一种利用铝离子提升厌氧氨氧化颗粒污泥总氮去除速率的方法

技术领域

本发明属于城市污水处理与再生领域，具体涉及一种利用铝离子提升厌氧氨氧化颗粒污泥总氮去除速率的方法。

背景技术

近年来，随着社会经济的发展，因氮素造成的环境污染已成为一个相当普遍且重要的环境问题。而厌氧氨氧化凭借着低碳高效的显著优势已成为污水处理领域的研究热点。然而，作为厌氧氨氧化工艺的主要执行菌厌氧氨氧化菌因其倍增时间长、生长速率低，极大地影响厌氧氨氧化工艺的推广运用。而厌氧氨氧化颗粒污泥，作为实现厌氧氨氧化工艺最具有前景的污泥形态，其总氮去除速率地提高具有重要现实意义。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种铝离子提升厌氧氨氧化颗粒污泥总氮去除速率的方法。

本发明的原理为：在稳定运行的厌氧氨氧化颗粒污泥反应器中添加一定浓度的六水合氯化铝，在搅拌以及铝离子的作用下，一方面提升了厌氧氨氧化颗粒污泥表面的Zeta电位，导致颗粒污泥表面静电斥力减小，从而促进污泥颗粒化；另一方面铝离子投加在反应器中形成了聚合物，这在颗粒污泥表面形成了一定的保护层，有利于抵抗溶解氧对厌氧氨氧化菌的抑制作用，促进厌氧氨氧化菌活性，从而提升总氮去除速率。然而，添加的铝离子应当在一个适宜的浓度范围，当铝离子浓度过大时会对微生物产生一定的毒害作用，而且铝离子的絮凝作用容易在颗粒污泥表面形成较厚的聚合物层，这也在一定程度上阻碍了微生物与污水内的污染物进行接触，最终影响微生物的生长和污染物的去除效果。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种利用铝离子提升厌氧氨氧化颗粒污泥总氮去除速率方法，包括如下步骤：(1)在反应器中接种厌氧氨氧化颗粒污泥；

(2)向反应器中投加废水和含铝溶液，搅拌运行；

(3)运行结束后停止搅拌，将污泥沉淀闲置，于第二天运行前出水洗泥；

(4)重复步骤(2)～(3)1～50天。

优选地，所述含铝溶液中铝离子浓度为5～20mg/L。

优选地，所述反应器中接种的污泥浓度MLSS为8200～8600mg/L，该污泥浓度MLSS(混合液悬浮固体浓度)指污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体含量，单位为(mg/L)，为纯污泥的浓度。

优选地，所述厌氧氨氧化颗粒污泥来源于长期稳定运行的UASB反应器并经过实验室SBR模式培养驯化，培养驯化条件如下：

将污泥置于反应器内，投加0.200～0.205g/L(NH

优选地，所述厌氧氨氧化颗粒污泥反应器为厌氧氨氧化颗粒污泥序批式反应器(SBR)反应器，维持反应器中温度为30～35℃，溶解氧浓度为0.2～0.5mg/L。

优选地，所述废水的进水基质包括2.581-2.601g/L(NH

优选地，所述搅拌运行的时间根据污染物的降解情况而定，优选为3.5±0.5小时。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本申请能在缺氧条件下(溶解氧浓度：0.2～0.5mg/L)实现厌氧氨氧化菌活性的强化，强化厌氧氨氧化作用从而使反应器达到更好的脱氮效果。

(2)本申请中投加的铝离子浓度较低，所投加的铝盐类化合物广泛易取，与其他提升总氮去除速率的方法相比成本更为低廉，达到促进效果的时间更短。

(3)在污水处理过程中常常添加铝盐类絮凝剂强化污水处理效果，而这不可避免会给污水中带来一定的铝离子浓度。而本申请则可以更好地指导铝盐类絮凝剂地投加，为厌氧氨氧化颗粒污泥的推广运用提供更为科学的指导参考。

(4)本申请加入铝离子后，平均总氮去除速率相比不加入铝离子时提升明显，提高了24％～42％。

附图说明

图1是本发明添加不同浓度(0、10、30、50、100、200mg/L)铝离子运行45天的总氮去除速率。

图2是本发明添加不同浓度(0、5、10、20mg/L)铝离子运行9天的总氮去除速率。

图3是本发明添加不同浓度(0、10、30、50、100、200mg/L)铝离子运行45天对比空白组的总氮去除速率提升百分比。

图4是本发明添加不同浓度(0、5、10、20mg/L)铝离子运行9天对比空白组的总氮去除速率提升百分比。

图5是本发明添加不同浓度(0、10、30、50、100、200mg/L)铝离子运行45天的Zeta电位。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明中所采用的反应器为序批式反应器(SBR)，反应器有效体积是0.5L，反应器上方安装搅拌装置，保证泥水混合均匀。实验开始前，向每个反应器接种厌氧氨氧化颗粒污泥，使得每个反应器污泥浓度(MLSS)约为8500mg/L，MLSS(混合液悬浮固体浓度)指污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体含量，单位为(mg/L)，为纯污泥的浓度。污泥来源于长期稳定运行的UASB反应器并经过实验室SBR模式培养驯化，培养驯化条件如下：

