本發(fā)明涉及廢水脫氮處理，尤其是指一種快速形成反硝化顆粒污泥及強(qiáng)化高硝酸鹽氮廢水脫氮的方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，由于自然水體中硝酸鹽濃度升高引發(fā)的水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題日益嚴(yán)重，污泥廢水處理設(shè)施的排放標(biāo)準(zhǔn)對硝酸鹽氮的去除要求越來越高。除了生活污水外，處理含高濃度硝酸鹽氮的工業(yè)廢水也面臨重大挑戰(zhàn)。制造火藥、肉類加工、生產(chǎn)飼料、冶煉鋼鐵、化肥制造、電子元件、以及核燃料生產(chǎn)等工業(yè)排放的廢水中常含有高濃度的硝態(tài)氮。例如，某化肥廠的廢水含有950?mg/l硝態(tài)氮，某鋼鐵廠的不銹鋼酸洗廢水中含有1400?mg/l硝態(tài)氮。簡單的濃縮方法處理高濃度硝態(tài)氮廢水會產(chǎn)生更高濃度的硝氮廢水，實際未能實現(xiàn)去除。而化學(xué)催化法雖能去除硝酸鹽氮，但難以適應(yīng)復(fù)雜的廢水環(huán)境，成本高且可持續(xù)性差。在綠色低碳的發(fā)展背景下，迫切需要高效的生物脫氮技術(shù)促進(jìn)高硝酸鹽廢水的處理，實現(xiàn)低c/n條件下硝氮的穩(wěn)定高效去除。然而，高硝酸鹽廢水常常突破微生物菌群的極限，導(dǎo)致脫氮系統(tǒng)崩潰、出水不穩(wěn)定、出水總氮較高等問題出現(xiàn)。

2、顆粒污泥是由多種功能菌凝聚形成的生物聚集體，具有高生物量和生物活性，沉降性能優(yōu)良，在提高廢水處理能力和增強(qiáng)抗沖擊負(fù)荷方面表現(xiàn)出色。目前，顆粒污泥在脫氮領(lǐng)域主要應(yīng)用于厭氧氨氧化技術(shù)和好氧顆粒污泥技術(shù)。然而，厭氧氨氧化顆粒污泥的形成條件苛刻，因脫氮反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生的氮氣沖刷，顆粒污泥常在運行后期解體；此外，高硝態(tài)氮廢水在短程反硝化中產(chǎn)生的高濃度亞硝酸鹽（＞100?mg/l）對厭氧氨氧化微生物有毒害作用，使其難以適應(yīng)高濃度硝氮廢水。好氧顆粒污泥較松散，受外界因素（如微生物群落結(jié)構(gòu)、代謝、胞外多聚物、氧傳質(zhì)、ph和溫度）影響易膨脹解體，難以在低c/n高硝態(tài)氮廢水環(huán)境中穩(wěn)定運行。而且好氧顆粒污泥的形成多依賴于絲狀菌或聚糖菌，這類微生物會直接競爭缺氧階段脫氮微生物的碳源，降低反硝化效果，導(dǎo)致出水難以達(dá)標(biāo)。這給高濃度硝酸鹽廢水處理中帶來難題：如何在短時間內(nèi)快速形成顆粒污泥，在保證高的反硝化活性的同時能夠維持顆粒污泥的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高硝氮廢水處理出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種快速形成反硝化顆粒污泥及強(qiáng)化高硝酸鹽氮廢水脫氮的方法。本發(fā)明通過產(chǎn)琥珀酸微生物a.?succinogenes的高粘附性和對脫氮微生物的促進(jìn)作用，快速形成反硝化顆粒污泥，同時增強(qiáng)高硝酸鹽氮廢水的脫氮處理效果。本發(fā)明操作簡便，無須額外調(diào)控ph，無生物安全風(fēng)險和二次污染，能快速形成穩(wěn)定的全程反硝化顆粒污泥，減少脫氮系統(tǒng)對高硝酸鹽氮廢水的適應(yīng)期，縮短污泥馴化培養(yǎng)周期，并降低脫氮過程中亞硝酸鹽等中間產(chǎn)物的積累和排放。

