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一种快速同步形成颗粒 污泥和 生物膜的厌 氧 氨氧化反应器及其操作方法

阅读：1发布：2020-05-30

专利汇可以提供一种快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器及其操作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器及其操作方法，涉及水处理技术领域，所述反应器包厌氧进水箱、进水泵、升流式反应器反应区、回流泵Ⅰ、回流泵Ⅱ、沉淀区、三相分离器、溢流堰、出水箱、固定填料；本发明改变了传统技术启动厌氧氨氧化工艺的策略，用本发明快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的60天后，属于厌氧氨氧化细菌的Candidatus Brocadiales的含量已达到整个群落的5％以上。其丰度比富集培养之前含量高出50倍。整个富集过程中氨氮和亚硝酸盐氮去除率均能达到90％以上。，下面是一种快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器及其操作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器，其特征在于：包括厌氧进水箱(1)、进水泵(2)、升流式反应器反应区(3)、回流泵Ⅰ(4)、回流泵Ⅱ(5)、沉淀区(6)、三相分离器(7)、溢流堰(8)、出水箱(9)、固定填料(10)；
其中，固定填料装填于升流式反应器反应区下部，被固定填料填充的升流式反应器反应区为填料区，厌氧进水箱与进水泵连接，进水泵与升流式反应器反应区底部连接，回流泵Ⅰ两端分别连接升流式反应器反应区的顶部和底部，回流泵Ⅱ两端分别连接升流式反应器反应区的顶部和填料区顶部，升流式反应器反应区顶部与沉淀区连接，沉淀区与溢流堰连接，溢流堰与出水箱连接。
2.根据权利要求1所述的快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器，其特征在于：升流式反应器反应区下部由固定填料填充，升流式反应器反应区上步没有填料，固体填料体积占升流式反应器反应区体积的35％-40％。
3.根据权利要求1所述的快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器，其特征在于：从升流式反应器反应区底部进水，水流以升流的方式经过升流式反应器反应区；在升流式反应器反应区顶部进行两段回流，一段回流至升流式反应器反应区底部，一段回流至升流式反应器反应区填料区的顶部；进水经过升流式反应器反应区后进入沉淀区，后经溢流堰流出反应器。
4.一种权利要求1-3任一项所述的快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：
一、将从污水处理厂中取得的活性污泥经过厌氧沉降后，除去上清液后待用；
二、测定污泥的MLSS浓度；
三、依照MLSS浓度来取活性污泥放入连续流厌氧氨氧化反应器；
四、配制含有氯化铵、亚硝酸钠的培养基营养液；
五、将培养基营养液加入到快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的进水箱，曝氮气后密闭进水箱；
六、连续进水进行厌氧氨氧化反应，采取两段式回流，分别回流至反应区底部和填料区顶部，保证反应器连续运行；
七、进水最后经过沉淀区沉淀后，经溢流堰流出反应器外。
5.根据权利要求4所述的快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的操作方法，其特征在于：步骤三所述活性污泥固体物体积占升流式反应器反应区体积的50％-
60％。
6.根据权利要求4所述的快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的操作方法，其特征在于：步骤四所述培养基营养液中，氯化铵浓度为267.5-1605mg/L、亚硝酸钠浓度为345-2070mg/L。
7.根据权利要求4所述的快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的操作方法，其特征在于：步骤五所述曝氮气时间为20分钟。
8.根据权利要求4所述的快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的操作方法，其特征在于：步骤六所述回流至反应区底部的回流比为20：1至30：1，回流至填料区顶部的回流比为20：1至25：1。
9.根据权利要求4所述的快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的操作方法，其特征在于：反应器中回流至反应区底部的回流比为20：1至30：1，回流至填料区顶部的回流比为20：1至25：1。
10.根据权利要求4所述的快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的操作方法，其特征在于：步骤一所述活性污泥为二沉池污泥。

