公布日：2023.11.07
申請(qǐng)日：2023.10.07
分類號(hào)：C02F3/28(2023.01)I;C02F3/00(2023.01)I;C02F3/30(2023.01)I
摘要
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，公開(kāi)了一種鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法。包括以下步驟：（1）將普通活性污泥和厭氧氨氧化污泥作為接種污泥，混合后加入序批式間歇反應(yīng)器；（2）將廢水排入反應(yīng)器中，分三個(gè)階段向序批式間歇反應(yīng)器內(nèi)投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，首先運(yùn)行至總氮去除率為21~35%，進(jìn)入第二階段；運(yùn)行至總氮去除率為24~56%，進(jìn)入第三階段；運(yùn)行至總氮去除率為28~73%，耦合體系啟動(dòng)成功；每個(gè)階段鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭和/或生物炭投加量為5~50g/L。本發(fā)明能有效啟動(dòng)NDFO‑Feammox耦合工藝，提高后續(xù)脫氮能力的可持續(xù)性。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將普通活性污泥和厭氧氨氧化污泥作為接種污泥，所述厭氧氨氧化污泥與普通活性污泥的質(zhì)量比為21：9~49，混合后加入序批式間歇反應(yīng)器；（2）將廢水排入序批式間歇反應(yīng)器中，分三個(gè)階段向序批式間歇反應(yīng)器內(nèi)投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，啟動(dòng)過(guò)程如下：第一階段：投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，運(yùn)行至期間有10~15天的平均總氮去除率達(dá)到21~35%，進(jìn)入第二階段；第二階段：投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，運(yùn)行至期間有10~15天的平均總氮去除率達(dá)到24~56%，進(jìn)入第三階段；第三階段：投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，運(yùn)行至期間有10~15天的平均總氮去除率達(dá)到28~73%，耦合體系啟動(dòng)成功；其中，每個(gè)階段鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭和/或生物炭投加量為5~50g/L。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，其特征在于，步驟（1）中，所述厭氧氨氧化污泥接種量為0.24~0.56L，污泥濃度為15623~25628mg/L；普通活性污泥接種量為0.40~0.93L，污泥濃度為8492~12149mg/L。
3.如權(quán)利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的厭氧氨氧化污泥為顆粒狀，粒徑為1~3mm；所述厭氧氨氧化污泥來(lái)自實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的UASB反應(yīng)器；所述普通活性污泥來(lái)自污水處理廠厭氧池。
4.如權(quán)利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，其特征在于，步驟（2）中，廢水進(jìn)水NH4+-N為0.05~0.055g/L，NO3--N為0.03~0.035g/L，進(jìn)水調(diào)節(jié)pH為7.0±0.2，序批式間歇反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在30±1℃。
5.如權(quán)利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，其特征在于，步驟（2）中，運(yùn)行過(guò)程中以24h作為一個(gè)周期：每個(gè)周期經(jīng)歷5~10min進(jìn)水、1385~1405min攪拌反應(yīng)、20~30min靜置、10~15min出水。
6.如權(quán)利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，其特征在于，步驟（2）中，所述的鐵碳微電解球通過(guò)懸浮載體球裝載，所述懸浮載體球直徑為55~150mm；每個(gè)懸浮載體球裝載70~95g的鐵碳微電解球。
