一种富集氨氧化菌抑制亚硝酸盐氧化菌的方法和应用与流程

本发明属于氨氮处理技术领域，涉及一种富集氨氧化菌抑制亚硝酸盐氧化菌的方法和应用。

背景技术：

氮素污染是造成水体富营养化的重要因素之一，引起了人们的广泛关注。传统废水处理的氨氮脱除一般通过硝化和反硝化过程实现，硝化阶段氨氧化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐，亚硝酸盐氧化菌将亚硝酸盐氧化为硝酸盐；反硝化阶段异养反硝化菌将硝化产物硝酸盐转化为氮气，实现废水的脱氮处理。氨氮转化为硝酸盐氮依靠曝气来实现，耗费大量的电能，反硝化过程必须有足够的碳源，城市污水及某些特种污水中，碳源(有机物)往往不足，需要外加碳源，增加了运行成本，有可能造成二次污染。短程硝化反硝化工艺将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，可减少动力和碳源消耗。厌氧氨氧化过程中厌氧氨氧化菌以co2为碳源，以no2^-为电子受体，nh4⁺为电子供体，生成氮气(副产微量硝酸盐氮)，实现废水脱氮。大大缩短了氨氮氧化还原到氮气的过程，从而节约了大量的能源和物料，节省运行成本。但实际废水中往往不含亚硝氮，所以厌氧氨氧化工艺的实现和运行需要建立在废水中氨氮稳定亚硝化的基础上。但在实际环境中，氨氧化菌(aob)与亚硝酸盐氧化菌(nob)往往共存，实现氨氮的稳定亚硝化必须通过操作参数的优化抑制nob，并使aob优势生长，然而，抑制nob并使aob优势生长的控制条件复杂，难以控制。

技术实现要素：

本发明提供了一种富集氨氧化菌抑制亚硝酸盐氧化菌的方法，通过改进菌的培养条件，分阶段优化，实现富集氨氧化菌并抑制亚硝酸盐氧化菌的目的。

根据本发明的第一方面，提供了一种富集氨氧化菌抑制亚硝酸盐氧化菌的方法，包括依次进行的如下步骤：

步骤s1、提供承载活性污泥的装置，向其中添加活性污泥，将活性污泥与含氨氮的模拟废水在第一处理条件下接触，得到第二活性污泥；

步骤s2、将所述第二活性污泥与含氨氮的模拟废水在第二处理条件下接触，得到第三活性污泥；

步骤s3、将所述第三活性污泥与含氨氮的模拟废水在第三处理条件下接触；

其中，第一处理条件中的溶解氧大于第二处理条件中的溶解氧，第三处理条件中的溶解氧大于第二处理条件中的溶解氧。

根据本发明的优选实施方式，在步骤s1至步骤s3中，含氨氮的模拟废水具有相同的组成。

根据本发明的优选实施方式，第三处理条件中的溶解氧小于第一处理条件中的溶解氧。

根据本发明的优选实施方式，第二处理条件中的溶解氧不大于0.1mg/l，例如可以不大于0.08mg/l、不大于0.06mg/l、不大于0.05mg/l、不大于0.04mg/l、不大于0.03mg/l、不大于0.02mg/l、不大于0.01mg/l以及它们之间的任意值。

根据本发明的优选实施方式，所述第一处理条件中的溶解氧为1.0-1.5mg/l，例如可以为1.0mg/l、1.1mg/l、1.2mg/l、1.3mg/l、1.4mg/l、1.5mg/l以及它们之间的任意值。

根据本发明的优选实施方式，所述第三处理条件中的溶解氧为0.3-0.8mg/l，例如可以为0.3mg/l、0.4mg/l、0.5mg/l、0.6mg/l、0.7mg/l、0.8mg/l以及它们之间的任意值。

根据本发明的优选实施方式，所述承载活性污泥的装置为包括与uasb反应装置结构相似的主反应装置和曝气装置，

根据本发明的优选实施方式，在第一处理条件至第三处理条件中，温度为31℃-35℃，和/或，ph为7.8-8.2，和/或，回流比为3-5。

根据本发明的优选实施方式，第一处理条件、第二处理条件和第三处理条件中的温度，和/或，ph，和/或，回流比相同。

根据本发明的优选实施方式，步骤s1中，使活性污泥与含氨氮的模拟废水在第一处理条件下接触至硝化率大于5％，优选在10％以下，更优选9％以下、8％以下、7％以下、6％以下、5.8％以下，硝化率过大不利于后续操作。在步骤s1中，活性污泥与含氨氮的模拟废水接触的初期，处理后的废水中的总氮通常高于模拟废水中初始的总氮浓度，且不表现出硝化能力或者硝化率很低，通常在硝化率出现上升趋势时，处理后的废水中的总氮浓度不再高于模拟废水中初始的总氮浓度。

