專利名稱：一種高效厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢水中氮素的去除方法，特別涉及一種高效厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法。背景技術(shù)：
厭氧氨氧化菌能夠在厭氧條件下以氨為電子供體，亞硝酸為電子受體生成氮氣實現(xiàn)水中氮素綠色去除的目的。以厭氧氨氧化菌為主體的厭氧氨氧化工藝作為一種新型生物脫氮技術(shù)，具有脫氮負(fù)荷高，運行費用低，占地空間小等優(yōu)點，應(yīng)用前景十分光明。
然而，自養(yǎng)型厭氧氨氧化菌生長十分緩慢，倍增時間長達(dá)lld，對環(huán)境條件極其敏感且傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)方法很難得到厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)物。厭氧氨氧化菌的這一特點決定了獲得高效厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)十分困難，從而也使得厭氧氨氧化反應(yīng)器要獲得較高的脫氮性能也十分困難。這嚴(yán)重制約了厭氧氨氧化菌的理論研究和此新型脫氮工藝的推廣應(yīng)用。本發(fā)明提出一種高效厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，且具有重要的理論和現(xiàn)眉、ο
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種高效厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，該方法以較低負(fù)荷遞增方式提高反應(yīng)器運行負(fù)荷，有利于厭氧氨氧化菌的馴化富集和氮去除速率的穩(wěn)步增加， 并能夠有效避免厭氧氨氧化的基質(zhì)抑制，使其達(dá)到一個較高的運行負(fù)荷。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種高效厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，所述方法為
(1)將厭氧顆粒污泥接種于厭氧反應(yīng)器中，厭氧顆粒污泥占反應(yīng)器總體積的30 90% ；
(2)以含氮模擬廢水為反應(yīng)進(jìn)水，進(jìn)水前調(diào)節(jié)模擬廢水PH值至7. 20 8. 70，并通入惰性氣體去除厭氧反應(yīng)器及模擬廢水中的溶解氧，然后將模擬廢水連續(xù)泵入反應(yīng)器， 在反應(yīng)器啟動之后停止對反應(yīng)器曝氣去除溶解氧，只對反應(yīng)器進(jìn)水曝氣除氧，反應(yīng)器溫度控制在18 37°C內(nèi)且不要求溫度恒定，反應(yīng)器啟動階段，水力停留時間為12 48h，每天監(jiān)測反應(yīng)器進(jìn)水和出水的氨氮和亞硝酸鹽氮的濃度，根據(jù)氨氮和/或亞硝酸鹽氮濃度調(diào)整反應(yīng)器運行條件，當(dāng)反應(yīng)器滿足下列條件(A)或(B)之一時，調(diào)整進(jìn)水基質(zhì)濃度和/或水力停留時間以增加反應(yīng)器總氮負(fù)荷；如此重復(fù)調(diào)整，厭氧反應(yīng)器經(jīng)過30 150d的運行， 形成富集厭氧氨氧化菌的厭氧氨氧化顆粒污泥，所述的基質(zhì)濃度是指進(jìn)水中的氨氮和亞硝酸鹽氮的濃度；所述進(jìn)水初始時調(diào)整含氮模擬廢水的氨氮和亞硝酸鹽氮濃度范圍為觀 84mg - Γ1 ；所述條件(A)為出水亞硝酸鹽氮濃度小于30mg/L，所述條件(B)為反應(yīng)器連續(xù)三天的出水氨氮及亞硝酸鹽氮濃度無統(tǒng)計學(xué)意義上的差異且出水亞硝酸鹽氮濃度小于60mg/ L0