2、本發(fā)明的第一個目的在于提供一種快速形成反硝化顆粒污泥及強(qiáng)化高硝酸鹽氮廢水脫氮的方法，包括以下步驟：

3、s1、將接種污泥及脫氮微生物加入污泥馴化培養(yǎng)及高硝酸鹽氮廢水脫氮處理系統(tǒng)中；

4、s2、在有氧條件下用滅菌后的培養(yǎng)基培養(yǎng)產(chǎn)琥珀酸微生物a.?succinogenes，獲得a.?succinogenes菌懸液；

5、s3、將步驟s2中制備所得a.?succinogenes菌懸液添加到步驟s1所述的污泥馴化培養(yǎng)及高硝氮廢水脫氮處理系統(tǒng)中，并進(jìn)行分階段定殖培養(yǎng)；

6、s4、分階段逐步提高步驟s3中所述污泥馴化培養(yǎng)及高硝酸鹽氮廢水脫氮處理系統(tǒng)的進(jìn)水硝酸鹽氮濃度，反硝化顆粒污泥的粒徑逐步增大，運行到最高設(shè)計脫氮負(fù)荷后，保持步驟s3所述污泥馴化培養(yǎng)及高硝氮廢水脫氮處理系統(tǒng)在最高負(fù)荷長期穩(wěn)定運行；

7、s5、反硝化顆粒污泥的成熟與穩(wěn)定，強(qiáng)化高硝酸鹽氮廢水的出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

8、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s1中，高硝酸鹽氮廢水的硝態(tài)氮的濃度為200?~1400?mg/l，氨氮的濃度為5?~?50?mg/l，總磷的濃度為5?~?30?mg/l，鈣離子的濃度為0.5?~150?mg/l，鎂離子的濃度為0.1~?7.5?mg/l，氟離子的濃度為0?~?7.5?mg/l，鐵離子的濃度為0.01?~?1.5?mg/l，ph為7.0?~?8.0；

9、脫氮處理的補(bǔ)充碳源為葡萄糖；c/n為3.8?~?5.5，優(yōu)選地，c/n為4.5。其中，c/n是指以進(jìn)水氮為基準(zhǔn)，補(bǔ)充碳源所折算的cod當(dāng)量與進(jìn)水氮的比值。

10、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s1中，接種污泥來源于廢水處理廠的二沉池或缺氧池，形態(tài)為絮狀；

11、所述接種污泥由原始污泥悶曝12?~?24?h后接種至污泥馴化培養(yǎng)及高硝氮廢水脫氮處理系統(tǒng)中，接種濃度mlvss為2000?~?4000?mg/l；

12、所述脫氮微生物包括脫氮副球菌和脫氮假單胞菌，接種量為103~?108cfu/ml。

13、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s2中，所述產(chǎn)琥珀酸微生物a.?succinogenes的濃度為108~?1010cfu/ml；所述產(chǎn)琥珀酸微生物a.?succinogenes來源于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心；

14、所述產(chǎn)琥珀酸微生物a.?succinogenes培養(yǎng)基為tsb培養(yǎng)基；

15、還包括使用pbs緩沖液洗滌2~3次后重懸于緩沖液中。

16、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s3中，分階段定殖培養(yǎng)分兩個階段：第一階段中a.succinogenes菌懸液的投加方式為純批式，投加量為2×108~?2×109cfu/ml，投加1~3次；第二階段中a.?succinogenes菌懸液的投加方式為純批式或流加式，投加量從1012cfu/ml逐步遞減至107cfu/ml，投加次數(shù)與定殖培養(yǎng)的培養(yǎng)周期數(shù)一致。

17、所述分階段定殖培養(yǎng)的條件為20?~?35?℃，80?~?180?rpm，ph?7.0?~?8.5；

18、所述分階段定殖培養(yǎng)的培養(yǎng)周期共為7?~?12天；

19、所述污泥馴化培養(yǎng)及高硝氮廢水脫氮處理系統(tǒng)中高硝酸鹽氮廢水的進(jìn)水的硝態(tài)氮濃度為200?~?250?mg/l，高硝酸鹽氮廢水的補(bǔ)充碳源的c/n為4.2?~?4.8。

