本發(fā)明涉及一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強(qiáng)化啟動(dòng)方法，屬于廢水生物處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)污水處理工藝(硝化-反硝化工藝)因能耗高、占地面積大、脫氮效率低、需要外加有機(jī)碳源等不足以滿足高標(biāo)準(zhǔn)的污水脫氮需求，新型的污水脫氮工藝的開發(fā)和研究成為各國(guó)水環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。厭氧氨氧化工藝是近年蓬勃發(fā)展起來的一種新型脫氮工藝。該工藝是指在厭氧或缺氧條件下，由厭氧氨氧化微生物以亞硝氮為電子受體，將氨氮直接轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓瑹o需外加碳源、無需曝氣、工藝流程短和無n2o產(chǎn)生，使得脫氮成本大幅降低，僅為傳統(tǒng)技術(shù)方法的1/10。因此厭氧氨氧化技術(shù)憑借其優(yōu)良的處理效果和低廉的運(yùn)營(yíng)成本優(yōu)點(diǎn)，正受到研究人員越來越多的青睞。

然而，厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)緩慢，世代時(shí)間通常長(zhǎng)達(dá)11天，且生存所需環(huán)境條件十分苛刻，富集及其困難，導(dǎo)致厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)周期長(zhǎng)，制約了厭氧氨氧化工藝的工程應(yīng)用，使得這一技術(shù)目前基本處于實(shí)驗(yàn)室理論研究階段而工業(yè)應(yīng)用較少。另外，目前厭氧氨氧化菌的富集普遍采用接種活性污泥培養(yǎng)的形式，在富集培養(yǎng)過程中，共存細(xì)菌的競(jìng)爭(zhēng)作用阻礙了厭氧氨氧化菌向優(yōu)勢(shì)菌屬的轉(zhuǎn)化速度，很大程度上降低了厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強(qiáng)化啟動(dòng)方法。

術(shù)語說明：

高壓蒸氣滅活：也稱高壓蒸汽滅菌，以壓力0.1-0.5mpa、溫度120-125℃、高壓蒸氣滅菌20-40min；不僅可殺死一般的細(xì)菌、真菌等微生物，對(duì)芽胞、孢子也有殺滅效果，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和食品行業(yè)，是一種快速有效的滅菌技術(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強(qiáng)化啟動(dòng)方法，包括步驟如下：

(1)將活性污泥在壓力0.1-0.5mpa、溫度120-125℃條件下進(jìn)行高壓蒸氣滅活20-40min，得到滅活污泥，所述活性污泥的含水率大于等于99wt％；

(2)將步驟(1)得到的滅活污泥與活性厭氧氨氧化污泥混合均勻后投加至升流式厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，混合均勻后得到的混合污泥含水率大于等于99wt％；

(3)從升流式厭氧反應(yīng)器的底部利用蠕動(dòng)泵通入待處理廢水，根據(jù)升流式厭氧反應(yīng)器的體積調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速以控制進(jìn)水流速，使待處理污水在升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為10～48小時(shí)，通入待處理廢水后的混合污泥濃度保持在3000～5000mg/l，同時(shí)采用加熱棒或恒溫循環(huán)水浴裝置使升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)部溫度維持在32～38度，并通入高純氮?dú)庖跃S持厭氧環(huán)境，通入二氧化碳使ph保持在7.1～7.7；

