一种AOB-ANAMMOX颗粒污泥的培养方法

摘要

一种AOB-ANAMMOX颗粒污泥的培养方法，它涉及一种颗粒污泥的培养方法。它解决了现有污水处理中实际生活污水中亚硝酸盐氮的含量无法满足ANAMMOX菌的自养脱氮，导致生活污水脱氮效果不理想的问题。培养方法：一、加ANAMMOX颗粒污泥通含氮模拟废水；二、进行微氧曝气培养；三、改变进水条件；四、间歇式微氧曝气培养，即得到AOB-ANAMMOX颗粒污泥。AOB-ANAMMOX颗粒污泥在使用过程中具有降低曝气量，节省有机碳源等优点。本发明适用于污水处理领域。

权利要求

1.一种AOB-ANAMMOX颗粒污泥的培养方法，其特征在于AOB-ANAMMOX颗粒污泥按以下步骤进行培养：一、EGSB反应器内添加ANAMMOX颗粒污泥，然后通入含氮模拟废水，并对含氮模拟废水曝氮气使进水溶解氧浓度24h内逐渐下降至1.0mg/L；在温度为33±2℃，水力停留时间为

2.3h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养26～28天；

二、对进入EGSB反应器的含氮模拟废水进行微氧曝气，控制溶解氧浓度为

1.2±0.3mg/L；在温度为33±2℃，水力停留时间为2.3h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养41～43天；

三、对进入EGSB反应器的含氮模拟废水进行微氧曝气，曝气量为150mL/min；在温度为

33±2℃，水力停留时间为2.3h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养26～28天；

四、对进入EGSB反应器的含氮模拟废水采用曝气1h、停止曝气1h的循环方式进行间歇式微氧曝气，曝气量为200mL/min；在温度为33±2℃，水力停留时间为4h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养10～12天，即得到AOB-ANAMMOX颗粒污泥；其中，AOB为氨氧化细菌；

步骤一中保持含氮模拟废水中氨氮浓度为240±5mg/L、保持含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度为273±5mg/L；

步骤二中保持含氮模拟废水中氨氮浓度为240±5mg/L、保持含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度为273±5mg/L；

步骤三中保持含氮模拟废水中氨氮浓度为240±5mg/L、将含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度由273±5mg/L逐渐降低至0mg/L；

步骤四中将含氮模拟废水中氨氮浓度逐渐减少至50mg/L、保持含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度为0～25mg/L。

2.根据权利要求1所述的一种AOB-ANAMMOX颗粒污泥的培养方法，其特征在于含氮模拟废水中NH4Cl的浓度为97.5～900mg/L、NaNO2的浓度为127.7～1352mg/L、KHCO3的浓度为1000mg/L、KH2PO4的浓度为50mg/L、MgSO4·7H2O的浓度为200mg/L、CaCl2·2H2O的浓度为151mg/L、维生素的浓度为0.25ml/L、微量元素的浓度为0.31ml/L。

3.根据权利要求1所述的一种AOB-ANAMMOX颗粒污泥的培养方法，其特征在于步骤二中微氧曝气的曝气量为100mL/min。

说明书

一种AOB-ANAMMOX颗粒污泥的培养方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种颗粒污泥的培养方法。

背景技术

[0002] 水是人类所必须的不可替代的一种资源，是社会持续发展的重要支柱之一。近几年来，我国城市化进程发展迅速，并伴随着工业化的快速发展，导致人们对水的需求量越来越大，然而水污染事件频频发生，如太湖蓝藻爆发等等，使水资源供给变得更为紧张。其中由于氮磷的过度排放导致水体富营养化的问题尤为突出。

[0003] 厌氧氨氧化（Anammox）菌的发现使自养生物脱氮技术成为可能。ANAMMOX菌利用亚硝酸盐作为电子受体氧化氨氮，利用无机碳作为碳源，无需有机物作为碳源，从而实现自养生物脱氮的目的。厌氧氨氧化可节省60%的曝气量，节省100%的有机碳源。但实际生活污水中亚硝酸盐氮的含量无法满足ANAMMOX菌的自养脱氮，导致生活污水脱氮效果不理想。