说明书全文

一种快速同步形成颗粒 污泥和 生物膜的厌 氧 氨氧化反应器及

其操作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器。

背景技术

[0002] 近几年，随着城市发展水平的不断提高，发展速度随人口密集度而增加，导致了废水的排放量增加。相应而来的，氮元素的排放量也与日俱增。在众多的脱氮工艺中，厌氧氨氧化工艺因其优越的反应机理和高效的脱氮效率而备受关注。不仅在经济上可以节省开销，更可以对污水中的各种氮污染物同步去除。所以，如何将厌氧氨氧化工艺快速合理的应用于城市污水处理系统，使污水处理氮去除适应新标准成为了越来越多学者们关注的焦点。

[0003] 厌氧氨氧化工艺虽具备十分良好的应用前景，但由于厌氧氨氧化细菌本身增值速率慢、对厌氧条件要求较为苛刻，不甚耐受COD等性质，导致工艺本身启动速度很慢。其本质在于启动污泥中目标微生物厌氧氨氧化细菌含量低。如何快速富集得到高浓度的厌氧氨氧化污泥，成为了厌氧氨氧化工艺大型推广的一大挑战。

[0004] 颗粒污泥和生物膜是厌氧氨氧化工艺中最常见的两种形态，因其状态稳定和效果优越而被广泛采用。但两者在同一反应器中共存的情形鲜有报道。迄今为止，大多数的厌氧氨氧化工艺启动均依靠颗粒污泥或者生物膜，这种单一的运行形式。利用活性污泥为种泥的厌氧氨氧化工艺启动周期一般都在两年甚至更长。而在富集培养厌氧氨氧化污泥的过程中，常规培养基起到的效果并不很理想。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了解决在没有厌氧氨氧化种泥的前提下，快速从活性污泥中富集厌氧氨氧化功能菌，为此我们研发了一种快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器，可以利用活性污泥快速启动厌氧氨氧化工艺。

[0006] 首先，本发明提供一种快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器，包括：

[0007] 厌氧进水箱1、进水泵2、升流式反应器反应区3、回流泵Ⅰ4、回流泵Ⅱ5、沉淀区6、三相分离器7、溢流堰8、出水箱9、固定填料10；

[0008] 其中，固定填料装填于升流式反应器反应区下部，被固定填料填充的升流式反应器反应区为填料区，厌氧进水箱与进水泵连接，进水泵与升流式反应器反应区底部连接，回流泵Ⅰ两端分别连接升流式反应器反应区的顶部和底部，回流泵Ⅱ两端分别连接升流式反应器反应区的顶部和填料区顶部，升流式反应器反应区顶部与沉淀区连接，沉淀区与溢流堰连接，溢流堰与出水箱连接。

[0009] 所述快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的升流式反应器反应区下部由固定填料填充，升流式反应器反应区上步没有填料，固体填料体积占升流式反应器反应区体积的35％-40％。

[0010] 所述快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器：从升流式反应器反应区底部进水，水流以升流的方式经过升流式反应器反应区。在升流式反应器反应区顶部进行两段回流，一段回流至升流式反应器反应区底部，一段回流至升流式反应器反应区填料区的顶部。进水经过升流式反应器反应区后进入沉淀区，后经溢流堰流出反应器。

[0011] 另外，本发明还提供了上述快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的操作方法，包括以下步骤：

[0012] 一、将从污水处理厂中取得的活性污泥经过厌氧沉降后，除去上清液后待用；

[0013] 二、测定污泥的MLSS浓度；

[0014] 三、依照MLSS浓度来取活性污泥放入连续流厌氧氨氧化反应器；

[0015] 四、配制含有氯化铵、亚硝酸钠的培养基营养液；

[0016] 五、将培养基营养液加入到快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的进水箱，曝氮气后密闭进水箱；

[0017] 六、连续进水进行厌氧氨氧化反应，采取两段式回流，分别回流至反应区底部和填料区顶部，保证反应器连续运行；

[0018] 七、进水最后经过沉淀区沉淀后，经溢流堰流出反应器外。

[0019] 所述快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器，回流至反应区底部的回流比为20：1至30：1，回流至填料区顶部的回流比为20：1至25：1。