(4)保持升流式厭氧反應(yīng)器的出水流速與進(jìn)水流速相同，升流式厭氧反應(yīng)器運(yùn)行40～70天后成功啟動(dòng)污泥厭氧氨氧化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中的氮素的高效脫除，然后進(jìn)入下一個(gè)厭氧氨氧化反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的活性污泥為活性厭氧顆粒污泥或活性好氧顆粒污泥，活性厭氧顆粒污泥或活性好氧顆粒污泥分別為厭氧反應(yīng)器或好氧反應(yīng)器生產(chǎn)排出的污泥經(jīng)過濾、沖洗、培養(yǎng)后制得，具體為：通過過濾、沖洗去除污泥中的樹葉、廢棄紙張、廢棄塑料雜質(zhì)，然后將污泥投加至升流式厭氧反應(yīng)器或升流式好氧反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，從升流式厭氧反應(yīng)器或升流式好氧反應(yīng)器的底部利用蠕動(dòng)泵通入待處理廢水，使待處理污水水力停留時(shí)間為24～96小時(shí)，保持出水流速與進(jìn)水流速相同，去除上浮和膨脹的污泥，運(yùn)行3-7天后，收集底部沉淀污泥即為活性污泥；顆粒污泥粒徑為0.5～4mm，污泥含水率大于等于98wt％。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中高壓蒸氣滅活壓力0.103-0.203mpa，溫度為121-122℃，滅活時(shí)間30min。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的活性厭氧氨氧化污泥為厭氧反應(yīng)器生產(chǎn)排出的污泥經(jīng)富集培養(yǎng)后制得，將污泥投加至升流式厭氧氨氧化反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，從升流式厭氧氨氧化反應(yīng)器的底部利用蠕動(dòng)泵通入待處理廢水，使待處理污水在升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為24～96小時(shí)，保持升流式厭氧氨氧化反應(yīng)器的出水流速與進(jìn)水流速相同，去除上浮和膨脹的污泥，升流式厭氧氨氧化反應(yīng)器運(yùn)行3-7天后，收集底部沉淀污泥即為活性厭氧氨氧化污泥；厭氧氨氧化污泥顏色為紅色或者棕紅色，污泥含水率大于等于98wt％。

本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)所述的活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質(zhì)量比為：0.5-1.8:1，單位：g/kg。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(2)所述的活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質(zhì)量比為：0.8-1.2:1，單位：g/kg。

本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中通入待處理廢水后的混合污泥濃度保持在3200mg/l。

本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中高純氮?dú)馔ㄈ肓繛椋好扛?小時(shí)向升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)通氮?dú)?0～30分鐘維持其厭氧環(huán)境，曝氣強(qiáng)度為2～5ml/(l·min)。

本發(fā)明優(yōu)選的，為了使反應(yīng)器進(jìn)水布水均勻，能夠與污泥充分接觸，在升流式厭氧反應(yīng)器的底部設(shè)置有上礫石層、下礫石層，上層礫石層的厚度為2～3cm，礫石的平均直徑為2～5mm，下層礫石層的厚度為3～5cm，礫石的平均直徑為5～7mm，進(jìn)水管鋪置在下礫石層下方。

本發(fā)明優(yōu)選的，升流式厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)器為立式圓柱形，高度為75cm,內(nèi)徑為9cm，有效容積為6l，側(cè)壁設(shè)有取樣口，反應(yīng)器進(jìn)水流速為0.125～0.60l/h，待處理污水在升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為10～48小時(shí)。

本發(fā)明高壓蒸氣滅活使厭氧顆粒污泥內(nèi)與厭氧氨氧化細(xì)菌存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的共存菌失活，創(chuàng)造一個(gè)更利于厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)的環(huán)境，加速厭氧氨氧化菌的富集，強(qiáng)化厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)；滅活污泥為厭氧氨氧化菌的繁殖、增長(zhǎng)提供載體，滅活污泥中的元素促進(jìn)氧氨氧化菌的繁殖，加快厭氧氨氧化菌的富集，不僅可以縮短厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)時(shí)間，而且高的厭氧氨氧化菌濃度強(qiáng)化了反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力，面對(duì)水力停留時(shí)間和氮負(fù)荷的變化，能夠保持穩(wěn)定的去除效率，適用于去除制藥、焦化廢水、石油化工廢水中的氨氮，尤其適用于氨氮濃度較高且氨氮濃度波動(dòng)較大的廢水。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明所述的方法可有效縮短厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)時(shí)間，并可大幅提高厭氧氨氧化菌的富集速度：接種高壓蒸汽滅活污泥的反應(yīng)器可以將啟動(dòng)時(shí)間從90-120天縮短到40～70天，當(dāng)進(jìn)水總氮容積負(fù)荷在1040nmg/m³/d左右時(shí)，接種高壓蒸汽滅活污泥的反應(yīng)器總氮去除率可提高9.4％，如圖1、2所示；