发明内容

[0004] 本发明是为了解决现有污水处理中实际生活污水中亚硝酸盐氮的含量无法满足ANAMMOX菌的自养脱氮，导致生活污水脱氮效果不理想的问题，而提供的一种AOB-ANAMMOX颗粒污泥的培养方法。

[0005] AOB-ANAMMOX颗粒污泥按以下步骤进行培养：

[0006] 一、EGSB反应器内添加ANAMMOX颗粒污泥，然后通入含氮模拟废水，并对含氮模拟废水曝氮气使进水溶解氧浓度24h内逐渐下降至1.0mg/L；在温度为33±2℃，水力停留时间为2.3h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养26～28天；

[0007] 二、对进入EGSB反应器的含氮模拟废水进行微氧曝气，控制溶解氧浓度为1.2±0.3mg/L；在温度为33±2℃，水力停留时间为2.3h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养41～43天；

[0008] 三、对进入EGSB反应器的含氮模拟废水进行微氧曝气，曝气量为150mL/min；在温度为33±2℃，水力停留时间为2.3h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养26～28天；

[0009] 四、对进入EGSB反应器的含氮模拟废水采用曝气1h、停止曝气1h的循环方式进行间歇式微氧曝气，曝气量为200mL/min；在温度为33±2℃，水力停留时间为4h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养10～12天，即得到AOB-ANAMMOX颗粒污泥；

[0010] 步骤一中保持含氮模拟废水中氨氮浓度为240±5mg/L、保持含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度为273±5mg/L；

[0011] 步骤二中保持含氮模拟废水中氨氮浓度为240±5mg/L、保持含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度为273±5mg/L；

[0012] 步骤三中保持含氮模拟废水中氨氮浓度为240±5mg/L、将含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度由273±5mg/L逐渐降低至0mg/L；

[0013] 步骤四中将含氮模拟废水中氨氮浓度逐渐减少至50mg/L、保持含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度为0～25mg/L。

[0014] 根据图2观察到本发明步骤一刚开始氨氮和亚硝酸盐的去除率明显下降，只有60%左右，同时硝酸盐氮的积累也有所下降，分析原因是进水的溶解氧严重影响厌氧氨氧化菌的活性，导致其对氮的去除效果下降。从6天开始，氨氮的去除效率上升至90%以上，而亚硝酸盐氮出现大量的积累，浓度为在150mg/L左右，说明培养系统中的AOB在增长，将部分氨氮氧化为亚硝酸盐氮。第21天之后氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率达90%以上，推测AOB已经在ANAMMOX颗粒污泥表面生长，消耗进水中的溶解氧，为ANAMMOX提供厌氧环境，从而达到了很好的脱氮效果。同时硝酸盐氮的生成量也在增加，判断培养系统中存在一定量的NOB，NOB将亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮。

[0015] 本发明步骤二主要是为了培养成熟的AOB-ANAMMOX颗粒污泥。步骤二整个培养过程中出水氨氮基本保持在40mg/L左右，而出水亚硝酸盐氮维持在70mg/L左右，处理效果略有下降，主要原因是AOB的数量在增加，大量的氨氮被氧化为亚硝酸盐氮，使亚硝酸盐氮有积累，同时AOB包裹在ANAMMOX颗粒污泥表面，对于基质底物在颗粒内部的传递有所影响，使ANAMMOX菌的处理效能有所下降。由此推断已经培养出较为成熟的AOB-ANAMMOX颗粒污泥。

[0016] 本发明步骤三主要是防止亚硝酸盐浓度过高抑制ANAMMOX菌的活性，同时使含氮模拟废水逐渐接近实际生活污水。由图2可以看出随着进水亚硝酸盐氮浓度的降低，氨氮的去除率从80%下降到50%，又逐渐上升到75%，说明AOB和ANAMMOX菌在不断的适应环境的改变。

