一种低基质浓度厌氧氨氧化生物膜反应器的启动方法与流程

[0001]
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种低基质浓度进水、逐步提高氮负荷方式下sbr厌氧氨氧化生物膜反应器的启动方法。尤其适用于污水处理厂处理生活污水。


背景技术：

[0002]
人类向水体中排放了大量的含氮废水，造成了水体富营养化等环境污染问题，氮素污染已经成为我国环境问题之一，严重危害人类健康。典型的氮处理过程包括硝化作用和反硝化作用，这两种过程通常都会消耗能量，并且需要大量外加碳源，增加了运行成本。然而，厌氧氨氧化是一种“捷径”。
[0003]
厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation简称anammox)是自养脱氮工艺，anammox工艺的发现为低c/n比的污水处理提供了一个相对经济适用的方法。厌氧氨氧化细菌广泛存在于自然界中，但其含量及丰度较低，故一般厌氧氨氧化反应器需接种好氧污泥或微量厌氧氨氧化污泥进行驯化培养。并且，厌氧氨氧化菌(anaob，anaerobic ammonia-oxidizing bacteria)倍增时间长，比增殖速率低，且在富集培养过程中易流失。此外，厌氧氨氧化菌易受进水基质浓度的影响。致使厌氧氨氧化反应器的启动会是一个缓慢而又富有难度的过程。这限制了厌氧氨氧化工艺的应用。因此，研发一种厌氧氨氧化工艺的启动方法能够有效的促进厌氧氨氧化工艺的应用。
[0004]
sbr反应器具有较强的持留微生物能力，可有效减少污泥流失，有利于像anaob等世代周期长的微生物生长。反应器内填料的添加，有助于形成微环境，更有利于菌种的富集和培养，且增强了抗水力冲击能力。此外，反应器启动的过程中，采用低基质浓度进水、逐步提高氮负荷的方式，可以有效避免fa和fna的浓度抑制，为反应器高效的运行奠定基础。


