本發(fā)明涉及一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強化啟動方法，屬于廢水生物處理領域。

背景技術：

傳統(tǒng)污水處理工藝(硝化-反硝化工藝)因能耗高、占地面積大、脫氮效率低、需要外加有機碳源等不足以滿足高標準的污水脫氮需求，新型的污水脫氮工藝的開發(fā)和研究成為各國水環(huán)境保護領域的研究熱點。厭氧氨氧化工藝是近年蓬勃發(fā)展起來的一種新型脫氮工藝。該工藝是指在厭氧或缺氧條件下，由厭氧氨氧化微生物以亞硝氮為電子受體，將氨氮直接轉化成氮氣，無需外加碳源、無需曝氣、工藝流程短和無n2o產生，使得脫氮成本大幅降低，僅為傳統(tǒng)技術方法的1/10。因此厭氧氨氧化技術憑借其優(yōu)良的處理效果和低廉的運營成本優(yōu)點，正受到研究人員越來越多的青睞。

然而，厭氧氨氧化菌生長緩慢，世代時間通常長達11天，且生存所需環(huán)境條件十分苛刻，富集及其困難，導致厭氧氨氧化工藝的啟動周期長，制約了厭氧氨氧化工藝的工程應用，使得這一技術目前基本處于實驗室理論研究階段而工業(yè)應用較少。另外，目前厭氧氨氧化菌的富集普遍采用接種活性污泥培養(yǎng)的形式，在富集培養(yǎng)過程中，共存細菌的競爭作用阻礙了厭氧氨氧化菌向優(yōu)勢菌屬的轉化速度，很大程度上降低了厭氧氨氧化工藝的啟動速度。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強化啟動方法。

術語說明：

高壓蒸氣滅活：也稱高壓蒸汽滅菌，以壓力0.1-0.5mpa、溫度120-125℃、高壓蒸氣滅菌20-40min；不僅可殺死一般的細菌、真菌等微生物，對芽胞、孢子也有殺滅效果，廣泛應用于醫(yī)療和食品行業(yè)，是一種快速有效的滅菌技術。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強化啟動方法，包括步驟如下：

(1)將活性污泥在壓力0.1-0.5mpa、溫度120-125℃條件下進行高壓蒸氣滅活20-40min，得到滅活污泥，所述活性污泥的含水率大于等于99wt％；

(2)將步驟(1)得到的滅活污泥與活性厭氧氨氧化污泥混合均勻后投加至升流式厭氧反應器的反應區(qū)內，混合均勻后得到的混合污泥含水率大于等于99wt％；

(3)從升流式厭氧反應器的底部利用蠕動泵通入待處理廢水，根據升流式厭氧反應器的體積調節(jié)蠕動泵轉速以控制進水流速，使待處理污水在升流式厭氧反應器內水力停留時間為10～48小時，通入待處理廢水后的混合污泥濃度保持在3000～5000mg/l，同時采用加熱棒或恒溫循環(huán)水浴裝置使升流式厭氧反應器內部溫度維持在32～38度，并通入高純氮氣以維持厭氧環(huán)境，通入二氧化碳使ph保持在7.1～7.7；

(4)保持升流式厭氧反應器的出水流速與進水流速相同，升流式厭氧反應器運行40～70天后成功啟動污泥厭氧氨氧化反應，實現對污水中的氮素的高效脫除，然后進入下一個厭氧氨氧化反應。

根據本發(fā)明優(yōu)選的，所述的活性污泥為活性厭氧顆粒污泥或活性好氧顆粒污泥，活性厭氧顆粒污泥或活性好氧顆粒污泥分別為厭氧反應器或好氧反應器生產排出的污泥經過濾、沖洗、培養(yǎng)后制得，具體為：通過過濾、沖洗去除污泥中的樹葉、廢棄紙張、廢棄塑料雜質，然后將污泥投加至升流式厭氧反應器或升流式好氧反應器的反應區(qū)內，從升流式厭氧反應器或升流式好氧反應器的底部利用蠕動泵通入待處理廢水，使待處理污水水力停留時間為24～96小時，保持出水流速與進水流速相同，去除上浮和膨脹的污泥，運行3-7天后，收集底部沉淀污泥即為活性污泥；顆粒污泥粒徑為0.5～4mm，污泥含水率大于等于98wt％。

根據本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中高壓蒸氣滅活壓力0.103-0.203mpa，溫度為121-122℃，滅活時間30min。