所述厭氧氨氧化顆粒污泥顆粒粒徑0. 5 9mm，最優(yōu)粒徑為1 3mm，所述顆粒球形度為0.5 1.0，比重大于1。
所述步驟(1)啟動反應(yīng)器之前用自來水沖洗污泥，在水力停留時間為12 4 的條件下沖洗0. 5 Id ；啟動階段的水力停留時間為12 48h，以洗出原有基質(zhì)及雜質(zhì)。
步驟(2)所述去除厭氧反應(yīng)器及進(jìn)水中的溶解氧的方法為厭氧反應(yīng)器啟動前先曝氮氣對所述厭氧反應(yīng)器及模擬廢水一次曝氣除氧，啟動反應(yīng)器之后用氮氣僅對進(jìn)水曝氣除氧，停止對反應(yīng)器曝氣除氧，僅對反應(yīng)進(jìn)水每次曝氣時間20min ；當(dāng)進(jìn)水總氮去除速率超過2. Okg/(m3. d)時無需再對進(jìn)水曝氮氣除氧。
步驟(2)所述厭氧反應(yīng)器運行條件調(diào)整方法為下列之一 a)進(jìn)水的基質(zhì)濃度的提高和水力停留時間的降低分別進(jìn)行進(jìn)水氨氮及亞硝酸鹽氮每次同步提高3. 5 42mg · L—1，但亞硝酸鹽氮的進(jìn)水濃度不要超過^Omg/L ；當(dāng)調(diào)整水力停留時間時，若調(diào)整時的水力停留時間為2 48h時，每次水力停留時間縮短1 4h，若調(diào)整時的水力停留時間小于池時，每次縮短水力停留時間導(dǎo)致的水流流量增加量應(yīng)等價于反應(yīng)器日進(jìn)水增加 0. 5 7個反應(yīng)器有效體積的進(jìn)水量；b)進(jìn)水基質(zhì)濃度的提高和水力停留時間的調(diào)整交替進(jìn)行，即同步提高所述進(jìn)水氨氮及亞硝酸鹽氮濃度與調(diào)整水力停留時間的方式交替進(jìn)行， 所述進(jìn)水基質(zhì)濃度的提高和水力停留時間的調(diào)整同方法a) ；c)同時調(diào)整進(jìn)水基質(zhì)濃度和水力停留時間時，增加的總氮負(fù)荷不得超過分別調(diào)整進(jìn)水基質(zhì)濃度和水力停留時間時增加的最大總氮負(fù)荷，所述進(jìn)水的基質(zhì)濃度的提高和水力停留時間的調(diào)整同方法a)；以上調(diào)整方法a) c)的任意一種方法中，若反應(yīng)器出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，即出水亞硝酸鹽氮的質(zhì)量濃度超過100mg/L時，立即降低進(jìn)水基質(zhì)濃度或提高水力停留時間使反應(yīng)器總氮負(fù)荷降低10 60 %，再根據(jù)上述厭氧反應(yīng)器運行條件調(diào)整方法進(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)明所述的模擬廢水中由如下質(zhì)量組成的組分構(gòu)成銨鹽08 490mg · Γ1)、 亞硝酸鹽( 490mg .171)、磷酸二氫鈉9. 0 llmg/L、七水合硫酸鎂57. 74 64. 46mg/L、 碳酸氫鉀900 1100mg/L、氯化鈣5. 09 6. 22mg/L,以及維持微生物生長的微量營養(yǎng)元素 Fe 2. 07 2. 53mg/L、Zn 0. 110 0. 134mg/L、Co 0. 067 0. 082mg/L、B 0. 002 0. 004mg/ L、MnO. 309 0. 378mg/L、Cu 0. 072 0. 088mg/L、Ni 0. 059 0. 072mg/L 和 MoO. 108 0. 133mg/L ；所述廢水中氨氮和亞硝酸鹽氮的初始濃度均為28 S^ig · L—1，氨氮和亞硝酸鹽氮的摩爾比為1 0.9 1，所述氨氮和亞硝酸鹽氮分別以銨鹽和亞硝酸鹽的形式提供。
