基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法，包括以下步骤：厌氧氨氧化反应器中添加厌氧氨氧化颗粒污泥，并投加生物炭，以厌氧氨氧化反应器作为水处理的反应场所，进行水处理。与现有技术相比，本发明专利技术的方法可显著强化厌氧氨氧化菌的DNRA代谢与厌氧氨氧化反应的耦合，并大幅提高厌氧氨氧化体系的总氮去除效率和除碳效率。率和除碳效率。率和除碳效率。

【技术实现步骤摘要】
基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法


[0001]本专利技术属于污水处理厌氧氨氧化生物脱氮
，尤其是涉及一种基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法。

技术介绍

[0002]厌氧氨氧化(Anammox)工艺作为一种新型的自养生物脱氮技术，可利用化能自养的厌氧氨氧化菌，在缺氧的条件下，将氨氮和亚硝氮转化为氮气，同时生成一部分硝氮，其反应方程式为：
[0003]NH
4+
+1.32NO2–
+0.066HCO3–
+0.13H
+
→
[0004]1.02N2+0.26NO3–
+2.03H2O+0.066CH2O
0.5
N
0.15
[0005]由于其自养特性，厌氧氨氧化工艺与传统硝化反硝化脱氮工艺相比具有许多独特优势，如降低曝气能耗、节省碳源及降低剩余污泥产量等。研究表明，厌氧氨氧化技术对中高氨氮废水的处理具有良好的应用效果，已成为国内外污水生物脱氮
的研究热点，广泛应用于污泥消化滤液、垃圾渗滤液、食品制造废水及焦炉废水等高氨氮废水的处理过程。
[0006]尽管厌氧氨氧化技术在高氨氮废水处理领域已开始应用，但仍面临诸多挑战。例如，根据厌氧氨氧化反应方程式可知，厌氧氨氧化反应最终会产生约11％的硝氮，因此在处理高氨氮废水时易造成出水总氮不达标，这削弱了厌氧氨氧化工艺在处理实际污水过程中的脱氮效果。厌氧氨氧化菌中的一些种属可利用乙酸和丙酸等小分子有机酸和有机酸盐，作为电子供体将硝氮经过亚硝氮还原为氨氮，即异化硝酸盐还原为氨(DNRA)途径。
[0007]因此，如果能够诱导厌氧氨氧化菌同时进行DNRA和厌氧氨氧化代谢，不仅可去除厌氧氨氧化反应产生的硝氮以提高总氮去除率，同时还可利用污水中的有机物，在脱氮的同时去除COD，达到同步脱氮除碳的效果。然而，厌氧氨氧化菌的DNRA代谢活性较低，需添加催化剂提高其DNRA代谢的活性。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中厌氧氨氧化菌的DNRA代谢活性较低进而导致厌氧氨氧化体系总氮去除率受限的技术问题，本专利技术提供一种基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法。本专利技术提供的方法可克服厌氧氨氧化体系总氮去除率受限的缺陷。
[0009]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010]本专利技术提供一种基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法，包括以下步骤：
[0011]厌氧氨氧化反应器中添加厌氧氨氧化颗粒污泥，并投加生物炭，
[0012]以厌氧氨氧化反应器作为水处理的反应场所，进行水处理。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述厌氧氨氧化颗粒污泥中含有厌氧氨氧化菌。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述厌氧氨氧化菌包括Ca.Jettenia caeni和Ca.Brocadia_sinica。
[0015]Ca.Jettenia caeni和Ca.Brocadia_sinica均为本领域已知的菌种，既可发生厌氧氨氧化代谢也可发生DNRA代谢。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，所述生物炭的加入量为：所述生物炭在厌氧氨氧化反应器中的浓度为8～20g/L，优选为10g/L。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，所述生物炭的加入方式为一次性投加生物炭。
[0018]在本专利技术的一个实施方式中，所述生物炭的粒径为20～40μm。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，所述生物炭选择用竹子制备的竹炭基生物炭。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，所述竹炭基生物炭的制备方法如下：将竹子磨成粉末后，烘干，然后碳化，得到生物炭，生物炭用去离子水洗涤，调节pH为7.50
