一種固定化厭氧氨氧化耦合短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的方法
【專利摘要】一種固定化厭氧氨氧化耦合短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的方法屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明選取聚乙烯醇和海藻酸鈉作為包埋劑進(jìn)行厭氧氨氧化細(xì)胞固定化，將制備得到的厭氧氨氧化凝膠小球應(yīng)用于厭氧氨氧化?短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的SBR系統(tǒng)中。工藝裝置包括城市污水原水水箱、硝酸鹽廢水水箱和厭氧氨氧化?短程反硝化SBR反應(yīng)器。本發(fā)明利用固定化微生物技術(shù)解決了厭氧氨氧化菌沉降性能差導(dǎo)致的易流失、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等問題。固定化的厭氧氨氧化凝膠小球與短程反硝化污泥共存于SBR系統(tǒng)中，由于有機(jī)物和有毒物質(zhì)傳質(zhì)受阻，固定化小球中的厭氧氨氧化菌不易受到抑制，增強(qiáng)了該系統(tǒng)處理過程的穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種固定化厭氧氨氧化耦合短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種固定化厭氧氨氧化耦合短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。具體內(nèi)容是利用固定化微生物技術(shù)將高活性的厭氧氨氧化菌固定在凝膠小球中，內(nèi)含厭氧氨氧化菌的凝膠小球恢復(fù)活性后與具有高亞硝酸鹽積累率的短程反硝化污泥共同接種于同一 SBR反應(yīng)器，城市污水和硝酸鹽廢水按一定比例進(jìn)入反應(yīng)器，硝酸鹽廢水中的硝酸鹽由短程反硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽與城市污水中的氨氮經(jīng)過厭氧氨氧化過程轉(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)氨氮和硝酸鹽的同步去除。
【背景技術(shù)】
[0002]由于我國工業(yè)進(jìn)程的加快，大量未經(jīng)嚴(yán)格處理的含氮磷廢水的排放使水體富營養(yǎng)化不斷發(fā)生，水環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。目前，氮素污染問題已經(jīng)引起人們高度關(guān)注，城市污水、工業(yè)廢水的深度脫氮處理成為當(dāng)今污水處理的研究熱點。
[0003]厭氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidat1n，Anammox)是目前已知經(jīng)濟(jì)、高效的生物脫氮新途徑，能夠有效解決傳統(tǒng)的硝化-反硝化脫氮引起的投資高、耗能大、不適于高氮低碳廢水處理的問題，在廢水脫氮領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。Anammox反應(yīng)是在缺氧條件下以NH4+為電子供體，NO2-為電子受體，將二者轉(zhuǎn)變成他的自養(yǎng)生物脫氮過程。其中亞硝酸鹽是反應(yīng)所需的必須基質(zhì)，普遍得到亞硝酸鹽的途徑是短程硝化，但在低溫、低碳氮比的城市生活污水中不易實現(xiàn)、亞硝積累率難以維持穩(wěn)定。此外Anammox過程中會產(chǎn)生硝酸鹽，隨著城市污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，這部分硝酸鹽會導(dǎo)致處理后的污水達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。短程反硝化過程是獲得亞硝酸鹽的又一途徑，硝酸鹽通過短程反硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，反應(yīng)過程控制簡單，能夠長期穩(wěn)定實現(xiàn)較高的亞硝酸鹽積累，并且能夠?qū)nammox過程產(chǎn)生的硝酸鹽去除。因此厭氧氨氧化與短程反硝化相結(jié)合為城市生活污水和高濃度硝酸鹽廢水的處理提供了新途徑。但由于厭氧氨氧化菌生長緩慢、增長率低、世代周期長，活性容易受到溫度、PH、溶解氧等的影響，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的大量氮氣使污泥懸浮于反應(yīng)器內(nèi)，沉降性能差，易造成菌體流失，導(dǎo)致系統(tǒng)很難維持穩(wěn)定。
[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明采用包埋固定的方法將易流失的厭氧氨氧化菌制成凝膠小球截留在厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器內(nèi)。聚乙烯醇和海藻酸鈉，兩者均為親水性的聚合物互溶性好，以往的研究中兩種材料通常是單獨使用，未能將他們的優(yōu)點結(jié)合起來，在材料的彈性和含水率等性能方面不理想，將聚乙烯醇的高強(qiáng)度和海藻酸鈣的高含水率相結(jié)合，制得具有高彈性、高柔韌性大和高含水率的Anammox凝膠小球。以PVA-SA作為包埋固定化載體制備厭氧氨氧化凝膠小球并將其應(yīng)用在厭氧氨氧化-短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的SBR系統(tǒng)中，能夠解決厭氧氨氧化菌流失的問題。包埋固定化微生物獲得的凝膠小球生物量濃度高、機(jī)械強(qiáng)度大、沉降性能好，能夠維持厭氧氨氧化-短程反硝化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決厭氧氨氧化菌流失、有機(jī)物影響厭氧氨氧化活性導(dǎo)致的厭氧氨氧化-短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的SBR系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等問題，利用固定化微生物技術(shù)制備厭氧氨氧化凝膠小球，將厭氧氨氧化菌截留在系統(tǒng)中并減弱有機(jī)物對厭氧氨氧化菌的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下方案來實現(xiàn):