[0020] 步骤三所述活性污泥固体物体积占升流式反应器反应区体积的50％-60％。

[0021] 步骤四所述培养基营养液中，氯化铵浓度为267.5-1605mg/L、亚硝酸钠浓度为345-2070mg/L。

[0022] 步骤五所述曝氮气时间为20分钟。

[0023] 步骤六所述回流至反应区底部的回流比为20：1至30：1，回流至填料区顶部的回流比为20：1至25：1。

[0024] 步骤一所述活性污泥为二沉池污泥。

[0025] 有益效果

[0026] 本发明中对做启动过程中的厌氧氨氧化反应器及其运行方式进行了调整。对于之前的反应器，大都以颗粒污泥或者生物膜其中的一种作为目标。由于厌氧氨氧化富集培养物并非纯菌体系，单纯以颗粒污泥或者生物膜作为工艺启动的载体并不高效。功能微生物的流失是反应器启动缓慢的最主要原因之一。本发明按照同步形成颗粒污泥和生物膜的方式调整了运行方案，整个反应器中的微生物能够达到不随水流流失的良好效果。

[0027] 将本发明利用快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器运行方式应用到活性污泥富集培养厌氧氨氧化功能菌过程中，每天检测反应器出水中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的含量。在氨氮去除率达到90％，亚硝酸氮去除率达到90％，总氮去除率达到80％的情况下，同时提升投加氨氮和亚硝酸盐两种化学药剂的浓度，在活性污泥适应的基础上逐步提升浓度。在富集培养过程的第1天，厌氧处理过的活性污泥中，厌氧氨氧化菌含量极低，低于总群落丰度的0.1％。而在用本发明的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基配方的60天后，属于厌氧氨氧化细菌的Candidatus Brocadiales的含量已达到整个群落的5％以上。其丰度比富集培养之前含量高出50倍。整个富集过程中氨氮和亚硝酸盐氮去除率均能达到90％以上。
附图说明

[0028] 图1为本发明快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器结构示意图，其中：1为进水箱、2为进水泵、3为升流式反应器反应区、4为回流泵Ⅰ、5为回流泵Ⅱ、6为沉淀区、7为三相分离器、8为溢流堰、9为出水箱、10为固定填料；

[0029] 图2为用本发明实施例2实验厌氧氨氧化培养基培养后的污泥中微生物属水平分析，其中Candidatus Brocadiales菌属为厌氧氨氧化细菌；

[0030] 图3为对比实施例1实验，用传统厌氧氨氧化培养基培养后的污泥中微生物属水平分析，其中Candidatus Kuenenia菌属为厌氧氨氧化细菌。

具体实施方式

[0031] 实施例1快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器构建

[0032] 按图1所示结构构建快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器，包括：

[0033] 厌氧进水箱1、进水泵2、升流式反应器反应区3、回流泵Ⅰ4、回流泵Ⅱ5、沉淀区6、三相分离器7、溢流堰8、出水箱9、固定填料10；

[0034] 其中，固定填料装填于升流式反应器反应区下部，被固定填料填充的升流式反应器反应区为填料区，厌氧进水箱与进水泵连接，进水泵与升流式反应器反应区底部连接，回流泵Ⅰ两端分别连接升流式反应器反应区的顶部和底部，回流泵Ⅱ两端分别连接升流式反应器反应区的顶部和填料区顶部，升流式反应器反应区顶部与沉淀区连接，沉淀区与溢流堰连接，溢流堰与出水箱连接。

[0035] 所述快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器的升流式反应器反应区下部由固定填料填充，升流式反应器反应区上步没有填料，固体填料体积占升流式反应器反应区体积的35％。

[0036] 所述快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器：从升流式反应器反应区底部进水，水流以升流的方式经过升流式反应器反应区。在升流式反应器反应区顶部进行两段回流，一段回流至升流式反应器反应区底部，一段回流至升流式反应器反应区填料区的顶部。进水经过升流式反应器反应区后进入沉淀区，后经溢流堰流出反应器。

[0037] 实施例2利用实施例1构建的反应器进行实验

[0038] 一、将从污水处理厂中取得的二沉池污泥经过72小时厌氧沉降后，除去上清液后待用；

[0039] 二、测定待用污泥的MLSS浓度，由于去掉了上清液测得污泥浓度为11200mg/L；

[0040] 三、依照MLSS浓度来取用活性污泥固体物占反应器体积的50％的活性污泥放入连续流厌氧氨氧化反应器。该反应器反应区容积大小为2.69L.

