一种培养降解吡啶同步短程硝化脱氮好氧颗粒污泥的方法技术

本发明专利技术涉及环保领域中的污水生物处理技术，具体为一种快速培养降解吡啶同步短程硝化脱氮好氧颗粒污泥的方法。本发明专利技术通过控制反应参数，实现同步短程硝化反硝化，解决传统生物脱氮过程中处理流程长，设备占地面积大，能耗较高等问题；通过生物强化投加反硝化颗粒污泥、实时监测调控系统内DO浓度、控制适当饥饿期等方法解决好氧颗粒污泥颗粒化时间较长、颗粒污泥不稳定、脱氮效率较低等问题，最终实现异养菌、亚硝化细菌、反硝化细菌的相互协同，并通过调节进水氨氮浓度及HRT等方式调控出水水质，满足后续厌氧氨氧化工艺的进水条件，实现对吡啶等含氮杂环有机物的完全矿化处理，对难降解有毒有害污染物的生物处理具有重要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种培养降解吡啶同步短程硝化脱氮好氧颗粒污泥的方法
本专利技术涉及环保领域中的污水生物处理
，特别涉及含氮杂环难降解有机化合物的生物降解及同步短程硝化反硝化好氧颗粒污泥体系快速构建的方法。
技术介绍
吡啶等含氮杂环化合物广泛存在于印染废水、焦化废水等工业废水中，是重要的化工原料，具有致畸致癌致突变等特性，可生化性差，传统的物理化学法处理费用过高而传统的生物处理技术效果较差。如何经济、高效的处理此类化工废水成为水处理领域亟需解决的重要问题之一。好氧颗粒污泥是自固定化形成的颗粒状微生物聚集体，具有良好的活性和沉降性能，微生物群落丰富，污泥产量少，能够很好的耐受有毒有害物质及水力负荷的冲击，目前利用好氧颗粒污泥对有毒有害化工废水进行生物降解已取得一些成效。另外，含氮杂环化合物在开环时氮会转化为氨氮，若不进一步处理容易造成水体富营养化，而好氧颗粒污泥的特殊膜状结构使得DO扩散受到限制，使其由外向内依次形成好氧区-缺氧区-厌氧区，有利于不同功能微生物在同一系统中同时实现硝化和反硝化，可省去二沉池和污泥回流的费用，节约处理成本。传统生物脱氮工艺是氨经历完全硝化转化为NO3--N后再进行反硝化转化为气态氮，短程硝化过程利用AOB对DO的亲和能力（DO半饱和系数为0.3mg/L）大于NOB(DO半饱和系数为1.1mg/L），AOB对FA的耐受浓度（10-150mg/L）高于NOB（0.1-1mg/L）等特点抑制NOB的活性，使硝化过程控制在NO2--N阶段，不再继续转化为NO3--N。短程硝化可在硝化阶段节约25%的氧气供应，在反硝化阶段节约40%碳源的供应，且该工艺污泥产量低，短程硝化及后续反硝化的污泥产量较传统生物脱氮可分别降低35%、55%，同时可缩短反应时间，减少反应器容积，降低投资运行费用。短程硝化与厌氧氨氧化组合的新型脱氮工艺是目前为止最经济的生物脱氮工艺，厌氧氨氧化工艺利用NH4+作为电子供体、NO2--N作为电子受体转化为氮气去除，无需另外投加碳源，应用前景广阔，利用好氧颗粒污泥系统对吡啶废水进行短程硝化反硝化脱氮并联合厌氧氨氧化的处理具有明显的经济效益。尽管好氧颗粒污泥具有很好的耐冲击负荷、耐有毒有害废水和同时去除有机碳及脱氮的能力，但在实际应用中依然存在一些短板，特别以难生物降解废水作为基质时，好氧颗粒污泥的培养一般需要3个月以上，且脱氮能力较弱，长期运行还容易出现污泥解体现象，所以目前学术研究偏多，实际应用较少。
技术实现思路
本专利技术针对目前利用好氧颗粒污泥对难生物降解有机废水进行同步脱氮处理中颗粒化时间较长、脱氮效率较低等问题，提出了一种适用于吡啶等有毒有害化工废水的脱氮好氧颗粒污泥快速启动及稳定运行的方法，可有效提高系统的脱氮效率，并实现资源利用最大化。具体技术方案如下：包括如下步骤：（1）将吡啶降解特效菌Rhizobiumsp.NJUST18接种到以吡啶为唯一碳源的无机盐液体培养基中，利用摇床进行恒温培养，在明显看到大量菌丝后，将菌液离心并收集菌体离心物备用，其中所述的Rhizobiumsp.NJUST18于2013年3月28日在中国典型培养物保藏中心CCTCC保藏，保藏单位地址为中国湖北省武汉市武汉大学，保藏编号为CCTCCNO:M2013110，命名为根瘤杆菌NJUST18，其分类命名为Rhizobiumsp.，GenBank登陆号为JN106368；（2）取脱水处理后的泥饼作为接种污泥接入SBR反应器中，连续空曝24-30h，恢复污泥中微生物活性；（3）将步骤（1）中富集培养的菌体离心物直接加入步骤（2）中空曝后的SBR反应器，通入以乙酸钠和吡啶作为碳源的人工模拟废水运行培养，运行过程中逐步减少乙酸钠的浓度并增加吡啶的浓度，直到进水以吡啶作为唯一碳源，富集硝化细菌；（4）取步骤（3）运行稳定后SBR反应器三分之一的污泥，在低溶解氧条件下进行反硝化颗粒污泥培养；采用步骤（3）反应后排出液作为培养液，调节pH并加入吡啶作为反硝化电子供体，同时加入CaO序批式培养，形成反硝化颗粒污泥；（5）将步骤（4）培养获得的反硝化颗粒污泥重新接入步骤（3）获得的富集有硝化细菌的SBR反应器，运行过程中通过高水力剪切和逐步减少沉降时间的方式，逐渐形成好氧颗粒污泥，再适当降低曝气量并提高进水氨氮浓度，实现稳定的短程硝化，获得可降解吡啶的短程硝化脱氮颗粒污泥。