一种短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统的启动方法与流程

本发明涉及一种短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统的启动方法，属于生物脱氮技术领域。

背景技术：

随着社会经济的发展，废水氮素排放量逐年升高，极易威胁生态平衡和人类健康。目前，生物脱氮技术是水体氮素污染控制的主流手段，而新型的厌氧氨氧化技术以其节省曝气消耗、无需额外有机碳源、污泥产量低等优势逐渐受到研究者的广泛关注。

厌氧氨氧化技术是指厌氧氨氧化细菌在厌氧或缺氧条件下，以氨氮为电子供体，将亚硝酸盐转化为氮气的过程。由于该技术同时需要氨氮和亚硝酸盐，使得该技术应用过程中必须串联其他工艺，为其提供亚硝酸盐基质。目前，主流的串联工艺包括亚硝化工艺和短程反硝化工艺。近年来，为强化去除废水中硝酸盐，研究者提出了短程反硝化工艺串联厌氧氨氧化工艺。现有技术中，短程反硝化与厌氧氨氧化串联工艺通常在两个独立的反应器中实现，这样不仅增加了基建成本，而且独立串联工艺运行过程很难有效控制。这是由于反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌很难共存，两种功能菌存在基质竞争关系。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统的启动方法，该方法在富集反硝化细菌的同时，不对厌氧氨氧化细菌产生抑制作用，从而不会引起厌氧氨氧化细菌的丰度下降，在实现反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌共存后，逐渐改变进水基质，让短程反硝化过程开启，从而实现两种功能菌在一体式耦合反应器中的共生共存，本发明一体式系统能够在一个反应器中实现氨氮和硝酸盐高效、稳定去除，且启动时间短。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：

一种短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统的启动方法，包括如下步骤：

(1)将厌氧氨氧化颗粒污泥接种至一体式膨胀颗粒污泥床反应器中，污泥接种量为4～6kgvss/l；反应器初始进水中氮源为氨氮与亚硝酸盐氮，进水中同时添加有机碳源，此时进水cod与总氮的浓度比为0.2～0.25∶1，促进厌氧氨氧化颗粒污泥中富集反硝化细菌；当反应器总氮去除率稳定在85％以上时，逐级增加进水中有机碳源的浓度并最终使进水cod与总氮的浓度比例达到0.4～0.6∶1，进一步富集反硝化细菌并提升厌氧氨氧化细菌对有机物的适应性；其中，进水中有机碳源为葡萄糖或乙酸钠；

(2)维持反应器进水氨氮和总氮浓度不变，在反应器总氮去除率稳定在85％以上时，将进水中亚硝酸盐和硝酸盐比例调节至1∶1，相应地进水cod与总氮浓度比例调节至0.8～1∶1；在反应器总氮去除率稳定在85％以上时，进一步将进水亚硝酸盐和硝酸盐比例调节至0∶1，最终进水中氮源为氨氮和硝酸盐氮，相应地进水cod与总氮浓度比例达到1.2～1.4∶1，当反应器总氮去除率稳定在85％以上时，短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统建立。

其中，步骤(1)中，反应器初始进水中，氨氮与亚硝酸盐氮的浓度为1∶1.1，初始进水ph为7.0～7.5。

其中，步骤(1)中，厌氧氨氧化颗粒污泥取自常规厌氧氨氧化反应器，厌氧氨氧化颗粒污泥的平均粒径在0.5～1.5mm之间。

其中，厌氧氨氧化接种污泥中，优势厌氧氨氧化细菌为candidatusbrocadia和candidatusjettenia，优势厌氧氨氧化细菌丰度之和超过10％。

其中，步骤(1)中，一体式膨胀颗粒污泥床反应器为上流式反应器，其高径比为10∶1，反应器回流比为4，反应器水力停留时间为4～6小时，运行温度为30～33℃，反应器内部溶解氧浓度为0.2～0.6mg/l。

其中，整个反应过程中，反应器进水中总氮浓度不超过200mg/l，反应器进水中还含有其他必需元素，包括4～6mg/lnah2po4、40～50mg/lmgso4·7h2o、200～300mg/lcacl2·2h2o、0.8～1.2g/lkhco3和20～40mg/lfeso4。

其中，步骤(2)中，短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统启动后，进水中有机碳源的浓度与进水中硝酸盐的浓度之比为2.5～2.6∶1，即c/n比为2.5～2.6∶1。

有益效果：本发明方法能够实现两种功能菌在一体式耦合反应器中的互生共存；本发明首先利用低浓度有机物驯化厌氧氨氧化颗粒污泥并在颗粒污泥中富集反硝化细菌，避免了高浓度有机物对厌氧氨氧化细菌的抑制作用，从而避免了厌氧氨氧化细菌丰度下降问题的发生(厌氧氨氧化细菌丰度下降会导致反应器启动时间延长)，进而提高反应器对有机物的耐受能力；同时本发明通过改变进水中亚硝酸盐和硝酸盐比例，直接提升反应器中反硝化细菌的短程反硝化能力，而不再改变反硝化细菌的群落结构组成，缩短了微生物群落结构演替过程所需时间，最终实现了废水中硝酸盐和氨氮的同步高效去除，且相比于传统反硝化工艺所需有机碳源更少；本发明一体式耦合反应器具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明一体式egsb反应器的运行原理图；

