CN102115257A - 一种利用活性炭固定效应强化厌氧氨氧化微生物活性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理领域，一种利用活性炭固定效应强化厌氧氨氧化微生物活性的方法，概括来讲是先将活性炭用厌氧氨氧化基础无机盐溶液进行浸泡处理后，在厌氧氨氧化基础无机盐溶液中加入经处理的活性炭和厌氧氨氧化污泥，再经过培养获得在稳定耦合于活性炭上的厌氧氨氧化微生物。发明针对低碳氮比的废水，能提供一种基于活性炭为载体，增强厌氧氨氧化微生物活性，抵抗不良环境影响的技术。并能较稳定的长期运行，符合污水厂实际运行管理的条件。活性炭具有一定的吸附有机物能力，能减轻有机物及其他毒物对厌氧氨氧化污泥的影响，强化厌氧氨氧化反应的进行。

Description

一种利用活性炭固定效应强化厌氧氨氧化微生物活性的方法

技术领域

本发明属于水处理领域，或环境工程，或环境微生物，是一种强化厌氧氨氧化微生物活性的方法。

背景技术

现代工业与生活污水中存有大量含氮污染物与少量有机物，容易导致水体富营养化，严重危害环境。目前最常用的传统脱氮技术是硝化反硝化。传统脱氮技术需要投加额外的有机碳源以保证总氮脱除效率，而硝化技术则需要较高的曝气量以满足氨氮转化硝酸盐的反应，因此脱氮工艺运行成本较高，能耗巨大。

上世纪90年代随着厌氧氨氧化微生物的发现，新型高效节能的厌氧氨氧化工艺应运而生。厌氧氨氧化工艺是新型高效节能的脱氮工艺，其核心是厌氧氨氧化微生物，与传统脱氮工艺相比其优点有：（1）厌氧氨氧化微生物为自养微生物，反应过程不需要添加有机物；（2）厌氧氨氧化过程不需要曝气，大大节省动力消耗；（3）厌氧氨氧化工艺能处理高氨氮类废水，并且单位负荷较高，减少反应器的体积；（4）工艺所产生的剩余污泥较少，可节省大量处理污泥的费用。根据最近研究表明：厌氧氨氧化微生物只有在高浓度条件下才会有活性，厌氧氨氧化微生物生长缓慢，较难培养，活性容易受抑制；普通反应器中应用此工艺需要回流污泥以减低污泥流失的影响，因此，如何强化其活性与增加厌氧氨氧化微生物浓度成为厌氧氨氧化工艺实用化必须克服的困难。

本发明就是针对该问题而开发的固定化技术。本技术能较稳定的富集厌氧氨氧化污泥，并提供一个抗干扰，缺氧的微环境以保护厌氧氨氧化微生物；同时，通过活性炭的固定后令微生物与污泥流失率减低，操作简便，满足日常污水处理厂运行的需要。

目前较新的厌氧氨氧化工艺：

（1） 亚硝化-厌氧氨氧化单级生物脱氮方法 - 200710105719.1有权

该发明公开了一种亚硝化-厌氧氨氧化单级生物脱氮方法,所述工艺利用投加粉末状活性炭后所强化形成的以活性炭为核心的亚硝化菌群与厌氧氨氧化菌群两类菌群的共生复合颗粒污泥,以及其发生的亚硝化反应与厌氧氨氧化反应两种反应的耦合。

（2）一种厌氧氨氧化混培物包埋固定化方法 - 200710032531.9审中；本发明提供一种厌氧氨氧化混培物包埋固定化方法,包括包埋剂的获取、包埋剂与污泥混合、固定化厌氧氨氧化小球的获取和固定化厌氧氨氧化小球的活化等步骤,包埋剂的获取是称取聚乙烯醇和海藻酸钠,制成溶液,按照质量百分比计,聚乙烯醇的浓度6%～10WT%,海藻酸钠的浓度为1%～2WT%,搅拌均匀,制成混合包埋剂;该方法工艺简单,操作简便,造价低廉,包埋固定化ANAMMOX混培物成功,可以灵活设计出高效的作用专一的厌氧氨氧化反应器,与前置亚硝化反应器组成高效稳定的生物脱氮系统,适于工业化生产,可取得良好的经济、环境效益。

