申请日2009.05.25
公开(公告)日2011.12.21
IPC分类号C02F3/28; C12N1/20
摘要
本发明公开一种短程反硝化颗粒污泥的培养方法，包括以下内容：将接种污泥接入好氧反应器中，用高氨氮低COD废水进行脱氮污泥的富集培养;然后在兼氧反应器内，用同时含有硝酸盐氮和亚硝酸盐氮以及COD废水进行第二次富集筛选，然后用只含有亚硝酸盐氮和COD废水进行第三次富集筛选;最后用同时含有氨氮，硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及COD废水进行驯化，获得在多种形态氮共同存在时对亚硝酸盐氮去除率高的反硝化颗粒污泥。本发明方法可以获得在复杂环境下能够生存、在适宜条件下即可高效处理含亚硝酸盐氮废水的反硝化颗粒污泥，便于将短程硝化反硝化工艺真正应用于实际工程。
权利要求书
1.一种短程反硝化颗粒污泥的培养方法，包括以下内容：
(1)将接种污泥接入好氧反应器中，用高氨氮低COD废水进行脱氮污泥 的富集培养;
(2)将步骤(1)中富集的污泥在兼氧反应器内，用同时含有硝酸盐氮和 亚硝酸盐氮以及COD废水进行第二次富集筛选;
(3)将步骤(2)中富集的反硝化颗粒污泥在兼氧反应器内，用只含有亚 硝酸盐氮和COD废水进行第三次富集筛选，获得以亚硝酸盐氮作为最终电子受 体的反硝化颗粒污泥;
(4)将步骤(3)中获得的反硝化颗粒污泥用同时含有氨氮，硝酸盐氮、 亚硝酸盐氮以及COD废水进行驯化，获得在多种形态氮共同存在时对亚硝酸盐 氮去除率高的反硝化颗粒污泥;
步骤(1)富集脱氮活性污泥中，培养过程培养液氨氮初始浓度为100～1000 mg/L，最终氨氮浓度为1200～3000mg/L，培养液COD值低于400mg/L;接种污泥 取自炼油污水处理厂的活性污泥和催化剂污水处理厂的活性污泥;
步骤(2)废水中的硝态氮初始浓度100～500mg/L，终浓度为400～1600mg/L， 硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的摩尔比例为1∶(1～5)，碳氮比为(1-5)∶1;
步骤(3)废水中只含有亚硝酸盐氮，碳氮比为(0.5～5)∶1，培养过程培养 液亚硝酸盐氮初始浓度50～300mg/L，终浓度为200～1000mg/L;
步骤(4)废水中的总氮初始浓度300～600mg/L，终浓度为600～2100mg/L， 氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的摩尔比例为1∶(1～3)∶(1～5)，碳氮比为(0.2～5)∶ 1;富集培养条件为：温度为20～35℃;pH为6.0～9.0;溶解氧小于2mg·L-1;
所述步骤中均采取逐渐提高废水中主要基质浓度的方式进行富集和驯化， 采取间歇进水方式或者连续进水方式或者先间歇再连续相结合的进水方式;
污泥培养过程中均使用生长促进剂，生长促进剂包含Fe2+、Mg2+、K+、Ca2+四种金属阳离子，四种金属阳离子的摩尔配置比例为1∶(4-8)∶(5-15)∶(1-5)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所需的氨氮采用(NH4)2SO4或尿素;所需的硝态氮是硝酸盐或亚硝酸盐。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述脱氮污泥的富 集培养条件为：温度20～40℃;pH6.0～9.0;溶解氧大于2mg·L-1。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)富集培养条件为： 温度为20～35℃;pH为7.0～9.5;溶解氧小于2mg·L-1。
说明书
一种短程反硝化颗粒污泥的培养方法
