磷工艺的理论基础，以此基础建立了脱氮除磷的体系，但该体系存在诸多问题，如流程长，脱氮效率低，基建投资高，供氧量大，运行费用高，反硝化过程往往需要外加碳源。因此，新的生物脱氮理论和技术应运而生，并迅速发展，如颗粒污泥工艺，生物膜工艺，其中，Sharon-Anammox，CANON，DEMON工艺最受瞩目。
群体感应(Quorum sensing)是指微生物生长代谢过程中，向环境中释放信号分子自诱导物(auto-inducer，AI)，当AI数量超过一定阈值时，进入细菌细胞内，通过激发菌体内相关基因的表达协调菌群生理行为，调控菌群种间关系，并最终决定种群结构，从而表现出单个个体细菌无法实现的生理功能和调节机制。AI-2是其中一种自诱导信号分子，它可以促使细菌进行种间交流。信号分子AI-2的合成分为三个步骤，首先细菌在细胞内合成前驱体4，5-二羟基-2，3戊二酮(DPD)，然后DPD经历自发的重排反应形成Pro-AI-2分子，继而Pro-AI-2分子与硼酸脂结合产生高活性的信号分子AI-2，可以通过提高硼酸的浓度来促进AI-2的合成分泌。
厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation，简称ANAMMOX)反应是指在厌氧或缺氧条件下以NO2-N为电子受体，氧化NH4-N为N2的生物过程。相比较传统硝化-反硝化工艺可降低50%的曝气量和100%的有机碳源以及降低90%的运行费用，且污泥产率低。然而，ANAMMOX菌属化能自养的专性厌氧菌，生长缓慢，世代周期长(约11d)，适宜生长温度为20℃～43℃，最佳生长温度为40℃，PH范围为6.7～8.3，最佳PH为8.0。世界第一座ANAMMOX生物脱氮工程案例启动时间长达3.5年，因此启动时间长、难以挂膜、对环境要求条件高是制约ANAMMOX工艺推广的限制因素。
究其原因，虽然厌氧氨氧化菌(AAOB)广泛存在，浮霉菌、硝化菌、反硝化菌均可接种泥进行培养，但只有当AAOB细胞浓度高于1010～1011/mL时，才显现厌氧氨氧化活性。尽管很多细菌虽具有ANAMMOX活性，但需特定条件才会表达，当条件适宜时，其代谢方式转变为ANAMMOX过程;再次，厌氧氨氧化过程是产气过程，启动初期，污泥容易上浮、流失，细胞浓度难以增长，既增加了启动难度，也大大延长了启动周期。可以看出，厌氧氨氧化启动的关键在于启动期污泥的持留和富集。
移动床生物膜反应器(Moving Bed BiofiLm Reactor，MBBR)，是向反应器中投加一定数量的悬浮载体，作为微生物生长的载体，从而强化生化处理效果，悬浮载体密度接近水、有效比表面积大，空隙率高，既能满足厌氧氨氧化对于启动的持留要求，又可以运行方式灵活，防止阻塞，但实际过程中，发现悬浮填料挂膜周期长，难以挂膜，启动速度不理想，污泥阻塞等问题。
发明内容
为了解决现有技术中MBBR厌氧氨氧化不易挂膜、不易启动、启动周期长等问题，本发明的目的在于公开了一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，采用该预处理法具有挂膜速度快、流化性能好、启动周期短、处理负荷高等优点。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法，包括以下步骤：
(1)在MBBR反应器中加入悬浮填料，悬浮填料的填充体积率占反应器的30%～55%;接种硝化污泥使得反应器内污泥浓度≥2.0g/L，投加硼酸使得反应器内硼的浓度≥0.005g/L;
(2)启动MBBR反应器，采取迅速排泥法进行启动，将接种的硝化污泥与悬浮填料充分混合，并将悬浮填料与接种污泥进行搅拌挂膜，运行10～20天后未挂膜的泥水混合物被完全排出后停止搅拌，停止搅拌运行期间，每天的进水氨氮浓度为20～25mg/L，进水亚氮浓度为20～25mg/L;到第15～30天，第1次投加厌氧氨氧化污泥，以后每天的进水氨氮浓度为100～110mg/L，进水亚氮浓度为45～55mg/L;到第25～40天，第2次投加厌氧氨氧化污泥，以后每天的进水氨氮浓度为45～55mg/L，进水亚氮浓度为45～55mg/L;到第35～60天，以后每天的进水氨氮浓度为100～110mg/L，进水亚氮浓度为75-85mg/L;到50～70天，以后每天的进水氨氮浓度为145～155mg/L，进水亚氮浓度为125～135mg/L。
(3)开始搅拌运行，每当出水中氨氮、亚氮同步降解完全，就需要提高负荷，氨氮浓度和亚氮浓度提高至150mg/L-200mg/L后，当监测到反应过程中消耗的亚氮与氨氮的比值≥1，去除率>85%、且生成的硝氮比亚氮的比值≥0.12时，即表示反应器挂膜成功。
优选的，步骤(1)所述悬浮填料的材质为聚丙烯，所述悬浮填料为圆柱形。
优选的，步骤(2)所述MBBR反应器的水力停留时间为24h。
优选的，步骤(2)所述MBBR反应器的启动温度为12～40℃。
优选的，步骤(1)所述硝化污泥为二沉池污泥。
优选的，步骤(2)所述第1次投加厌氧氨氧化污泥的体积小于反应器容量的1/2。
优选的，步骤(2)所述第2次投加厌氧氨氧化污泥的体积小于反应器容量的1/2。
优选的，步骤(2)所述搅拌挂膜的搅拌速率为50～200rpm。
优选的，步骤(3)所述搅拌运行的搅拌速率为50～200rpm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明通过结合群体感应与厌氧氨氧化以及MBBR工艺，有效解决了难以富集厌氧氨氧化菌以及难以挂膜的问题。
(2)本发明启动速度快，在接种硝化细菌的条件下，只添加2次厌氧氨氧化污泥，仅需79～80天就可以挂膜成功，比一般的100～150天的挂膜时间快了大约20～70天。
(3)本发明处理效果好，当水温为35℃时，40%填充率时，进水总氮≤550mg/L时，氨氮亚氮的去除率平均为90%。（发明人储昭瑞;马建业;荣宏伟;何承兴）
