一种利用厌氧氨氧化固定化技术实现全程自养脱氮的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用厌氧氨氧化固定化技术实现全程自养脱氮的方法，属于污水处理技术领域。
【背景技术】
[0002]随着水体富营养化的不断发生，氮素污染问题已经引起人们的高度关注，对城市污水进行脱氮处理成为当今污水处理的一个研宄热点。传统的生物脱氮方法主要是硝化-反硝化脱氮，但由于其投资高、耗能大，不适于高氮低碳废水的处理。近年来，随着新的生物脱氮途径的发现，厌氧氨氧化生物脱氮工艺正逐步得到开发应用。
[0003]厌氧氨氧化(anaerobicammonium oxidat1n, ANAMM0X)是目前已知最简捷、经济的生物脱氮途径，在废水脱氮领域具有良好的应用前景。在这一过程中，厌氧氨氧化菌以NH4+为电子供体，以NO 2_为电子受体，将NH 4+、N02_转变成N 2的过程，与传统的脱氮系统相比，其优点是:可以大幅度降低硝化反应的充氧能耗；免去反硝化反应的外加碳源；可节省传统硝化反硝化过程中所需的中和试剂；产泥量少。但由于厌氧氨氧化菌属于自养型微生物，生长缓慢，其世代周期长达11天，增长率非常低；厌氧氨氧化微生物量较低，氨氧化反应器启动耗时长，启动一个厌氧氨氧化反应器一般需要3个月以上的时间；厌氧氨氧化反应器内产生的大量氮气使得污泥悬浮于反应器内，容易造成菌体流失。为了解决上述问题，本发明采用包埋固定化厌氧氨氧化菌的方法将原本易流失的厌氧氨氧化菌通过凝胶小球截留在全程自养脱氮系统中。
[0004]本发明中采用的固定化微生物技术是现代生物工程领域的一项新兴技术，是通过化学或物理的手段将游离细胞位于限定的空间区域内，使其保持活性的方法。包埋固定化微生物具有生物量浓度高，可以反复利用，抗环境毒性能力强等优点，它能够延长厌氧氨氧化细菌在系统内的固体停留时间和维持较高的细菌浓度，从而提高系统的厌氧氨氧化速率。将聚乙烯醇的高强度和海藻酸钠的高含水率相结合，制得具有弹性好、柔韧性大和含水率高的PVA-SA复合材料。通过以PVA-SA作为包埋固定化载体制备厌氧氨氧化凝胶小球并将其应用在全程自养脱氮系统中，能够解决厌氧氨氧化菌在全程自养脱氮系统中易流失、溶解氧易影响厌氧氨氧化污泥活性等问题。固定化的厌氧氨氧化凝胶小球将厌氧氨氧化菌截留在全程自养脱氮系统中、由于溶解氧传质受阻，固定化小球中的厌氧氨氧化菌不易受到溶解氧的抑制，增强了该系统处理过程的稳定性，实现了全程自养脱氮。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决厌氧氨氧化菌在全程自养脱氮系统中易流失、溶解氧易影响厌氧氨氧化污泥活性、全程自养脱氮系统运行不稳定等问题，本发明利用固定化微生物技术制备厌氧氨氧化凝胶小球，固定化的厌氧氨氧化凝胶小球将厌氧氨氧化菌截留在全程自养脱氮系统中且减弱溶解氧对厌氧氨氧化菌的影响，增强了该系统处理过程的稳定性，使得全程自养脱氮系统在启动后达到稳定运行。
[0006]为了达到上述目的，本发明通过以下方案来实现:
[0007](I)厌氧氨氧化包埋固定化方法，它包括以下步骤和工艺条件:
[0008]I)厌氧氨氧化污泥，用去离子水清洗后备用；
[0009]2)按照15%和2%的质量-体积百分浓度配制200ml聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)混合溶液，并在120°C中加热20min使其加速溶解；
[0010]3)待第⑵步得到的PVA-SA混合液冷却至室温后与第⑴步得到的10000mg/L的厌氧氨氧化污泥分别取25ml充分混合得到菌胶混合液；