2、本發(fā)明利用高壓蒸汽滅活一方面殺死與厭氧氨氧化菌存在競(jìng)爭(zhēng)作用的共存菌，加快厭氧氨氧化菌的富集；另一方面富集程度更高的厭氧氨氧化菌增加了反應(yīng)器的耐負(fù)荷沖擊能力，使其更適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中水質(zhì)復(fù)雜多變的含氮污水處理任務(wù)；同時(shí)操作簡(jiǎn)單且沒有附加產(chǎn)物生成，經(jīng)濟(jì)高效。

3、本發(fā)明的方法運(yùn)行條件溫和，在常溫常壓下就可以進(jìn)行，無需特定條件；且無有毒有害物質(zhì)生成，對(duì)環(huán)境安全無害。

附圖說明

圖1為應(yīng)用實(shí)驗(yàn)例投加未滅活污泥和投加滅活污泥的反應(yīng)器中進(jìn)出水氨氮濃度的變化曲線圖。

圖2為應(yīng)用實(shí)驗(yàn)例投加未滅活污泥和投加滅活污泥的反應(yīng)器中厭氧氨氧化菌拷貝數(shù)變化的柱形圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例并參照附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。有必要指出的是實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。

實(shí)施例中使用化學(xué)試劑均購買于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，均為分析純。蠕動(dòng)泵購自保定蘭格恒流泵有限公司，型號(hào)是bt100-2j。

升流式厭氧反應(yīng)器采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

曝氣所用高純氮?dú)赓徸詽?jì)南德洋特種氣體有限公司，規(guī)格為99.999％。

潛水泵、加熱棒、進(jìn)出水管、導(dǎo)氣管均為常規(guī)市購設(shè)備。

實(shí)施例1

一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強(qiáng)化啟動(dòng)方法，包括步驟如下：

(1)將活性厭氧顆粒污泥置于壓力0.13mpa、溫度120℃條件下進(jìn)行高壓蒸氣滅活30min，得到滅活污泥，然后投加至升流式厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，同時(shí)投加活性厭氧氨氧化污泥于反應(yīng)器中，與滅活污泥混合均勻，活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質(zhì)量比為：0.5:1，單位：g/kg?；旌衔勰嗪蚀笥诘扔?9wt％，所述的升流式厭氧反應(yīng)器的高度范圍為75cm,內(nèi)徑范圍為9cm，有效容積為6l，頂部設(shè)有三相分離器，側(cè)壁設(shè)有不同高度取樣口，底部鋪有礫石層，進(jìn)水管鋪置在礫石層中；

活性厭氧顆粒污泥為厭氧反應(yīng)器生產(chǎn)排出的污泥經(jīng)過濾、沖洗、培養(yǎng)后制得，具體為：通過過濾、沖洗去除污泥中的樹葉、廢棄紙張、廢棄塑料雜質(zhì)，然后將污泥投加至升流式厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，從升流式厭氧反應(yīng)器的底部利用蠕動(dòng)泵通入待處理廢水，使待處理污水水力停留時(shí)間為24～96小時(shí)，保持出水流速與進(jìn)水流速相同，去除上浮和膨脹的污泥，運(yùn)行3-7天后，收集底部沉淀污泥即為活性污泥；顆粒污泥粒徑為0.5～4mm，污泥含水率大于等于98wt％。

活性厭氧氨氧化污泥為厭氧反應(yīng)器生產(chǎn)排出的污泥經(jīng)富集培養(yǎng)后制得，將污泥投加至升流式厭氧氨氧化反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，從升流式厭氧氨氧化反應(yīng)器的底部利用蠕動(dòng)泵通入待處理廢水，使待處理污水在升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為24～96小時(shí)，保持升流式厭氧氨氧化反應(yīng)器的出水流速與進(jìn)水流速相同，去除上浮和膨脹的污泥，升流式厭氧氨氧化反應(yīng)器運(yùn)行3-7天后，收集底部沉淀污泥即為活性厭氧氨氧化污泥；厭氧氨氧化污泥顏色為紅色或者棕紅色，污泥含水率大于等于98wt％。