[0041] 四、配制含有氯化铵、亚硝酸钠的培养基营养液(依照快速富集厌氧氨氧化菌的培+养基配方调配培养基，初始氨氮和亚硝酸盐氮浓度为70mg N/L和70mg N/L,c(NH4 -N):c(NO2--N)为1：1)，将5L培养基营养液配制好之后，倒入专用的反应器进水箱，容积为5.43L，曝氮气20分钟之后密闭进水箱；

[0042] 五、连续进水进行厌氧氨氧化反应，采取两段式回流，回流至反应区底部的回流比为30：1，回流至反应区填料区上部的回流比为25：1，保证反应器连续运行。

[0043] 六、进水最终经过沉淀区沉淀后，经溢流堰流出反应器外。

[0044] 本实施例利用快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器运行方式为投加c(NH4+-N):c(NO2--N)的配比为1：0.8-1：1.1。保证反应器连续运行，根据出水中氨氮和亚硝酸氮的浓度逐步增加进水浓度。

[0045] 对比实施例1：本实施方式与实施例2不同的是采用传统UASB反应器运行方式，不添加填料和两段回流。

[0046] 利用传统UASB运行方式对厌氧氨氧化工艺启动步骤如下：

[0047] 一、将从污水处理厂中取得的二沉池污泥经过72小时厌氧沉降后，除去上清液后待用；

[0048] 二、测定待用污泥的MLSS浓度，由于去掉了上清液测得污泥浓度为11200mg/L；

[0049] 三、依照MLSS浓度来取用活性污泥固体物占反应器体积的50％的活性污泥放入连续流厌氧氨氧化反应器。该反应器反应区容积大小为2.69L.

[0050] 四、配制含有氯化铵、亚硝酸钠的培养基营养液(依照快速富集厌氧氨氧化菌的培+养基配方调配培养基，初始氨氮和亚硝酸盐氮浓度为70mg N/L和70mg N/L,c(NH4 -N):c(NO2--N)为1：1)，将5L培养基营养液配制好之后，倒入专用的反应器进水箱，容积为5.43L，曝氮气20分钟之后密闭进水箱。

[0051] 五、连续进水进行厌氧氨氧化反应，不投加填料，采取直接回流，回流至反应区底部的回流比为30：1，保证反应器连续运行。

[0052] 实施例2跟对比实施例1比，在氨氮去除率达到90％，亚硝酸氮去除率达到90％，总氮去除率达到80％的情况下，同时提升投加氨氮和亚硝酸盐两种化学药剂的浓度，在活性污泥适应的基础上逐步提升浓度。本发明实施例2实验中的污泥在30天左右就能够达到氨氮和亚硝酸盐氮同步去除达90％以上。同时生物膜已经可以被观察到，70天左右出现颗粒污泥。而对比实施例1实验中约在90天才克服了亚硝酸盐积累的问题。在稳步增长进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度至420mg N/L的过程中，并未出现明显的颗粒污泥。本发明实施例2实验在第60天时提取的污泥样品DNA经过16s rRNA测序后结果显示，属于厌氧氨氧化细菌的Candidatus Brocadiales的含量已达到整个群落的5％以上。其丰度比富集培养之前含量高出50倍。而对比实施例1实验中只在启动后的第153天时提取的污泥样品DNA经过16s rRNA测序后结果显示检测到了Candidatus Kuenenia的存在，含量不足1％(见图1、图2)。

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