根據本發(fā)明優(yōu)選的，所述的活性厭氧氨氧化污泥為厭氧反應器生產排出的污泥經富集培養(yǎng)后制得，將污泥投加至升流式厭氧氨氧化反應器的反應區(qū)內，從升流式厭氧氨氧化反應器的底部利用蠕動泵通入待處理廢水，使待處理污水在升流式厭氧反應器內水力停留時間為24～96小時，保持升流式厭氧氨氧化反應器的出水流速與進水流速相同，去除上浮和膨脹的污泥，升流式厭氧氨氧化反應器運行3-7天后，收集底部沉淀污泥即為活性厭氧氨氧化污泥；厭氧氨氧化污泥顏色為紅色或者棕紅色，污泥含水率大于等于98wt％。

本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)所述的活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質量比為：0.5-1.8:1，單位：g/kg。

進一步優(yōu)選的，步驟(2)所述的活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質量比為：0.8-1.2:1，單位：g/kg。

本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中通入待處理廢水后的混合污泥濃度保持在3200mg/l。

本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中高純氮氣通入量為：每隔6小時向升流式厭氧反應器內通氮氣20～30分鐘維持其厭氧環(huán)境，曝氣強度為2～5ml/(l·min)。

本發(fā)明優(yōu)選的，為了使反應器進水布水均勻，能夠與污泥充分接觸，在升流式厭氧反應器的底部設置有上礫石層、下礫石層，上層礫石層的厚度為2～3cm，礫石的平均直徑為2～5mm，下層礫石層的厚度為3～5cm，礫石的平均直徑為5～7mm，進水管鋪置在下礫石層下方。

本發(fā)明優(yōu)選的，升流式厭氧反應器的反應器為立式圓柱形，高度為75cm,內徑為9cm，有效容積為6l，側壁設有取樣口，反應器進水流速為0.125～0.60l/h，待處理污水在升流式厭氧反應器內水力停留時間為10～48小時。

本發(fā)明高壓蒸氣滅活使厭氧顆粒污泥內與厭氧氨氧化細菌存在競爭關系的共存菌失活，創(chuàng)造一個更利于厭氧氨氧化菌生長的環(huán)境，加速厭氧氨氧化菌的富集，強化厭氧氨氧化工藝的啟動；滅活污泥為厭氧氨氧化菌的繁殖、增長提供載體，滅活污泥中的元素促進氧氨氧化菌的繁殖，加快厭氧氨氧化菌的富集，不僅可以縮短厭氧氨氧化工藝的啟動時間，而且高的厭氧氨氧化菌濃度強化了反應器的抗沖擊負荷能力，面對水力停留時間和氮負荷的變化，能夠保持穩(wěn)定的去除效率，適用于去除制藥、焦化廢水、石油化工廢水中的氨氮，尤其適用于氨氮濃度較高且氨氮濃度波動較大的廢水。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明所述的方法可有效縮短厭氧氨氧化工藝的啟動時間，并可大幅提高厭氧氨氧化菌的富集速度：接種高壓蒸汽滅活污泥的反應器可以將啟動時間從90-120天縮短到40～70天，當進水總氮容積負荷在1040nmg/m³/d左右時，接種高壓蒸汽滅活污泥的反應器總氮去除率可提高9.4％，如圖1、2所示；

2、本發(fā)明利用高壓蒸汽滅活一方面殺死與厭氧氨氧化菌存在競爭作用的共存菌，加快厭氧氨氧化菌的富集；另一方面富集程度更高的厭氧氨氧化菌增加了反應器的耐負荷沖擊能力，使其更適應實際應用中水質復雜多變的含氮污水處理任務；同時操作簡單且沒有附加產物生成，經濟高效。

3、本發(fā)明的方法運行條件溫和，在常溫常壓下就可以進行，無需特定條件；且無有毒有害物質生成，對環(huán)境安全無害。

附圖說明

圖1為應用實驗例投加未滅活污泥和投加滅活污泥的反應器中進出水氨氮濃度的變化曲線圖。

圖2為應用實驗例投加未滅活污泥和投加滅活污泥的反應器中厭氧氨氧化菌拷貝數變化的柱形圖。

具體實施方式

下面通過實施例并參照附圖對本發(fā)明作詳細描述。有必要指出的是實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本發(fā)明內容對本發(fā)明做出一些非本質的改進和調整。

