专利名称：一种高效厌氧氨氧化反应器的运行方法
技术领域：
本发明涉及一种废水中氮素的去除方法，特别涉及一种高效厌氧氨氧化反应器的运行方法。背景技术：
厌氧氨氧化菌能够在厌氧条件下以氨为电子供体，亚硝酸为电子受体生成氮气实现水中氮素绿色去除的目的。以厌氧氨氧化菌为主体的厌氧氨氧化工艺作为一种新型生物脱氮技术，具有脱氮负荷高，运行费用低，占地空间小等优点，应用前景十分光明。
然而，自养型厌氧氨氧化菌生长十分缓慢，倍增时间长达lld，对环境条件极其敏感且传统的微生物培养方法很难得到厌氧氨氧化菌的富集培养物。厌氧氨氧化菌的这一特点决定了获得高效厌氧氨氧化菌的富集培养十分困难，从而也使得厌氧氨氧化反应器要获得较高的脱氮性能也十分困难。这严重制约了厌氧氨氧化菌的理论研究和此新型脱氮工艺的推广应用。本发明提出一种高效厌氧氨氧化反应器的运行方法，且具有重要的理论和现眉、ο
发明内容
本发明目的是提供一种高效厌氧氨氧化反应器的运行方法，该方法以较低负荷递增方式提高反应器运行负荷，有利于厌氧氨氧化菌的驯化富集和氮去除速率的稳步增加， 并能够有效避免厌氧氨氧化的基质抑制，使其达到一个较高的运行负荷。
本发明采用的技术方案是
一种高效厌氧氨氧化反应器的运行方法，所述方法为
(1)将厌氧颗粒污泥接种于厌氧反应器中，厌氧颗粒污泥占反应器总体积的30 90% ；
(2)以含氮模拟废水为反应进水，进水前调节模拟废水PH值至7. 20 8. 70，并通入惰性气体去除厌氧反应器及模拟废水中的溶解氧，然后将模拟废水连续泵入反应器， 在反应器启动之后停止对反应器曝气去除溶解氧，只对反应器进水曝气除氧，反应器温度控制在18 37°C内且不要求温度恒定，反应器启动阶段，水力停留时间为12 48h，每天监测反应器进水和出水的氨氮和亚硝酸盐氮的浓度，根据氨氮和/或亚硝酸盐氮浓度调整反应器运行条件，当反应器满足下列条件(A)或(B)之一时，调整进水基质浓度和/或水力停留时间以增加反应器总氮负荷；如此重复调整，厌氧反应器经过30 150d的运行， 形成富集厌氧氨氧化菌的厌氧氨氧化颗粒污泥，所述的基质浓度是指进水中的氨氮和亚硝酸盐氮的浓度；所述进水初始时调整含氮模拟废水的氨氮和亚硝酸盐氮浓度范围为观 84mg - Γ1 ；所述条件(A)为出水亚硝酸盐氮浓度小于30mg/L，所述条件(B)为反应器连续三天的出水氨氮及亚硝酸盐氮浓度无统计学意义上的差异且出水亚硝酸盐氮浓度小于60mg/ L0
所述厌氧氨氧化颗粒污泥颗粒粒径0. 5 9mm，最优粒径为1 3mm，所述颗粒球形度为0.5 1.0，比重大于1。
所述步骤(1)启动反应器之前用自来水冲洗污泥，在水力停留时间为12 4 的条件下冲洗0. 5 Id ；启动阶段的水力停留时间为12 48h，以洗出原有基质及杂质。
步骤(2)所述去除厌氧反应器及进水中的溶解氧的方法为厌氧反应器启动前先曝氮气对所述厌氧反应器及模拟废水一次曝气除氧，启动反应器之后用氮气仅对进水曝气除氧，停止对反应器曝气除氧，仅对反应进水每次曝气时间20min ；当进水总氮去除速率超过2. Okg/(m3. d)时无需再对进水曝氮气除氧。
步骤(2)所述厌氧反应器运行条件调整方法为下列之一 a)进水的基质浓度的提高和水力停留时间的降低分别进行进水氨氮及亚硝酸盐氮每次同步提高3. 5 42mg · L—1，但亚硝酸盐氮的进水浓度不要超过^Omg/L ；当调整水力停留时间时，若调整时的水力停留时间为2 48h时，每次水力停留时间缩短1 4h，若调整时的水力停留时间小于池时，每次缩短水力停留时间导致的水流流量增加量应等价于反应器日进水增加 0. 5 7个反应器有效体积的进水量；b)进水基质浓度的提高和水力停留时间的调整交替进行，即同步提高所述进水氨氮及亚硝酸盐氮浓度与调整水力停留时间的方式交替进行， 所述进水基质浓度的提高和水力停留时间的调整同方法a) ；c)同时调整进水基质浓度和水力停留时间时，增加的总氮负荷不得超过分别调整进水基质浓度和水力停留时间时增加的最大总氮负荷，所述进水的基质浓度的提高和水力停留时间的调整同方法a)；以上调整方法a) c)的任意一种方法中，若反应器出现抑制现象，即出水亚硝酸盐氮的质量浓度超过100mg/L时，立即降低进水基质浓度或提高水力停留时间使反应器总氮负荷降低10 60 %，再根据上述厌氧反应器运行条件调整方法进行调整。
