公布日：2024.12.27
申請日：2024.11.11
分類號：C02F3/28(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發明公開了一種快速啟動單質硫驅動的自養反硝化顆粒污泥系統的方法，包括步驟：在反應器內接種以厭氧顆粒污泥；將反應器置于避光條件下并控制溫度為30℃，泵入含NO3‑‑N、硫代硫酸鈉、無機鹽、微量元素的進水；分階段控制進水中NO3‑N的濃度和S2O32‑的濃度，厭氧、避光運行后得到以單質硫作為電子供體的自養反硝化顆粒污泥。本發明的運行方法可快速原位富集硫自養反硝化菌并啟動硫自養反硝化顆粒污泥系統，相比于常規手段，本發明可將啟動時間縮短至60天左右，且顆粒結構致密，脫氮性能良好。硫自養反硝化作為新型污水生物脫氮工藝。
權利要求書
1.一種快速啟動單質硫驅動的自養反硝化顆粒污泥系統的方法，其特征在于，步驟如下：1)在反應器內接種厭氧顆粒污泥，優勢菌屬為Chloroflexi，相對豐度為38.4％；控制反應器避光、溫度為30℃；泵入含NO3--N、S2O32-、無機鹽和微量元素的進水；2)啟動過程分為四個階段：第一階段控制進水NO3--N濃度為30mgL-1，S2O32-濃度為150mgL-1，厭氧、避光運行12-14天；第二階段控制進水NO3--N濃度為100mgL-1，S2O32-濃度為500mgL-1，厭氧、避光運行19-20天；第三階段控制進水NO3--N濃度為100mgL-1，S2O32-濃度為250mgL-1，S0濃度為300mgL-1，厭氧、避光運行16-18天；第四階段控制進水NO3--N濃度為100mgL-1，S0濃度為300mgL-1，厭氧、避光運行15天，后得到以單質硫作為電子供體的自養反硝化顆粒污泥。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的反應器為升流式厭氧污泥床反應器。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的反應器接種厭氧顆粒污泥的濃度為30～35gVSSL-1。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的進水的組成包括：0～500mgL-1S2O32-、30～100mgL-1NO3--N、0.88mgL-1NH4Cl、0.84mgL-1MgCl2、0.68mgL-1KH2PO4、1.25mLL-1微量元素I溶液和1.25mLL-1微量元素II溶液。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的微量元素Ⅰ儲備液包括EDTA和FeSO4，微量元素Ⅱ儲備液包括EDTA、ZnSO4、CoCl2、MnCl2、CuSO4、NaMoO4、NiCl2和H3BO4。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的進水中的溶解氧小于0.4mgL-1。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的反應器運行的水力停留時間為6.5-7.0h。
發明內容
針對本領域存在的不足之處，本發明提供了一種快速啟動以單質硫作為電子供體的自養反硝化顆粒污泥方法，使得該工藝在55天時成功啟動，并表現出的優異的脫氮能力。
本發明的技術方案：
一種快速啟動單質硫驅動的自養反硝化顆粒污泥系統的方法，步驟如下：
1)在反應器內接種厭氧顆粒污泥，優勢菌屬為Chloroflexi，相對豐度為38.4％；控制反應器避光、溫度為30℃；泵入含NO3--N、S2O32-、無機鹽和微量元素的進水；
2)啟動過程可分為四個階段：第一階段控制進水NO3--N濃度為30mgL-1，S2O32-濃度為150mgL-1，厭氧、避光運行12-14天；
第二階段控制進水NO3--N濃度為100mgL-1，S2O32-濃度為500mgL-1，厭氧、避光運行19-20天；
第三階段控制進水NO3--N濃度為100mgL-1，S2O32-濃度為250mgL-1，S0濃度為300mgL-1，厭氧、避光運行16-18天；
第四階段控制進水NO3--N濃度為100mgL-1，S0濃度為300mgL-1，厭氧、避光運行15天，后得到以單質硫作為電子供體的自養反硝化顆粒污泥。
第一階段控制進水NO3--N濃度為30mgL-1時，在低NO3--N負荷下，以高效的S2O32-作為電子供體，在厭氧顆粒污泥中快速富集硫氧化菌。第二階段提高進水NO3--N濃度為100mgL-1，進一步提高氮負荷，加速硫氧化菌的富集和顆粒污泥的成熟。第三階段中進水S2O32-的濃度減半，投加足量的單質硫作為電子供體，使微生物適用以單質硫作為電子供體。進水S2O32-被完全替換為單質硫，最終完成電子供體的切換。
本發明的工作原理：在發明中，硫代硫酸鹽由于其高效的生物利用性，快速富集了硫自養反硝化菌。后續通過提高負荷并逐步降低硫代硫酸鹽濃度提高單質硫濃度的方法，實現電子供體的轉變。在上述過程中，污泥的α-螺旋/(β-折疊+無規卷曲)為29.5％-40.1％，表明顆粒污泥結構致密。電化學分析結果表明當電子供體從硫代硫酸鹽轉換為硫單質時，胞外電子傳遞途徑由間接途徑轉變為直接途徑。該發明有效的實現了電子轉移途徑的轉變。
本發明在60天左右即可得到同時具有高脫氮效率的硫自養反硝化顆粒污泥，大大節約了啟動及造粒時間。
所述的反應器可為升流式厭氧污泥床反應器。
所述的反應器接種厭氧顆粒污泥濃度優選為30～35gVSSL-1，有利于整個系統的穩定性。VSS為揮發性懸浮物；水力停留時間為6～7h，在該水力停留時間下，微生物基質可以與顆粒污泥充分接觸，以縮短馴化周期；所述的進水中的溶解氧優選小于0.4mgL-1，厭氧狀態抑制反應器中硝化細菌的生長。
所述無機鹽組成包括：0.88mgL-1NH4Cl、0.84mgL-1MgCl2、0.68mgL-1KH2PO4和1.25mLL-1微量元素I溶液、1.25mLL-1微量元素II溶液。
所述的微量元素Ⅰ儲備液包括EDTA和FeSO4，微量元素Ⅱ儲備液包括EDTA、ZnSO4、CoCl2、MnCl2、CuSO4、NaMoO4、NiCl2和H3BO4。
本發明的有益效果：本發明的運行方法可快速原位富集硫自養反硝化菌并啟動硫自養反硝化顆粒污泥系統，相比于常規手段，本發明可將啟動時間縮短至60天左右，且顆粒結構致密，脫氮性能良好。硫自養反硝化作為新型污水生物脫氮工藝。
（發明人：張捍民;馬文杰;李林;張寧寧;房春雷;衛正達;陳長松;申明海;鄒德勻）
