一种基于颗粒污泥短程硝化-厌氧氨氧化体系耦合硫自养反硝化菌的沼液处理方法技术

本发明专利技术涉及废水处理领域，公开了一种基于颗粒污泥短程硝化

【技术实现步骤摘要】
一种基于颗粒污泥短程硝化
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厌氧氨氧化体系耦合硫自养反硝化菌的沼液处理方法


[0001]本专利技术涉及废水处理领域，尤其涉及一种基于颗粒污泥短程硝化
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厌氧氨氧化体系耦合硫自养反硝化菌的沼液处理方法。

技术介绍

[0002]针对高有机质的市政餐厨垃圾和畜禽养殖废物，厌氧消化因其能源化和资源化的属性，以及工艺的相对成熟，已经占据了市场的主流地位。同时针对厌氧工艺尾端沼液三高一中一低(即COD高、SS高、氨氮高、温度适中以及BOD低)的特点，现今处理工艺已经逐渐由传统的硝化反硝化工艺转向厌氧氨氧化工艺。只要在预处理阶段将COD和SS控制在合理范围区间，沼液的低C/N比和适中的温度都非常契合厌氧氨氧化工艺，从而可以从碳源、曝气和升温需求方面节省可观的运行成本。尤其在颗粒污泥形式的厌氧氨氧化耦合短程硝化的工艺中，成本的经济性进一步被放大：(A)可在同一个反应器内完成颗粒泥外部的亚硝化和内部的厌氧氨氧化；(B)可同步亚硝化/厌氧氨氧化，处理效率更高；(C)污泥具有紧实的颗粒结构，一方面能承受更高的负荷和更强的冲击，另一方面具有更好的沉降性，更易泥水分离。
[0003]但是由于厌氧氨氧化工艺自身的机理，其无法完全脱除总氮，具体而言是反应本身会产生11％的硝态氮(基于进水氨氮衡量)；另外，一体化工艺中为向厌氧氨氧化反应提供足量的亚硝态氮很难精准控制相应条件，不可避免地会产生少量硝态氮，这些都会对出水的总氮达标构成威胁。
[0004]现有的解决方案通常是在一体化厌氧氨氧化反应后，增设后续反应池并投加碳源异养反硝化脱除硝态氮，但是该方案不论在投资成本还是运行成本上都有所蚕食一体化厌氧氨氧化工艺的经济性。此外，异养反硝化的以下特点也很难有进一步优化的可能：(A)异养菌依赖有机碳源，不得不投加外部碳源，运行成本无法降低；(B)异养菌本身生长速率明显高于厌氧氨氧化菌，难以共存耦合进一体化反应器，投资成本无法降低。
[0005]因此，探索新的能同厌氧氨氧化耦合的反硝化路径成为了本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于颗粒污泥短程硝化
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厌氧氨氧化体系耦合硫自养反硝化菌的沼液处理方法。本专利技术在短程硝化
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厌氧氨氧化体系的基础上耦合硫自养反硝化菌，可实现较好的耦合效果，可在低成本的条件下显著降低厌氧氨氧化后沼液中的硝态氮，并且可使硫自养反硝化菌的反硝化反应尽量停留在亚硝态氮累积阶段。
[0007]本专利技术的具体技术方案为：一种基于颗粒污泥短程硝化
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厌氧氨氧化体系耦合硫自养反硝化菌的沼液处理方法，包括以下步骤：
1)对预处理过的沼液进行监测和调节，使水质符合条件。
[0008]2)将符合条件的沼液输送至含有颗粒污泥区的反应器中反应；所述颗粒污泥的内层含有厌氧氨氧化菌(Anammox)和硫自养反硝化菌(SADN)，外层含有氨氧化菌(AOB)；反应过程中，所述外层进行亚硝化反应，所述内层进行厌氧氨氧化反应和硫自养反硝化反应。
[0009]3)反应完成后，反应体系中的颗粒污泥被三相分离器截留，气体从反应器上方逸散，处理完成的沼液溢流排出。
[0010]如
技术介绍
部分所述，针对传统厌氧氨氧化工艺自身的机理因素，其无法完全脱除总氮，在处理后的出水中含有一定量的硝态氮。现有的解决方案通常是在一体化厌氧氨氧化反应后，增设后续反应池并投加碳源异养反硝化脱除硝态氮。但是该方案存在以下缺点：(A) 异养菌依赖有机碳源，需投加外部碳源，运行成本无法降低；(B)异养菌本身生长速率明显高于厌氧氨氧化菌，难以共存耦合进一体化反应器。本专利技术通过在现有的短程硝化
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厌氧氨氧化体系中耦合硫自养反硝化菌，具有以下优势：(1)硫自养反硝化菌无需碳源，可避免异养菌与厌氧氨氧化菌的竞争；(2)硫自养反硝化菌产泥量小，与厌氧氨氧化的适配性好，可确保厌氧氨氧化菌在脱氮体系中的主导地位；(3)厌氧氨氧化反应会推动pH升高，而硫自养反硝化产酸，可缓冲反应体系的pH，减少投酸量。
[0011]进一步地，本专利技术的关键点还在于基于对氧气的不同亲和性Anammox菌，SADN菌和AOB菌会分布于颗粒污泥的不同圈层。其中，颗粒污泥的内层为含厌氧氨氧化菌和硫自养反硝化菌的厌氧内层，外层为含好氧氨氧化菌的好氧外层。反应过程中，所述好氧外层遇氧进行亚硝化反应，所述厌氧内层进行厌氧氨氧化反应和硫自养反硝化反应。如图2所示，该结构的颗粒污泥，在反应过程中，好氧外层的氨氧化菌(AOB)在低溶氧条件下，发生亚硝化反应(公式1)，产生亚硝态氮作为内层的厌氧氨氧化菌的电子受体。