本发明所述的模拟废水中由如下质量组成的组分构成铵盐08 490mg · Γ1)、 亚硝酸盐( 490mg .171)、磷酸二氢钠9. 0 llmg/L、七水合硫酸镁57. 74 64. 46mg/L、 碳酸氢钾900 1100mg/L、氯化钙5. 09 6. 22mg/L,以及维持微生物生长的微量营养元素 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 ；所述废水中氨氮和亚硝酸盐氮的初始浓度均为28 S^ig · L—1，氨氮和亚硝酸盐氮的摩尔比为1 0.9 1，所述氨氮和亚硝酸盐氮分别以铵盐和亚硝酸盐的形式提供。
本发明所述模拟废水根据厌氧氨氧化反应器允许情况调整模拟废水中铵盐及亚硝酸盐浓度。
本发明所述微量营养素以EDTA螯合的形式加入，以模拟废水体积计，即 EDTA25. Omg · Γ1，FeSO4 · 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
所述厌氧反应器为上流式厌氧活性污泥床反应器(UASB)，但同样适合于其它种类的厌氧反应器。
本发明所述厌氧颗粒污泥可以是含有厌氧氨氧化菌的任意厌氧颗粒污泥，如厌氧消化颗粒污泥。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在接种厌氧颗粒污泥作为厌氧氨氧化菌的菌源及厌氧氨氧化菌富集载体，有利于厌氧氨氧化菌的截留并加快砖红色厌氧氨氧化颗粒污泥的形成；较低负荷递增方式提高反应器总氮负荷有利于厌氧氨氧化菌的驯化富集和氮去除速率的稳步增加，并能够有效避免厌氧氨氧化的基质抑制；高氮去除速率下， 即总氮去除速率超过2. Okg/(m3. d)时毋须进水除氧以及室温条件下运行有利于降低工艺的运行成本。
图1上流式厌氧活性污泥床反应器1-进水箱；2-进水蠕动泵；3-UASB反应器； 4-出水箱；5-液封；6-出气口具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此
本发明所述反应器为上流式厌氧活性污泥床反应器(UASB)，结构如图1所示。
实施例1
(1)在上流式厌氧活性污泥床反应器中接种厌氧消化颗粒污泥，污泥粒径2 3mm,球形度约为0. 9，平均比重约为1. 6 (远大于1)，污泥沉降于反应器底部形成污泥床，污泥床层体积占反应器总体积的60%。
(2)模拟废水中氨氮和亚硝酸盐氮分别以(NH4)2SO4和NaNO2提供，摩尔比为 1 1，初始氨氮和亚硝酸盐氮浓度均为70mg ·Ι^，所述模拟废水由如下质量组成的组分构成(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， 所述微量元素组成为 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)反应器启动之始，设置反应器水力停留时间为12h，进自来水对污泥冲洗一天后用氮气对反应器及进水一次曝气除氧，反应器启动之后仅对进水曝(氮)气，每次曝气时间20min。在高氮去除速率条件下，即总氮去除速率超过2. Okg/(m3. d)时，进水不再曝氮气除氧。控制反应器温度约32°C，以盐酸或氢氧化钠调节进水箱1中废水pH为8. 00士0. 25， 将模拟废水通过蠕动泵2连续进水，废水从UASB反应器3进水口进入，经过运行后从反应器出水口进入出水箱4，产生的氮气进入液封装置5，并从出气口 6排除。
