公布日：2023.11.07
申請日：2023.10.07
分類號：C02F3/28(2023.01)I;C02F3/00(2023.01)I;C02F3/30(2023.01)I
摘要
本發明屬于污水處理領域，公開了一種鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法。包括以下步驟：（1）將普通活性污泥和厭氧氨氧化污泥作為接種污泥，混合后加入序批式間歇反應器；（2）將廢水排入反應器中，分三個階段向序批式間歇反應器內投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，首先運行至總氮去除率為21~35%，進入第二階段；運行至總氮去除率為24~56%，進入第三階段；運行至總氮去除率為28~73%，耦合體系啟動成功；每個階段鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭和/或生物炭投加量為5~50g/L。本發明能有效啟動NDFO‑Feammox耦合工藝，提高后續脫氮能力的可持續性。
權利要求書
1.一種鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將普通活性污泥和厭氧氨氧化污泥作為接種污泥，所述厭氧氨氧化污泥與普通活性污泥的質量比為21：9~49，混合后加入序批式間歇反應器；（2）將廢水排入序批式間歇反應器中，分三個階段向序批式間歇反應器內投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，啟動過程如下：第一階段：投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，運行至期間有10~15天的平均總氮去除率達到21~35%，進入第二階段；第二階段：投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，運行至期間有10~15天的平均總氮去除率達到24~56%，進入第三階段；第三階段：投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，運行至期間有10~15天的平均總氮去除率達到28~73%，耦合體系啟動成功；其中，每個階段鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭和/或生物炭投加量為5~50g/L。
2.如權利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，其特征在于，步驟（1）中，所述厭氧氨氧化污泥接種量為0.24~0.56L，污泥濃度為15623~25628mg/L；普通活性污泥接種量為0.40~0.93L，污泥濃度為8492~12149mg/L。
3.如權利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的厭氧氨氧化污泥為顆粒狀，粒徑為1~3mm；所述厭氧氨氧化污泥來自實驗室規模的UASB反應器；所述普通活性污泥來自污水處理廠厭氧池。
4.如權利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，其特征在于，步驟（2）中，廢水進水NH4+-N為0.05~0.055g/L，NO3--N為0.03~0.035g/L，進水調節pH為7.0±0.2，序批式間歇反應器內溫度控制在30±1℃。
5.如權利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，其特征在于，步驟（2）中，運行過程中以24h作為一個周期：每個周期經歷5~10min進水、1385~1405min攪拌反應、20~30min靜置、10~15min出水。
6.如權利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，其特征在于，步驟（2）中，所述的鐵碳微電解球通過懸浮載體球裝載，所述懸浮載體球直徑為55~150mm；每個懸浮載體球裝載70~95g的鐵碳微電解球。
7.如權利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，其特征在于，步驟（2）中，鐵碳微電解球粒徑為2~5mm；所述的活性炭/生物炭粒徑為50目~300目。
8.如權利要求1所述的鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，其特征在于，步驟（2）中，第一階段的反應時間為35~45天；第二階段的反應時間為14~19天；第三階段的反應時間為20~21天。
發明內容
針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，改啟動方法簡單、快速，且投資費用低。
為實現本發明目的，具體技術方案如下：
一種鐵氨氧化耦合亞鐵型自養反硝化體系的啟動方法，包括以下步驟：
（1）將普通活性污泥和厭氧氨氧化污泥作為接種污泥，混合后加入序批式間歇反應器；
（2）將廢水排入反應器中，分三個階段向序批式間歇反應器內投加鐵碳微電解球、活性炭和/或生物炭，啟動過程如下：
