一种高进水COD浓度条件下修复厌氧反应器酸化系统的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高进水COD浓度条件下修复厌氧反应器酸化系统的方法，包括如下步骤：首先，维持进水COD浓度6000

【技术实现步骤摘要】
一种高进水COD浓度条件下修复厌氧反应器酸化系统的方法


[0001]本专利技术属于污水生物处理
，特别涉及一种高进水COD浓度条件下修复厌氧反应器酸化系统的方法。

技术介绍

[0002]厌氧生物处理技术是污水处理领域广泛使用的技术之一，具有污泥产量低、可回收能源、经济性好等优点。影响厌氧生物反应器运行效果的因素有很多，包括pH、温度、ORP、盐度等。正常情况下，水解产酸菌与产甲烷菌保持代谢平衡，水解酸化阶段的代谢产物能够及时被产甲烷菌利用，并最终转化为甲烷等无机物。然而，产甲烷菌对pH较为敏感，其适宜生长的 pH范围在6.5～3.8，当pH较低时，产甲烷菌活性降低，造成脂肪酸积累，最终导致反应器酸化。运行过程中，造成反应器酸化的原因有很多，比如毒性物质(重金属、游离氨等)、反应器负荷过高、低温等环境条件冲击等。酸化条件下，产甲烷菌活性降低，反应器运行效果变差，某些情况下甚至完全停止。
[0003]目前的厌氧酸化体系调控策略有以下几种，如投加强碱、添加零价铁、出水回流等(如专利申请公开号或专利授权公布号为CN103435304B、CN106434824A、CN105668380A的现有技术)。通过投加强碱虽然可以在短时间内迅速提高pH，但在停止投加后，pH难以保持稳定，无法从根本上解决问题；添加零价铁修复酸化体系的时间过长，而出水回流仅适合调节微酸化的厌氧体系。外源添加硝酸盐修复低进水COD浓度(COD＝2000mg
·
L
‑1)条件下厌氧酸化体系(公开号为CN113060896A的现有技术)，仅适用于低进水COD浓度时的厌氧酸化体系修复，在对高浓度有机废水进行修复时，需要先将高浓度有机废水进行稀释后再修复调控，延长了修复时间。如果采用公开号为CN113060896A的现有技术中的方法对高浓度有机废水直接进行修复，由于需要投加高浓度的硝酸盐，其将抑制产甲烷菌活性，甚至使细胞膜被破坏而死亡，因此无法达到修复的目的。因此，如何实现高浓度有机废水直接进水条件下修复厌氧反应器酸化系统，加速修复效率、缩短修复时间，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]1.要解决的问题
[0005]针对现有技术中厌氧反应器酸化的修复方法难以直接适用于高进水COD浓度条件下厌氧生物反应器酸化后的修复的问题，本专利技术提供一种高进水COD浓度条件下修复厌氧反应器酸化系统的方法，有效避免有机酸的积累，实现细菌群落结构的修复，避免反应器在高进水COD浓度条件下因酸化问题而出现故障。
[0006]2.技术方案
[0007]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术采用微量溶解氧协同硝酸盐共同投加，可实现高进水COD浓度时，直接调控厌氧反应器的酸化后恢复产甲烷，同时快速恢复厌氧酸化体系的pH。
[0009]通过向厌氧酸化系统中添加少量氧气和外源硝酸盐，可以利用兼性厌氧菌好氧呼
吸消耗氧气，降解系统内的挥发性脂肪酸等有机物，同时还可以提高氨氮去除效果，避免因氨氮浓度过高对系统内微生物的毒性作用。微量的氧气条件下，颗粒污泥外层的兼性菌可以快速消耗并保护内部的厌氧菌免受氧气的毒性作用，且好氧反应与厌氧反应相比具有更高的效率，而反硝化菌则可以通过以VFA为电子供体，进行反硝化作用，消耗H
+
，并产生碱度，从而实现高进水COD浓度条件下厌氧酸化体系的修复。
[0010]本专利技术提供了一种高进水COD浓度条件下修复厌氧反应器酸化系统的方法，所述厌氧反应器酸化的特征为：pH＝3.5～6.5、丙酸盐占VFA总量的比例>16％，所述VFA为挥发性脂肪酸，方法包括以下步骤：
[0011]S110、进水水质控制：分析厌氧废水处理系统酸化后水质，控制进水COD浓度 6000～8000mg/L，保证进水条件为高COD浓度条件，有机负荷高于1.5kg/(m3·
d)；
[0012]S120、外源氧气和硝酸盐投加量控制：根据反硝化过程消耗H
+
产生碱度，兼性厌氧菌消耗O2情况，设计添加外源硝酸盐和氧气浓度，控制C:N在20～65:1之间，通过反硝化作用去除厌氧酸化体系中的VFA，提高pH并产生碱度；加入氧气的量控制在33～150gO2/kgCOD之间，兼性菌通过有氧呼吸消耗O2去除体系中有机质；由于氧气氧化还原反应的吉布斯自由能 (1/4O2+H
