一种ANAMMOX反应器及其接种混合污泥的启动方法与流程

本发明涉及一种以亚硝化污泥和厌氧污泥的混合污泥为接种污泥，同时添加悬浮海绵填料启动厌氧氨氧化反应器的方法。

背景技术：

随着工业的快速发展和人们生活水平的提高，导致工业污水和生活废水中大量氨氮排入自然水体中，造成水体富营养化，对水生生态系统造成损害。传统脱氮工艺以硝化-反硝化工艺为主，该工艺需要外加碳源和曝气，产生剩余污泥较多，运行成本较高。因此更加节能的新型生物脱氮工艺成为人们关注的热点问题。

厌氧氨氧化是一种新型生物脱氮反应，厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation)是指在厌氧条件下，微生物以NH₄⁺为电子供体，NO₂^-为电子受体，发生反应生成氮气的过程。其反应时如下：

NH₄⁺+1.32NO₂^-+0.0066HCO₃^-+0.13H⁺→0.0066CH₂O_0.5N_0.15+1.02N₂↑+0.26 NO₃^-+2.03H₂O (1)

厌氧氨氧化反应无需额外添加有机碳源，剩余污泥少，节约成本等优点。对于C/N比低，可生化性差的废水如垃圾渗滤液、猪场废水、污泥消化液等，厌氧氨氧化技术具有良好的工程应用前景。但厌氧氨氧化菌属于自养厌氧菌，生长速率缓慢，倍增时间长。厌氧氨氧化反应的启动时间也较长，普遍在3个月以上，同时在运行过程中受溶解氧、温度有机物、重金属等因素的影响较大，运行过程中存在不稳定的问题。

目前国内外一般采用絮状污泥作为种泥启动厌氧氨氧化反应器，启动时间较长。通过使用反硝化污泥、硝化污泥、厌氧颗粒污泥均取得了不错的启动效果，通过混合污泥与填料形成生物膜能够有效保留反应器中的微生物，从而可以缩短厌氧氨氧化反应器启动的时间，目前使用较多的填料主要有无纺布、海绵、聚乙烯醇凝珠、生物质炭等，这些比表面积大、阻力小、亲水性强的多孔材料在加快反应器启动的同时，也加强了反应器的脱氮能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对国内外厌氧氨氧化反应器启动时间较长且运行过程中不稳定的特点，本发明的目的是提供一种快速启动厌氧氨氧化反应器的方法。该方法缩短厌氧氨氧化反应器启动时间，且运行较为稳定，脱氮效果好。

为达到上述发明目的，本发明采取了如下技术方案:

一种ANAMMOX反应器，包括进出水系统，反应器筒体，气体缓冲瓶，所述的反应器筒体从下往上包括污泥区、填料层、沉淀区、三相分离器、气室，所述气体缓冲瓶连接气室顶部的排气管，所述进出水系统包括连接三相分离器的出水口及出水桶、依次连接污泥区的进水口、蠕动泵、进水桶，所述的三相分离器包括若干设置在反应器筒体内的漏斗形反射锥，所述反射锥与反应器筒体内壁之间以及相邻反射锥之间设置有连通气室的气体通道，所述反射锥底部的开口处设置有分流块，所述反射锥的顶部设置有连接出水口的出水槽，所述的填料层内填充有海绵颗粒，颗粒尺寸为1×1×1cm，总体积为0.5L，所述填料层上方固定有防止填料过度上浮的纱布。

进一步地，所述反射锥内垂直设置有伸出所述反射锥顶部的导流板，所述导流板与所述反射锥的垂直内壁之间设置有连通气室的气体通道。

进一步地，位于所述填料层和沉淀区的反应器筒体外包裹有用于调节反应温度的恒温水浴层。

进一步地，所述的污泥区、填料层、沉淀区、三相分离器均设置有取样口。

进一步地，还包括对反应器筒体进行避光处理的黑布。

进一步地，所述的三相分离器的材料为有机玻璃，所述的污泥区与填料层之间设置有多孔的有机玻璃隔板。

一种接种混合污泥启动如所述反应器的方法，包括步骤：

(1)ANAMMOX反应器底部加入由亚硝化污泥和厌氧污泥组成的混合污泥；

(2)污泥区上部的填料区添加与污泥区污泥混合浸泡2h的1×1×1cm的海绵，海绵上方添加纱布以防止海绵上浮至三相分离区，反应器进水后海绵将上浮并悬浮在填料层；

(3)反应器进水为以氨氮和亚硝态氮为基质，以碳酸氢钠为碳源的营养液，其中c(NO₂^--N)/c(NH₄⁺-N):＝1.1-1.3，设置pH值为7.0-7.4，在常温条件下启动反应器内厌氧氨氧化反应。