由有效容积为20L的水桶和内置单叶搅拌器组成简易反应器，将厌氧氨氧化颗粒污泥置于反应器内，投加0.200～0.205g/L(NH

按时间顺序间歇操作运行SBR反应器。首先每天人工配备污泥废水，进水基质包括2.581-2.601g/L(NH

搅拌结束后，用纳氏试剂分光光度法、N-(1-萘基)-乙二胺光度法、紫外分光光度法分别测定NH

总氮浓度＝氨氮浓度+亚硝酸盐氮浓度+硝酸盐氮浓度

总氮去除速率(mg N/(mg MLSS·h)＝(搅拌前的总氮浓度-搅拌后的总氮浓度)/(搅拌前的总氮浓度*搅拌时间*污泥浓度)。

其中总氮浓度、污泥浓度单位均为mg/L，搅拌时间单位为h。

分别计算实验组和空白组(不加铝离子)的总氮去除速率提升值：

总氮去除速率的提升(％)＝(实验组搅拌后的总氮去除速率-空白组搅拌后的总氮去除速率)/空白组搅拌后的总氮去除速率*100％。

实施例1

本试验采用SBR反应器，反应体积为0.5L，反应器上方安装搅拌装置，保证泥水混合均匀，出水通过针筒人工抽吸出水。取厌氧氨氧化颗粒污泥接种至反应器内，向反应器投加上述含氮废水和铝溶液，控制进水氨氮约为86mg/L，亚硝酸盐氮约为114mg/L，铝离子浓度为5mg/L。以水浴装置控制温度在30～33℃，运行周期包括进水、搅拌、沉淀、闲置和出水阶段。搅拌运行3.5小时，3.5小时后关闭搅拌装置。每天运行一个周期，重复运行9天。

如图2、4所示，相较于无投加铝离子的情况，总氮去除速率平均提高了24.05％，成功提高了厌氧氨氧化污泥的脱氮效率。

实施例2

本试验采用SBR反应器，反应体积为0.5L，反应器上方安装搅拌装置，保证泥水混合均匀，出水通过针筒人工抽吸出水。取厌氧氨氧化颗粒污泥接种至反应器内，向反应器投加上述含氮废水和铝溶液，控制进水氨氮约为86mg/L，亚硝酸盐氮约为114mg/L，铝离子浓度为10mg/L。以水浴装置控制温度在30～33℃，运行周期包括进水、搅拌、沉淀、闲置和出水阶段。搅拌运行3.5小时，3.5小时后关闭搅拌装置。每天运行一个周期，重复运行9天。

如图2、4所示，相较于无投加铝离子的情况，总氮去除速率平均提高了29.46％，成功提高了厌氧氨氧化污泥的脱氮效率。

实施例3

本试验采用SBR反应器，反应体积为0.5L，反应器上方安装搅拌装置，保证泥水混合均匀，出水通过针筒人工抽吸出水。取厌氧氨氧化颗粒污泥接种至反应器内，向反应器投加上述含氮废水和铝溶液，控制进水氨氮约为86mg/L，亚硝酸盐氮约为114mg/L，铝离子浓度为20mg/L。以水浴装置控制温度在30～33℃，运行周期包括进水、搅拌、沉淀、闲置和出水阶段。搅拌运行3.5小时，3.5小时后关闭搅拌装置。每天运行一个周期，重复运行9天。

如图2、4所示，相较于无投加铝离子的情况，总氮去除速率平均提高了36.91％，成功提高了厌氧氨氧化污泥的脱氮效率。

实施例4

本试验采用SBR反应器，反应体积为0.5L，反应器上方安装搅拌装置，保证泥水混合均匀，出水通过针筒人工抽吸出水。取厌氧氨氧化颗粒污泥接种至反应器内，向反应器投加上述含氮废水和铝溶液，控制进水氨氮约为92mg/L，亚硝酸盐氮约为109mg/L，铝离子浓度为10mg/L。以水浴装置控制温度在30～35℃，运行周期包括进水、搅拌、沉淀、闲置和出水阶段。搅拌运行3.5小时，3.5小时后关闭搅拌装置。每天运行一个周期，重复运行45天。

如图1、3所示，相较于无投加铝离子的情况，总氮去除速率平均提高了40.98％，成功提高了厌氧氨氧化污泥的脱氮效率。

对比例1

本试验采用SBR反应器，反应体积为0.5L，反应器上方安装搅拌装置，保证泥水混合均匀，出水通过针筒人工抽吸出水。取厌氧氨氧化颗粒污泥接种至反应器内，向反应器投加上述含氮废水，控制进水氨氮约为86mg/L，亚硝酸盐氮约为114mg/L。以水浴装置控制温度在30～33℃，运行周期包括进水、搅拌、沉淀、闲置和出水阶段。搅拌运行3.5小时，3.5小时后关闭搅拌装置。本试验作为其它实施例的对照组，每天运行一个周期，重复运行9天。

反例1

本试验采用SBR反应器，反应体积为0.5L，反应器上方安装搅拌装置，保证泥水混合均匀，出水通过针筒人工抽吸出水。取厌氧氨氧化颗粒污泥接种至反应器内，向反应器投加上述含氮废水和铝溶液，控制进水氨氮约为92mg/L，亚硝酸盐氮约为109mg/L，铝离子浓度为0、30、50、100mg/L。以水浴装置控制温度在30～35℃，运行周期包括进水、搅拌、沉淀、闲置和出水阶段。搅拌运行3.5小时，3.5小时后关闭搅拌装置。每天运行一个周期，重复运行45天。

如图1、3所示，相较于无投加铝离子的情况，投加铝离子浓度为30mg/L时，总氮去除速率平均降低了35.02％，对厌氧氨氧化起到一定的抑制作用；投加铝离子浓度为50mg/L时，相较于无投加铝离子的情况，总氮去除速率平均降低了72.95％，对厌氧氨氧化的抑制作用进一步扩大；投加铝离子浓度为100mg/L时，相较于无投加铝离子的情况，总氮去除速率平均降低了94.96％，反应器接近崩溃。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。