技术实现要素：

[0005]
本发明的内容是为了解决anaob难以富集，厌氧氨氧化反应器启动时间较长的难题，提供了一种低基质浓度进水、逐步提高氮负荷方式下启动sbr厌氧氨氧化生物膜反应器的方法。
[0006]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种低基质浓度进水、逐步提高氮负荷方式下sbr厌氧氨氧化生物膜反应器的启动方法，该方法采用低基质浓度进水、逐步提高氮负荷方法启动反应器，反应器内投加填料富集厌氧氨氧化菌，启动过程通过提高氮负荷驯化厌氧氨氧化污泥，具体包括以下步骤：
[0007]
(1)sbr反应器启动前接种二沉池回流污泥(mlss为4500mg/l)，接种量占反应器容积的60％左右。试验用水为未添加有机碳源的模拟污水，进水基质由nh
4
hco
3
和nano
2
提供，模拟废水中其他组成组分如下：kh
2
po
4 30mg/l、cacl
2
·
2h
2
o 36mg/l、nahco
3 350mg/l及微量元素。并将ph控制在7.5～8.5之间，温度控制在30
±
2℃。
[0008]
(2)sbr反应器启动前四个阶段每天运行三个周期，一个周期时长为12h，包括进水
20min、搅拌6h、静置80min、排水20min，设置排水比为33.3％，hrt为24h，且反应器运行过程中不主动排泥。最后一阶段，反应器失稳时，将一周期8h调节为12h，即6h搅拌提高至10h连续搅拌，活性恢复后，重新将一周期调为8h。
[0009]
(3)反应器的启动共运行156d，可分为四个阶段：菌体自溶阶段(1～22d)、活性迟滞阶段(23～83d)、活性提高阶段(84～124d)、活性稳定阶段(125～156d)和反应器的失稳恢复阶段(156～208d)。其中，运行15d(自溶阶段)时将污泥置于4℃恒温冰箱中存放28d，保持污泥活性。
[0010]
(4)在活性迟滞阶段向sbr反应器中投加填料，可富集anaob。并且反应器外部用遮光布遮挡，使反应器严格避光；
[0011]
根据本发明，所选填料为高密度聚乙烯填料(high density polyethylene，简称为“hdpe”)，密度为30％，填料为内部中空的“十字形”骨架，将该填料内部空间分隔为四个室，其直径为φ10
×
10mm，比重≥0.95g/cm
3
，比表面积≥500m
2
/m
3
。
[0012]
(7)活性提高阶段中，向反应器内投加少许的厌氧氨氧化种泥；
[0013]
根据本发明，sbr反应器有效容积为14l，厌氧氨氧化种泥的投加量约占反应器容积的1/50。
[0014]
(3)sbr厌氧氨氧化反应器启动采用低基质浓度进水、逐步提高氮负荷的方式驯化厌氧氨氧化污泥。
[0015]
根据本发明，通过调整进水基质浓度或水力停留时间来调整氮负荷。启动阶段控制进水nh
4+-n和no
2--
n的浓度分别为50mg/l和66mg/l左右。菌体自溶阶段将进水nh
4+-n提升到60mg/l，no
2--
n提升到79.2mg/l，出水水质未见好转。活性提高阶段连续两次提高进水nh
4+-n、no
2--
n浓度为80mg/l、105.6mg/l。在活性稳定阶段，通过控制进水nh
4+-n和no
2--
n的浓度分别为70mg/l、92.4mg/l，可使nh
4+-n平均去除率在80％以上，tre平均在63％以上。随后，为保证基质的供给，进一步提升了反应器内基质的浓度，将进水nh
4+-n升高到90mg/l，进水no
2--
n升高到118.8mg/l，周期运行时间均未改变，反应器性能出现恶化。继而将进水nh
4+-n和no
2--
n分别降低到70mg/l、92.4mg/l，并延长了水力停留时间，将原来运行一周期8h调节为12h，反应器处理效果好转。随后将运行周期重新调整为一周期8h。反应运行第206d时，nh
4+-n去除率升高到85.0％，出水no
2--
n几乎为零，总氮去除率高达73.4％。
[0016]
(7)sbr反应器前期运行阶段，控制nh
4+-n和no
2--
n的浓度比按1∶1.32配置，运行后期对进出水中的氨氮、亚硝酸盐氮、硝态氮浓度进行检测，根据出水氨氮、亚硝酸盐氮浓度调整进水中基质浓度。
[0017]
本发明的厌氧氨氧化反应器性能稳定之后，可使模拟废水中的nh
4+-n去除率高达85％，出水no
2--
n含量几乎为零，总氮去除率平均在60％以上。污泥进入稳定期。
[0018]
本发明的方法中没有特别限定的，按本领域常规技术选择即可。
[0019]
本发明的有益效果体现在以下几个方面：(1)接种厌氧氨氧化种泥加快了厌氧氨氧化反应器的快速启动。(2)填料的投加有效的解决了污泥易于流失、难以富集的技术难题。(3)采用低基质浓度进水方式，可以有效避免nh
4+-n和no
2--
n的浓度抑制。(4)启动阶段逐步提高氮负荷，加快了厌氧氨氧化菌的驯化与富集。(5)反应阶段搅拌装置将泥水和原水混合，使anaob和基质充分接触。
附图说明
[0020]
图1为本发明实施例的厌氧氨氧化生物膜反应器的装置图。
[0021]
其中：1、进水泵；2、电动搅拌器；3、搅拌桨；4、加热棒；排水口；6、取样口
具体实施方式
[0022]
下面结合具体实例对本发明的一种低基质浓度进水、逐步提高氮负荷方式下sbr厌氧氨氧化生物膜反应器启动方法进一步说明