7.如權(quán)利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，其特征在于，步驟（2）中，鐵碳微電解球粒徑為2~5mm；所述的活性炭/生物炭粒徑為50目~300目。
8.如權(quán)利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，其特征在于，步驟（2）中，第一階段的反應(yīng)時(shí)間為35~45天；第二階段的反應(yīng)時(shí)間為14~19天；第三階段的反應(yīng)時(shí)間為20~21天。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，改啟動(dòng)方法簡(jiǎn)單、快速，且投資費(fèi)用低。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，具體技術(shù)方案如下：
一種鐵氨氧化耦合亞鐵型自養(yǎng)反硝化體系的啟動(dòng)方法，包括以下步驟：
（1）將普通活性污泥和厭氧氨氧化污泥作為接種污泥，混合后加入序批式間歇反應(yīng)器；
（2）將廢水排入反應(yīng)器中，分三個(gè)階段向序批式間歇反應(yīng)器內(nèi)投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，啟動(dòng)過(guò)程如下：
第一階段為啟動(dòng)過(guò)程中的篩菌階段：該階段用于篩選并獲得能夠在富鐵環(huán)境下生存的與鐵氮氧化還原相關(guān)的微生物。并且為了積極保留具備鐵氧化還原功能微生物的活性，通過(guò)投加活性炭/生物炭來(lái)驅(qū)動(dòng)微生物的胞外電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。具體為：控制鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭/生物炭投加量為5~50g/L，總氮去除率在21~35%之間，進(jìn)入第二階段；
第二階段為啟動(dòng)過(guò)程中的強(qiáng)化階段：鐵碳微電解球除了用于析出鐵外，還是重要的微生物載體。由于第一階段鐵碳微電解球的投加有限，僅存的亞鐵/三價(jià)鐵在驅(qū)動(dòng)NH4+-N氧化和NO3--N還原過(guò)程中受到了阻礙，使得功能菌的產(chǎn)能過(guò)剩。因此，通過(guò)繼續(xù)補(bǔ)加鐵碳微電解球和活性炭/生物炭快速?gòu)?qiáng)化啟動(dòng)進(jìn)程。具體為：其他條件保持不變，控制鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭/生物炭投加量為5~50g/L，總氮去除率在24~56%之間，進(jìn)入第三階段。
第三階段為啟動(dòng)過(guò)程中的潛力開(kāi)發(fā)階段，在保持第二階段穩(wěn)定去除率的基礎(chǔ)上探索并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)耦合體系的脫氮潛力，以此作為后期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。具體為：其他條件保持不變，控制鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭/生物炭投加量為5~50g/L，總氮去除率在28~73%之間，耦合體系啟動(dòng)成功。
本發(fā)明中，鐵碳微電解球投加量、活性炭和/或生物炭投加量以序批式間歇反應(yīng)器的工作容積為參照。
本發(fā)明以普通活性污泥和厭氧氨氧化污泥作為接種污泥，創(chuàng)造性地將啟動(dòng)過(guò)程設(shè)置為三個(gè)階段，首先在低鐵碳微電解球濃度下進(jìn)行微生物篩分，并投加活性炭/生物炭提高固相鐵和微生物之間的電子轉(zhuǎn)移，以此淘汰無(wú)法適應(yīng)富鐵環(huán)境的微生物。其次，在上一階段低脫氮效率但穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上繼續(xù)補(bǔ)加鐵碳微電解球來(lái)強(qiáng)化耦合脫氮過(guò)程。最后在達(dá)到初期脫氮目標(biāo)后可通過(guò)繼續(xù)補(bǔ)加鐵碳微電解球和活性炭/生物炭來(lái)探究耦合體系的脫氮潛力。
考慮到大部分普通活性污泥主要通過(guò)氧化亞鐵來(lái)還原硝氮，而大部分厭氧氨氧化污泥主要驅(qū)動(dòng)Feammox過(guò)程還原三價(jià)鐵并氧化氨氮，鐵的價(jià)態(tài)變化是耦合體系持續(xù)進(jìn)行的內(nèi)核，但由于活性污泥和厭氧氨氧化污泥的活性存在差異，不同比例的污泥量與鐵的價(jià)態(tài)循環(huán)速率和范圍息息相關(guān)，因此很容易造成單獨(dú)的活性污泥/厭氧氨氧化污泥產(chǎn)能過(guò)剩，進(jìn)而引起活性污泥/厭氧氨氧化污泥缺乏充足的電子供/受體而解體。進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述厭氧氨氧化污泥與普通活性污泥的質(zhì)量比為21：9~49。