初始氨氮和亚硝酸盐氮浓度均为70mg · 水力停留时间为12h。每天监测反应器进水和出水的氨氮和亚硝酸盐氮浓度，根据氨氮和/或亚硝酸盐氮浓度调整反应器运行条件，当反应器满足条件(A)出水亚硝酸盐氮浓度小于30mg/L或(B)连续三天反应器出水数据(氨氮及亚硝酸盐氮浓度)稳定且出水亚硝酸盐氮浓度小于60mg/L时提高反应器总氮负荷。反应器运行1 93d进水氨氮或亚硝酸盐氮同步以^mg/L的增幅使进水总氮负荷由0. 42kg/(m3. d)增加到1. 02kg/(m3. d)，且厌氧反应器经过60d的运行，形成富集厌氧氨氧化菌的厌氧氨氧化颗粒污泥。在IlOd进水氨氮及亚硝酸盐氮浓度均同步增加至 18aiig/L，之后调整水力停留时间从初始的12h以池的步幅逐步缩短到161d的4h，总氮去除速率达到2. 09kg/(m3. d)。当进水氨氮及亚硝酸盐氮浓度均同步增加至210mg/L且水力停留时间缩短至1.证后，不再提高进水基质浓度，只以降低水力停留时间提高反应器总氮负荷，水力停留时间的降低导致水流流量增加的量等价于反应器日进水增加2个反应器有效体积的进水量。反应器运行至第334天，总氮去除速率达到20. 3kg/ (m3. d)，而运行至第 524天总氮去除速率更高达47. 5kg/(m3. d)。
实施例2
反应器、接种污泥、除氧和温度条件以及进水均同实施例1。当反应器满足条件 (A):出水亚硝酸盐氮小于30mg/L或(B)连续三天出水数据(氨氮或亚硝酸盐氮浓度) 稳定且出水亚硝氮浓度小于60mg/L时提高反应器运行负荷。初始氨氮和亚硝氮浓度均为 70!^*!/1,水力停留时间为12h。厌氧反应器经过90d的运行，形成富集厌氧氨氧化菌的厌氧氨氧化颗粒污泥。反应器运行1 180d，水力停留时间从初始的12h以池的步幅逐步缩短到第180天的4h，进水总氮负荷由0. 42kg/(m3. d)增加到0. 89kg/(m3. d)。之后逐步增加进水基质浓度(氨氮或亚硝酸盐氮同步以^mg/L的增幅递增)，339 363d，反应器水力停留时间为池，进水基质浓度为350mg/L，反应器运行性能降低，总氮去除率由339d的75%下降到了 363d的31 %，进水氨氮和亚硝酸盐浓度立即同步降低70mg/L，使总氮负荷由9. Okg/ (m3.d)降低到了 5. Okg/(m3.d)，并采用逐步降低水力停留时间提高反应器负荷，水力停留时间的降低导致的水流流量增加的量等价于反应器日进水量增加4个反应器有效体积的进水量。在479d，反应器总氮负荷及总氮去除速率分别达到了 34. 6和26. 3kg/(m3. d)。
权利要求
1.一种高效厌氧氨氧化反应器的运行方法，其特征在于所述方法为(1)将厌氧颗粒污泥接种于厌氧反应器中，厌氧颗粒污泥占反应器总体积的30 90% ；(2)以含氮模拟废水为反应进水，进水前调节模拟废水PH值至7.20 8. 70，并通入惰性气体去除厌氧反应器及模拟废水的溶解氧，然后将模拟废水连续泵入反应器，在反应器启动后仅对反应进水曝气去除溶解氧，反应器温度控制在18 37°C，反应器启动阶段，水力停留时间为12 48h，每天监测反应器进水和出水的氨氮和亚硝酸盐氮浓度，根据氨氮和/或亚硝酸盐氮浓度调整反应器运行条件，当反应器满足下列条件(A)或(B)之一时，调整进水基质浓度和/或水力停留时间以增加反应器总氮负荷；如此重复调整，厌氧反应器经过30 150d的运行，形成富集厌氧氨氧化菌的厌氧氨氧化颗粒污泥，所述的基质浓度是指进水中的氨氮和亚硝酸盐氮各自的质量浓度；所述进水初始时调整含氮模拟废水的氨氮和亚硝酸盐氮浓度范围为观 S^ig -Γ1 ；所述条件(A)为出水亚硝酸盐氮浓度小于30mg/ L，所述条件(B)为反应器连续三天的出水氨氮及亚硝酸盐氮浓度无统计学意义上的差异且出水亚硝酸盐氮浓度小于60mg/L。