實施例中使用化學試劑均購買于國藥集團化學試劑有限公司，均為分析純。蠕動泵購自保定蘭格恒流泵有限公司，型號是bt100-2j。

升流式厭氧反應器采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

曝氣所用高純氮氣購自濟南德洋特種氣體有限公司，規(guī)格為99.999％。

潛水泵、加熱棒、進出水管、導氣管均為常規(guī)市購設備。

實施例1

一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強化啟動方法，包括步驟如下：

(1)將活性厭氧顆粒污泥置于壓力0.13mpa、溫度120℃條件下進行高壓蒸氣滅活30min，得到滅活污泥，然后投加至升流式厭氧反應器的反應區(qū)內，同時投加活性厭氧氨氧化污泥于反應器中，與滅活污泥混合均勻，活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質量比為：0.5:1，單位：g/kg?；旌衔勰嗪蚀笥诘扔?9wt％，所述的升流式厭氧反應器的高度范圍為75cm,內徑范圍為9cm，有效容積為6l，頂部設有三相分離器，側壁設有不同高度取樣口，底部鋪有礫石層，進水管鋪置在礫石層中；

活性厭氧顆粒污泥為厭氧反應器生產排出的污泥經過濾、沖洗、培養(yǎng)后制得，具體為：通過過濾、沖洗去除污泥中的樹葉、廢棄紙張、廢棄塑料雜質，然后將污泥投加至升流式厭氧反應器的反應區(qū)內，從升流式厭氧反應器的底部利用蠕動泵通入待處理廢水，使待處理污水水力停留時間為24～96小時，保持出水流速與進水流速相同，去除上浮和膨脹的污泥，運行3-7天后，收集底部沉淀污泥即為活性污泥；顆粒污泥粒徑為0.5～4mm，污泥含水率大于等于98wt％。

活性厭氧氨氧化污泥為厭氧反應器生產排出的污泥經富集培養(yǎng)后制得，將污泥投加至升流式厭氧氨氧化反應器的反應區(qū)內，從升流式厭氧氨氧化反應器的底部利用蠕動泵通入待處理廢水，使待處理污水在升流式厭氧反應器內水力停留時間為24～96小時，保持升流式厭氧氨氧化反應器的出水流速與進水流速相同，去除上浮和膨脹的污泥，升流式厭氧氨氧化反應器運行3-7天后，收集底部沉淀污泥即為活性厭氧氨氧化污泥；厭氧氨氧化污泥顏色為紅色或者棕紅色，污泥含水率大于等于98wt％。

(2)從升流式厭氧反應器的底部利用蠕動泵通入待處理廢水，根據升流式厭氧反應器的體積調節(jié)蠕動泵轉速以控制進水流速，控制進水流速為0.125l/h，使待處理污水在升流式厭氧反應器內水力停留時間為48小時，同時采用加熱棒使升流式厭氧反應器內部溫度維持在35度，每隔6個小時向升流式厭氧反應器通入氮氣曝氣20min，曝氣強度為5ml/(l·min)，優(yōu)選的，再通入待處理廢水前也進行氮氣曝氣30min，曝氣強度為5ml/(l·min)，以維持厭氧環(huán)境，通入二氧化碳使ph保持在7.5。

(3)保持升流式厭氧反應器的出水流速與進水流速相同，升流式厭氧反應器運行63天后成功啟動污泥厭氧氨氧化反應，實現對污水中的氮素的高效脫除，然后進入厭氧氨氧化穩(wěn)定階段。穩(wěn)定運行期間通過調整水力停留時間和進水流速，提高進水總氮負荷，同時檢驗耐負荷沖擊能力。穩(wěn)定運行期間總氮去除負荷達到1150mgn/l/d，并且面對不斷增加的總氮負荷，反應器保持穩(wěn)定的運行效果，氮去除效果沒有出現大幅度的波動。

對比例1

一種厭氧氨氧化高效處理含氮廢水的方法，包括步驟如下：

(1)將活性厭氧顆粒污泥和活性厭氧氨氧化污泥投加至升流式厭氧反應器的反應區(qū)內，混合污泥含水率大于等于99wt％，所述的升流式厭氧反應器的高度范圍為75cm,內徑范圍為9cm，有效容積為6l,頂部設有三相分離器，側壁設有不同高度取樣口，底部鋪有礫石層，進水管鋪置在礫石層中；活性厭氧顆粒污泥污泥取自造紙廠厭氧污水處理裝置排出的污泥經過濾、沖洗后制得；活性厭氧氨氧化污泥為厭氧氨氧化反應器富集培養(yǎng)制得。

