本發(fā)明涉及污水處理，特別是涉及一種基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法。

背景技術：

1、過量氮素排放嚴重危害水體和人類健康。大多數(shù)污水處理廠依靠傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝脫氮。然而因反硝化所需大量外碳源，以及剩余污泥(was)處理的高成本和碳足跡，該工藝存在巨大可持續(xù)性問題。由于有機碳源可在was發(fā)酵中產(chǎn)生，污泥發(fā)酵驅動的生物脫氮(sfbnr)工藝為脫氮提供可持續(xù)選擇。然而，源于發(fā)酵的nh4+經(jīng)常超過排放標準，從而制約該工藝推廣。anammox(厭氧氨氧化)是一種新興的經(jīng)濟高效技術，可將nh4+和反硝化中間體no2-轉化為n2。在實驗室規(guī)模sfbnr工藝中，接種外部厭氧氨氧化菌(anaob)去除發(fā)酵廢水nh4+的可行性已經(jīng)得到了驗證。然而，這些外部anaob的可獲得性有限，適應性差。因此，開發(fā)anaob原位超高速富集策略是sfbnr工藝可持續(xù)應用的關鍵。

技術實現(xiàn)思路

1、基于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，在污泥發(fā)酵耦合生物脫氮(sfbnr)工藝的原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器(sifd-cstr)中，通過如下步驟定向培育一種產(chǎn)氫功能菌種即jabwbg01?sp013360575(該菌種產(chǎn)生的高能h2可顯著擴增anammox菌(anaob)的氮代謝電子池，從而加速固碳及及其驅動的細胞組分合成，從根本上實現(xiàn)anaob的超高速原位富集，以顯著提升sfbnr工藝的脫氮效率)：

4、(1)初始運行階段：保持水力停留時間(hrt)為14～18h，運行至反應器的反硝化效率(dne)達80％～85％，污泥減量率(sre)達35％～45％；懸浮污泥中的jabwbg01sp013360575、anaob的相對豐度分別為2～5％、0％，懸浮污泥中anaob的絕對豐度為0copies/gvss；nh4+去除率為1％～10％；

5、(2)載體投加及hrt提升階段：向反應器中加入生物載體，提升水力停留時間至30～34h，使反硝化效率達85％～90％，污泥減量率達45％～55％；生物膜上jabwbg01sp013360575、anaob的相對豐度分別從0％升至25％～30％、7％～9％，生物膜上anaob的絕對豐度為1.58*109～1.72*109copies/gvss；nh4+去除率為10％～30％；

6、(3)hrt降低階段：降低水力停留時間至12～14h，運行至反硝化效率達90％～95％，污泥減量率達65％～75％；生物膜上jabwbg01?sp013360575、anaob的相對豐度升至60％～70％、20％～24％，生物膜上anaob的絕對豐度為5.29*1012～7.23*1012copies/gvss；nh4+去除率為80％～85％，標志著anaob的超高速原位富集完成，并實現(xiàn)深度脫氮。

7、所述污泥發(fā)酵驅動的生物脫氮工藝包括序批式硝化反應器、原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器、沉淀池和污泥罐。

8、在本發(fā)明中，懸浮污泥指的是整個sifd-cstr反應器中的污泥。sifd-cstr反應器中的污泥為懸浮態(tài)。后續(xù)添加生物載體后，sifd-cstr反應器中的污泥將以懸浮態(tài)和生物膜的形式存在。所以，在初始運行階段以懸浮污泥指代反應器中的污泥。該懸浮污泥包含反應器的接種污泥以及源于污泥罐的外加was。接種污泥以及外加was均來自污水廠二沉池，污泥粒徑為245～288um；序批式硝化反應器及原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器中的污泥mlss、mlvss分別為6.5～15.6g/l、2.9～7.8g/l。

9、在本發(fā)明中，原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器連續(xù)接收序批式硝化反應器出水以及污泥罐中的剩余污泥，實現(xiàn)同步反硝化和污泥發(fā)酵。

10、在本發(fā)明中，所述污泥發(fā)酵驅動的生物脫氮工藝還包括二沉池，二沉池中的污泥回流至原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器；原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器中的溫度維持在33～35℃。

11、在本發(fā)明中，所述生物載體為親水性聚氨酯泡沫載體；所述生物載體具備致密的多孔結構，孔隙度≥98％，比表面積≥6000m2/m3。

12、在本發(fā)明中，所述生物載體在所述原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器中的填充體積百分比為12.5％。生物載體用于anaob的原位富集。

13、在本發(fā)明中，序批式硝化反應器中的進水來自生活污水；所述生活污水中的nh4+濃度為40-80mg/l，no2-濃度為1mg/l，no3-濃度為1mg/l。

14、在本發(fā)明中，所述序批式硝化反應器的每個周期為6～8h，包括5個階段：進水30～50min，曝氣1～3h，沉淀30～50min，排水30～50min，剩余時間為閑置階段；在每個周期開始時，向所述序批式硝化反應器中泵入50vt％交換比例的進水。