进一步的，步骤（1）无机盐液体培养基中添加500mg/L吡啶。进一步的，步骤（2）中泥饼采用印染废水、焦化废水等化工污水处理厂经脱水处理后的泥饼，含水率为75%-80%。此类污泥结构结实紧密，可为污泥最初的颗粒化提供“晶核”，空曝后泥饼中微生物处于饥饿状态，生存能力低的微生物被淘汰，而留下来的微生物则不断适应新环境并趋向于抱团生长，可促进系统中好氧颗粒污泥的形成。进一步的，人工模拟废水为：氯化钙80mg/L、氯化亚铁15mg/L、七水合硫酸镁250mg/L、氯化钾65mg/L，pH通过磷酸二氢钾和十二水合磷酸氢二钠缓冲溶液控制在7-7.5。进一步的，步骤（3）的具体运行过程为：模拟废水中加入1000mg/L乙酸钠和500mg/L吡啶，反应器按照进水-曝气-沉淀-排水的顺序周期运行，初始反应周期设置为12-16h，其中沉降时间12min，表面气速控制为2cm/s，运行过程中每2-3天减少乙酸钠200mg/L的浓度、增加吡啶200mg/L的浓度，直到进水以1500mg/L吡啶作为唯一碳源后，采用高低曝气量交替运行的方式，高低曝气量分别为200L/h和60L/h,对应的表面气速为2cm/s和0.6cm/s，溶解氧浓度在1mg/L-7mg/L之间，当系统内污泥浓度明显增多，反应器启动阶段结束。进一步的，步骤（4）的序批式培养具体为：24h为一个培养周期，一次性进料，用搅拌器进行搅拌，搅拌转速控制在100-180r/min，保证缺氧环境，一个培养周期内搅拌23h，沉降30min，再排水、进水；当系统内总氮去除率达到8-10mg/L/h，且颗粒污泥平均粒径达到0.5-0.6mm时认为反硝化颗粒污泥培养成熟；其中CaO添加量为5-10mg/L，吡啶浓度为500mg/L，pH可通过磷酸缓冲盐溶液调节至7-7.5。在培养反硝化颗粒污泥的过程中加入CaO，其在碱性条件下形成Ca(OH)2，与微生物代谢产生的CO2反应可形成细小的CaCO3，碳酸钙可作为诱发污泥颗粒化的核，使微生物可以迅速凝聚到核的周围，加速反硝化污泥颗粒化。进一步的，步骤（5）控制进水以吡啶为唯一碳源，运行周期设置为12h，浓度为1500mg/L，表面气速为2cm/s，运行初期溶解氧7mg/L。在运行过程中逐步减少沉降时间，第1-4天沉降时间12min、第5-8天沉降时间9min、第9-12天沉降时间6min、第13-16天沉降时间3min，每个运行周期内吡啶降解饥饿期控制在2-3h，运行至1500mg/L的吡啶在6h内可降解90%以上时，调整控制系统运行周期为8h，降低曝气量至100L/h，对应表面气速为1cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种培养降解吡啶同步短程硝化脱氮好氧颗粒污泥的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n（1）将吡啶降解特效菌Rhizobium sp.NJUST18接种到以吡啶为唯一碳源的无机盐液体培养基中，利用摇床进行恒温培养，在明显看到大量菌丝后，将菌液离心并收集菌体离心物备用；/n（2）取脱水处理后的泥饼作为接种污泥接入SBR反应器中，连续空曝24-30 h，恢复污泥中微生物活性；/n（3）将步骤（1）中富集培养的菌体离心物直接加入步骤（2）中空曝后的SBR反应器，通入以乙酸钠和吡啶作为碳源的人工模拟废水运行培养，运行过程中逐步减少乙酸钠的浓度并增加吡啶的浓度，直到进水以吡啶作为唯一碳源，富集硝化细菌；/n（4）取步骤（3）运行稳定后SBR反应器三分之一的污泥，在低溶解氧条件下进行反硝化颗粒污泥培养；采用步骤（3）反应后排出液作为培养液，调节pH并加入吡啶作为反硝化电子供体，同时加入CaO序批式培养，形成反硝化颗粒污泥；/n（5）将步骤（4）培养获得的反硝化颗粒污泥重新接入步骤（3）获得的富集有硝化细菌的SBR反应器，运行过程中通过高水力剪切和逐步减少沉降时间的方式，逐渐形成好氧颗粒污泥，再适当降低曝气量并提高进水氨氮浓度，实现稳定的短程硝化，获得可降解吡啶的短程硝化脱氮颗粒污泥；/n其中所述的Rhizobium sp.NJUST18 于2013年3月28日在中国典型培养物保藏中心CCTCC保藏，保藏单位地址为中国湖北省武汉市武汉大学，保藏编号为CCTCC NO:M2013110，命名为根瘤杆菌NJUST18，其分类命名为 Rhizobium sp.，GenBank登陆号为 JN106368。/n...