[0017] 由图2看到本发明步骤四出水几乎没有亚硝酸盐氮，同时氨氮的去除率逐渐升高到80%以上，说明AOB和ANAMMOX菌协同作用。

[0018] 本发明培养出的AOB-ANAMMOX颗粒污泥可添加到EGSB反应器中进行水处理。

[0019] 本发明培养出的AOB-ANAMMOX颗粒污泥中厌氧氨氧化菌与氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing Bacteria，简称AOB)协同完成对污水的处理，同时AOB-ANAMMOX颗粒污泥具有良好沉降性能，抗水力冲击能力强，可持留大量生物体，保证EGSB反应器高效稳定运行。

[0020] 根据图3所示，本发明步骤一和二中进水总氮负荷在4.85～5.32Kg-N/m3·d范3
围内波动，停止对进水曝氮气后，总氮去除负荷明显下降至3.0Kg-N/m·d，主要是溶解氧对
3
ANAMMOX菌的抑制作用。第21天后，总氮去除负荷恢复到4.7Kg-N/m·d，主要是AOB、NOB和ANAMMOX菌的共同作用。步骤二开始对进水微氧曝气，平均总氮去除负荷为3.34Kg-N/
3
m·d，可见系统已经非常稳定，并以达到最大处理能力。步骤三和四为了使含氮模拟废水更加接近实际生活污水，进水总氮负荷不断降低。

[0021] AOB-ANAMMOX颗粒污泥利用实际生活污水，无需投加碳源或亚硝酸盐氮便能够实现自养脱氮，达到去除实际生活污水中氨氮的效果，氨氮去除率为70%以上。

[0022] AOB-ANAMMOX颗粒污泥在使用过程中具有降低曝气量，节省有机碳源，并能产生大量甲烷的优点。

附图说明

[0023] 图1是AOB-ANAMMOX颗粒污泥生成系统示意图，其中1为氮气瓶，2为进水，3为进水泵，4为EGSB反应器，5为回流泵，4-1为回流口，12为温控仪，13为气体流量计，14为出水。

[0024] 图2是本发明AOB-ANAMMOX颗粒污泥培养过程中进水及出水中NH4+-N、NO2--N和-NO3-N的浓度曲线图。

[0025] 图3是本发明AOB-ANAMMOX颗粒污泥培养过程中总氮的浓度曲线图。

[0026] 图4是具体实施方式一培养至第21天时颗粒污泥的扫描电镜图。

[0027] 图5是具体实施方式一培养至第56天时颗粒污泥的扫描电镜图。

[0028] 图6是具体实施方式一培养至第91天时颗粒污泥的扫描电镜图。

具体实施方式

[0029] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

[0030] 具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式AOB-ANAMMOX颗粒污泥按以下步骤进行培养：

[0031] 一、EGSB反应器内添加ANAMMOX颗粒污泥，然后通入含氮模拟废水，并对含氮模拟废水曝氮气使进水溶解氧浓度24h内逐渐下降至1.0mg/L；在温度为33±2℃，水力停留时间为2.3h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养26～28天；

[0032] 二、对进入EGSB反应器的含氮模拟废水进行微氧曝气，控制溶解氧浓度为1.2±0.3mg/L；在温度为33±2℃，水力停留时间为2.3h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养41～43天；

[0033] 三、对进入EGSB反应器的含氮模拟废水进行微氧曝气，曝气量为150mL/min；在温度为33±2℃，水力停留时间为2.3h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养26～28天；

[0034] 四、对进入EGSB反应器的含氮模拟废水采用曝气1h、停止曝气1h的循环方式进行间歇式微氧曝气，曝气量为200mL/min；在温度为33±2℃，水力停留时间为4h，EGSB反应器内上升流速为7m/h的条件下培养10～12天，即得到AOB-ANAMMOX颗粒污泥；

[0035] 步骤一中保持含氮模拟废水中氨氮浓度为240±5mg/L、保持含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度为273±5mg/L；

