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一種厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201511006288.4

申請日:

2015.12.29

公開號:

CN105540834A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):C02F 3/28申請公布日:20160504|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 3/28申請日:20151229|||公開
IPC分類號: C02F3/28 主分類號: C02F3/28
申請人: 杭州師范大學
發明人: 金仁村; 陳倩倩; 陳輝; 張正哲; 郭瓊
地址: 310036 浙江省杭州市下沙高教園區學林街16號
優先權:
專利代理機構: 杭州天正專利事務所有限公司 33201 代理人: 黃美娟;李世玉
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201511006288.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2019.04.05|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,所述方法以污水處理廠好氧段絮狀活性污泥為接種污泥,以模擬廢水為進水,于升流式厭氧污泥床反應器中,在35±1℃、pH?7.4-7.5、避光和厭氧,水力停留時間0.53-22.71h的條件下進行培養,調節反應器運行,獲得厭氧反硝化顆粒污泥;本發明方法培養出來的厭氧反硝化顆粒污泥的優點:在模擬廢水中添加50mg·L-1Mg2+,快速培養出沉降性能高、顆粒尺寸大、污泥活性高的反硝化顆粒污泥,從而有效地提高反應器負荷,反應器在35±1℃恒溫、避光條件下運行,培養266天后,得到平均粒徑為1.72mm,平均沉降速度為106.0m·h-1的表面光滑的厭氧反硝化顆粒污泥。

權利要求書

1.一種厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,其特征在于所述方法為:(1)
以污水處理廠好氧段絮狀活性污泥為接種污泥,以模擬廢水為進水,于升流
式厭氧污泥床反應器中,在35±1℃、pH7.4-7.5、避光和厭氧,水力停留時間
0.53-22.71h的條件下進行培養,當反應器穩定運行3天以上,連續三天出水
NO3--N濃度偏差小于10%,通過下列方法之一調節反應器運行:(a)減小反
應器水力停留時間:調整幅度為原水力停留時間的5~20%;(b)增加進水中
葡萄糖與NO3--N的濃度:增加幅度分別為28~84mgN·L-1,168~504
mgCOD·L-1;當出水中氮去除率小于90%時停止進一步負荷提升,通過下列
方法之一調節反應器運行:①增大水力停留時間:調整幅度為原水力停留時
間的5%~20%;②減小進水中葡萄糖與NO3--N的濃度:減小幅度分別為28~
84mgN·L-1,168~504mgCOD·L-1;運行至顆粒污泥的形態為表面光滑、褐
色的顆粒污泥,并且污泥的平均粒徑為1.72mm,平均沉降速度為106.0m·h-1,
顆粒污泥活性達到70.1mgNg-1VSSh-1,獲得厭氧反硝化顆粒污泥;
所述模擬廢水包括葡萄糖、NO3--N和Mg2+,以及維持微生物生長的磷酸
鹽、碳酸氫鹽、輕金屬元素、微量元素,所述葡萄糖、NO3--N和Mg2+的濃度
分別是200~9000mg·L-1、50~1500mg·L-1和40~60mg·L-1。
2.如權利要求1所述厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,其特征在于所述
模擬廢水中磷酸鹽為NaH2PO4和Na2HPO4,NaH2PO4終濃度為2375mg·L-1,
Na2HPO4終濃度為2655mg·L-1;碳酸氫鹽為NaHCO3,終濃度為400mg·L-1。
3.如權利要求1所述厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,其特征在于所述
模擬廢水中微量元素為Fe、B、Mn、Cu、Co、Zn、Ni、Mo、Se中的一種或
兩種以上的混合,每種元素添加量以元素質量計,終濃度各自為0.002~1.8
mg·L-1。
4.如權利要求1所述厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,其特征在于所述
模擬廢水中Mg2+的濃度50mg·L-1。
5.如權利要求1所述厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,其特征在于所述
模擬廢水組成為:NaH2PO42375mg·L-1,Na2HPO42655mg·L-1,NaHCO3400
mg·L-1,葡萄糖200~9000mg·L-1和NO3--N50~1500mg·L-1,微量元素Ⅰ、
微量元素Ⅱ和金屬鎂離子終濃度分別為:
微量元素Ⅰ:EDTA6.25mg·L-1、FeSO411.43mg·L-1;
微量元素Ⅱ:EDTA18.75mg·L-1、ZnSO4·7H2O0.54mg·L-1、CoCl2·6H2O
0.30mg·L-1、MnCl2·4H2O1.24mg·L-1、CuSO4·5H2O0.31mg·L-1、NaMoO4·2H2O
0.28mg·L-1、NiCl2·6H2O0.26mg·L-1、H3BO40.02mg·L-1;
鎂離子:MgSO4·7H2O50mg·L-1。
6.如權利要求1所述厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,其特征在于所述
連續三天出水NO3--N濃度偏差小于10%,通過下列方法之一調節反應器運
行:(a)減小反應器水力停留時間:調整幅度為原水力停留時間的10~20%;
(b)增加進水中葡萄糖與NO3--N的濃度:增加幅度分別為28~56mgN·L-1,
168~336mgCOD·L-1。
7.如權利要求1所述厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,其特征在于所述
當出水中氮去除率小于90%時停止進一步負荷提升,通過下列方法之一調節
反應器運行:①增大水力停留時間:調整幅度為原水力停留時間的10%~
20%;②減小進水中葡萄糖與NO3--N的濃度:減小幅度分別為28~56
mgN·L-1,168~336mgCOD·L-1。