进一步地，所述的混合污泥包括60％(体积)的亚硝化污泥、20％(体积)的厌氧絮状污泥和20％(体积)厌氧颗粒污泥，混合污泥体积为占反应器总体积的25％-30％。

进一步地，所述进水的pH值用盐酸和碳酸氢钠进行调节。

进一步地，所述进水中还包括NaHCO₃(1g/L)、MgSO₄(0.3g/L)、CaCl₂(0.18g/L)、KH₂PO₄(0.03g/L)、微量元素I、微量元素II，所述微量元素I包括：EDTA(5g/L)、FeSO₄(5g/L)，所述微量元素II(g/L)包括：ZnSO₄·7H₂O(0.430g/L)，CuSO₄·5H₂O(0.250g/L)，MnCl₂·4H₂O(0.990g/L)，NiCl₂·6H₂O(0.190g/L)，CoCl₂·6H₂O(0.24g/L)，H₃BO₄(0.014g/L)和NaMoO₄·2H₂O(0.22g/L)，微量元素I、微量元素II的加入量均为1mL/L。

本发明混合污泥有不错的脱氮效果，悬浮海绵填料的添加能起到泥水分离的效果，同时随着海绵表面污泥的聚集对基质也会有去除的效果，能强化反应器的脱氮效能和维持反应器的稳定运行。

附图说明

图1为UASB-ANAMMOX反应器结构示意图。

图2为UASB反应器内三相分离器结构示意图。

图3为本发明所用方法对NH₄⁺-N的去除效果示意图。

图4为本发明所用方法对NO₂^--N的去除效果示意图。

图5为本发明所用方法△NO₂^--N/△NH₄⁺-N与-(△NO₃^--N)/△NH₄⁺-N变化情况示意图。

图中所示为：1-排气管；2-气室；3-三相分离器；4-沉淀区；5-填料层；6-污泥区；7-进水口；8-蠕动泵；9-进水桶；10-恒温水浴层；11-气体缓冲瓶；12-导流板；13-出水槽；14-反射锥；15-出水口；16-出水桶；17-分流块；18-纱布。

具体实施方式

以下结合说明书附图来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于下述实施案例。

如附图1和图2所示，一种ANAMMOX反应器，包括进出水系统，反应器筒体，气体缓冲瓶11，所述的反应器筒体从下往上包括污泥区6、填料层5、沉淀区4、三相分离器3、气室2，所述气体缓冲瓶11连接气室2顶部的排气管1，所述进出水系统包括连接三相分离器3的出水口15及出水桶16、依次连接污泥区6的进水口7蠕动泵8、进水桶9，所述的三相分离器3包括若干设置在反应器筒体内的漏斗形反射锥14，所述反射锥14与反应器筒体内壁之间以及相邻反射锥14之间设置有连通气室2的气体通道，所述反射锥14底部的开口处设置有分流块17，所述反射锥14的顶部设置有连接出水口15的出水槽13，所述的填料层5内填充有海绵颗粒，颗粒尺寸为1×1×1cm，总体积为0.5L，所述填料层上方固定有防止填料过度上浮的纱布18。

所述反射锥14内垂直设置有伸出所述反射锥14顶部的导流板12，所述导流板12与所述反射锥14的垂直内壁之间设置有连通气室2的气体通道。

位于所述填料层5和沉淀区4的反应器筒体外包裹有用于调节反应温度的恒温水浴层(10)。

所述的污泥区6、填料层5、沉淀区4、三相分离器3均设置有取样口。

还包括对反应器筒体进行避光处理的黑布。

所述的三相分离器3的材料为有机玻璃，所述的污泥区6与填料层5之间设置有多孔的有机玻璃隔板。

一种接种混合污泥启动如所述反应器的方法，包括步骤：

(1)ANAMMOX反应器底部加入由亚硝化污泥和厌氧污泥组成的混合污泥；

(2)污泥区(6)上部的填料区添加与污泥区污泥混合浸泡2h的1×1×1cm的海绵，海绵上方添加纱布以防止海绵上浮至三相分离区，反应器进水后海绵将上浮并悬浮在填料层；