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域，具体地说涉及一种利用亚硝酸盐氮的 反硝化颗粒污泥的培养方法。
背景技术
废水的生物脱氮目前主要采用活性污泥法。活性污泥中的硝化菌和反硝化 菌共同作用后将污水中各种形态的氮最终转化为气态氮。从硝化过程来看，氨 氮(NH3-N)被氧化成亚硝酸盐氮(NO2-N)和硝酸盐氮(NO3-N)是由两类独 立的细菌完成的两个不同反应，应该可以分开。从反硝化过程来看，NO2-N和 NO3-N均可以作为最终电子受体。因而整个生物脱氮过程可以通过NH3-N转化 为NO2-N再转化为N2的途径来完成。
短程硝化反硝化生物脱氮技术，又称亚硝酸型生物脱氮技术，就是将硝化 过程控制在NO2-N阶段而终止，随后进行亚硝酸盐反硝化脱氮。与传统生物脱 氮技术相比，短程硝化-反硝化生物脱氮技术能缩短水力停留时间，可节省25% 的能耗和40%的碳源，同时可以减少剩余污泥处理量。因此，短程硝化-反硝化 生物脱氮技术已成为污水生物脱氮领域的一个新的研究热点。特别是将该技术 应用于处理高氨氮低碳氮比污水，如催化剂生产含氨废水、尿素生产含氨废水 等具有重要的实际意义。
颗粒污泥是大量细菌聚集生长形成的具有良好沉降性能的颗粒状微生物聚 集体，是反应器实现高效运行的关键和前提。因此培养高效、高活性的利用亚 硝酸盐进行脱氮的反硝化颗粒污泥，可以增加反应器内的生物量，提高运行稳 定性和处理效能。
中国专利CN1800053A公开了一种利用颗粒污泥进行亚硝酸盐脱氮的方法。 该方法是将接种活性污泥装入上流式污泥床反应器;将含亚硝酸盐废水与有机 碳源从所述反应器底部泵入，废水流经污泥床后从反应器上部流出。培养30-90 天后，获得良好的亚硝酸盐反硝化颗粒污泥。该方法所用的废水中亚硝酸盐氮 浓度为10-200mg/L，在对高浓度亚硝酸盐氮废水进行反硝化处理时仍然受到浓 度限制。
目前短程反硝化主要采用悬浮活性污泥法，由于系统内负责脱氮功能的污 泥浓度低，导致总氮去除效果不理想，特别是当条件控制不好污水处理系统受 到冲击时，需要补加一定量高效污泥颗粒来进行快速修复。
发明内容
针对已有的短程反硝化工艺中由于污泥浓度低而导致总氮去除率不高等问 题，本发明的目的是提供一种反硝化颗粒污泥的培养方法，用于高氨氮低碳氮 比工业废水生化处理过程，具体涉及一种以亚硝酸盐氮为底物进行反硝化颗粒 污泥的培养方法，以便将短程硝化反硝化工艺真正应用于实际工程。
本发明短程反硝化颗粒污泥的培养方法包括以下内容：
(1)将接种污泥接入好氧反应器中，用高氨氮低COD(化学需氧量)废水 进行脱氮污泥的富集培养，以获得能耐受高氨氮、利用低碳源的脱氮菌群;
(2)将步骤(1)中富集的污泥在兼氧反应器内，用同时含有硝酸盐氮和 亚硝酸盐氮以及COD废水进行第二次富集筛选，淘汰严格好氧的硝化菌群，使 兼氧的反硝化菌群成为优势菌，以获得对外界氧环境变化适应性较强的反硝化 颗粒污泥;
(3)将步骤(2)中富集的反硝化颗粒污泥在兼氧反应器内，用只含有亚 硝酸盐氮和COD废水进行第三次富集筛选，从而获得以亚硝酸盐氮作为最终电 子受体的反硝化颗粒污泥;
(4)将步骤(3)中获得的反硝化颗粒污泥用同时含有氨氮，硝酸盐氮、 亚硝酸盐氮以及COD废水进行驯化，从而获得在多种形态氮共同存在时对亚硝 酸盐氮去除率高的反硝化颗粒污泥。
通过上述四个步骤获得的反硝化颗粒污泥，只利用少量碳源，能耐受高浓 度氨氮和较高浓度亚硝酸盐氮，对环境的适应性强，即可单独用于含亚硝酸盐 氮废水的反硝化脱氮，也可用于和亚硝化颗粒污泥混合在一起完成由氨氮到亚 硝酸盐氮到氮气的转化过程。当污水处理厂受到冲击时还可以作为生物修复剂 进行补加。