說明書

一種厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法

(一)技術領域

本發明涉及一種顆粒污泥的培養方法,特別涉及一種厭氧反硝化顆粒
污泥的培養方法。

(二)背景技術

氮素污染問題日益突出,成為嚴重破壞生態環境,威脅人類安全的問
題之一。氮素的積累將直接影響水體的質量,導致水體富營養化、水華等
污染,從而影響水生生物生存,危及人類健康。

反硝化是自然界氮素循環重要的反應之一,在污水脫氮過程中具有重
要意義。所謂反硝化過程是在反硝化細菌的作用下,以硝酸鹽為最終電子
受體反應生成氮氣的過程。在此過程中,反硝化污泥的特性將直接影響反
硝化反應器的性能,如污泥的形態、污泥的沉降速率等。與反硝化絮狀污
泥相比,通常反硝化顆粒污泥能夠承受更大的負荷,尤其是水力負荷。因
此,反硝化顆粒污泥將會給污水處理帶來更多的效益,反硝化顆粒污泥的
培養也成為受人關注的技術。

(三)發明內容

本發明目的是提供一種厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,通過在模擬
廢水中添加50mg·L-1Mg2+有效地促進反硝化顆粒污泥的形成,從而使反
應器達到更高的負荷。

本發明采用的技術方案是:

本發明提供一種厭氧反硝化顆粒污泥的培養方法,所述方法為:(1)
以污水處理廠好氧段絮狀活性污泥為接種污泥(接種后反應器的SS和
VSS分別為14.3和8.8g·L-1),以模擬廢水為進水(模擬廢水從反應器
的底部泵入,使模擬廢水流經所述混合顆粒污泥,從反應器上部流出,反
應器水力上升流速控制為0.016~0.668m·h-1),于升流式厭氧污泥床反
應器(UASB)中,在35±1℃、pH7.4-7.5、避光和厭氧,水力停留時間
0.53-22.71h的條件下進行培養,當反應器穩定運行3天以上,連續三天
出水NO3--N濃度偏差小于10%,通過下列方法之一調節反應器運行:(a)
減小反應器水力停留時間:調整幅度為原水力停留時間的5~20%;(b)
增加進水中葡萄糖與NO3--N的濃度:增加幅度分別為28~84mgN·L-1,
168~504mgCOD·L-1(即在原進水葡萄糖或NO3--N濃度的基礎上分別增
加28~84mgN·L-1,168~504mgCOD·L-1);當出水中氮去除率小于90%
時停止進一步負荷提升,通過下列方法之一調節反應器運行:①增大水力
停留時間:調整幅度為原水力停留時間的5%~20%;②減小進水中葡萄
糖與NO3--N的濃度:減小幅度分別為28~84mgN·L-1,168~504
mgCOD·L-1(即在原進水葡萄糖或NO3--N濃度的基礎上分別減小28~84
mgN·L-1,168~504mgCOD·L-1);運行至顆粒污泥的形態為表面光滑、
褐色的顆粒污泥,并且污泥的平均粒徑為1.72mm,平均沉降速度為106.0
m·h-1,顆粒污泥活性達到70.1mgNg-1VSSh-1,獲得厭氧反硝化顆粒污泥;

所述模擬廢水包括維持微生物生長的磷酸鹽、碳酸氫鹽、輕金屬元素、
微量元素以及葡萄糖、NO3--N和Mg2+,所述葡萄糖、NO3--N和Mg2+的
濃度分別是200~9000mg·L-1、50~1500mg·L-1和40~60mg·L-1(優選
50mg·L-1)。

進一步,所述模擬廢水中磷酸鹽為NaH2PO4和Na2HPO4,NaH2PO4
終濃度為2375mg·L-1,Na2HPO4終濃度為2655mg·L-1;碳酸氫鹽為
NaHCO3,終濃度為400mg·L-1。

進一步,所述模擬廢水中微量元素為Fe、B、Mn、Cu、Co、Zn、Ni、
Mo、Se中的一種或兩種以上的混合物,每種元素添加量以元素質量計,
終濃度各自為0.002~1.8mg·L-1。

進一步,所述模擬廢水中Mg2+的優選濃度為50mg·L-1。

更進一步,所述模擬廢水組成為:NaH2PO42375mg·L-1,Na2HPO4
2655mg·L-1,NaHCO3400mg·L-1,葡萄糖200~9000mg·L-1和NO3--N50~
1500mg·L-1,微量元素Ⅰ、微量元素Ⅱ和金屬鎂離子終濃度分別為:

微量元素Ⅰ:EDTA6.25mg·L-1、FeSO411.43mg·L-1;