[0023]
实施例中未详加说明的均按本领域现有技术。
[0024]
实施例
[0025]
sbr厌氧氨氧化生物膜反应器的启动方法，具体步骤如下：
[0026]
(1)反应器装置
[0027]
试验采用sbr反应器，其主体有效容积为14l的圆柱形有机玻璃容器，高600mm，圆柱形直径为200mm，在反应器壁上的垂直方向设置了一排间距为100mm的取样口，用作取样和排水。反应器辅以时控开关，恒温加热棒，电磁阀，蠕动泵，电动搅拌器等装置。该反应器上部为填料聚集区，上部进水，中部出水。
[0028]
(2)接种污泥及填料
[0029]
试验接种污泥取自天津某污水处理厂二沉池回流污泥，mlss为4500mg/l，接种量为反应器有效容积的60％左右。启动阶段接种少量厌氧氨氧化种泥，约占反应器有效容积的1/50。
[0030]
反应器内充高密度聚乙烯(high density polyethylene，简称为“hdpe”)填料φ10
×
10mm，比重为0.95g/cm
3
以上，比表面积大于500m
2
/m
3
，接种填料填充比为30％左右。
[0031]
(3)培养夜的组成成分和浓度
[0032]
试验用水采用人工模拟废水，进水基质由nh
4
hco
3
和nano
2
提供，二者浓度根据运行效果进行调整，未添加有机碳源。进水其余成分及微量元素见表1和表2。
[0033]
表1模拟污水水质
[0034][0035]
表2微量元素表
[0036]
mircronutrients：(1ml/l)
[0037][0038]
(4)运行参数设计
[0039]
反应器内通过加热棒将温度控制在30
±
2℃，ph控制在7.5～8.5之间，且反应器严格避光。试验采用间歇进、出水的方式运行，反应器失稳前每天运行三个周期，一周期为8h，其中进水20min、搅拌6h、静置80min、排水20min。排水比为33.3％。反应器失稳后，将一周期8h调节为12h，即6h搅拌提高至10h连续搅拌。待活性恢复后，重新调回8h。反应器运行过程中不主动排泥。
[0040]
(5)运行结果
[0041]
反应器的启动共运行156d，根据运行效果可将启动过程分为五个阶段：菌体自溶阶段(1～22d)、活性迟滞阶段(23～83d)、活性提高阶段(84～124d)、活性稳定阶段(125～156d)和反应器的失稳恢复阶段(156～208d)。
[0042]
菌体自溶阶段(1～22d)：反应器接种污泥为二沉池回流污泥，厌氧条件下回流污泥中的好氧菌发生菌体自溶，导致出水nh
4+-n的值高于进水。同时菌体自溶为反硝化菌提供电子供体，使出水的no
2--
n浓度低于进水no
2--
n浓度。
[0043]
活性迟滞阶段(23～83d)：电子供体的缺失使反硝化过程逐渐受到抑制，反硝化菌的活性减弱，且厌氧氨氧化的活性尚未显现出来，导致进、出水总氮基本相同，nh
4+-n的去除率缓慢开始降低。反应器运行第62d时，经测定nh
4+-n和no
2--
n被同时去除，反应器内开始有了微弱的厌氧氨氧化活性。此阶段接种的污泥由黑色变为棕黄色。
[0044]
活性提高阶段(84～124d)：为保证基质的供给，连续两次提升了进水基质浓度，使nh
4+-n浓度为80mg/l、no
2--
n浓度为105.6mg/l。并且种泥的加入使anaob的活性明显提高，nh
4+-n和no
2--
n的去除率也在逐渐增加。nh
4+-n和no
2--
n降解量之比约为1∶1.4，这是由于反应器内还有少量残留的反硝化菌，反硝化菌利用进水的no
2--
n进行反硝化反应，使nh
4+-n和no
2--
n降解量之比高于理论值1∶1.32。
[0045]
活性稳定阶段(125～156d)：此阶段反硝化反应逐渐消失，但由于反应器内anaob的数量较少，且anaob的倍增时间长，反应器进入了活性稳定阶段。nh
4+-n去除率最高可达
83.3％，no
2--
n去除率最高可达到96.4％，总氮去除率也平均在60％以上。
[0046]
失稳恢复阶段(156～228d)：反应器内进水nh
4+-n升高到90mg/l，进水no
2--
n升高到118.8mg/l(进水nh
4+-n、no
2--
n浓度比为1∶1.32，周期运行时间均未改变)。此时，反应器内fa最高达4.69mg/l，fna最高达2.68μg/l，fa和fna的升高使anaob活性受到抑制，反应器性能的恶化。nh
4+-n去除率由原来的82.3％降低到22.1％，tre由原来的69.3％降低到15.8％，出水no
2--
n浓度升高至30.2mg/l。在运行第176d时，调节了进水基质浓度，将进水nh
4+-n和no
2--
n分别降低到70mg/l、92.4mg/l。运行两周后，延长了水力停留时间，将原来运行一周期8h调节为12h，即6h搅拌提高至10h连续搅拌。反应器的处理效果明显转好。将运行周期重新调整为一周期8h，其中进水20min、搅拌6h、静置80min和排水20min。运行第206d时，nh
4+-n去除率升高到85.0％，出水no
2--
n几乎为零，总氮去除率高达73.4％。经过228d的培养驯化，反应器内anaob以candidatus brocadia为主，但仅占菌群的13.26％。填料上出现少量厌氧氨氧化菌富集的现象，且污泥颜色由接种前的黑色变为黄褐色。厌氧氨氧化生物膜反应器成功启动。