上述步骤中均采取逐渐提高废水中主要基质浓度的方式进行富集和驯化。 采取间歇进水方式或者连续进水方式或者先间歇再连续相结合的进水方式。所 需的氨氮可以是一切能够作为微生物氮源的化合物，如(NH4)2SO4，尿素等，这 里首选(NH4)2SO4作为氮源;所需的硝态氮可以是一切硝酸盐或亚硝酸盐，如 NaNO2、KNO3等;所需的COD可通过加入葡萄糖、甲醇或琥珀酸钠，以及其它 一些含碳有机化合物。
上述步骤污泥培养过程中均使用生长促进剂，包含Fe2+、Mg2+、K+、Ca2+这四种金属阳离子，可采用常用物质进行配置，四种金属阳离子的摩尔配置比 例为1∶(4-8)∶(5-15)∶(1-5);其中Fe2+是以FeSO4·7H2O或者FeCL2的形式加入;Mg2+是以MgSO4·7H2O或者MgCL2的形式加入;K+是以KH2PO4和/或K2HPO4的形式 加入;Ca2+是采用CaCO3或者CaCl2的形式加入。
步骤(1)富集脱氮活性污泥可以为本领域现有任何方法。培养过程培养液 氨氮初始浓度为100～1000mg/L，最终氨氮浓度为1200～3000mg/L，优选 1300～2000mg/L，培养液COD值低于400mg/L，优选低于200mg/L。接种污泥 可以选取本领域常用的具有硝化作用的活性污泥，优选取自炼油污水处理厂的 活性污泥和催化剂污水处理厂的活性污泥。所述脱氮污泥的富集培养条件为： 温度20～40℃;pH 6.0～9.0，优选6.5～8.0;DO(溶解氧)大于2mg·L-1，优 选2～10mg·L-1。
步骤(2)废水中的硝态氮初始浓度100～500mg/L，终浓度为400～1600mg/L， 优选300～1000mg/L，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的摩尔比例为1∶(1～5)，碳氮 比为(1-5)∶1。富集培养条件为：温度为20～35℃;pH为7.0～9.5，优选7.5～8.0; DO(溶解氧)为小于2mg·L-1，优选为0.1～1mg·L-1。
步骤(3)废水中只含有亚硝酸盐氮，碳氮比为(0.5～5)∶1。培养过程培养 液亚硝酸盐氮初始浓度50～300mg/L，终浓度为200～1000mg/L，优选300～800 mg/L。富集培养条件同步骤(2)。
步骤(4)废水中的总氮初始浓度300～600mg/L，终浓度为600～2100mg/L， 优选600～1800mg/L，氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的摩尔比例为1∶(1～3)∶(1～5)， 碳氮比为(0.2～5)∶1。富集培养条件为：温度为20～35℃;pH为6.0～9.0，优 选7.0～8.5;DO(溶解氧)为小于2mg·L-1，优选为0.5～1mg·L-1。
本发明短程反硝化颗粒污泥的培养方法采用多段富集培养过程，不同的培 养阶段优化污泥对不同培养条件的适应性，获得了综合优化效果，得到的微生 物菌群适应范围广、使用性能好。本发明方法所培养的反硝化颗粒污泥特别适 合对催化剂、合成氨等过程中产生的高浓度含氨废水进行反硝化处理，该反硝 化颗粒污泥耐受性和适应性强，抗冲击性好，亚硝酸盐氮的去除负荷高、处理 效果好。可实现短程硝化反硝化工艺的工程应用。
本发明的特点是：首先采用高氨氮废水对接种污泥进行好氧性和对高氨氮 的耐受性驯化，然后采用三种不同氮源的废水在兼氧条件下进行厌氧和对环境 的耐受性驯化，最终获得在复杂环境下能够生存、在适宜条件下即可高效处理 含亚硝酸盐氮废水的反硝化颗粒污泥。
具体实施方式
本发明提出了一种短程反硝化颗粒污泥的培养方法。本发明颗粒污泥具有 较强的耐受性和适应性，具有较好的抗冲击性和较高的脱氮性能;可以实现短 程反硝化脱氮工艺在工业污水处理中的应用。
本发明提出的一种短程反硝化颗粒污泥的培养方法如下：