图2是本发明一体式egsb反应器的建立过程图；

图3是本发明一体式egsb反应器启动运行中氨氮去除效率图；

图4是本发明一体式egsb反应器启动运行中两种氮去除效率图；

图5是本发明一体式egsb反应器启动运行中总氮去除效率图；

图6是本发明一体式egsb反应器启动运行中厌氧氨氧化与反硝化细菌的丰度图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

本发明短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统采用一体式egsb反应器作为反应器主体，其有效容积为1l，反应器主体4包括污泥采样口8、进水口、出水口、回流口和排气口；反应器主体4进水口通过进水蠕动泵2与外部进水箱1连接，反应器主体4出水口与外部出水箱连接，反应器主体4排气口与排气管7连接，反应器主体4回流口通过循环蠕动泵3实现反应液按一定比例回流。反应器进水采用底部蠕动泵2进水方式，具体运行原理如图1所示。egsb反应器回流比为4，水力停留时间为6小时，通过恒温循环系统5控制反应器4运行温度在30～33℃之间。

如图2所示，本发明短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统的建立，通过在厌氧氨氧化颗粒污泥中逐步富集反硝化细菌，继而激活该功能菌(反硝化细菌)的短程反硝化进程来实现两种脱氮工艺耦合，具体为：首先在一体式反应器中接种厌氧氨氧化颗粒污泥，然后逐级添加有机碳源来富集反硝化细菌并提升厌氧氨氧化细菌对有机物的适应能力，随后通过将进水中的亚硝酸盐逐步替换为硝酸盐来激活短程反硝化进程，最终当反应器总氮去除率维持在85％以上时，成功实现短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮一体式系统的启动。

实施例1

将0.6l厌氧氨氧化颗粒污泥接种至一体式膨胀颗粒污泥床(expandedgranularsludgeblanketreactor，egsb)反应器中，初始接种污泥量为4kgvss/l；其中，厌氧氨氧化接种污泥取自实验室稳定运行的厌氧氨氧化颗粒污泥反应器，接种污泥平均粒径为1.0～1.5mm，接种污泥中，优势厌氧氨氧化细菌为candidatusbrocadia和candidatusjettenia，两者丰度之和超过10％。

egsb反应器进水ph维持在7.0-7.5，初始进水氨氮浓度为80mg/l，亚硝酸盐氮浓度为90mg/l，硝酸盐氮浓度为5mg/l，进水氨氮与亚硝酸盐氮浓度比例调节为1∶1.1，初始进水有机碳源为乙酸钠，cod浓度为40mg/l；此外，反应器进水中同时还含有其他微量元素，包括4mg/lnah2po4、40mg/lmgso4·7h2o、200mg/lcacl2·2h2o、1g/lkhco3和30mg/lfeso4。

每隔一天检测反应器出水水质指标，反应器具体脱氮效能见图3～5，当反应器总氮去除率稳定在85％以上时，逐级提高进水中有机碳源浓度，每个阶段持续20天(每个阶段运行的时间根据反应器总氮去除率是否稳定在85％以上来判断是否进入下一个运行阶段)，具体如表1所示。反应器运行至第3阶段时，进水cod与总氮浓度比例达到0.5∶1，进一步富集反硝化细菌。

表1反应器各阶段进水水质特征

反应器运行第4阶段时，维持进水氨氮和总氮浓度不变，进水亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度分别调节至45和50mg/l，相应地进水cod浓度调节至150mg/l，通过将进水中亚硝酸盐替换为硝酸盐，激活反应器中反硝化细菌的短程反硝化活性，即反硝化细菌仅将硝酸盐转化为亚硝酸盐，(亚硝酸盐)并进一步被厌氧氨氧化细菌利用；反应器脱氮效能稳定后(即egsb反应器总氮去除率维持在85％以上)，在第5阶段将进水中亚硝酸盐全部替换为硝酸盐，相应地进水cod浓度调节至230mg/l，全面激活短程反硝化活性，促使短程反硝化过程为厌氧氨氧化过程提供亚硝酸盐基质，egsb反应器总氮去除率维持在85％以上，一体式短程反硝化与厌氧氨氧化耦合系统成功建立。

反应器中厌氧氨氧化细菌与反硝化细菌丰度变化趋势见图6，通过图6可以明显看出，采用本发明方法能够使厌氧氨氧化细菌与反硝化细菌稳定共生共存，解决了一体式反应器中短程反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌难共存的技术瓶颈，实现了短程反硝化与厌氧氨氧化工艺耦合，进而实现一步去除废水中的氨氮和硝酸盐，提高废水总氮去除效能。