(2)從升流式厭氧反應(yīng)器的底部利用蠕動(dòng)泵通入待處理廢水，根據(jù)升流式厭氧反應(yīng)器的體積調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速以控制進(jìn)水流速，控制進(jìn)水流速為0.125l/h，使待處理污水在升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為48小時(shí)，同時(shí)采用加熱棒使升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)部溫度維持在35度，每隔6個(gè)小時(shí)向升流式厭氧反應(yīng)器通入氮?dú)馄貧?0min，曝氣強(qiáng)度為5ml/(l·min)，優(yōu)選的，再通入待處理廢水前也進(jìn)行氮?dú)馄貧?0min，曝氣強(qiáng)度為5ml/(l·min)，以維持厭氧環(huán)境，通入二氧化碳使ph保持在7.5。

(3)保持升流式厭氧反應(yīng)器的出水流速與進(jìn)水流速相同，升流式厭氧反應(yīng)器運(yùn)行63天后成功啟動(dòng)污泥厭氧氨氧化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中的氮素的高效脫除，然后進(jìn)入?yún)捬醢毖趸€(wěn)定階段。穩(wěn)定運(yùn)行期間通過調(diào)整水力停留時(shí)間和進(jìn)水流速，提高進(jìn)水總氮負(fù)荷，同時(shí)檢驗(yàn)?zāi)拓?fù)荷沖擊能力。穩(wěn)定運(yùn)行期間總氮去除負(fù)荷達(dá)到1150mgn/l/d，并且面對(duì)不斷增加的總氮負(fù)荷，反應(yīng)器保持穩(wěn)定的運(yùn)行效果，氮去除效果沒有出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)。

對(duì)比例1

一種厭氧氨氧化高效處理含氮廢水的方法，包括步驟如下：

(1)將活性厭氧顆粒污泥和活性厭氧氨氧化污泥投加至升流式厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，混合污泥含水率大于等于99wt％，所述的升流式厭氧反應(yīng)器的高度范圍為75cm,內(nèi)徑范圍為9cm，有效容積為6l,頂部設(shè)有三相分離器，側(cè)壁設(shè)有不同高度取樣口，底部鋪有礫石層，進(jìn)水管鋪置在礫石層中；活性厭氧顆粒污泥污泥取自造紙廠厭氧污水處理裝置排出的污泥經(jīng)過濾、沖洗后制得；活性厭氧氨氧化污泥為厭氧氨氧化反應(yīng)器富集培養(yǎng)制得。

(2)從升流式厭氧反應(yīng)器的底部利用蠕動(dòng)泵通入待處理廢水，根據(jù)升流式厭氧反應(yīng)器的體積調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速以控制進(jìn)水流速，控制進(jìn)水流速為0.125l/h，使待處理污水在升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)停留48小時(shí)，通入待處理廢水后的污泥濃度為3200mg/l，同時(shí)采用加熱棒使升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)部溫度維持在35度，每隔6個(gè)小時(shí)向升流式厭氧反應(yīng)器通入氮?dú)馄貧?0min，曝氣強(qiáng)度為5ml/(l·min)，優(yōu)選的，在通入待處理廢水前也進(jìn)行氮?dú)馄貧?0min，曝氣強(qiáng)度為5ml/(l·min)，以維持厭氧環(huán)境，通入二氧化碳使ph保持在7.5。

(3)保持升流式厭氧反應(yīng)器的出水流速與進(jìn)水流速相同，升流式厭氧反應(yīng)器運(yùn)行101天后成功啟動(dòng)污泥厭氧氨氧化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中的氮素的高效脫除，然后進(jìn)入?yún)捬醢毖趸€(wěn)定階段。穩(wěn)定運(yùn)行期間總氮去除負(fù)荷達(dá)到1100mgn/l/d，面對(duì)氮負(fù)荷濃度的變化出現(xiàn)過數(shù)次波動(dòng)，表現(xiàn)出相對(duì)較差的穩(wěn)定性。

應(yīng)用實(shí)驗(yàn)例:

向?qū)嵤├?及對(duì)比例1的方法中通入人工合成廢水，對(duì)廢水進(jìn)行處理，利用蠕動(dòng)泵控制連續(xù)流進(jìn)水，控制水力停留時(shí)間為48小時(shí)，并利用蠕動(dòng)泵控制出水回流，控制反應(yīng)器進(jìn)水流速為0.125l/h；所述人工合成廢水具體成分為：471mg(nh4)2so4/l，640mgnano2/l，500mgkhco3/l，27.2mgkh2po4/l，120mgmgso4·7h2o/l，180mgcacl2·2h2o/l，5.6mgfeso4，1ml微量元素/l。所述微量元素具體成分為20000mgedta/l，430mgznso4·7h2o/l，240mgcocl2·6h2o/l，990mgmncl2·4h2o/l，250mgcuso4·5h2o/l，220mgnamoo4·2h2o/l，190mgnicl2·6h2o/l，210mgnaseo4·6h2o/l，14mgh3bo4/l。

每3天測(cè)定一次氮素濃度，據(jù)此評(píng)價(jià)反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)及厭氧氨氧化啟動(dòng)效果；每50天取污泥樣進(jìn)行一次q-pcr分析，據(jù)此評(píng)價(jià)厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)富集速度。

對(duì)比例1加入活性厭氧顆粒污泥和活性厭氧氨氧化污泥反應(yīng)器運(yùn)行72天成功啟動(dòng)厭氧氨氧化工藝，運(yùn)行200天后反應(yīng)器污泥中厭氧氨氧化菌的q-pcr結(jié)果為1.37×10⁸copies/ngdna；而本發(fā)明實(shí)施例1接種滅活的厭氧顆粒污泥和活性厭氧氨氧化污泥反應(yīng)器運(yùn)行63天成功啟動(dòng)厭氧氨氧化工藝，啟動(dòng)時(shí)間縮短9.3％，運(yùn)行200天后反應(yīng)器污泥中厭氧氨氧化菌的q-pcr結(jié)果為1.93×10⁸copies/ngdna，厭氧氨氧化菌數(shù)量提高了40.9％。

實(shí)施例2

一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強(qiáng)化啟動(dòng)方法，同實(shí)施例1，不同之處在于：

步驟(1)中將活性好氧顆粒污泥置于壓力0.3mpa、溫度122℃條件下進(jìn)行高壓蒸氣滅活30min，得到滅活污泥，其他處理步驟按實(shí)施例1進(jìn)行。

升流式厭氧反應(yīng)器運(yùn)行60天后成功啟動(dòng)污泥厭氧氨氧化反應(yīng)。

實(shí)施例3

一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強(qiáng)化啟動(dòng)方法，同實(shí)施例1，不同之處在于：

步驟(1)中活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質(zhì)量比為：0.8:1，單位：g/kg，其他處理步驟按實(shí)施例1進(jìn)行。升流式厭氧反應(yīng)器運(yùn)行54天后成功啟動(dòng)污泥厭氧氨氧化反應(yīng)。

對(duì)比例2

一種厭氧氨氧化高效處理含氮廢水的方法，同實(shí)施例1，不同之處在于：

步驟(1)中只添加滅活污泥，不添加活性厭氧氨氧化污泥，其他處理步驟按實(shí)施例1進(jìn)行。升流式厭氧反應(yīng)器運(yùn)行120天才成功啟動(dòng)污泥厭氧氨氧化反應(yīng)。

對(duì)比例3

一種厭氧氨氧化高效處理含氮廢水的方法，同實(shí)施例1，不同之處在于：

步驟(1)中活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質(zhì)量比為：3:1，單位：g/kg，其他處理步驟按實(shí)施例1進(jìn)行。升流式厭氧反應(yīng)器運(yùn)行86天成功啟動(dòng)污泥厭氧氨氧化反應(yīng)。

對(duì)比例4

一種厭氧氨氧化高效處理含氮廢水的方法，同實(shí)施例1，不同之處在于：

步驟(1)中活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質(zhì)量比為：5:1，單位：g/kg，其他處理步驟按實(shí)施例1進(jìn)行。升流式厭氧反應(yīng)器運(yùn)行105天成功啟動(dòng)污泥厭氧氨氧化反應(yīng)。