本發(fā)明所述模擬廢水根據(jù)厭氧氨氧化反應(yīng)器允許情況調(diào)整模擬廢水中銨鹽及亞硝酸鹽濃度。
本發(fā)明所述微量營養(yǎng)素以EDTA螯合的形式加入，以模擬廢水體積計，即 EDTA25. Omg · Γ1，F(xiàn)eSO4 · 7H20 11. 43mg · Γ1，H3BO4 0. 018mg · Γ1，MnCl2 · 4H20 1. 24mg · Γ1， CuSO4 · 5H20 0. 3Img · Γ1，ZnSO4 · 7H20 0. 54mg · Γ1，NiCl2 · 6H20 0. 26mg · Γ1，NaMoO4 · 2H20 0. 28mg · ΙΛ CoCl2 · 6H200. 30mg · lA
所述厭氧反應(yīng)器為上流式厭氧活性污泥床反應(yīng)器(UASB)，但同樣適合于其它種類的厭氧反應(yīng)器。
本發(fā)明所述厭氧顆粒污泥可以是含有厭氧氨氧化菌的任意厭氧顆粒污泥，如厭氧消化顆粒污泥。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在接種厭氧顆粒污泥作為厭氧氨氧化菌的菌源及厭氧氨氧化菌富集載體，有利于厭氧氨氧化菌的截留并加快磚紅色厭氧氨氧化顆粒污泥的形成；較低負(fù)荷遞增方式提高反應(yīng)器總氮負(fù)荷有利于厭氧氨氧化菌的馴化富集和氮去除速率的穩(wěn)步增加，并能夠有效避免厭氧氨氧化的基質(zhì)抑制；高氮去除速率下， 即總氮去除速率超過2. Okg/(m3. d)時毋須進(jìn)水除氧以及室溫條件下運行有利于降低工藝的運行成本。

圖1上流式厭氧活性污泥床反應(yīng)器1-進(jìn)水箱；2-進(jìn)水蠕動泵；3-UASB反應(yīng)器； 4-出水箱；5-液封；6-出氣口具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此
本發(fā)明所述反應(yīng)器為上流式厭氧活性污泥床反應(yīng)器(UASB)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。
實施例1
(1)在上流式厭氧活性污泥床反應(yīng)器中接種厭氧消化顆粒污泥，污泥粒徑2 3mm,球形度約為0. 9，平均比重約為1. 6 (遠(yuǎn)大于1)，污泥沉降于反應(yīng)器底部形成污泥床，污泥床層體積占反應(yīng)器總體積的60%。
(2)模擬廢水中氨氮和亞硝酸鹽氮分別以(NH4)2SO4和NaNO2提供，摩爾比為 1 1，初始氨氮和亞硝酸鹽氮濃度均為70mg ·Ι^，所述模擬廢水由如下質(zhì)量組成的組分構(gòu)成(NH4)2SO4 (70 350mg · L-1)，NaNO2 (70 350mg · L-1)，KH2PO4 IOmg · Λ CaCl2 · 2Η20 5. 6mg · ΙΛ MgSO4 · 7Η20 300mg · Λ KHCO3 1250mg · L—1，微量元素以 EDTA 螯合后添加， 所述微量元素組成為 EDTA 25. Omg · Λ FeSO4 · 7Η20 11. 43mg · Λ H3BO4 0. 018mg · Λ MnCl2 · 4Η20 1. 24mg · Λ CuSO4 · 5Η20 0. 3Img · Λ ZnSO4 · 7Η200· 54mg · Λ NiCl2 · 6Η20 0. 26mg · ΙΛ NaMoO4 · 2Η20 0. 28mg · Λ CoCl2 · 6Η20 0. 30mg · Γ1。
