公布日：2023.12.12
申請(qǐng)日：2023.09.19
分類號(hào)：C02F3/28(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種厭氧氨氧化系統(tǒng)的廢水處理方法。顆�；钚蕴冀閷�(dǎo)可以強(qiáng)化厭氧氨氧化在低基質(zhì)環(huán)境中的適應(yīng)性和恢復(fù)能力。持續(xù)暴露在極端條件下厭氧氨氧化會(huì)引發(fā)減活、凋亡和代謝異常等狀態(tài)，這些負(fù)面影響在含有顆�；钚蕴嫉姆磻�(yīng)器中是減輕的。反硝化與異化硝酸鹽還原氨也同步出現(xiàn)良性發(fā)展。表明顆�；钚蕴妓坪鯏U(kuò)大了完全氨氧化在工程系統(tǒng)中的生態(tài)位，而不是通常假設(shè)的寡營(yíng)養(yǎng)環(huán)境。厭氧氨氧化菌群在顆粒活性碳表面微環(huán)境上衍生出更錯(cuò)綜的代謝網(wǎng)絡(luò)與更激烈的代謝活動(dòng)，為將顆�；钚蕴家�?yún)捬醢毖趸詰?yīng)對(duì)實(shí)際污水底物匱乏的復(fù)雜生態(tài)的可行性提供了理論依據(jù)。
權(quán)利要求書
1.一種厭氧氨氧化系統(tǒng)的廢水處理方法，其特征在于，包括如下步驟：S11：向全混合厭氧反應(yīng)器中加入顆�；钚蕴己徒臃N的厭氧氨氧化污泥；所述接種的厭氧氨氧化污泥包含厭氧氨氧化菌；所述顆�；钚蕴颊既旌蠀捬醴磻�(yīng)器體積的20-30％；S12：向所述全混合厭氧反應(yīng)器中通入廢水后進(jìn)行持續(xù)低基質(zhì)階段反應(yīng)；所述持續(xù)低基質(zhì)階段反應(yīng)時(shí)，氨氮與亞硝態(tài)氮的濃度均為8-12mgN/L；S13：將所述全混合厭氧反應(yīng)器進(jìn)行解除饑餓脅迫階段反應(yīng)，得到處理廢水；所述解除饑餓脅迫階段反應(yīng)時(shí)，氨氮與亞硝態(tài)氮的濃度均為78-82mgN/L。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S11中，接種的厭氧氨氧化污泥加入前用水沖洗3次，去除雜質(zhì)和懸浮物。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述全混合厭氧反應(yīng)器由聚甲基丙烯酸甲酯制備得到。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，全混合厭氧反應(yīng)器采用遮光塑料膜遮罩避光，溫度為33-37℃。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S12中，廢水的pH為6.5-7.5，所述廢水包含鉀鹽、鈣鹽、鎂鹽、微量元素I和微量元素II；所述微量元素I包含FeSO4和乙二胺四乙酸，所述微量元素II包含鋅鹽、錳鹽、鎳鹽、鈷鹽、銅鹽、硼酸、鉬酸鈉、硒酸鈉和乙二胺四乙酸。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S12中，全混合厭氧反應(yīng)器中混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度為20-20.3g/L。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S12中，通入廢水后進(jìn)行攪拌，攪拌的速度為50-70r/min。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S12中，通入廢水后水力停留時(shí)間保持10-14h。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S12中，持續(xù)低基質(zhì)階段反應(yīng)的時(shí)間為55-65天。