±
0.03，干燥，即得到所述竹炭基生物炭。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，碳化的条件为：温度以5℃/min梯度升温，直至温度达到400℃，并维持在此温度2～3h，期间连续通入氮气以保持缺氧环境。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，控制进水COD/N比为0.2～0.4，优选为0.3。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，控制进水中挥发性污泥浓度(MLVSS)控制在3200～3300mg/L。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，控制进水中总氮浓度控制在700～800mg N/L，优选为770mg N/L，控制进水中COD浓度为200～250mg/L，优选为231mg/L。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，以厌氧氨氧化反应器作为水处理的反应场所，进行水处理的过程中，保持温度为30～40℃，优选为35
±
1℃，水力停留时间为12～14h，优选为13h。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0027]1、本专利技术充分利用生物炭可作为电子穿梭体强化微生物胞外电子传递并促进其代谢活性的特点，在促进厌氧氨氧化菌DNRA和厌氧氨氧化代谢的同时，降解进水中的有机物，实现污水中的同步脱氮除碳。
[0028]2、本专利技术在同一反应器中实现了厌氧氨氧化菌的DNRA和厌氧氨氧化代谢的耦合，可大幅提高厌氧氨氧化体系的总氮去除效率和厌氧氨氧化菌丰度。
[0029]3、本专利技术中采用的生物炭制备方便，价格低廉，可循环使用，具有较好的成本效益比。
[0030]4、本专利技术的方法操作简单，材料无毒无害，适宜于提高厌氧氨氧化体系的总氮去除率。
附图说明
[0031]图1包括图1
‑
1至图1
‑
4；
[0032]图1
‑
1为两个厌氧氨氧化反应器的脱氮除碳性能
‑
R
CK
出水氮素浓度结果；
[0033]图1
‑
2为两个厌氧氨氧化反应器的脱氮除碳性能
‑
R
BC
出水氮素浓度结果；
[0034]图1
‑
3为两个厌氧氨氧化反应器的脱氮除碳性能
‑
脱氮性能结果；
[0035]图1
‑
4为两个厌氧氨氧化反应器的脱氮除碳性能
‑
除碳性能结果；
[0036]图2为厌氧氨氧化颗粒污泥在各阶段的脱氮菌属组成；
[0037]图3为厌氧氨氧化颗粒污泥在阶段III的脱氮功能基因相对丰度；
[0038]图4为阶段III中nrf基因在各物种中的相对丰度。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0040]实施例1
[0041]生物炭的制备
[0042]取青竹，将竹子磨成粉末后，首先在电热恒温干燥箱中105℃下烘干24h。随后在多工位真空管式炉中进行碳化，具体操作过程为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：厌氧氨氧化反应器中添加厌氧氨氧化颗粒污泥，并投加生物炭，以厌氧氨氧化反应器作为水处理的反应场所，进行水处理。2.根据权利要求1所述的一种基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法，其特征在于，所述厌氧氨氧化颗粒污泥中含有厌氧氨氧化菌。3.根据权利要求2所述的一种基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法，其特征在于，所述厌氧氨氧化菌包括Ca.Jettenia caeni和Ca.Brocadia_sinica。4.根据权利要求1所述的一种基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法，其特征在于，所述生物炭的加入量为：所述生物炭在厌氧氨氧化反应器中的浓度为8～20g/L，优选为10g/L。5.根据权利要求1所述的一种基于投加生物炭强化的异化硝酸盐还原为氨耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法，其特征在于，所述生物炭的加入方式为一次性投加生物炭。6.根据权利要求1所述的一种基于投加生物炭强化的异化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚宜，王伟刚，刘清华，王天蓓，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：