[0007]一、厭氧氨氧化固定化小球的制備
[0008](I)菌種:取污泥濃度為9000ml/L的厭氧氨氧化活性污泥，用除氧后的去離子水清洗后備用。
[0009](2)包埋劑的制備:按照15g//L和2g/L的質(zhì)量-體積百分濃度配制200ml聚乙烯醇(PVA)和海藻酸鈉(SA)混合溶液①，并在120 °C中加熱20min使其加速溶解;按照50g/L和2g/L的質(zhì)量-體積百分濃度配制500ml硝酸鈉(NaNO3)和氯化鈣(CaCl2)的混合固定液②。
[0010](3)厭氧氨氧化菌的包埋固定:將第(I)步得到的厭氧氨氧化菌種和第(2)步得到的混合溶液①分別取25ml，充分混合后得到菌-膠混合液，然后將其逐滴加到250ml混合固定液②中，在室溫下充分接觸12h對其固定化交聯(lián)，結(jié)束后用去除氧后的去離子水清洗固定化小球3-5次。
[0011](4)活化:將制備好的固定化小球在30-35°C和pH = 7.5的條件下用氨氮和亞硝濃度各為30mg/L的配水活化培養(yǎng)6-8天，使固定化小球內(nèi)部的微生物活性得到恢復(fù)。
[0012]作用原理是:
[0013]聚乙烯醇和海藻酸鈉均為親水性的聚合物、互溶性好，PVA和SA的聯(lián)合使用結(jié)合了二者機(jī)械強(qiáng)度高和含水率高的優(yōu)點制得了高彈性、高柔韌性大和高含水率的厭氧氨氧化凝膠小球，經(jīng)過活化后凝膠小球活性得到恢復(fù)。
[0014]二、將包埋固定化得到的厭氧氨氧化凝膠小球應(yīng)用在厭氧氨氧化-短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的SBR系統(tǒng)中，其裝置特征在于:
[0015]該系統(tǒng)由城市污水原水水箱、硝酸鹽廢水水箱和厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器連接而成;城市污水原水水箱通過第一進(jìn)水栗與厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器第一進(jìn)水管相連，厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器設(shè)有攪拌器、放空閥和出水閥;硝酸鹽廢水水箱通過第二進(jìn)水栗與厭氧氨氧化-短程反硝化反應(yīng)器第二進(jìn)水管相連。
[0016]三、利用包埋固定化得到的厭氧氨氧化凝膠小球?qū)崿F(xiàn)厭氧氨氧化-短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的方法，包括以下步驟:
[0017]步驟一:接種亞硝積累率為80%-100%的短程反硝化污泥于厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器中，接種后污泥濃度為2500-3000mg/L。然后接種固定化的厭氧氨氧化凝膠小球，固定化小球填充比為20%-25%。
[0018]步驟二:城市污水原水水箱中的城市污水通過第一進(jìn)水栗與硝酸鹽廢水水箱中的硝酸鹽廢水通過第二進(jìn)水栗按體積比為7:1-12:1進(jìn)入到厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器;進(jìn)水后缺氧攪拌8-1 Oh;沉淀30-40min，按照40 % -50 %的排水比排除上清液。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0020](I)采用上述包埋方法可以最大限度保留固定后厭氧氨氧化菌的活性且不流失。
[0021](2)利用厭氧氨氧化固定化技術(shù)啟動的厭氧氨氧化-短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水系統(tǒng)，能夠維持穩(wěn)定運行。
[0022](3)利用厭氧氨氧化固定化技術(shù)啟動的厭氧氨氧化-短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水系統(tǒng)中污泥沉降性能好。
[0023](4)利用短程反硝化污泥將硝酸鹽廢水中的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，為厭氧氨氧化提供穩(wěn)定的反應(yīng)基質(zhì)。
【附圖說明】
[0024]圖1是包埋固定化厭氧氨氧化細(xì)菌在厭氧氨氧化-短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水SBR反應(yīng)器中的示意圖。
[0025]圖2是厭氧氨氧化-短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水裝置示意圖。
[0026]圖2中:城市污水原水水箱-1、硝酸鹽廢水水箱-2、第一進(jìn)水栗-3、第二進(jìn)水栗-4、厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器-5、攪拌器-6、放空閥-7、第一出水閥-8、第二出水閥-9.