(3)反應(yīng)器啟動之始，設(shè)置反應(yīng)器水力停留時間為12h，進(jìn)自來水對污泥沖洗一天后用氮氣對反應(yīng)器及進(jìn)水一次曝氣除氧，反應(yīng)器啟動之后僅對進(jìn)水曝(氮)氣，每次曝氣時間20min。在高氮去除速率條件下，即總氮去除速率超過2. Okg/(m3. d)時，進(jìn)水不再曝氮氣除氧。控制反應(yīng)器溫度約32°C，以鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水箱1中廢水pH為8. 00士0. 25， 將模擬廢水通過蠕動泵2連續(xù)進(jìn)水，廢水從UASB反應(yīng)器3進(jìn)水口進(jìn)入，經(jīng)過運行后從反應(yīng)器出水口進(jìn)入出水箱4，產(chǎn)生的氮氣進(jìn)入液封裝置5，并從出氣口 6排除。
初始氨氮和亞硝酸鹽氮濃度均為70mg · 水力停留時間為12h。每天監(jiān)測反應(yīng)器進(jìn)水和出水的氨氮和亞硝酸鹽氮濃度，根據(jù)氨氮和/或亞硝酸鹽氮濃度調(diào)整反應(yīng)器運行條件，當(dāng)反應(yīng)器滿足條件(A)出水亞硝酸鹽氮濃度小于30mg/L或(B)連續(xù)三天反應(yīng)器出水?dāng)?shù)據(jù)(氨氮及亞硝酸鹽氮濃度)穩(wěn)定且出水亞硝酸鹽氮濃度小于60mg/L時提高反應(yīng)器總氮負(fù)荷。反應(yīng)器運行1 93d進(jìn)水氨氮或亞硝酸鹽氮同步以^mg/L的增幅使進(jìn)水總氮負(fù)荷由0. 42kg/(m3. d)增加到1. 02kg/(m3. d)，且厭氧反應(yīng)器經(jīng)過60d的運行，形成富集厭氧氨氧化菌的厭氧氨氧化顆粒污泥。在IlOd進(jìn)水氨氮及亞硝酸鹽氮濃度均同步增加至 18aiig/L，之后調(diào)整水力停留時間從初始的12h以池的步幅逐步縮短到161d的4h，總氮去除速率達(dá)到2. 09kg/(m3. d)。當(dāng)進(jìn)水氨氮及亞硝酸鹽氮濃度均同步增加至210mg/L且水力停留時間縮短至1.證后，不再提高進(jìn)水基質(zhì)濃度，只以降低水力停留時間提高反應(yīng)器總氮負(fù)荷，水力停留時間的降低導(dǎo)致水流流量增加的量等價于反應(yīng)器日進(jìn)水增加2個反應(yīng)器有效體積的進(jìn)水量。反應(yīng)器運行至第334天，總氮去除速率達(dá)到20. 3kg/ (m3. d)，而運行至第 524天總氮去除速率更高達(dá)47. 5kg/(m3. d)。
實施例2
反應(yīng)器、接種污泥、除氧和溫度條件以及進(jìn)水均同實施例1。當(dāng)反應(yīng)器滿足條件 (A):出水亞硝酸鹽氮小于30mg/L或(B)連續(xù)三天出水?dāng)?shù)據(jù)(氨氮或亞硝酸鹽氮濃度) 穩(wěn)定且出水亞硝氮濃度小于60mg/L時提高反應(yīng)器運行負(fù)荷。初始氨氮和亞硝氮濃度均為 70!^*!/1,水力停留時間為12h。厭氧反應(yīng)器經(jīng)過90d的運行，形成富集厭氧氨氧化菌的厭氧氨氧化顆粒污泥。反應(yīng)器運行1 180d，水力停留時間從初始的12h以池的步幅逐步縮短到第180天的4h，進(jìn)水總氮負(fù)荷由0. 42kg/(m3. d)增加到0. 89kg/(m3. d)。之后逐步增加進(jìn)水基質(zhì)濃度(氨氮或亞硝酸鹽氮同步以^mg/L的增幅遞增)，339 363d，反應(yīng)器水力停留時間為池，進(jìn)水基質(zhì)濃度為350mg/L，反應(yīng)器運行性能降低，總氮去除率由339d的75%下降到了 363d的31 %，進(jìn)水氨氮和亞硝酸鹽濃度立即同步降低70mg/L，使總氮負(fù)荷由9. Okg/ (m3.d)降低到了 5. Okg/(m3.d)，并采用逐步降低水力停留時間提高反應(yīng)器負(fù)荷，水力停留時間的降低導(dǎo)致的水流流量增加的量等價于反應(yīng)器日進(jìn)水量增加4個反應(yīng)器有效體積的進(jìn)水量。在479d，反應(yīng)器總氮負(fù)荷及總氮去除速率分別達(dá)到了 34. 6和26. 3kg/(m3. d)。