第一階段為啟動過程中的篩菌階段：該階段用于篩選并獲得能夠在富鐵環境下生存的與鐵氮氧化還原相關的微生物。并且為了積極保留具備鐵氧化還原功能微生物的活性，通過投加活性炭/生物炭來驅動微生物的胞外電子轉移過程。具體為：控制鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭/生物炭投加量為5~50g/L，總氮去除率在21~35%之間，進入第二階段；
第二階段為啟動過程中的強化階段：鐵碳微電解球除了用于析出鐵外，還是重要的微生物載體。由于第一階段鐵碳微電解球的投加有限，僅存的亞鐵/三價鐵在驅動NH4+-N氧化和NO3--N還原過程中受到了阻礙，使得功能菌的產能過剩。因此，通過繼續補加鐵碳微電解球和活性炭/生物炭快速強化啟動進程。具體為：其他條件保持不變，控制鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭/生物炭投加量為5~50g/L，總氮去除率在24~56%之間，進入第三階段。
第三階段為啟動過程中的潛力開發階段，在保持第二階段穩定去除率的基礎上探索并進一步開發耦合體系的脫氮潛力，以此作為后期實驗的基礎。具體為：其他條件保持不變，控制鐵碳微電解球投加量為30~70g/L，活性炭/生物炭投加量為5~50g/L，總氮去除率在28~73%之間，耦合體系啟動成功。
本發明中，鐵碳微電解球投加量、活性炭和/或生物炭投加量以序批式間歇反應器的工作容積為參照。
本發明以普通活性污泥和厭氧氨氧化污泥作為接種污泥，創造性地將啟動過程設置為三個階段，首先在低鐵碳微電解球濃度下進行微生物篩分，并投加活性炭/生物炭提高固相鐵和微生物之間的電子轉移，以此淘汰無法適應富鐵環境的微生物。其次，在上一階段低脫氮效率但穩定運行的基礎上繼續補加鐵碳微電解球來強化耦合脫氮過程。最后在達到初期脫氮目標后可通過繼續補加鐵碳微電解球和活性炭/生物炭來探究耦合體系的脫氮潛力。
考慮到大部分普通活性污泥主要通過氧化亞鐵來還原硝氮，而大部分厭氧氨氧化污泥主要驅動Feammox過程還原三價鐵并氧化氨氮，鐵的價態變化是耦合體系持續進行的內核，但由于活性污泥和厭氧氨氧化污泥的活性存在差異，不同比例的污泥量與鐵的價態循環速率和范圍息息相關，因此很容易造成單獨的活性污泥/厭氧氨氧化污泥產能過剩，進而引起活性污泥/厭氧氨氧化污泥缺乏充足的電子供/受體而解體。進一步地，步驟（1）中，所述厭氧氨氧化污泥與普通活性污泥的質量比為21：9~49。
考慮到鐵碳微電解球的粒徑與亞鐵溶出速率呈負相關，而亞鐵的即時溶出速率會直接影響到微生物的活性。例如，亞鐵溶出速率過快會造成微生物鐵中毒，亞鐵溶出速率過慢則會延長啟動時長。進一步優選地，步驟（1）中，所述的厭氧氨氧化污泥為顆粒狀，粒徑為1~3mm。
進一步優選地，步驟（1）中，所述厭氧氨氧化污泥接種為0.24~0.56L，污泥濃度為15623~25628mg/L；普通活性污泥接種為0.40~0.93L，污泥濃度為8492~12149mg/L。其中，厭氧氨氧化污泥來自實驗室規模的UASB反應器，普通活性污泥來自污水處理廠厭氧池。
優選地，步驟（2）的啟動過程中：
第一階段：運行至期間有10~15天的平均總氮去除率達到21~35%，進入第二階段；
第二階段：運行至期間有10~15天的平均總氮去除率達到24~56%，進入第三階段；
第三階段：運行至期間有10~15天的平均總氮去除率達到28~73%，耦合體系啟動成功。
進一步地，步驟（2）中，運行過程中以24h作為一個周期：每個周期經歷5~10min進水、1385~1405min攪拌反應、20~30min靜置、10~15min出水。
進一步地，步驟（2）中，所述的鐵碳微電解球通過懸浮載體球裝載，懸浮載體球直徑為55~150mm。
進一步優選地，每個懸浮載體球裝載70~95g的鐵碳微電解球。
進一步優選地，裝載后的懸浮載體球通過熱熔膠粘貼或者通過尼龍繩懸掛在在序批式間歇反應器內壁，方便對鐵碳微電解球濃度在后期的控制以及反應器外的活化。
進一步地，步驟（2）中，鐵碳微電解球粒徑為2~5mm。
進一步地，步驟（2）中，活性炭/生物炭為50目~300目。
進一步地，步驟（2）中，第一階段的反應時間為35~45天。
進一步地，步驟（2）中，第二階段的反應時間為14~19天。
進一步地，步驟（2）中，第三階段的反應時間為20~21天。
相對現有技術，本發明的有益效果在于：
（1）本發明的啟動方法在有效啟動NDFO-Feammox耦合工藝的同時，提高后續脫氮能力的可持續性。
（2）本發明的啟動方法創造性地使用鐵碳微電解球，通過吸氧腐蝕有效的保障厭氧環境，有利于NDFO菌和Feammox菌厭氧富集。由于鐵碳微電解球充當緩釋鐵源的過程中水環境pH上升，使得Fe(II)主要以固相氫氧化亞鐵的形式存在。因此本發明的啟動方法能夠避免傳統NDFO過程中直接投加Fe(II)鹽造成的Fe(II)離子初期進入細胞內部形成的不可逆沉淀。同時，Feammox過程的存在也可減少NDFO菌表面結痂現象。
（3）本發明的啟動方法能夠在單一反應器中同時啟動NDFO和Feammox過程，而無需單獨分開啟動。
（4）本發明的啟動方法所使用的鐵碳微電解球材料以及活性污泥價廉易得，即便Anammox污泥（厭氧氨氧化污泥）難以富集，但在最佳啟動過程中使用的Anammox污泥的MLVSS（污泥濃度）與普通活性污泥的MLVSS之比低于1。因此，啟動NDFO-Feammox耦合工藝所需的代價低，可作為傳統的傳統硝化-反硝化、短程硝化-反硝化以及短程硝化-Anammox的測流工藝輔助脫氮，不僅能夠減少碳源投加和曝氣量，還能夠減輕主流脫氮壓力以及提高出水水質。
（發明人：何頔;金青海;王鵬;俞政鑫;曾憲俊）