根据本发明的优选实施方式，步骤s2中，将所述第二活性污泥与所述含氨氮的模拟废水接触至处理之后的废水中的氨氮浓度小于模拟废水中初始氨氮浓度的10％后，例如，处理之后的废水中的氨氮浓度小于模拟废水中初始氨氮浓度的8％、7％、5％、4％后，继续在第二处理条件下接触5-8天再进行步骤s3。

经过步骤s2，氨氧化菌(aob)在系统中占据绝对优势，亚硝酸盐氧化菌(nob)基本上淘汰，但是第二处理条件下的溶解氧并不利于亚硝化能力的提升。因此，在步骤s3中可提供溶解氧至上述第三处理条件中的溶解氧范围内，并适当调整水力停留时间，提升系统亚硝化效率。

根据本发明的优选实施方式，步骤s3中，将所述第三活性污泥与所述含氨氮的模拟废水在第三处理条件下接触至处理之后的模拟废水中的亚硝酸盐氮和氨氮的浓度稳定。

根据本发明的优选实施方式，在步骤s3中，水力停留时间采用逐渐降低的方法进行。

根据本发明的优选实施方式，所述模拟废水中氨氮浓度为0.77-1.92g/l。本发明中，所述氨氮的浓度以nh3或nh4⁺中n原子计。

根据本发明的优选实施方式，所述活性污泥的添加量为承载活性污泥装置容积的2/5-3/5。

根据本发明的优选实施方式，所述含氨氮的模拟废水包括以下组分或由以下组分组成：nh4cl：0.77-1.92g/l，nahco30.2-1.5g/l，khco30.5-1.5g/l，kh2po45-20mg/l，cacl2·2h2o50-200mg/l，mgso4·7h2o50-200mg/l；优选地，所述含氨氮的模拟废水包括以下组分或由以下组分组成：nh4cl：0.77-1.92g/l，nahco30.5g/l，khco30.75g/l，kh2po410mg/l，cacl2·2h2o50mg/l，mgso4·7h2o80mg/l。

根据本发明的优选实施方式，所述模拟废水中含有微量元素，优选地，在每升模拟废水中添加1ml微量元素营养液i和1ml微量元素营养液ii，其中，微量元素营养液i为含有fe的营养液，微量元素营养液ii为含有mn、zn、co、cu、mo、ni和se的营养液。

根据本发明的优选实施方式，所述微量元素营养液i和微量元素营养液ii组成如下：

微量元素营养液i：edta5000mg/l，feso45000mg/l；

微量元素营养液ⅱ：edta5000mg/l，mncl2·4h2o990mg/l，znso4·7h2o430mg/l，cocl2·6h2o240mg/l，cuso4·5h2o250mg/l，namoo4·2h2o220mg/l，nicl2·6h2o190mg/l，naseo4·10h2o210mg/l，h3bo414mg/l。

根据本发明的优选实施方式，所述活性污泥在加入到装置之前经过浓缩和清洗处理，优选地，使用无机盐溶液清洗，优选清洗3-5遍，以尽可能去除无机杂质和活性污泥表面吸附的有机污染物。所述“活性污泥”采用常规污水处理系统中的好氧或兼氧活性污泥，无其它特殊要求。

根据本发明的优选实施方式，浓缩和清洗处理是将活性污泥静置，弃去上清液，取底部浓缩的污泥用无机盐溶液清洗。

根据本发明的优选实施方式，所述无机盐包括nh4cl：0.77～1.92g/l，nacl：1000～1500mg/l，kh2po4:10mg/l，cacl2:5.6mg/l和mgso4:300mg/l。。

本发明中使用的承载活性污泥装置包括与uasb(升流式厌氧污泥床)反应装置结构相似的主反应装置和曝气装置，曝气装置设置在主反应装置的底部。曝气装置包括空气压缩机、气体流量调节系统和曝气头。主反应装置包括主反应器，在主反应器外设有一夹套层；主反应器连接进水管、排水管和回流管道：夹套层连接温控系统和热水泵；模拟废水(进水)经进水泵进入主反应器的布水装置，所述进水管还连接有酸调节系统和碱调节系统，以通过加入酸或碱来调节反应器的ph在设定的范围，主反应器设有ph、温度和溶解氧探头接口，通过探头实时观测反应器内的ph、温度和溶解氧。

在本发明的一个优选实施方式中，第三处理条件中的水力停留时间小于第二处理条件中的水力停留时间。

根据本发明的另一方面，提供了所述的方法在亚硝化工艺启动中的应用。

本发明提供的方法通过分阶段对溶解氧控制来实现aob的积累和nob的淘汰，将整个过程进行分阶段优化，调控方式简单，效果显著，尤其是可以较快速的实现连续流亚硝化工艺，较sbr工艺运行更为简单易控。