15、在本發(fā)明中，在污泥發(fā)酵驅動的生物脫氮工藝中，序批式硝化反應器的nh4+轉化率達95％，可以為sifd-cstr提供充足no3-。

16、本發(fā)明公開了以下技術效果：

17、本發(fā)明聚焦sfbnr工藝中的sifd-cstr，通過短期提升后降低hrt，同步添加生物載體(單模塊移動床生物膜組件)，能夠實現(xiàn)該反應器中產(chǎn)氫功能菌種即jabwbg01sp013360575的高效富集。且該菌種所產(chǎn)高能h2能夠擴增anaob氮代謝電子池，從而加速固碳及其驅動的細胞組分合成，從根本上實現(xiàn)anaob的超高速原位富集，從而促進源于發(fā)酵的出水nh4+削減，為sfbnr工藝實現(xiàn)可持續(xù)脫氮創(chuàng)造了可能。試驗證明這種方法對于基于anammox菌超高速原位富集強化污泥發(fā)酵驅動生物脫氮體系效能是有效的。

18、在污泥發(fā)酵聯(lián)合反硝化產(chǎn)生nh4+、co2、h2、no2-的基礎上，hrt的提升及降低能夠定向培育反應器中一種產(chǎn)氫功能菌種即jabwbg01?sp013360575，利用該菌種所產(chǎn)高能h2擴增anaob氮代謝電子池，能夠促進anaob超高速原位富集。

19、anaob的超高速原位富集避免了外源anaob污泥的接種、用于no2-生產(chǎn)所需的專用反應器的增設，且原位富集的anaob對現(xiàn)有工藝環(huán)境的適應性更強，有助于sifd-cstr的穩(wěn)定運行。

20、anaob的原位富集能夠清除污泥發(fā)酵、反硝化的中間產(chǎn)物nh4+、no2-，從而從底物清除角度促進污泥減量及反硝化過程。此外，因反硝化由污泥發(fā)酵過程驅動，污泥減量的提升將進一步促進反硝化，從而優(yōu)化sifd-cstr的整體脫氮效果。

技術特征：

1.一種基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，其特征在于，在污泥發(fā)酵耦合生物脫氮工藝的原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器中，通過如下步驟定向培育一種產(chǎn)氫功能菌種即jabwbg01?sp013360575：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，其特征在于，序批式硝化反應器及原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器中的接種污泥來自污水廠二沉池，污泥粒徑為245～288um；序批式硝化反應器及原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器中的污泥mlss、mlvss分別為6.5～15.6g/l、2.9～7.8g/l。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，其特征在于，原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器連續(xù)接收序批式硝化反應器出水以及污泥罐中的剩余污泥，實現(xiàn)同步反硝化和污泥發(fā)酵。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，其特征在于，所述污泥發(fā)酵驅動的生物脫氮工藝還包括二沉池，二沉池中的污泥回流至原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器；原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器中的溫度維持在33～35℃。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，其特征在于，所述生物載體為親水性聚氨酯泡沫載體；所述生物載體的孔隙度≥98％，比表面積≥6000m2/m3。

6.根據(jù)權利要求1所述的基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，其特征在于，所述生物載體在所述原位發(fā)酵-反硝化連續(xù)攪拌反應器中的填充體積百分比為10％-20％。

7.根據(jù)權利要求1所述的基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，其特征在于，序批式硝化反應器中的進水來自生活污水；所述生活污水中的nh4+濃度為40-80mg/l，no2-濃度為0.5-1.5mg/l，no3-濃度為0.5-1.5mg/l。

8.根據(jù)權利要求1所述的基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，其特征在于，所述序批式硝化反應器的每個周期為6～8h，包括5個階段：進水30～50min，曝氣1～3h，沉淀30～50min，排水30～50min，其余時間為閑置階段；在每個周期開始時，向所述序批式硝化反應器中泵入50vt％交換比例的進水。

9.根據(jù)權利要求1所述的基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法，其特征在于，在污泥發(fā)酵驅動的生物脫氮工藝中，序批式硝化反應器的nh4+轉化率達95％。

技術總結
本發(fā)明涉及污水處理技術領域，特別是涉及一種基于anammox菌超高速原位富集的污泥發(fā)酵驅動生物脫氮工藝強化方法。本發(fā)明針對污泥發(fā)酵驅動生物脫氮(SFBNR)工藝，通過“短期HRT提升+生物載體投加”的運行策略，在該工藝中的原位發(fā)酵?反硝化連續(xù)攪拌反應器(SIFD?CSTR)中，定向培育一種產(chǎn)氫功能菌種即JABWBG01sp013360575，利用該菌種產(chǎn)生的高能H<subgt;2</subgt;擴增厭氧氨氧化菌(AnAOB)的氮代謝電子池，從而加速固碳及其驅動的細胞組分合成，實現(xiàn)AnAOB超高速原位富集，以促進源于發(fā)酵的出水NH<subgt;4</subgt;<supgt;+</supgt;高效去除，從而優(yōu)化SFBNR工藝的整體脫氮效果。

技術研發(fā)人員：張莉,郝仕偉,楊嘉春,高景峰
受保護的技術使用者：北京工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8