(1)从某污水处理厂好氧曝气池内取一定量的活性污泥，接入好氧反应器 中，用氨氮浓度为100～2000mg/L、COD浓度低于200mg/L的废水进行脱氮污 泥富集培养。所述脱氮污泥的富集培养条件为：温度20～40℃;pH 6.0～9.0， 优选6.5～8.0;DO(溶解氧)大于2mg·L-1，优选2～10mg·L-1。
(2)取步骤(1)中富集的部分颗粒污泥接种到兼氧反应器内进行反硝化 颗粒污泥富集，培养液中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮摩尔比例为1∶1，碳氮比为 1.5∶1.0。培养过程培养液硝态氮初始浓度100～500mg/L，终浓度为300～1000 mg/L。富集培养条件为：温度为20～35℃;pH为7.0～9.5，优选7.5～8.0;DO (溶解氧)为小于2mg·L-1。
(3)取步骤(2)中富集的部分反硝化颗粒污泥接种到兼氧反应器内进行 利用亚硝酸盐氮的反硝化颗粒污泥富集，碳氮比为3.0∶1.0。培养过程培养液亚硝 酸盐氮初始浓度50～300mg/L，终浓度为200～1000mg/L，优选300～800mg/L。富 集培养条件同步骤(2)。
(4)将步骤(3)中获得的反硝化颗粒污泥用再次接种到兼氧反应器内进 行驯化，培养液中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮摩尔比例为1∶2∶1，碳氮比为 1.0∶1.0。培养过程培养液总氮初始浓度300～600mg/L，终浓度为600～2400mg/L。 富集培养条件为：温度为20～35℃;pH为6.0～9.0，优选7.0～8.5;DO(溶解 氧)为0.8mg·L-1。
实施例1短程反硝化颗粒污泥的培养
(1)脱氮颗粒污泥的富集培养
从某炼油污水处理厂好氧曝气池内取一定量的活性污泥，按照10%(体积) 的接种量接入10L好氧反应器中，用含氨废水进行脱氮颗粒污泥的富集培养。 培养液的初始氨氮浓度为200mg/L，采用批次进水的方式，每一批次水样均提 高氨氮浓度，提高幅度为100mg/L，COD浓度始终为150mg/L。所述脱氮污泥 的富集培养条件为：温度25℃;pH 7.8;DO(溶解氧)2～5mg·L-1。当富集污 泥能耐受1000mg/L氨氮时取部分污泥转入反硝化颗粒污泥富集培养阶段。培养 过程中每天补加金属阳离子总浓度为0.1mol/L的生长促进剂，补加量为反应器 内物料体积的0.1%。
(2)反硝化颗粒污泥的富集培养
取上述(1)中富集的部分颗粒污泥接种到兼氧反应器内进行反硝化颗粒污 泥富集，初始培养液中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮均为100mg/L，培养液中甲醇浓 度为2.8mL/L。培养过程中逐渐提高培养液中亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度，每次 提高100mg/L，同时碳源的浓度也逐渐提高，每次提高的幅度为2.8mL/L。培养 过程中每天补加金属阳离子总浓度为0.1mol/L的生长促进剂，补加量为反应器 内物料体积的0.1%;培养条件为：温度25℃;pH为7.2，DO(溶解氧)为 1.0mg·L-1。当培养液中亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度均达到500mg/L时，转入下 一阶段培养。
(3)短程反硝化颗粒污泥的富集培养和驯化