【技术特征摘要】
1.一种培养降解吡啶同步短程硝化脱氮好氧颗粒污泥的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将吡啶降解特效菌Rhizobiumsp.NJUST18接种到以吡啶为唯一碳源的无机盐液体培养基中，利用摇床进行恒温培养，在明显看到大量菌丝后，将菌液离心并收集菌体离心物备用；
（2）取脱水处理后的泥饼作为接种污泥接入SBR反应器中，连续空曝24-30h，恢复污泥中微生物活性；
（3）将步骤（1）中富集培养的菌体离心物直接加入步骤（2）中空曝后的SBR反应器，通入以乙酸钠和吡啶作为碳源的人工模拟废水运行培养，运行过程中逐步减少乙酸钠的浓度并增加吡啶的浓度，直到进水以吡啶作为唯一碳源，富集硝化细菌；
（4）取步骤（3）运行稳定后SBR反应器三分之一的污泥，在低溶解氧条件下进行反硝化颗粒污泥培养；采用步骤（3）反应后排出液作为培养液，调节pH并加入吡啶作为反硝化电子供体，同时加入CaO序批式培养，形成反硝化颗粒污泥；
（5）将步骤（4）培养获得的反硝化颗粒污泥重新接入步骤（3）获得的富集有硝化细菌的SBR反应器，运行过程中通过高水力剪切和逐步减少沉降时间的方式，逐渐形成好氧颗粒污泥，再适当降低曝气量并提高进水氨氮浓度，实现稳定的短程硝化，获得可降解吡啶的短程硝化脱氮颗粒污泥；
其中所述的Rhizobiumsp.NJUST18于2013年3月28日在中国典型培养物保藏中心CCTCC保藏，保藏单位地址为中国湖北省武汉市武汉大学，保藏编号为CCTCCNO:M2013110，命名为根瘤杆菌NJUST18，其分类命名为Rhizobiumsp.，GenBank登陆号为JN106368。


2.根据权利要求1所述的一种培养降解吡啶同步短程硝化脱氮好氧颗粒污泥的方法，其特征在于：步骤（1）无机盐液体培养基中添加500mg/L吡啶。


3.根据权利要求1所述的一种培养降解吡啶同步短程硝化脱氮好氧颗粒污泥的方法，其特征在于：步骤（2）中泥饼采用印染废水、焦化废水等化工污水处理厂经脱水处理后的泥饼，含水率为75%-80%。


4.根据权利要求1所述的一种培养降解吡啶同步短程硝化脱氮好氧颗粒污泥的方法，其特征在于：人工模拟废水为：氯化钙80mg/L、氯化亚铁15mg/L、七水合硫酸镁250mg/L、氯化钾65mg/L，pH通过磷酸二氢钾和十二水合磷酸氢二钠缓冲溶液控制在7-7.5。


5.根据权利要求1所述的一种培养降解吡啶同步短程硝化脱氮好氧颗粒污泥的方法，其特征在于：步骤（3）的具体运行过程为：在人工模拟废水中加入1000mg/L乙酸钠和500mg/L吡啶，反应器按照进水-曝气-沉淀-排水的顺序周期运行，初始反应周期设置为12-16h，其中沉降时间12min，表面气速控制为2cm/s，运行过程中每2-3天...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴施婧，梁培瑜，邓觅，吴永明，朱林，李荣富，涂文清，
申请(专利权)人：江西省科学院微生物研究所，
类型：发明
国别省市：江西;36