一种基于光照控制的促进厌氧氨氧化系统总氮去除速率的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光照控制的促进厌氧氨氧化系统总氮去除速率的方法。所述方法为：接种厌氧氨氧化颗粒污泥于SBR反应器内，在温度为30～33℃及pH为7.7～8.3的条件下，投加氨氮约为40～50mg/L、亚硝酸盐氮约为50～60mg/L的含氮废水，运行期间对反应器施加不同光照条件(可见绿光和可见红光)并调整光照时长，利用绿光和红光促进微藻生长，构建微藻和厌氧氨氧化菌的共生体系，以此影响厌氧氨氧化菌的生化活动，实现了厌氧氨氧化反应器脱氮性能的有效提升。可见绿光可将厌氧氨氧化系统总氮去除速率提高3.38％～27.62％，可见红光可将厌氧氨氧化系统的总氮去除速率提高2.95％～19.44％。～19.44％。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光照控制的促进厌氧氨氧化系统总氮去除速率的方法


[0001]本专利技术属于城市污水处理与再生领域，具体涉及一种基于光照控制的促进厌氧氨氧化系统总氮去除速率的方法。

技术介绍

[0002]近年来，厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)工艺成为了处理含氮废水的热门工艺。ANAMMOX指厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria,AnAOB)在厌氧或缺氧的条件下，直接将亚硝酸盐氮作为电子受体，将氨氮作为电子供体，反应生成氮气的过程，其反应方程式为：NH
4+
+1.32NO2‑
+0.066HCO3‑
+0.13H
+
→
1.02N2+0.26NO3‑
+0.066CH2O
0.5
N
0.15
+2.03H2O。
[0003]较于传统的硝化反硝化脱氮工艺，ANAMMOX工艺是一种经济又环保的脱氮工艺，具有显著性的优势：(1)无需外加有机碳源，减少处理成本；(2)反应过程无需曝气，有效节省能耗；(3)污泥产率较低；(4)无温室气体如二氧化碳等生成。但目前的ANAMMOX工艺仍需解决以下问题：1)如何为ANAMMOX反应提供稳定且充足的亚硝酸盐作为反应底物；2)AnAOB增殖周期较长，一般为10～14天，工艺启动较慢；3)如何应对水体中的异养菌与AnAOB竞争；4)AnAOB对其生存环境较为敏感。
[0004]因此，需要一个促进厌氧氨氧化系统的脱氮性能的方法，提高ANAMMOX工艺的实际可行性。