取上述(2)中富集的部分反硝化颗粒污泥接种到兼氧反应器内进行利用亚 硝酸盐氮的短程反硝化颗粒污泥富集，培养液亚硝酸盐氮初始浓度为300mg/L， 同时向培养液中补加1.7mL/L甲醇。培养过程中逐渐提高培养液中亚硝酸盐氮浓 度，每次提高100mg/L，同时碳源的浓度也逐渐提高，每次提高的幅度为1.7mL/L。 当培养液中亚硝酸盐氮浓度达到800mg/L时，转入驯化阶段。驯化阶段所用培养 液中初始氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度均为200mg/L，甲醇浓度为5ml/L。 同样当总氮浓度达到1800mg/L时，驯化结束，最终获得耐受性和适应能力强的 短程反硝化颗粒污泥。培养过程中每天补加金属阳离子总浓度为0.1mol/L的生长 促进剂，补加量为反应器内物料体积的0.1%;培养条件为：温度25℃;pH为7.2， DO(溶解氧)为0.8mg·L-1。
实施例2短程反硝化颗粒污泥的培养
从某催化剂污水处理厂好氧曝气池内取一定量的活性污泥，按照10%的接 种量接入10L同时带有搅拌和曝气系统的反应器中，首先用含氨废水进行脱氮 颗粒污泥的富集培养。培养液的初始氨氮浓度为300mg/L，采用批次进水的方 式，培养过程中逐渐提高氨氮浓度，提高幅度为150mg/L，COD浓度始终为200 mg/L。所述脱氮污泥的富集培养条件为：温度：35℃;pH：8.0;DO：2～5mg·L-1。 当富集污泥能耐受800mg/L氨氮时更换培养液进入反硝化颗粒污泥富集培养阶 段。该阶段停止曝气只采用搅拌系统，初始培养液中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮 均为200mg/L，培养液中甲醇浓度为2.8mL/L。培养过程中逐渐提高培养液中亚 硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度，提高幅度为150mg/L，同时碳源的浓度也逐渐提高， 每次提高的幅度为2.8mL/L。当培养液中亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度均达到 500mg/L时，培养液中不再增加硝酸盐氮浓度，继续提高亚硝酸盐氮浓度，同时 降低碳源浓度为1.7mL/L，转入下一阶段培养。亚硝酸盐氮浓度每次提高 100mg/L，甲醇每次提高1.7mL/L。当培养液中亚硝酸盐氮浓度达到800mg/L时， 转入驯化阶段。驯化阶段所用培养液中初始氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度 均为600mg/L，甲醇浓度为5ml/L。同样当总氮浓度达到2400mg/L时，驯化结 束，最终获得耐受性和适应能力强的短程反硝化颗粒污泥。兼氧培养条件为： 温度30℃;pH为8.2，DO为0.2-1.0mg·L-1。培养过程中每天补加金属阳离 子总浓度为0.15mol/L的生长促进剂，补加量为反应器内物料体积的0.1%;
实施例3反硝化颗粒污泥在氮肥废水反硝化过程中的应用
采用实施例1获得的短程反硝化颗粒污泥，处理氮肥生产过程中产生的含 氨废水的短程硝化反应出水，该水中：COD平均为300mg/L，NH3-N为35mg/L， NO2--N为400mg/L，NO3--N为15mg/L。反硝化处理条件为：温度28℃;pH为 7.7;DO(溶解氧)为0.4mg·L-1。经过处理后出水COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N 分别为10-20mg/L、11mg/L、2mg/L、8mg/L。
实施例4反硝化颗粒污泥在催化剂废水反硝化过程中的应用
采用实施例2获得的短程反硝化颗粒污泥，对催化剂生产过程中产生的含 氨废水短程硝化出水进行反硝化处理，该水中COD<10mg/L，氨氮为60mg/L， NO2--N为800mg/L，NO3--N为10mg/L。反硝化处理条件为：温度30℃;pH为 8.0;DO(溶解氧)为0.2mg·L-1。，处理时向该废水中投加甲醇量为800mg/L (以COD计)经过处理后使得废水中总氮去除率达97%以上。