微量元素Ⅱ:EDTA18.75mg·L-1、ZnSO4·7H2O0.54mg·L-1、
CoCl2·6H2O0.30mg·L-1、MnCl2·4H2O1.24mg·L-1、CuSO4·5H2O0.31
mg·L-1、NaMoO4·2H2O0.28mg·L-1、NiCl2·6H2O0.26mg·L-1、H3BO40.02
mg·L-1;

鎂離子:MgSO4·7H2O50mg·L-1。

進一步,優選所述連續三天出水NO3--N濃度偏差小于10%,通過下
列方法之一調節反應器運行:(a)減小反應器水力停留時間:調整幅度為
原水力停留時間的10~20%;(b)增加進水中葡萄糖與NO3--N的濃度:
增加幅度分別為28~56mgN·L-1,168~336mgCOD·L-1。

進一步,優選所述當出水中氮去除率小于90%時停止進一步負荷提
升,通過下列方法之一調節反應器運行:①增大水力停留時間:調整幅度
為原水力停留時間的10%~20%;②減小進水中葡萄糖與NO3--N的濃度:
減小幅度分別為28~56mgN·L-1,168~336mgCOD·L-1。

與現有技術相比,本發明有益效果主要體現在:本發明方法培養出來
的厭氧反硝化顆粒污泥的優點:在模擬廢水中添加50mg·L-1Mg2+,快速
培養出沉降性能高、顆粒尺寸大、污泥活性高的反硝化顆粒污泥,從而有
效地提高反應器負荷,反應器在35±1℃恒溫、避光條件下運行,培養266
天后,得到平均粒徑為1.72mm,平均沉降速度為106.0m·h-1,顆粒污泥
活性達到70.1mgNg-1VSSh-1的表面光滑的厭氧反硝化顆粒污泥。

(四)附圖說明

圖1為試驗過程中反應器的性能。

圖2為試驗過程266天反硝化顆粒污泥外觀。

(五)具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述,但本發明的保護范圍
并不僅限于此:

實施例1:

升流式厭氧污泥床反應器R(有效體積1L)進行反硝化顆粒污泥培
養試驗,接種污泥為污水處理廠好氧段活性污泥(杭州市七格污水處理
廠),接種后反應器的SS和VSS分別為14.3g·L-1和8.8g·L-1,反應器在
35±1℃恒溫、避光條件下培養,以模擬廢水作為進水基質,模擬廢水從
反應器的底部泵入,使模擬廢水流經所述混合顆粒污泥后從反應器上部流
出,反應器水力上升流速控制為0.016~0.668m·h-1。

模擬廢水成分如下:

NaH2PO42375mg·L-1,Na2HPO42655mg·L-1,NaHCO3400mg·L-1,葡
萄糖和NO3--N分別為200~9000mg·L-1和50~1500mg·L-1,其余微量元
素Ⅰ、Ⅱ和金屬鎂離子濃度分別為:

微量元素Ⅰ(mg·L-1):EDTA6.25,FeSO411.43。

微量元素Ⅱ(mg·L-1):EDTA18.75,ZnSO4·7H2O0.54,CoCl2·6H2O
0.30,MnCl2·4H2O1.24,CuSO4·5H2O0.31,NaMoO4·2H2O0.28,NiCl2·6H2O
0.26,H3BO40.02。

鎂離子溶液(mg·L-1):MgSO4·7H2O50mg·L-1。

所述優化試驗R進水基質葡萄糖和NO3--N濃度分別為300mg·L-1和
50mg·L-1,水力停留時間為22.5h,實驗室溫度保持在35±1℃。當反應
器穩定運行3天以上,連續三天出水NO3--N測定濃度偏差小于10%,通
過下列方法之一調節反應器運行:I.減小反應器水力停留時間:調整幅度
為原水力停留時間的10~20%;II.增加進水中葡萄糖與NO3--N的濃度:
增加幅度為28~56mgN·L-1,168~336mgCOD·L-1;當反應器氮去除率
小于90%時停止進一步負荷提升,通過下列方法之一調節反應器運行:I.
增大水力停留時間:調整幅度為原水力停留時間的10%~20%;II.減小進
水中葡萄糖與NO3--N的濃度:增加幅度為28~56mgN·L-1,168~336
mgCOD·L-1。

通過214天連續運行反應器內污泥順利成明顯的顆粒狀,試驗過程中
反應器的氮和有機物去除率分別為99.0±2.0%和88.0±10.5%;運行266天
時,反硝化污泥的形態為表面光滑、褐色的顆粒污泥,并且污泥的平均粒
徑為1.72mm,平均沉降速度為106.0mh-1,測定反應器中SS和VSS濃
度分別為20.3和22.7g·L-1,反硝化污泥的顆粒特性比反硝化活性(SDA)
為1276.8mgN·gVSS-1·d-1,在整個實驗階段,反應器的氮負荷和有機負
荷也分別為16.9±9.2和101.5±55.3kgN·m-3·d-1。

試驗結果說明Mg2+金屬離子的添加能在較短時間內快速培養反硝化
顆粒污泥,使得反應器具有較高的穩定性。

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一種 厭氧反 硝化 顆粒 污泥 培養 方法
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