+
+e
‑
＝1/2H2O,ΔG0’
＝
‑
38.14kJ/eeq)比硝酸盐(1/5NO3‑
+6/5H
+
+e
‑
＝1/10N2+3/5H2O, ΔG0’
＝
‑
31.63kJ/eeq)更低，因此兼性菌能够通过好氧呼吸消耗氧气更快速氧化高浓度有机酸和氨氮；
[0013]S130、修复过程中基于系统微环境的代谢路径控制：修复培养过程中，控制厌氧系统碱度≥600mgCaCO3/L，在33℃条件下开始修复培养，并通过搅拌和顶空气体外循环碱液吸收去除CO2，使溶解态气体快速释放，降低系统内压强，降低CO2溶于水对pH的影响；通过二氧化碳还原酶基因表达的路径调控，加速废水代谢中间产物乙酸盐形成；
[0014]定量qPCR分析厌氧颗粒污泥中反硝化基因narG、nirS、nirk和nos和二氧化碳还原成乙酸途径基因acsA、acsB；调控步骤S120中外源氧气或者硝酸盐投加比例，使acsA、acsB 基因表达呈现最高转录表达活性，以促进乙酸盐的形成；
[0015]S140、修复结束的代谢产物特征：通过对修复过程中厌氧系统出水VFA浓度及组分进行检测，将丙酸浓度下降、且乙酸浓度同步增加作为指示微氧+硝酸盐修复厌氧酸化反应器成功修复的指标之一；
[0016]S150、修复结束微生物群落特征：通过对微氧+硝酸盐修复厌氧酸化系统中群落结构变化的分析，筛选关键产乙酸菌丰度升高作为在高进水COD浓度的条件下，外源微氧+硝酸盐协同修复厌氧酸化系统时，系统生态群落恢复的指标之一；
[0017]S160、基于pH回升、COD去除效果恢复正常、乙酸营养型产甲烷菌丰度增加，且以出现S140或者S150或者acsA和acsB基因丰度上升之一为标志，逐步降低进水硝酸盐至正常状态，并停止添加氧气，实现在不依赖外源硝酸盐和氧气的情况下，反应器在高进水COD浓度条件下的正常运行。
[0018]优选地，所述步骤S120中，添加外源硝酸盐浓度在40～100mg/L之间。
[0019]优选地，所述步骤S140、S160中，pH回升到6.8以上，COD去除率大于80％，出水 VFA中丙酸含量低于300mg/L，产甲烷菌组成恢复特征恢复至正常水平，即为酸化调控完成。
[0020]优选地，所述步骤S150中，关键产乙酸菌包括unclassified f Anaerolineaceae和norankf noranko SBR1031本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高进水COD浓度条件下修复厌氧反应器酸化系统的方法，其特征在于，所述厌氧反应器酸化的特征为：pH＝3.5～6.5、丙酸盐占VFA总量的比例>16％，方法包括以下步骤：S110、进水水质控制：控制厌氧反应器的进水COD浓度6000～8000mg/L，有机负荷高于1.5kg/(m3·
d)；S120、外源氧气和硝酸盐投加量控制：以33～150gO2/kgCOD向系统中添加O2，维持系统内微氧条件；同时以C:N在20～65:1的比例添加外源硝酸盐；S130、修复过程中基于系统微环境的代谢路径控制：修复培养过程中，控制厌氧系统碱度≥600mgCaCO3/L，在33℃条件下开始修复培养，并通过搅拌和顶空气体外循环碱液吸收去除CO2；定量qPCR分析厌氧颗粒污泥中二氧化碳还原成乙酸途径基因acsA、acsB；调控步骤S120中外源氧气或者硝酸盐投加比例，使acsA、acsB基因表达呈现最高转录表达活性，以促进乙酸盐的形成；S140、修复结束的代谢产物特征：通过对修复过程中厌氧系统出水VFA浓度及组分进行检测，将丙酸浓度下降、且乙酸浓度同步增加作为指示微氧+硝酸盐修复厌氧酸化反应器成功修复的指标之一；S150、修复结束微生物群落特征：通过对微氧+硝酸盐修复厌氧酸化系统中群落结构变化的分析，筛选关键产乙酸菌丰度升高作为在高进水COD浓度的条件下，外源微氧+硝酸盐协同修复厌氧酸化系统时，系统生态群落恢复的指标之一；S160、基于pH回升、COD去除效果恢复正常、乙酸营养型产甲烷菌丰度增加，且以出现S140或者S150或者acsA和acsB基因丰度...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁丽丽，张龙，任洪强，双娅楠，王瑾丰，吴兵，胡海冬，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：