(3)反应器进水为以氨氮和亚硝态氮为基质，以碳酸氢钠为碳源的营养液，其中c(NO₂^--N)/c(NH₄⁺-N):＝1.1-1.3，用盐酸和碳酸氢钠调节pH值为7.0-7.4，在常温条件下启动反应器内厌氧氨氧化反应。

具体而言，所述的混合污泥包括60％的亚硝化污泥、20％的厌氧絮状污泥和20％厌氧颗粒污泥，混合污泥体积为占反应器总体积的25％-30％。

具体而言，所述进水中还包括NaHCO₃(1g/L)、MgSO₄(0.3g/L)、CaCl₂(0.18g/L)、KH₂PO₄(0.03g/L)、微量元素I、微量元素II，所述微量元素I包括：EDTA(5g/L)、FeSO₄(5g/L)，所述微量元素II(g/L)包括：ZnSO₄·7H₂O(0.430g/L)，CuSO₄·5H₂O(0.250g/L)，MnCl₂·4H₂O(0.990g/L)，NiCl₂·6H₂O(0.190g/L)，CoCl₂·6H₂O(0.24g/L)，H₃BO₄(0.014g/L)和NaMoO₄·2H₂O(0.22g/L)，微量元素I、微量元素II的加入量均为1mL/L。

UASB-ANAMMOX反应器进水从底部通过蠕动泵8泵入反应器中，经过污泥区6后进入悬浮的海绵填料区5，海绵填料吸附一部分上浮的絮状污泥，接下来依次通过沉淀区4和三相分离器3。进水为人工配水，以氯化铵和亚硝酸钠为氮源，以碳酸氢钠为碳源，调节pH为7.0-7.4，控制水力停留时间6-9h，随着反应器进出水氨氮及亚硝态氮的去除率的升高提升进水基质浓度。

接种污泥来自广州市某生活污水处理厂，分别取该污水处理厂的亚硝化污泥、厌氧絮状污泥、厌氧颗粒污泥，混合体积比为3:1:1，混合后污泥MLSS为32g/L，MLVSS为12g/L，接种量为27％，体积为1.06L。

实施效果

如附图3、4所示，尽管进水的氨氮及亚硝态氮浓度不断增加，但是氨氮和亚硝氮的去除率不断增加，在第97d，氨氮及亚硝态氮的去除率分别达到94.9％和89.1％，NLR和NRR分别为1.39kg/(m³·d)和1.145kg/(m³·d)，同时反应器出现大量厌氧氨氧化红色颗粒污泥，且如附图5，NH₄⁺-N减少量：NO₂^--N减少量：NO₃^--N生成量趋向于1：1.15：0.17，标志着UASB-ANAMMOX反应器启动成功。

同时如附表1所示：

表1为本发明不同取样点在不同时间点的TN浓度变化表

污泥区6位于第一取样口和进水之间，随着反应器的启动，污泥的脱氮效能不断提升，污泥区6也一直是脱氮反应的主要部位；第二取样口和第一取样口之间为填料层5，在第82d和第87d，也就是负荷稍低时，会表现出一定的脱氮能力，能去除的TN浓度为20mg/L和17mg/L，此时出水口和取样口2之间的三相分离区TN浓度则变化不大，在第97d启动完成后，第118d和第121d，此时进水总氮负荷较大，经过填料层的水样TN浓度出现了增加，但在经过三相分离器后TN浓度又变少，减少值分别达到了19mg/L和45mg/L。在启动前，污泥中微生物代谢较慢，上浮的污泥被悬浮海绵吸附，并逐渐被驯化成颜色较浅的ANAMMOX颗粒污泥，还有一部分污泥上浮至三相分离区，也逐步实现了污泥的驯化，只是驯化速度要比填料层慢；而在启动完成，污泥中微生物代谢加快，产生的剩余污泥由填料层吸附，并在这一层中有机氮分解成氨氮，导致总氮浓度上升，此时，三相分离区的污泥经过长期的驯化，已经能达到不错的脱氮效果。综上所述，反应器中的混合污泥在启动过程中有较好的脱氮效果，而填料层对维持反应器稳定性和减少污泥的流失也起到了很好的效果，具有一定的应用潜力。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。