发明内容

本技术针对以上未解决的问题，提供一种基于活性炭材料为载体，利用活性炭的立体疏松状多孔结构为微环境富集厌氧氨氧化微生物,使固定区域的微生物高浓度化，减少生物量的流失，同时该方法提高了脱氮工艺的效率，增加培养物抵抗不良环境因素的能力，并能较稳定的长期运行。具有广泛推广应用的前景。

发明提供了一种利用活性炭固定效应强化厌氧氨氧化微生物活性的方法，先将活性炭用厌氧氨氧化基础无机盐溶液进行浸泡处理后，在厌氧氨氧化基础无机盐溶液中加入经处理的活性炭和厌氧氨氧化污泥，再经过培养获得在稳定耦合于活性炭上的厌氧氨氧化微生物；所述厌氧氨氧化基础无机盐溶液由以下物质组成：KHCO₃ 0.40-0.6 gL^-1， MgSO₄·7H₂O 0.30-0.35 gL^-1， KH₂PO₄ 0.02-0.03 gL^-1，CaCl₂ 0.1-0.15 gL^-1，NaNO₂ 0.3-0.4 gL^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.4-0.5 gL^-1。

活性炭可以为椰壳活性炭、果壳活性炭、煤质柱状活性炭、木质粉状活性炭、或售家庭观赏水族过滤材料。活性炭在采用厌氧氨氧化基础无机盐溶液进行浸泡处理前先经过酸碱处理：活性炭冲去粉尘后，用9-10%盐酸溶液浸泡20-30 小时，用水冲洗后再用1-2%氢氧化钠浸泡20-30小时，然后用自来水和蒸馏水冲洗，放入生理盐水中浸泡20-30小时后烘干。

厌氧氨氧化基础无机盐溶液浸泡处理时间为20-30小时。

厌氧氨氧化污泥和经处理的活性炭按照0.01:10-20的质量比加入，其中污泥的氨氮降解活性为2160 mg·vssg^-1·d^-1。。之后用如下条件进行培养：在温度25-30℃的条件下培养5-7天，再用目标污水培养1－2周。

厌氧氨氧化污泥先经过以下处理：用pH7.5-8.0的磷酸缓冲溶液冲洗2-3遍，经沉淀或离心后获得。

本发明提供的应用于活性炭固定效应强化厌氧氨氧化微生物的溶液，同样属于发明的保护范围，其由以下物质组成：KHCO₃ 0.40-0.6 gL^-1， MgSO₄·7H₂O 0.30-0.35 gL^-1， KH₂PO₄ 0.02-0.03 gL^-1，CaCl₂ 0.1-0.15 gL^-1，NaNO₂ 0.3-0.4 gL^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.4-0.5 gL^-1。

以下通过优选方案进一步阐释本发明方法，该方法包括以下步骤：

（1）固定材料获取：活性炭可采用椰壳活性炭、果壳活性炭、煤质柱状活性炭、木质粉状活性炭，也可用市售家庭观赏水族过滤材料。使用前须进行前处理：先用自来水冲洗去除杂质与粉尘，冲洗至出水较澄清。然后用 10%盐酸 溶液浸泡24 小时，用自来水冲洗后再用2%氢氧化钠浸泡24小时，然后用自来水和蒸馏水冲洗，放入生理盐水中浸泡 24 小时后烘干，放入厌氧氨氧化基础无机盐溶液中浸泡 24 小时，待用。基础无机盐溶液为： KHCO₃ 0.50 gL^-1， MgSO₄·7H₂O 0.34 gL^-1， KH₂PO₄ 0.027gL^-1，CaCl₂ 0.136 gL^-1，NaNO₂ 0.365 gL^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.33 gL^-1。

（2）固定材料与污泥结合：将厌氧氨氧化污泥取出，经过pH7.5-8.0的磷酸缓冲溶液冲洗3遍，经沉淀或离心后放入厌氧氨氧化基础无机盐溶液培养，并按质量比0.01g污泥加入活性炭10-20g，均匀混合并搅拌。

（3）固定化填料的活化阶段：固定化厌氧氨氧化微生物需要通过活化，才能使用。在温度为25-30℃条件下，利用厌氧氨氧化基础无机盐溶液培养1周，然后采用目标污水培养2周，使微生物完全附着在活性炭的表面与内部，稳定耦合。固定后可放入反应器中，直接应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）发明针对低碳氮比的废水（通常氨氮高于50mg/L,且COD低于50mg/L），该技术能提供一种基于活性炭为载体，增强厌氧氨氧化微生物活性，抵抗不良环境影响的技术。并能较稳定的长期运行，符合污水厂实际运行管理的条件。活性炭具有一定的吸附有机物能力，能减轻有机物及其他毒物对厌氧氨氧化污泥的影响，强化厌氧氨氧化反应的进行。