權(quán)利要求
1.一種高效厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，其特征在于所述方法為(1)將厭氧顆粒污泥接種于厭氧反應(yīng)器中，厭氧顆粒污泥占反應(yīng)器總體積的30 90% ；(2)以含氮模擬廢水為反應(yīng)進(jìn)水，進(jìn)水前調(diào)節(jié)模擬廢水PH值至7.20 8. 70，并通入惰性氣體去除厭氧反應(yīng)器及模擬廢水的溶解氧，然后將模擬廢水連續(xù)泵入反應(yīng)器，在反應(yīng)器啟動后僅對反應(yīng)進(jìn)水曝氣去除溶解氧，反應(yīng)器溫度控制在18 37°C，反應(yīng)器啟動階段，水力停留時間為12 48h，每天監(jiān)測反應(yīng)器進(jìn)水和出水的氨氮和亞硝酸鹽氮濃度，根據(jù)氨氮和/或亞硝酸鹽氮濃度調(diào)整反應(yīng)器運行條件，當(dāng)反應(yīng)器滿足下列條件(A)或(B)之一時，調(diào)整進(jìn)水基質(zhì)濃度和/或水力停留時間以增加反應(yīng)器總氮負(fù)荷；如此重復(fù)調(diào)整，厭氧反應(yīng)器經(jīng)過30 150d的運行，形成富集厭氧氨氧化菌的厭氧氨氧化顆粒污泥，所述的基質(zhì)濃度是指進(jìn)水中的氨氮和亞硝酸鹽氮各自的質(zhì)量濃度；所述進(jìn)水初始時調(diào)整含氮模擬廢水的氨氮和亞硝酸鹽氮濃度范圍為觀 S^ig -Γ1 ；所述條件(A)為出水亞硝酸鹽氮濃度小于30mg/ L，所述條件(B)為反應(yīng)器連續(xù)三天的出水氨氮及亞硝酸鹽氮濃度無統(tǒng)計學(xué)意義上的差異且出水亞硝酸鹽氮濃度小于60mg/L。
2.如權(quán)利要求1所述的厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，其特征在于所述厭氧顆粒污泥粒徑0. 5 9mm，所述顆粒球形度為0. 5 1. 0，比重大于1。
3.如權(quán)利要求1所述的厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，其特征在于所述步驟(1)啟動反應(yīng)器之前用自來水沖洗污泥，在水力停留時間為12 48h的條件下沖洗0. 5 Id ；啟動階段的水力停留時間為12 48h。
4.如權(quán)利要求1所述的厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，其特征在于步驟(2)所述去除厭氧反應(yīng)器及進(jìn)水中的溶解氧的方法為厭氧反應(yīng)器啟動前先曝氮氣對所述厭氧反應(yīng)器及模擬廢水曝氣除氧，啟動反應(yīng)器之后，僅對反應(yīng)器進(jìn)水曝氮氣除氧，每次曝氣時間為20min， 當(dāng)進(jìn)水的總氮去除速率超過2. Okg/(m3 · d)時，停止對進(jìn)水曝氮氣除氧。
5.如權(quán)利要求1所述的厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，其特征在于步驟(2)所述厭氧反應(yīng)器運行條件調(diào)整方法為下列之一 a)進(jìn)水基質(zhì)濃度的提高和水力停留時間的調(diào)整分別進(jìn)行進(jìn)水氨氮及亞硝酸鹽氮每次同步提高3. 5 42mg ·廠1，但亞硝酸鹽氮的進(jìn)水濃度不超過^Omg/L ；當(dāng)調(diào)整水力停留時間時，若調(diào)整時的水力停留時間為2 48h時，每次水力停留時間縮短1 4h，若調(diào)整時的水力停留時間小于池時，每次縮短水力停留時間導(dǎo)致的水流流量增加量應(yīng)等價于反應(yīng)器日進(jìn)水增加0. 