附图说明

图1是本发明承载活性污泥的装置结构示意图；

其中，1-三相分离器气体出口，2-出水口，3-夹套层，4-ph、温度和溶解氧探头接口，5-采样口，6-酸调节泵，7-碱调节泵，8-进水泵，9-热水泵，10-回流泵，11-温控系统，12-酸储罐，13-碱储罐，14-曝气装置，15-主反应器。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。

实施例1

步骤一：

取某生活污水处理厂中沉池池底污泥静置浓缩，弃除上清液，取底部浓缩污泥用预先配置好的无机盐溶液(nh4cl：1.90g/l，nacl：1200mg/l，kh2po4：10mg/l，cacl2：5.6mg/l，mgso4：300mg/l)淘洗4遍，每次淘洗后静置1.5小时弃除上清液，目的是尽可能去除无机杂质和污泥表面吸附的有机污染物。将淘洗浓缩后的污泥装入uasb反应器，污泥量占反应器有效容积的2/5至3/5之间。

步骤二：

配制微量元素营养液ⅰ和微量元素营养液ⅱ：

微量元素营养液ⅰ：edta5000mg/l，feso45000mg/l；

微量元素营养液ⅱ：edta5000mg/l，mncl2·4h2o990mg/l，znso4·7h2o430mg/l，

cocl2·6h2o240mg/l，cuso4·5h2o250mg/l，namoo4·2h2o220mg/l，nicl2·6h2o190mg/l，naseo4·10h2o210mg/l，h3bo414mg/l。

配制模拟废水：nh4cl：1.9g/l，nahco30.5g/l，khco30.75g/l，kh2po410mg/l，cacl2·2h2o50mg/l，mgso4·7h2o80mg/l，另每升配水加微量元素营养液ⅰ和ⅱ各1ml。

用蠕动泵将模拟废水经布水装置送入反应器，三相分离器底部设污水污泥回流，系统出水自三相分设器上部出口排出。调整泵流量使水力停留时间为8小时，回流比为3，控制系统内部温度为33℃，ph为8.2之间，溶解氧(do)控制在1.0mg/l左右。每8小时取样监测系统进出水氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等指标，初期系统出水总氮通常较进水总氮更高，出水基本不含硝氮，系统运行一天后出水中开始检测到硝酸盐氮，运行至40小时后，系统出水亚硝酸盐氮185mg/l，硝酸盐氮含量达到28mg/l，降低系统溶解氧转入步骤三。

步骤三：

调整系统溶解氧低于0.1mg/l，其它参数保持不变。每天取样监测系统进出水氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等指标，系统出水中硝酸盐氮含量开始降低，但最初两天亚硝酸盐氮含量也出现了一定程度的下降，最低时出水中亚硝酸盐氮含量为106mg/l，第三天后出水中硝酸盐氮低于检测限，亚硝酸盐氮含量开始升高，第三步骤运行到第十三天时，系统出水中氨氮低于20mg/l，再连续运行5-6天。转入步骤四。

步骤四：

提高溶解氧至0.8mg/l，停留时间缩短到7小时，其它参数保持不变。一天后取进出水水样监测，出水氨氮无明显升高，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮无明显变化，表明停留时间可能尚有减小的空间，继续缩减停留时间到6小时，一天后出水氨氮有所升高，高于25mg/l，但继续运行两天后，出水恢复高亚硝酸盐氮、低氨氮状态。之后系统稳定运行。

实施例2：

步骤一：

取某生活污水处理厂中沉池池底污泥静置浓缩，弃除上清液，取底部浓缩污泥用预先配置好的无机盐溶液(nh4cl：0.77g/l，nacl：1000～1500mg/l，kh2po4：10mg/l，cacl2：5.6mg/l，mgso4：300mg/l)淘洗4遍，每次淘洗后静置1.5小时弃除上清液，目的是尽可能去除无机杂质和污泥表面吸附的有机污染物。将淘洗浓缩后的污泥装入uasb反应器，污泥量占反应器有效容积的2/5至3/5之间。

步骤二：

配制微量元素营养液ⅰ和微量元素营养液ⅱ：

微量元素营养液ⅰ：edta5000mg/l，feso45000mg/l；

微量元素营养液ⅱ：edta5000mg/l，mncl2·4h2o990mg/l，znso4·7h2o430mg/l，

cocl2·6h2o240mg/l，cuso4·5h2o250mg/l，namoo4·2h2o220mg/l，nicl2·6h2o190mg/l，naseo4·10h2o210mg/l，h3bo414mg/l。