10.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S13中，解除饑餓脅迫階段反應(yīng)的時(shí)間為55-65天。
發(fā)明內(nèi)容
顆�；钚蕴际菂捬醢毖趸锪慷ㄖ车牧己幂d體，但人們對(duì)顆�；钚蕴繉�(duì)暴露于極端饑餓壓力下的厭氧氨氧化的影響仍然知之甚少。
為此，本發(fā)明構(gòu)建了極低氮強(qiáng)度的不利生境，以顆�；钚蕴繛閷�(duì)照，在長(zhǎng)達(dá)60天的饑餓抑制后，梯度恢復(fù)基質(zhì)供應(yīng)。本發(fā)明研究的重點(diǎn)聚焦在顆粒活性炭介導(dǎo)的厭氧氨氧化系統(tǒng)在饑餓脅迫下的自我守衛(wèi)以及解除脅迫后的快速恢復(fù)，以微生物群落的恢復(fù)及動(dòng)態(tài)演替、關(guān)鍵代謝行為的強(qiáng)化為靶向。所揭示的顆�；钚蕴拷閷�(dǎo)的厭氧氨氧化系統(tǒng)抵抗極低基質(zhì)的惡劣環(huán)境的潛在代謝機(jī)制，有望為厭氧氨氧化應(yīng)對(duì)實(shí)際污水的饑餓工況提供原理性依據(jù)以及技術(shù)性方案。
為了解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┤缦录夹g(shù)方案：
本發(fā)明提供一種厭氧氨氧化系統(tǒng)的廢水處理方法，包括如下步驟：
S11：向完全混合式厭氧(CSTR)反應(yīng)器中加入顆�；钚蕴己徒臃N的厭氧氨氧化污泥；所述接種的厭氧氨氧化污泥包含厭氧氨氧化菌；所述顆粒活性碳占完全混合式厭氧反應(yīng)器體積的20-30％；
S12：向所述完全混合式厭氧反應(yīng)器中通入廢水后進(jìn)行持續(xù)低基質(zhì)階段反應(yīng)；所述持續(xù)低基質(zhì)階段反應(yīng)時(shí)，氨氮(NH4+-N)與亞硝態(tài)氮(NO2--N)的濃度均為8-12mgN/L；
S13：將所述完全混合式厭氧反應(yīng)器進(jìn)行解除饑餓脅迫階段反應(yīng)，得到處理廢水；所述解除饑餓脅迫階段反應(yīng)時(shí)，氨氮與亞硝態(tài)氮的濃度均為78-82mgN/L。
優(yōu)選的，所述步驟S11中，接種的厭氧氨氧化污泥加入前用水沖洗3次，去除雜質(zhì)和懸浮物。
優(yōu)選的，所述完全混合式厭氧反應(yīng)器由聚甲基丙烯酸甲酯制備得到。
優(yōu)選的，完全混合式厭氧反應(yīng)器采用遮光塑料膜遮罩避光，溫度為33-37℃。
優(yōu)選的，所述步驟S12中，廢水的pH為6.5-7.5，所述廢水包含鉀鹽、鈣鹽、鎂鹽、微量元素I和微量元素II；所述微量元素I包含FeSO4和乙二胺四乙酸(EDTA)，所述微量元素II包含鋅鹽、錳鹽、鎳鹽、鈷鹽、銅鹽、硼酸(H3BO4)、鉬酸鈉(NaMoO4)、硒酸鈉(NaSeO4)和乙二胺四乙酸(EDTA)。
優(yōu)選的，所述步驟S12中，完全混合式厭氧反應(yīng)器中混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS)為20-20.3g/L。
優(yōu)選的，所述步驟S12中，通入廢水后進(jìn)行攪拌，攪拌的速度為50-70r/min。
優(yōu)選的，所述步驟S12中，通入廢水后水力停留時(shí)間(HRT)保持10-14h。
優(yōu)選的，所述步驟S12中，持續(xù)低基質(zhì)階段反應(yīng)的時(shí)間為55-65天。
優(yōu)選的，所述步驟S13中，解除饑餓脅迫階段反應(yīng)的時(shí)間為55-65天。