(2)從升流式厭氧反應器的底部利用蠕動泵通入待處理廢水，根據升流式厭氧反應器的體積調節(jié)蠕動泵轉速以控制進水流速，控制進水流速為0.125l/h，使待處理污水在升流式厭氧反應器內停留48小時，通入待處理廢水后的污泥濃度為3200mg/l，同時采用加熱棒使升流式厭氧反應器內部溫度維持在35度，每隔6個小時向升流式厭氧反應器通入氮氣曝氣20min，曝氣強度為5ml/(l·min)，優(yōu)選的，在通入待處理廢水前也進行氮氣曝氣30min，曝氣強度為5ml/(l·min)，以維持厭氧環(huán)境，通入二氧化碳使ph保持在7.5。

(3)保持升流式厭氧反應器的出水流速與進水流速相同，升流式厭氧反應器運行101天后成功啟動污泥厭氧氨氧化反應，實現對污水中的氮素的高效脫除，然后進入厭氧氨氧化穩(wěn)定階段。穩(wěn)定運行期間總氮去除負荷達到1100mgn/l/d，面對氮負荷濃度的變化出現過數次波動，表現出相對較差的穩(wěn)定性。

應用實驗例:

向實施例1及對比例1的方法中通入人工合成廢水，對廢水進行處理，利用蠕動泵控制連續(xù)流進水，控制水力停留時間為48小時，并利用蠕動泵控制出水回流，控制反應器進水流速為0.125l/h；所述人工合成廢水具體成分為：471mg(nh4)2so4/l，640mgnano2/l，500mgkhco3/l，27.2mgkh2po4/l，120mgmgso4·7h2o/l，180mgcacl2·2h2o/l，5.6mgfeso4，1ml微量元素/l。所述微量元素具體成分為20000mgedta/l，430mgznso4·7h2o/l，240mgcocl2·6h2o/l，990mgmncl2·4h2o/l，250mgcuso4·5h2o/l，220mgnamoo4·2h2o/l，190mgnicl2·6h2o/l，210mgnaseo4·6h2o/l，14mgh3bo4/l。

每3天測定一次氮素濃度，據此評價反應器運行狀態(tài)及厭氧氨氧化啟動效果；每50天取污泥樣進行一次q-pcr分析，據此評價厭氧氨氧化菌生長富集速度。

對比例1加入活性厭氧顆粒污泥和活性厭氧氨氧化污泥反應器運行72天成功啟動厭氧氨氧化工藝，運行200天后反應器污泥中厭氧氨氧化菌的q-pcr結果為1.37×10⁸copies/ngdna；而本發(fā)明實施例1接種滅活的厭氧顆粒污泥和活性厭氧氨氧化污泥反應器運行63天成功啟動厭氧氨氧化工藝，啟動時間縮短9.3％，運行200天后反應器污泥中厭氧氨氧化菌的q-pcr結果為1.93×10⁸copies/ngdna，厭氧氨氧化菌數量提高了40.9％。

實施例2

一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強化啟動方法，同實施例1，不同之處在于：

步驟(1)中將活性好氧顆粒污泥置于壓力0.3mpa、溫度122℃條件下進行高壓蒸氣滅活30min，得到滅活污泥，其他處理步驟按實施例1進行。

升流式厭氧反應器運行60天后成功啟動污泥厭氧氨氧化反應。

實施例3

一種基于滅活污泥的厭氧氨氧化快速強化啟動方法，同實施例1，不同之處在于：

步驟(1)中活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質量比為：0.8:1，單位：g/kg，其他處理步驟按實施例1進行。升流式厭氧反應器運行54天后成功啟動污泥厭氧氨氧化反應。

對比例2

一種厭氧氨氧化高效處理含氮廢水的方法，同實施例1，不同之處在于：

步驟(1)中只添加滅活污泥，不添加活性厭氧氨氧化污泥，其他處理步驟按實施例1進行。升流式厭氧反應器運行120天才成功啟動污泥厭氧氨氧化反應。

對比例3

一種厭氧氨氧化高效處理含氮廢水的方法，同實施例1，不同之處在于：

步驟(1)中活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質量比為：3:1，單位：g/kg，其他處理步驟按實施例1進行。升流式厭氧反應器運行86天成功啟動污泥厭氧氨氧化反應。

對比例4

一種厭氧氨氧化高效處理含氮廢水的方法，同實施例1，不同之處在于：

步驟(1)中活性厭氧氨氧化污泥與滅活污泥的質量比為：5:1，單位：g/kg，其他處理步驟按實施例1進行。升流式厭氧反應器運行105天成功啟動污泥厭氧氨氧化反應。