[0036] 步骤二中保持含氮模拟废水中氨氮浓度为240±5mg/L、保持含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度为273±5mg/L；

[0037] 步骤三中保持含氮模拟废水中氨氮浓度为240±5mg/L、将含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度由273±5mg/L逐渐降低至0mg/L；

[0038] 步骤四中将含氮模拟废水中氨氮浓度逐渐减少至50mg/L、保持含氮模拟废水中亚硝酸盐氮浓度为0～25mg/L。

[0039] 将含氮模拟废水通入EGSB反应器，在温度为33±2℃，水力停留时间由12h逐渐缩短为2.6h，EGSB反应器内上升流速为3～9m/h的条件下培养89天，可获得ANAMMOX颗粒污泥，其中含氮模拟废水中NH4Cl的浓度为97.5～900mg/L、NaNO2的浓度为127.7～1352mg/L、KHCO3的浓度为1000mg/L、KH2PO4的浓度为50mg/L、MgSO4·7H2O的浓度为200mg/L、CaCl2·2H2O的浓度为151mg/L、维生素的浓度为0.25ml/L、微量元素的浓度为0.31ml/L。

[0040] 培养至第31天时颗粒污泥平均粒径为0.766mm，培养至第91天时颗粒污泥平均粒径为0.817mm，相比于步骤一中添加入EGSB反应器内的ANAMMOX颗粒污泥，颗粒污泥平均粒径分别增长0.21mm和0.261mm。同时第31天和第91天时粒径处于0.5～2.0mm范围内的颗粒污泥占的比例分别为89.6%和91.6%，相比于步骤一中添加入EGSB反应器内的ANAMMOX颗粒污泥分别提高24.6%和26.6%；说明在培养过程中颗粒污泥在ANAMMOX颗粒污泥的基础上不断的增长。当然EGSB反应器内也有新的颗粒污泥形成。

[0041] 分别取培养至第21天、第56天和第91天时的颗粒污泥做FISH分析。培养至第21天时颗粒污泥表面只有很少量的AOB，而NOB的含量略大于AOB，佐证了开始阶段硝酸盐氮积累的原因，但颗粒污泥仍以ANAMMOX菌为优势菌，分布在颗粒污泥的各个角落。随着培养时间培养条件的改变AOB的含量在不断的增加，同时包裹在颗粒污泥的外层，而NOB的含量几乎没有变化，从荧光强度上粗略估计占颗粒污泥微生物量的5%以下，而ANAMMOX菌依然是主要菌种，含量在70%以上。培养至第91天时已培养出较为成熟、稳定的AOB-ANAMMOX颗粒污泥。培养至第56天可以看到颗粒污泥内部开始有一个空腔，出现细胞自溶现象，即颗粒中心部位的微生物不断衰亡，主要是因为随着颗粒污泥的不断增大，基质从颗粒污泥表面向颗粒污泥内部的传递与扩散所受到的阻碍越来越大，导致颗粒污泥内部微生物基质底物不足，这也是颗粒污泥形成过程中的关键过程，同时也会有部分颗粒污泥破碎，污泥的碎片为新的颗粒污泥提供内核。

[0042] 培养至第21天时颗粒污泥表面十分致密（如图4所示），与ANAMMOX颗粒污泥相比表面变得光滑，原因是进水中的溶解氧影响了ANAMMOX菌的活性，为了适应环境，分泌胞外聚合物抵抗外界环境的变化；整个颗粒污泥是由多个小颗粒聚集在一起形成的。对颗粒污泥局部进行放大观察到颗粒污泥表面的微生物大部分为球形，排列十分紧密，大小在1.0μm左右，符合ANAMMOX菌的形态结构，同时表面有少量的丝状物，判断为AOB或者NOB在颗粒污泥表面的附着。培养至第56天时颗粒污泥形状不规则（如图5所示），表面的丝状物明显增多。培养至第91天时颗粒污泥形状较规则，为球形（如图6所示），颗粒污泥表面覆盖了一层丝状菌，说明在培养过程中微氧曝气更加有利于AOB等微生物的生长，同时较高的上升流速使颗粒污泥在反应器内部不断的翻滚，有利于颗粒污泥的增长与形成。