配制模拟废水：nh4cl：0.77g/l，nahco30.5g/l，khco30.75g/l，kh2po410mg/l，cacl2·2h2o50mg/l，mgso4·7h2o80mg/l，另每升配水加微量元素营养液ⅰ和ⅱ各1ml。

用蠕动泵将模拟废水经布水装置送入反应器，三相分离器底部设污水污泥回流，系统出水自三相分设器上部出口排出。调整泵流量使水力停留时间为4小时，回流比为3，控制系统内部温度为33℃，ph为8.2之间，溶解氧(do)控制在1.0mg/l之间。每8小时取样监测系统进出水氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等指标，初期系统出水总氮通常较进水总氮更高，出水基本不含硝氮，系统运行一天后出水中开始检测到硝酸盐氮，运行至40小时后，系统出水亚硝酸盐氮75mg/l，硝酸盐氮含量达到18mg/l，降低系统溶解氧转入步骤三。

步骤三：

调整系统溶解氧(do)至近零，实际控制可以低于0.1mg/l为标准，停留时间调整为6小时。每天取样监测系统进出水氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等指标，系统出水中硝酸盐氮含量开始降低，但最初两天亚硝酸盐氮含量也出现了一定程度的下降，最低时出水中亚硝酸盐氮含量为56mg/l，第三天后出水中硝酸盐氮低于检测限，亚硝酸盐氮含量开始升高，第三步骤运行到第十天时，系统出水中氨氮低于10mg/l，再连续运行5-6天。转入步骤四。。

步骤四：

提高溶解氧至0.3mg/l，停留时间缩短到5.5小时，其它参数保持不变。一天后取进出水水样监测，出水氨氮无明显升高，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮无明显变化，表明停留时间可能尚有减小的空间，继续缩减停留时间到5小时，一天后出水氨氮有所升高，高于15mg/l，但继续运行一天后，出水恢复高亚硝酸盐氮、低氨氮状态。最终系统在溶解氧0.3mg/l，停留时间4.5小时的条件下稳定运行。

对比例1：

步骤一：

取某生活污水处理厂中沉池池底污泥静置浓缩，弃除上清液，取底部浓缩污泥用预先配置好的无机盐溶液(nh4cl：0.77g/l，nacl：1000～1500mg/l，kh2po4：10mg/l，cacl2：5.6mg/l，mgso4：300mg/l)淘洗4遍，每次淘洗后静置1.5小时弃除上清液，目的是尽可能去除无机杂质和污泥表面吸附的有机污染物。将淘洗浓缩后的污泥装入uasb反应器，污泥量占反应器有效容积的2/5至3/5之间。

步骤二：

配制微量元素营养液ⅰ和微量元素营养液ⅱ：

微量元素营养液ⅰ：edta5000mg/l，feso45000mg/l；

微量元素营养液ⅱ：edta5000mg/l，mncl2·4h2o990mg/l，znso4·7h2o430mg/l，cocl2·6h2o240mg/l，cuso4·5h2o250mg/l，namoo4·2h2o220mg/l，nicl2·6h2o190mg/l，naseo4·10h2o210mg/l，h3bo414mg/l。

配制模拟废水：nh4cl：0.77g/l，nahco30.5g/l，khco30.75g/l，kh2po410mg/l，cacl2·2h2o50mg/l，mgso4·7h2o80mg/l，另每升模拟废水加微量元素营养液ⅰ和微量元素营养液ⅱ各1ml。

用蠕动泵将模拟废水经布水装置送入反应器，三相分离器底部设污水污泥回流，系统出水自三相分设器上部出口排出。调整泵流量使水力停留时间为4小时，回流比为3，控制系统内部温度为33℃，ph为8.2左右，溶解氧(do)控制在0.3mg/l左右。每天取样监测系统进出水氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等指标，初期系统出水总氮通常较进水总氮更高，出水基本不含硝氮，系统运行三天后出水中总氮开始与进水持平。继续按上述条件运行系统，运行至第十天后，系统出水亚硝酸盐氮达到140mg/l左右，即系统进水氨氮有70％左右被亚硝化，系统中aob占据绝对优势地位。继续运行试验装置，装置出水中亚硝酸盐氮没能继续提升，而出水中硝酸盐氮浓度开始逐渐升高，至第15天时，系统出水中氨氮为40mg/l，亚硝酸盐氮下降至100mg/l左右，硝酸盐氮浓度达到56mg/l左右；继续运行试验装置5天，系统出水中亚硝酸盐氮含量仍有下降趋势，而硝酸盐氮含量呈缓慢上升趋势，氨氮也有缓慢上升趋势，从此现象可以判断，系统中nob开始活跃，而aob的优势地位开始丧失，亚硝化工艺启动失败。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。