[0012]厌氧内层中厌氧氨氧化菌(Anammox)和硫自养反硝化菌耦合共存。其中，厌氧氨氧化菌利用亚硝化产生的亚硝氮作为电子受体，跨层扩散进来的氨氮作为电子供体，发生厌氧氨氧化反应(公式2)，产生氮气和硝态氮。
[0013]硫自养反硝化菌利用厌氧氨氧化菌产生的硝态氮作为电子受体，硫单质(优选)作为电子供体，发生自养反硝化(公式4)，产生的亚硝氮和硫酸根。因为硫自养反硝化产生的亚硝酸根直接处于颗粒污泥内层，无需再像原本的单纯亚硝化/厌氧氨氧化体系中好氧外层产生的亚硝酸根一样，跨越溶解氧梯度扩散进入颗粒污泥内层，因此可以直接供给同处内层的厌氧氨氧化菌继续反应，形成产物反应物的耦合体系，耦合效果佳。此外，还因为反应器内同时耦合产酸产碱反应，形成了pH互相缓冲的体系，无需过多人为调节pH。
[0014]作为优选，步骤1)中，经过预处理的沼液的COD低于1000mg/L，SS低于1000mg/L；调节后的沼液满足以下条件：氨氮浓度不超过后接反应器内颗粒污泥所能承受的最大氮负荷 (1kg N/m3*d)，电导率不能达到后接反应器内厌氧氨氧化菌的抑制值(6mS/cm)，温度为 30
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35；pH＝7.5
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8.0。
[0015]为了为步骤2)的反应做铺垫，需要对沼液进行调节，如若预处理后的沼液不能达
到上述要求，需要使用工艺水稀释调节、加热、加酸加碱等操作。
[0016]作为优选，步骤2)中，所述硫自养反硝化菌中的优势菌种为脱氮硫杆菌Thiobacillusdenitrificans。
[0017]本专利技术从诸多硫自养反硝化菌中优选出脱氮硫杆菌Thiobacillus denitrifican，该菌种具有反硝化过程中所需的所有酶(NarKK2GHJI，NirS，NorCB，NosZ)，并且存在调控相关参数使得反硝化反应停留在亚硝态氮累积阶段的可能。
[0018]作为优选，步骤2)中，所述脱氮硫杆菌Thiobacillus denitrificans在启动时所接种的硫自养反硝化菌的菌群中占优势地位，即其丰度不低于30％。
[0019]在稳定运行的颗粒污泥短程硝化
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厌氧氨氧化体系中，耦合以脱氮硫杆菌Thiobacillusdenitr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于颗粒污泥短程硝化
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厌氧氨氧化体系耦合硫自养反硝化菌的沼液处理方法，其特征在于包括以下步骤：1）对预处理过的沼液进行监测和调节，使水质符合条件；2）将符合条件的沼液输送至含有颗粒污泥区的反应器中反应；所述颗粒污泥的内层含有厌氧氨氧化菌和硫自养反硝化菌，外层含有氨氧化菌；反应过程中，所述外层进行亚硝化反应，所述内层进行厌氧氨氧化反应和硫自养反硝化反应；3）反应完成后，反应体系中的颗粒污泥被三相分离器截留，气体从反应器上方逸散，处理完成的沼液溢流排出。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中，经过预处理的沼液其COD低于1000mg/L，SS低于1000mg/L；调节后的沼液满足以下条件：氨氮浓度不超过后接反应器内颗粒污泥所能承受的最大氮负荷，电导率不能达到后接反应器内厌氧氨氧化菌的抑制值，温度为30
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35℃；pH=7.5
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8.0。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述硫自养反硝化菌的菌群中包含脱氮硫杆菌Thiobacillus denitrificans。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述脱氮硫杆菌Thiobacillus denitrificans在启动时所接种的硫自养反硝化菌的菌群中占优势地位，即其丰度不低于30%。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中，在反应过程中添加单质硫，作为硫自养反硝化菌的电子供体。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述单质硫在添加时的粒径为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：潘智衡，杜睿，宫亚斌，谭婧，朱永健，宋波，詹偶如，蓝天，
申请(专利权)人：杭州能源环境工程有限公司，
类型：发明
国别省市：