（2）固定材料应用成本便宜，以容易获得的活性炭为固定材料，厌氧氨氧化微生物容易在立体网状疏松型多孔材料中生长，并稳定附着在孔道内侧，孔隙与孔道中，微生物能在材料表面延展性生长。活性炭对生物毒性极低，广泛应用于水处理与生物吸附工艺中，具有良好的经济性与实用性，长期运转无发胀，解体，造成二次污染等问题，具有较好的抗冲击能力，物理稳定性与机械强度。

（3）发明固定化过操作程简单，可灵活应用于专一性厌氧氨氧化填料反应器与小型反应器中，可大规模推广应用，活性炭能有效的被厌氧生长的微生物附着，并具有一定的吸附降解性能。

附图说明

图1是本发明利用活性炭强化的方法与对照组的氨氮去除率比较；

图2是本发明利用活性炭强化的方法与对照组的亚硝酸盐去除率比较。

具体实施方式

实施例1  

利用煤柱状活性炭固定吸附厌氧氨氧化污泥，煤质柱状活性炭选用优质无烟煤为原料，采用先进工艺精制加工而成，外观呈黑色圆柱状颗粒，具有合理的孔隙结构、良好的吸附性能、机械强度高、易反复再生、造价低等特点。用于防毒面具有毒气体的净化、废气处理、工业和生活用水的净化处理、溶剂回收等方面。煤质柱状活性炭物理、化学性能分析，分析结果如表1所示：

表1 活性炭物化性能分析结果

分析项目	测试数据	分析项目	测试数据
				碘值	＞800mg/g	强度	＞92%
比表面积	＞850m 2 /g	亚甲蓝值	120-150mg/g
				总孔容积	＞0.8cm 3 /g	余氯吸附率	≥85%
充填密度	0.45-0.75g/cm 3

（1）固定材料获取：对煤质柱状活性炭使用前进行前处理：先用自来水冲洗去除杂质与粉尘，冲洗至出水较澄清。然后用 8%-10%盐酸 溶液浸泡24 小时，用自来水冲洗后再用 2-4%氢氧化钠 浸泡24 小时，然后用自来水和蒸馏水冲洗，放入生理盐水中浸泡 24 小时后烘干，放入厌氧氨氧化基础无机盐溶液中浸泡 24 小时，待用。基础无机盐溶液为： KHCO₃ 0.50 gL^-1， MgSO₄·7H₂O 0.34 gL^-1， KH₂PO₄ 0.027gL^-1，CaCl₂ 0.136 gL^-1，NaNO₂ 0.365 gL^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.33 gL^-1。（2）将厌氧氨氧化污泥取出，经过pH7.5-8.0的磷酸缓冲溶液冲洗2遍，经离心后放入厌氧氨氧化基础无机盐溶液培养，并按质量比0.01g污泥加入活性炭20g，均匀混合。（3）在温度为25-30℃条件下，利用厌氧氨氧化基础无机盐溶液培养固定化后的活性炭1周，然后采用目标污水培养2周，使微生物完全附着在活性炭的表面与内部。

在厌氧条件下，将上述附着了微生物的干重500g的柱状活性炭加入5升反应器中，填实后所占体积约为2.5-2.8L，注入氨氮负荷为0.07kg/m³,亚硝酸盐负荷为0.09kg/m³的污水，所加入污水浸没活性炭，序批式反应，反应时间为9天，沉淀6小时，出水检测COD去除率90%（主要为活性炭吸附），氨氮去除率99.9%，亚硝酸盐去除率为93.9%。计算各处理 NO₂ ^--N 去除量/NH₄ ⁺-N 去除量比值在 1.17～1.30 范围内，均值1.25，NO₃ ^--N生成量/ NH4⁺-N去除量比值在 0.13～0.24 范围内，均值为 0.23。总氮去除率80%以上，具体结果如图1，2所示，实验中取没有活性炭固定的污泥进行对照。固定化材料经过 6 次序批反应过程，氨氮与亚硝酸盐去除率基本维持在95－99%，93-96%之间，活性炭无破碎，出水澄清，效果良好。