考慮到鐵碳微電解球的粒徑與亞鐵溶出速率呈負(fù)相關(guān)，而亞鐵的即時(shí)溶出速率會(huì)直接影響到微生物的活性。例如，亞鐵溶出速率過(guò)快會(huì)造成微生物鐵中毒，亞鐵溶出速率過(guò)慢則會(huì)延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟（1）中，所述的厭氧氨氧化污泥為顆粒狀，粒徑為1~3mm。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟（1）中，所述厭氧氨氧化污泥接種為0.24~0.56L，污泥濃度為15623~25628mg/L；普通活性污泥接種為0.40~0.93L，污泥濃度為8492~12149mg/L。其中，厭氧氨氧化污泥來(lái)自實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的UASB反應(yīng)器，普通活性污泥來(lái)自污水處理廠厭氧池。
優(yōu)選地，步驟（2）的啟動(dòng)過(guò)程中：
第一階段：運(yùn)行至期間有10~15天的平均總氮去除率達(dá)到21~35%，進(jìn)入第二階段；
第二階段：運(yùn)行至期間有10~15天的平均總氮去除率達(dá)到24~56%，進(jìn)入第三階段；
第三階段：運(yùn)行至期間有10~15天的平均總氮去除率達(dá)到28~73%，耦合體系啟動(dòng)成功。
進(jìn)一步地，步驟（2）中，運(yùn)行過(guò)程中以24h作為一個(gè)周期：每個(gè)周期經(jīng)歷5~10min進(jìn)水、1385~1405min攪拌反應(yīng)、20~30min靜置、10~15min出水。
進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述的鐵碳微電解球通過(guò)懸浮載體球裝載，懸浮載體球直徑為55~150mm。
進(jìn)一步優(yōu)選地，每個(gè)懸浮載體球裝載70~95g的鐵碳微電解球。
進(jìn)一步優(yōu)選地，裝載后的懸浮載體球通過(guò)熱熔膠粘貼或者通過(guò)尼龍繩懸掛在在序批式間歇反應(yīng)器內(nèi)壁，方便對(duì)鐵碳微電解球濃度在后期的控制以及反應(yīng)器外的活化。
進(jìn)一步地，步驟（2）中，鐵碳微電解球粒徑為2~5mm。
進(jìn)一步地，步驟（2）中，活性炭/生物炭為50目~300目。
進(jìn)一步地，步驟（2）中，第一階段的反應(yīng)時(shí)間為35~45天。
進(jìn)一步地，步驟（2）中，第二階段的反應(yīng)時(shí)間為14~19天。
進(jìn)一步地，步驟（2）中，第三階段的反應(yīng)時(shí)間為20~21天。
相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：
（1）本發(fā)明的啟動(dòng)方法在有效啟動(dòng)NDFO-Feammox耦合工藝的同時(shí)，提高后續(xù)脫氮能力的可持續(xù)性。
（2）本發(fā)明的啟動(dòng)方法創(chuàng)造性地使用鐵碳微電解球，通過(guò)吸氧腐蝕有效的保障厭氧環(huán)境，有利于NDFO菌和Feammox菌厭氧富集。由于鐵碳微電解球充當(dāng)緩釋鐵源的過(guò)程中水環(huán)境pH上升，使得Fe(II)主要以固相氫氧化亞鐵的形式存在。因此本發(fā)明的啟動(dòng)方法能夠避免傳統(tǒng)NDFO過(guò)程中直接投加Fe(II)鹽造成的Fe(II)離子初期進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部形成的不可逆沉淀。同時(shí)，Feammox過(guò)程的存在也可減少NDFO菌表面結(jié)痂現(xiàn)象。
（3）本發(fā)明的啟動(dòng)方法能夠在單一反應(yīng)器中同時(shí)啟動(dòng)NDFO和Feammox過(guò)程，而無(wú)需單獨(dú)分開(kāi)啟動(dòng)。
（4）本發(fā)明的啟動(dòng)方法所使用的鐵碳微電解球材料以及活性污泥價(jià)廉易得，即便Anammox污泥（厭氧氨氧化污泥）難以富集，但在最佳啟動(dòng)過(guò)程中使用的Anammox污泥的MLVSS（污泥濃度）與普通活性污泥的MLVSS之比低于1。因此，啟動(dòng)NDFO-Feammox耦合工藝所需的代價(jià)低，可作為傳統(tǒng)的傳統(tǒng)硝化-反硝化、短程硝化-反硝化以及短程硝化-Anammox的測(cè)流工藝輔助脫氮，不僅能夠減少碳源投加和曝氣量，還能夠減輕主流脫氮壓力以及提高出水水質(zhì)。
（發(fā)明人：何頔;金青海;王鵬;俞政鑫;曾憲俊）