本發(fā)明建立了兩個(gè)有/無(wú)顆�；钚蕴康耐耆旌鲜金囸I厭氧反應(yīng)器，以研究顆�；钚蕴繉�(duì)厭氧氨氧化系統(tǒng)性能、微生物動(dòng)態(tài)和代謝特征的長(zhǎng)期影響。結(jié)果表明，顆�；钚蕴繉�(duì)厭氧氨氧化的長(zhǎng)期饑餓壓力(氨氮和亞硝態(tài)氮均為10mg-N/L，持續(xù)60天)具有緩沖能力。與不使用顆�；钚蕴康姆磻�(yīng)器(27天)相比，使用顆粒活性炭的反應(yīng)器的性能恢復(fù)滯后期(6天)更短；同時(shí)，在運(yùn)行120天后，顆粒活性炭介導(dǎo)的厭氧反應(yīng)器的總脫氮效率(84.9％)明顯高于不使用顆�；钚蕴康姆磻�(yīng)器的43.2％。微生物群落分析表明，顆�；钚蕴拷閷�(dǎo)的反應(yīng)器中優(yōu)勢(shì)厭氧菌CandidatusBrocadia的豐度(2.77％)在恢復(fù)期后比非顆粒活性炭反應(yīng)器中的豐度(1.04％)增加得更明顯。完全氨氧化(comammox)硝化螺旋菌(comammoxNitrospira)在非顆�；钚蕴繀捬跎锓磻�(yīng)器中占主導(dǎo)地位，并在饑餓條件下表現(xiàn)出“規(guī)模效應(yīng)”；這是厭氧系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程中的一個(gè)中途現(xiàn)象，饑餓的厭氧菌在與完全氨氧化的底物競(jìng)爭(zhēng)中處于弱勢(shì)。
在顆�；钚蕴拷閷�(dǎo)的厭氧系統(tǒng)中，由于顆�；钚蕴考铀倭嘶謴�(fù)過(guò)程，完全氨氧化的豐度大大降低。代謝功能分析顯示，顆粒活性炭在饑餓過(guò)程中增強(qiáng)了氨基酸代謝和糖核苷酸生物合成相關(guān)基因的表達(dá)，從而產(chǎn)生了更多具有氧化還原特性的胞外高分子物質(zhì)來(lái)包裹和保護(hù)厭氧氨氧化微生物群以抵御饑餓，這可能進(jìn)一步加強(qiáng)了顆�；钚蕴吭趨捬醢毖趸到y(tǒng)中對(duì)胞外電子傳遞的調(diào)控作用。同時(shí)顆�；钚蕴窟�能促進(jìn)微生物交叉進(jìn)食，進(jìn)一步增強(qiáng)細(xì)菌的新陳代謝，這表明顆粒活性炭在為厭氧氨氧化復(fù)合菌群觸發(fā)更多樣化的新陳代謝網(wǎng)絡(luò)方面具有卓越的潛力。這項(xiàng)發(fā)明表現(xiàn)了顆粒活性炭介導(dǎo)的氨氧化系統(tǒng)在不利的饑餓生境中的微生物和代謝機(jī)制，有利于將氨氧化技術(shù)廣泛應(yīng)用于低底質(zhì)廢水的市政處理。
本發(fā)明的技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
顆�；钚蕴拷閷�(dǎo)可以強(qiáng)化厭氧氨氧化在低基質(zhì)環(huán)境中的適應(yīng)性和恢復(fù)能力。持續(xù)暴露在極端條件下(10mgN/L的氨氮和亞硝態(tài)氮)厭氧氨氧化會(huì)引發(fā)減活、凋亡和代謝異常等狀態(tài)，這些負(fù)面影響在含有顆粒活性炭的反應(yīng)器中是減輕的。氮負(fù)荷率梯度上升期間，顆�；钚蕴拷閷�(dǎo)的厭氧氨氧化表現(xiàn)出更加穩(wěn)健的復(fù)原勢(shì)頭，在第120天恢復(fù)脫氮效率至84.9％，CandidatusBrocadia成為占主導(dǎo)份額的厭氧氨氧化菌。顆�；钚蕴拷閷�(dǎo)的厭氧氨氧化菌群中的反硝化與異化硝酸鹽還原氨也同步出現(xiàn)良性發(fā)展。意外的發(fā)現(xiàn)顆粒活性炭能夠選擇性促進(jìn)完全氨氧化Nitrospira代謝同時(shí)抑制典型Nitrospira。表明顆�；钚蕴克坪鯏U(kuò)大了完全氨氧化菌在工程系統(tǒng)中的生態(tài)位，而不是通常假設(shè)的寡營(yíng)養(yǎng)環(huán)境。厭氧氨氧化菌屬在顆粒活性炭表面微環(huán)境上衍生出更錯(cuò)綜的代謝網(wǎng)絡(luò)與更激烈的代謝活動(dòng)，為將顆粒活性炭引入?yún)捬醢毖趸到y(tǒng)以應(yīng)對(duì)實(shí)際污水底物匱乏的復(fù)雜生態(tài)的可行性提供了理論依據(jù)。
（發(fā)明人：張曉秾;周力;吳鵬;宋小康;陰方芳）