实施例2  

（1） 固定材料获取：对煤质柱状活性炭使用前进行前处理：先用自来水冲洗去除杂质与粉尘，冲洗至出水较澄清。然后用 10%盐酸 溶液浸泡24 小时，用自来水冲洗后再用 4%氢氧化钠 浸泡24 小时，然后用自来水和蒸馏水冲洗，放入生理盐水中浸泡 24 小时后烘干，放入厌氧氨氧化基础无机盐溶液中浸泡 20 小时，待用。基础无机盐溶液为： KHCO₃ 0.60 gL^-1， MgSO₄·7H₂O 0.30 gL^-1， KH₂PO₄ 0.020gL^-1，CaCl₂ 0.1gL^-1，NaNO₂ 0.365 gL^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.33 gL^-1。（2）将厌氧氨氧化污泥取出，经过pH7.5的磷酸缓冲溶液冲洗2遍，经离心后放入厌氧氨氧化基础无机盐溶液培养，并按质量比0.01g污泥加入活性炭25g，均匀混合。（3）在温度为25℃条件下，利用厌氧氨氧化基础无机盐溶液培养固定化后的活性炭5天，然后采用目标污水培养1.5周。

在厌氧条件下，将上述附着了微生物的干重100g的柱状活性炭加入1升反应器中，填实后所占体积约为500mL，加入目标污水序批式运行，所加入污水浸没活性炭表面，其中污水氨氮负荷为0.08kg/m³,亚硝酸盐负荷为0.09kg/m³，反应时间为9天，沉沉淀5小时，出水检测COD去除率91%（主要为活性炭吸附），氨氮去除率99.0%，亚硝酸盐去除率为93.0%。计算各处理 NO₂ ^--N 去除量/NH₄ ⁺-N 去除量比值在 1.17～1.30 范围内，均值1.25，NO₃ ^--N生成量/ NH4⁺-N去除量比值在 0.13～0.24 范围内，均值为 0.23。总氮去除率78%以上，。 固定化材料经过 8 次序批反应过程，氨氮与亚硝酸盐去除率基本维持在95－99%与90－95%之间，活性炭无破碎，出水澄清，效果良好。

Claims (8)

1.一种利用活性炭固定效应强化厌氧氨氧化微生物活性的方法，其特征在于先将活性炭用厌氧氨氧化基础无机盐溶液进行浸泡处理后，在厌氧氨氧化基础无机盐溶液中加入经处理的活性炭和厌氧氨氧化污泥，再经过培养获得稳定耦合于活性炭上的厌氧氨氧化微生物；所述厌氧氨氧化基础无机盐溶液由以下物质组成：KHCO₃ 0.40-0.6 g·L^-1， MgSO₄·7H₂O 0.30-0.35 g·L^-1， KH₂PO₄ 0.02-0.03 g·L^-1，CaCl₂ 0.1-0.15 g·L^-1，NaNO₂ 0.3-0.4 g·L^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.4-0.5 g·L^-1。

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的活性炭为椰壳活性炭、果壳活性炭、煤质柱状活性炭、木质粉状活性炭、或市售水族过滤材料。

3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的活性炭在采用厌氧氨氧化基础无机盐溶液进行浸泡处理前先经过酸碱处理：活性炭冲去粉尘后，用9-10%盐酸溶液浸泡20-30 小时，用水冲洗后再用质量分数1-2%氢氧化钠溶液浸泡20-30小时，然后用水冲洗，放入生理盐水中浸泡20-30小时后烘干。

4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的厌氧氨氧化基础无机盐溶液浸泡处理时间为20-30小时。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的厌氧氨氧化污泥和经处理的活性炭按照0.01:10-0.01：20的质量比加入，其中污泥的氨氮降解活性为2000－3000 mg·vssg^-1·d^-1之间。

6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的培养为：在温度25-30℃的条件下培养5-7天，再用目标污水培养1－2周。

7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的厌氧氨氧化污泥先经过以下处理：用pH7.5-8.0的磷酸缓冲溶液冲洗2-3遍，经沉淀或离心后获得。

8. 一种应用于活性炭固定效应强化厌氧氨氧化微生物的溶液，其特征在于由以下物质组成：KHCO₃ 0.40-0.6 g·L^-1， MgSO₄·7H₂O 0.30-0.35 g·L^-1， KH₂PO₄ 0.02-0.03 g·L^-1，CaCl₂ 0.1-0.15 g·L^-1，NaNO₂ 0.3-0.4 g·L^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.4-0.5 g·L^-1。

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