5 7個反應(yīng)器有效體積的進(jìn)水量；b)進(jìn)水基質(zhì)濃度的提高和水力停留時間的調(diào)整交替進(jìn)行即同步提高所述進(jìn)水氨氮及亞硝酸鹽氮濃度與調(diào)整水力停留時間的方式交替進(jìn)行，所述進(jìn)水的基質(zhì)濃度的提高和水力停留時間的調(diào)整同方法a) ；c)同時調(diào)整進(jìn)水基質(zhì)濃度和水力停留時間增加的總氮負(fù)荷不得超過分別調(diào)整進(jìn)水基質(zhì)濃度和水力停留時間時增加的最大總氮負(fù)荷，所述進(jìn)水基質(zhì)濃度的提高和水力停留時間的調(diào)整同方法a)；以上調(diào)整方法a) c)的任意一種方法中，若反應(yīng)器出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，即出水亞硝酸鹽氮的質(zhì)量濃度超過100mg/L時，立即降低進(jìn)水基質(zhì)濃度或提高水力停留時間使反應(yīng)器總氮負(fù)荷降低10 60%，再根據(jù)上述厭氧反應(yīng)器運行條件調(diào)整方法進(jìn)行調(diào)整。
6.如權(quán)利要求1所述的厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，其特征在于所述的模擬廢水由如下質(zhì)量組成的組分構(gòu)成銨鹽28 490mg · L—1、亞硝酸鹽28 490mg · L—1、磷酸二氫鈉9. 0 llmg/L、七水合硫酸鎂57. 74 64. 46mg/L、碳酸氫鉀900 1100mg/L、氯化鈣 5. 09 6. 22mg/L,以及維持微生物生長的微量營養(yǎng)元素！^ 2. 07 2. 53mg/L、Zn 0. 110 0. 134mg/L、Co 0. 067 0. 082mg/L、B0. 002 0. 004mg/L、Mn 0. 309 0. 378mg/L、Cu 0. 072 0. 088mg/L、NiO. 059 0. 072mg/L 和 Mo 0. 108 0. 133mg/L ；所述廢水中氨氮和亞硝酸鹽氮的初始濃度均為^ 8%ig· L—1，氨氮和亞硝氮的摩爾比為1 0.9 1.4。
7.如權(quán)利要求1所述的厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法，其特征在于所述厭氧反應(yīng)器為上流式厭氧活性污泥床反應(yīng)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效厭氧氨氧化反應(yīng)器的運行方法(1)將厭氧顆粒污泥接種于厭氧反應(yīng)器中，厭氧顆粒污泥占反應(yīng)器總體積的30～90％；(2)以含氮模擬廢水為反應(yīng)進(jìn)水，反應(yīng)器溫度控制在18～37℃，反應(yīng)器啟動階段，水力停留時間為12～48h，根據(jù)氨氮和/或亞硝酸鹽氮濃度調(diào)整反應(yīng)器運行條件，厭氧反應(yīng)器經(jīng)過30～150d的運行，形成富集厭氧氨氧化菌的高效厭氧氨氧化顆粒污泥；本發(fā)明以較低負(fù)荷遞增方式提高反應(yīng)器總氮負(fù)荷有利于厭氧氨氧化菌的馴化富集和氮去除速率的穩(wěn)步增加，并能夠有效避免厭氧氨氧化的基質(zhì)抑制以及室溫條件下運行有利于降低工藝的運行成本。
文檔編號C02F3/28GK102515348SQ20111041675
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者俞津津, 張倩倩, 邢保山, 金仁村, 陽廣鳳, 馬春 申請人:杭州師范大學(xué)