2.如权利要求1所述的厌氧氨氧化反应器的运行方法，其特征在于所述厌氧颗粒污泥粒径0. 5 9mm，所述颗粒球形度为0. 5 1. 0，比重大于1。
3.如权利要求1所述的厌氧氨氧化反应器的运行方法，其特征在于所述步骤(1)启动反应器之前用自来水冲洗污泥，在水力停留时间为12 48h的条件下冲洗0. 5 Id ；启动阶段的水力停留时间为12 48h。
4.如权利要求1所述的厌氧氨氧化反应器的运行方法，其特征在于步骤(2)所述去除厌氧反应器及进水中的溶解氧的方法为厌氧反应器启动前先曝氮气对所述厌氧反应器及模拟废水曝气除氧，启动反应器之后，仅对反应器进水曝氮气除氧，每次曝气时间为20min， 当进水的总氮去除速率超过2. Okg/(m3 · d)时，停止对进水曝氮气除氧。
5.如权利要求1所述的厌氧氨氧化反应器的运行方法，其特征在于步骤(2)所述厌氧反应器运行条件调整方法为下列之一 a)进水基质浓度的提高和水力停留时间的调整分别进行进水氨氮及亚硝酸盐氮每次同步提高3. 5 42mg ·厂1，但亚硝酸盐氮的进水浓度不超过^Omg/L ；当调整水力停留时间时，若调整时的水力停留时间为2 48h时，每次水力停留时间缩短1 4h，若调整时的水力停留时间小于池时，每次缩短水力停留时间导致的水流流量增加量应等价于反应器日进水增加0. 5 7个反应器有效体积的进水量；b)进水基质浓度的提高和水力停留时间的调整交替进行即同步提高所述进水氨氮及亚硝酸盐氮浓度与调整水力停留时间的方式交替进行，所述进水的基质浓度的提高和水力停留时间的调整同方法a) ；c)同时调整进水基质浓度和水力停留时间增加的总氮负荷不得超过分别调整进水基质浓度和水力停留时间时增加的最大总氮负荷，所述进水基质浓度的提高和水力停留时间的调整同方法a)；以上调整方法a) c)的任意一种方法中，若反应器出现抑制现象，即出水亚硝酸盐氮的质量浓度超过100mg/L时，立即降低进水基质浓度或提高水力停留时间使反应器总氮负荷降低10 60%，再根据上述厌氧反应器运行条件调整方法进行调整。
6.如权利要求1所述的厌氧氨氧化反应器的运行方法，其特征在于所述的模拟废水由如下质量组成的组分构成铵盐28 490mg · L—1、亚硝酸盐28 490mg · L—1、磷酸二氢钠9. 0 llmg/L、七水合硫酸镁57. 74 64. 46mg/L、碳酸氢钾900 1100mg/L、氯化钙 5. 09 6. 22mg/L,以及维持微生物生长的微量营养元素！^ 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 ；所述废水中氨氮和亚硝酸盐氮的初始浓度均为^ 8%ig· L—1，氨氮和亚硝氮的摩尔比为1 0.9 1.4。
7.如权利要求1所述的厌氧氨氧化反应器的运行方法，其特征在于所述厌氧反应器为上流式厌氧活性污泥床反应器。
全文摘要
本发明公开了一种高效厌氧氨氧化反应器的运行方法(1)将厌氧颗粒污泥接种于厌氧反应器中，厌氧颗粒污泥占反应器总体积的30～90％；(2)以含氮模拟废水为反应进水，反应器温度控制在18～37℃，反应器启动阶段，水力停留时间为12～48h，根据氨氮和/或亚硝酸盐氮浓度调整反应器运行条件，厌氧反应器经过30～150d的运行，形成富集厌氧氨氧化菌的高效厌氧氨氧化颗粒污泥；本发明以较低负荷递增方式提高反应器总氮负荷有利于厌氧氨氧化菌的驯化富集和氮去除速率的稳步增加，并能够有效避免厌氧氨氧化的基质抑制以及室温条件下运行有利于降低工艺的运行成本。
文档编号C02F3/28GK102515348SQ20111041675
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者俞津津, 张倩倩, 邢保山, 金仁村, 阳广凤, 马春 申请人:杭州师范大学