[0011]4)按照50%和2%的质量-体积百分浓度配制500ml硝酸钠(NaNO3)和氯化钙(CaCl2)的混合固定液，将第3)步得到的PVA-SA和厌氧氨氧化菌的混合液逐滴加到硝酸钠和氯化钙的混合固定液中在室温下充分接触12h，对其固定化交联；
[0012]5)固定化交联结束后用去离子水清洗制备完成的固定化小球3-5次；
[0013]6)将制备好的固定化小球在30_35°C条件下用配水活化培养6_8天，使固定化小球内部的微生物活性得到充分的恢复。
[0014]作用原理是:
[0015]聚乙烯醇和海藻酸钠，两者均为亲水性的聚合物，互溶性好，在以往的研宄中，两种材料通常是单独使用，未能将他们的优点结合起来，在材料的弹性和含水率等性能方面不理想，将聚乙烯醇的高强度和海藻酸钙的高含水率相结合，制得具有弹性好、柔韧性大和含水率高的PVA-海藻酸钠复合材料。
[0016](2)将包埋固定化得到的厌氧氨氧化凝胶小球应用在全程自养脱氮系统中，其装置特征在于:
[0017]该系统由城市污水原水水箱、生物除碳反应器、中间水箱和全程自养脱氮反应器串联而成；城市污水原水水箱通过生物除碳反应器进水泵与生物除碳反应器进水管相连；生物除碳反应器设有第一空压机、第一气体转子流量计、第一曝气头、第一搅拌器、第一 PH和DO测定仪、第一放空阀和出水阀；生物除碳反应器出水阀通过出水管与中间水箱相连；中间水箱通过全程反应器进水泵与全程自养脱氮反应器进水阀相连；全程自养脱氮反应器设有第二空压机、第二气体转子流量计、第二曝气头、第二放空阀、第二 PH和DO测定仪及第二出水阀、第二搅拌器；
[0018](3)利用包埋固定化得到的厌氧氨氧化凝胶小球实现全程自养脱氮的方法，包括以下步骤:
[0019]I)系统启动阶段:
[0020]生物除碳反应器反应器接种城市污水处理厂二沉池回流污泥，使污泥浓度在2000-4000mg/L;全程自养脱氮反应器接种处理生活污水的中试规模序批式反应器中稳定运行的短程污泥，使得污泥浓度在2000-4000mg/L，并接种固定化的厌氧氨氧化凝胶小球，固定化小球填充比为10% -20%。
[0021]2)正常运行阶段:
[0022]城市污水原水水箱通过生物除碳反应器进水泵进水15min，厌氧搅拌15min，以恢复活性污泥的吸附能力，再进行好氧曝气25?30min，以去除有机物。反应结束后沉淀30min，通过出水阀将上清液排入中间水箱。该反应器溶解氧浓度控制在l_2mg/L。中间水箱的水通过全程反应器进水泵与进入全程自养脱氮反应器，通过气体转子流量计调整曝气量，使反应器溶解氧浓度控制在l_2mg/L。处理完成后开始沉淀，上清液通过排水阀排出。
[0023]进一步地，全程自养脱氮反应器出水总氮低于15mg/L后，根据进水中氨氮浓度及时调整曝气时间。例如，进水氨氮浓度高于60mg/L，则增长系统曝气时间；同理，当进水氨氮浓度低于50mg/L时，则应减少曝气时间，以避免反应过程中会出现过曝气现象，影响城市污水全程自养脱氮反应器的出水水质。
[0024]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0025](I)使用包埋法固定厌氧氨氧化菌可以大幅度提高颗粒内的微生物浓度，采用上述包埋方法可以最大限度保留固定后厌氧氨氧化菌的活性。
[0026](2)利用厌氧氨氧化固定化技术启动的全程自养脱氮系统，不易造成厌氧氨氧化活性污泥的流失。
[0027](3)在厌氧氨氧化固定化技术启动的全程自养脱氮系统中由于溶解氧传质受阻，使得固定化小球中