技术实现思路

[0005]为了进一步促进厌氧氨氧化工艺的脱氮性能，本专利技术的目的在于提供一种基于光照控制的促进厌氧氨氧化系统总氮去除速率的方法。
[0006]本专利技术提出通过对反应器施加特定波长范围的光照条件，构建微藻和AnAOB的共生体系，从而提升厌氧氨氧化系统的的整体脱氮性能，突破了传统光照条件在ANAMMOX应用的刻板印象，实现了特定光照在ANAMMOX上的实际应用价值。
[0007]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种基于光照控制的促进厌氧氨氧化系统总氮去除速率的方法，具体包括以下步骤：
[0009]接种厌氧氨氧化颗粒污泥于反应器内，向反应器中投加含氮废水，将泥水搅拌混合均匀，在搅拌的同时对反应器施加光照，以序批式模式进行运行；
[0010]所述光照的条件为用520～530nm可见绿光或620～630nm可见红光照射，光照时长为1.5～8h。
[0011]优选地，反应器运行温度控制在30～33℃，pH控制在7.7～8.3。
[0012]优选地，反应器中污泥与废水的总体积为700mL，搅拌时间为2～3.25h。
[0013]优选地，所述含氮废水的进水基质包括0.200～0.205g/L(NH4)2SO4、0.275～
0.280g/L NaNO2、0.311～0.312g/L NaHCO3、0.01g/L MgSO4、0.003～0.004g/L KH2PO4和0.02g/L CaCl2·
2H2O，其中氨氮为40～50mg/L，亚硝酸盐氮为50～60mg/L。
[0014]更优选地，所述含氮废水的进水氨氮和亚硝酸盐氮之比为1：1.3；
[0015]所述厌氧氨氧化颗粒污泥在可见绿光反应器中的接种浓度为2700～2900mg/L；厌氧氨氧化颗粒污泥在可见红光反应器内的接种浓度为2650～3000mg/L。
[0016]优选地，所述序批式模式具体包括三个阶段：(1)阶段Ⅰ(0～16d)：光照时长为1.5h，污泥浓度为2800
‑
3000mg/L；(2)阶段Ⅱ(17～35d)：光照时长为8h，污泥浓度为2600
‑
2750mg/L；(3)阶段Ⅲ(36～58d)：光照时长为8h，污泥浓度为2650
‑
2750mg/L。
[0017]优选地，所述反应器为SBR反应器，每日运行一周期，运行周期包括进水、搅拌、光照、沉淀闲置和出水阶段，其中，搅拌阶段和光照阶段同时进行；出水阶段发生于次日的进水阶段之前。
[0018]本专利技术所述一种基于光照控制的促进厌氧氨氧化系统总氮去除速率的方法，其原理在于：在特定波长的光照条件下，厌氧氨氧化反应器中含有的少量微藻的生长得到了显著促进。而到达一定生物量的微藻与ANAMMOX颗粒污泥可形成藻
‑
细菌颗粒污泥，其中微藻与氨氧化菌(Ammonia oxidizing bacteria，AOB)分布于外层，AnAOB则分布于内层，而硝化菌在该体系中得到了显著抑制。微藻通过光合作用产生的氧气由AOB消耗，颗粒内部仍为AnAOB提供厌氧环境，且由于硝化菌受到抑制，反应体系内易实现短程硝化，亚硝酸盐氮得到富集，利于ANAMMOX进行。且微藻自身的生化反应可消耗一定量的氮素，提高了整体系统的脱氮性能。除此之外，微藻可产生如脂质等增值生物质，供其它细胞使用；促进胞外聚合物(Extracellular polymeric substance，EPS)的分泌，强化了污泥的颗粒结构稳定性；可使系统内的高丝氨酸内酯(N
‑3‑
acyl
‑
homoserine，AHLs)含量上升，有通过调控群体感应强化ANAMMOX途径的可能性。因此，对反应器施加特定波长的光照条件，尝试构建微藻和AnAOB的共生系统，突破了传统光照条件在ANAMMOX应用的刻板印象，对进一步提高厌氧氨氧化系统的脱氮性能具有重要意义。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0020](1)可见红光(620～630nm)和可见绿光(520～530nm)可有效构建微藻与AnAOB的共生体系，从而影响反应器的脱氮过程。其中，每日光照时长控制在8h的红光在一定运行天数内可显著促进厌氧氨氧化系统的脱氮性能，提高反应器的单位质量总氮去除速率；而绿光随着每日光照时长和运行天数的增长，其对厌氧氨氧化系统的脱氮性能的增强效果更为显著。且在相同的每日光照和运行天数的条件下，绿光的促进效果强于红光；
[0021](2)微藻的出现除了可影响AnAOB的脱氮过程，其自身的生化反应亦会消耗定量的含氮化合物，一定程度上可促进系统的总氮去除速率，提高厌氧氨氧化系统的整体脱氮性能。
附图说明
[0022]图1是本专利技术中施加不同光照条件(紫外光、黑暗、可见暖白光、可见紫光、可见绿光及可见红光)的反应器运行效果图，其中，图1(a)为单位质量总氮去除速率变化，图1(b)是各阶段的平均单位质量总氮去除速率，图1(c)是各阶段中实验组与空白组的平均单位质量总氮去除速率差值。
[0023]图2是本专利技术中施加不同光照条件(可见暖白光及可见红光)的反应器实物图，其中，图2(a)为可见暖白光反应器，图2(b)为可见红光反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光照控制的促进厌氧氨氧化系统总氮去除速率的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：接种厌氧氨氧化颗粒污泥于反应器内，向反应器中投加含氮废水，将泥水搅拌混合均匀，在搅拌的同时对反应器施加光照，以序批式模式进行运行；所述光照的条件为用520～530nm可见绿光或620～630nm可见红光照射，光照时长为1.5～8h。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应器运行温度控制在30～33℃，pH控制在7.7～8.3。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应器中污泥与废水的总体积为700mL，搅拌时间为2～3.25h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氮废水的进水基质包括0.200～0.205g/L(NH4)2SO4、0.275～0.280g/L NaNO2、0.311～0.312g/L NaHCO3、0.01g/L MgSO4、0.003～0.004g/L KH2PO4和0.02g/L CaCl2·
2H2O，其中氨氮为40～50mg/L，亚硝酸盐氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁瑜海，梁子彦，卢通，彭泽娜，潘栩琪，沈磊鹏，黄杏玲，江求财，余光伟，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：