[0043] 培养至第21天时颗粒污泥内部的微生物形态结构相似，几乎为同一种微生物，而颗粒是由大小不同的小颗粒聚集在一起形成的，小颗粒之间存在一定空隙，这些空隙可能是厌氧氨氧化菌产生的氮气聚集在一起从颗粒内部排除的气孔，有利于基质底物在厌氧氨氧化颗粒污泥内部的传递。同时颗粒污泥外层细胞排列疏松，细胞之间的物质为细胞自身分泌的胞外聚合物，是抵抗外界环境的变化做出的响应。对颗粒污泥内部局部放大，可见颗粒污泥的中心部位微生物细胞排列紧密，受外部环境变化的影响很小。培养至第91天时颗粒污泥已经适应了微氧环境，颗粒外层细胞排列较为紧密，含有多种细胞形态，有球型的，也有杆状和椭球状的。对颗粒污泥外层局部位置进行放大，可以看到很多杆状细胞，细胞大小在(0.5～0.6)×(1.0～2.3)μm，同时细胞内膜呈扁平泡囊分布于四周，符合氨氧化细菌的形态特征，说明AOB-ANAMMOX颗粒污泥已培养成功。

[0044] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：含氮模拟废水中NH4Cl的浓度为97.5～900mg/L、NaNO2的浓度为127.7～1352mg/L、KHCO3的浓度为1000mg/L、KH2PO4的浓度为50mg/L、MgSO4·7H2O的浓度为200mg/L、CaCl2·2H2O的浓度为151mg/L、维生素的浓度为0.25ml/L、微量元素的浓度为0.31ml/L。其它步骤及参数与实施方式一相同。

[0045] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤一中EGSB反应器4的有效体积为1.53L，反应区体积为1L，沉淀区体积为0.53L，厌氧氨氧化颗粒污泥的添加量为200～300mL。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。

[0046] 具体实施方式四：将具体实施方式一中培养获得的AOB-ANAMMOX颗粒污泥加入EGSB反应器内，然后处理实际生活污水：

[0047] 生活污水通入EGSB反应器，EGSB反应器内温度控制为30℃，EGSB反应器内部采用曝气1h、停止曝气1h的循环方式进行间歇式微氧曝气，曝气时按EGSB反应器反应区每升体积150～250mL/min的曝气量进行曝气，水力停留时间为6h，然后出水，即实现生活污水的处理。

[0048] 本实施方式中调节EGSB反应器外循环比例，控制上升流速为7m/h。

[0049] 本实施方式处理的生活污水水质如表1所示，生活污水采用哈尔滨工业大学二校区教工生活区生活污水。

[0050] 表1

[0051]项目 含量(mg/L) 平均值(mg/L) 项目 含量(mg/L) 平均值(mg/L)
COD 103.7～405.3 192.7 TN 31.8～54.76 41.5
2- +
PO4 10.31～26.17 20.42 NH4-N 14.90～59.75 40.93
Cl-1 116.3～141.1 130.1 NO2--N 0～0.38 0.083
pH 7.05～7.81 7.42 NO3--N 0～2.68 0.52

[0052] 实际生活污水的进水COD浓度在103.7～405.3mg/L范围内波动，本实施方式出水COD可以稳定在50mg/L以下；实际生活污水的进水总氮的浓度在31.8～54.76mg/L范围内波动，平均值是41.5mg/L，出水总氮平均值为11.2mg/L，达到了城镇生活污水排放一级A标准。

[0053] 本实施方式出水氨氮浓度稳定在5mg/L左右，硝酸盐氮有部分积累，平均出水浓度为3.1mg/L。

[0054] AOB-ANAMMOX颗粒污泥处理实际生活污水过程中无需投加碳源或亚硝酸盐氮，氨氮去除率70%以上。