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0028]實施例1:
[0029]厭氧氨氧化凝膠小球的制備，具體過程如下:
[0030]選取污泥濃度為9000mg/L的厭氧氨氧化污泥，用除氧后的去離子水清洗后備用。包埋劑的制備:按照15g/L和2g/L的質(zhì)量-體積百分濃度配$ij200ml聚乙烯醇(PVA)和海藻酸鈉(SA)混合溶液①，并在120°C中加熱20min使其加速溶解;按照50g/L和2g/L的質(zhì)量-體積百分濃度配制500ml硝酸鈉(NaNO3)和氯化鈣(CaCl2)的混合固定液②。濃度為9000mg/L的厭氧氨氧化污泥和混合溶液①分別取25ml，充分混合后得到菌-膠混合液，然后將其逐滴加到250ml混合固定液②中相對量，在室溫下充分接觸12h對其固定化交聯(lián)，結(jié)束后用除氧的去離子水清洗固定化小球3-5次。將制備好的固定化小球在30-35°C和pH = 7.5的條件下用氨氮和亞硝濃度各為30mg/L的配水活化培養(yǎng)6-8天，使固定化小球內(nèi)部的微生物活性得到恢復(fù)。實驗結(jié)果表明固定后的厭氧氨氧化凝膠小球與未固定的厭氧氨氧化活性相同。
[0031]實施例2:
[0032]利用厭氧氨氧化固定化技術(shù)耦合短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水，具體過程如下:
[0033]如圖1所示，將上述活化后的厭氧氨氧化小球按體積填充率20%投加到厭氧氨氧化耦合短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的SBR反應(yīng)器(5)中，反應(yīng)器有效容積101^接種亞硝積累率為80%-100%的短程反硝化污泥于厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器(5)中，接種后污泥濃度為2500-3000mg/L;城市污水原水水箱(I)中的城市污水通過第一進(jìn)水栗(3)與硝酸鹽廢水水箱(2)中的硝酸鹽廢水通過第二進(jìn)水栗(4)按體積比為1:1進(jìn)入到厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器;進(jìn)水后缺氧攪拌1h;沉淀40min，按照40 %的排水比排除上清液。
[0034]實驗結(jié)果表明，運行穩(wěn)定后厭氧氨氧化耦合短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的 SBR 反應(yīng)器出水 COD 濃度為 40-6mg/L，NH+4-N 濃度 < 5mg/L，NO—2_N 濃度 < 5mg/L，NO—3_N 濃度< 5mg/L，出水TN< 15mg/L，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種固定化厭氧氨氧化耦合短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的裝置，其特征在于: 該系統(tǒng)由城市污水原水水箱(I)、硝酸鹽廢水水箱(2)和厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器(5)連接而成；城市污水原水水箱(I)通過第一進(jìn)水栗(3)與厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器(5)第一進(jìn)水管相連，厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器設(shè)有攪拌器(6)、放空閥(7)、第一出水閥(8)和第二出水閥(9);硝酸鹽廢水水箱(2)通過第二進(jìn)水栗(4)與厭氧氨氧化-短程反硝化反應(yīng)器(5)第二進(jìn)水管相連。2.—種固定化厭氧氨氧化耦合短程反硝化處理城市污水和硝酸鹽廢水的方法，包括以下步驟: 步驟一:接種亞硝積累率為80%-100%的短程反硝化污泥于厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器(5)中，接種后污泥濃度為2500-3000mg/L;然后接種固定化得到的厭氧氨氧化凝膠小球，固定化小球填充比為20%-25% ； 步驟二:城市污水原水水箱(I)中的城市污水通過第一進(jìn)水栗(3)與硝酸鹽廢水水箱(2)中的濃度300-500mg/L的硝酸鹽廢水通過第二進(jìn)水栗(4)按體積比為7:1-12:1進(jìn)入到厭氧氨氧化-短程反硝化SBR反應(yīng)器(5);進(jìn)水后缺氧攪拌8-10h;沉淀30-40min，按照40%-50%的排水比排除上清液。
【文檔編號】C02F101/16GK105858880SQ201610265002
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】王淑瑩, 韓金浩, 賈方旭, 張向暉, 彭永臻, 王眾
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)