20、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s4中，分階段逐步提高s3所述的污泥馴化培養(yǎng)及高硝酸鹽氮廢水脫氮處理系統(tǒng)的進(jìn)水硝酸鹽氮濃度的過程分為4個周期逐步運行，所述4個周期的高硝酸鹽氮廢水的硝態(tài)氮濃度依次是200?~?250?mg/l、450?~?500?mg/l、700?~?750mg/l、950?~?1000?mg/l，對應(yīng)的高硝酸鹽氮的容積負(fù)荷為0.87?~?4.33?kg·m-3·d-1，每個周期運行8?~?12天；

21、最高負(fù)荷長期穩(wěn)定運行中高硝酸鹽氮廢水的進(jìn)水的硝態(tài)氮的濃度為950?~?1000mg/l，高硝酸鹽氮廢水的補(bǔ)充碳源c/n為4.2?~?4.8，運行周期根據(jù)強(qiáng)化高硝酸鹽氮廢水的出水指標(biāo)和反硝化顆粒污泥的形態(tài)而定，即出水保持穩(wěn)定，且滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，反硝化顆粒污泥粒徑不再增加。

22、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s5中，當(dāng)高硝酸鹽氮廢水的出水的tn＜35?mg/l，氨氮小于15?mg/l時，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

23、在本發(fā)明的一些實施例中，所述顆粒污泥為黃棕色，所述顆粒污泥表面附著桿菌和球菌，無絲狀菌，細(xì)菌間粘附緊密，顆粒污泥中間有凹陷孔洞，毛孔和蜂窩狀結(jié)構(gòu)分布在整個顆粒污泥上。

24、在本發(fā)明的一些實施例中，所述顆粒污泥的直徑為980?~?2000?μm；

25、單顆污泥的沉降速度為176?~?247?m/h。

26、本發(fā)明的第二個目的在于提供一種強(qiáng)化高硝酸鹽氮廢水脫氮的方法，即通過將a.succinogenes定殖到活性污泥體系中，利用其對脫氮微生物的促進(jìn)作用，使污泥更快適應(yīng)高硝酸鹽氮廢水環(huán)境，增強(qiáng)高硝酸鹽氮廢水的脫氮效果，使出水更快穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放；同時，本發(fā)明的第一個目的所形成的顆粒污泥，因其沉降性能優(yōu)良、微生物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也會進(jìn)一步強(qiáng)化高硝酸鹽氮廢水脫氮效果。

27、本發(fā)明中所使用產(chǎn)琥珀酸放線桿菌（actinobacillus?succinogenes,a.succinogenes）是一種革蘭氏陰性、兼性厭氧的異養(yǎng)型細(xì)菌，能夠代謝多種糖類高效生產(chǎn)琥珀酸，可在多種環(huán)境中生存。

28、本發(fā)明快速形成反硝化顆粒污泥的機(jī)制：在本發(fā)明中，將產(chǎn)琥珀酸微生物a.succinogenes定殖到反硝化污泥后，a.?succinogenes通過自身的高粘附性緊密的粘附在細(xì)菌周圍，并促使自身及污泥中的細(xì)菌分泌大量的蛋白和多糖等胞外聚合物，充當(dāng)細(xì)菌間的“膠水”，促進(jìn)細(xì)菌的凝聚和粘附。同時，分泌的胞外聚合物在顆粒污泥的骨架結(jié)構(gòu)中還能起到支撐作用，使污泥顆粒更加穩(wěn)定和堅固，增強(qiáng)其抗沖擊和耐久性。此外，a.succinogene的定殖增加了污泥的疏水性，且增加了zeta電位、減少了細(xì)菌間的排斥力，有助于細(xì)菌間的團(tuán)聚。另一方面，a.?succinogenes的代謝活動能夠產(chǎn)生多種有機(jī)酸（如琥珀酸、乙酸、丙酮酸等）和其他代謝產(chǎn)物，這些物質(zhì)可以作為其他微生物的碳源和能量源，促進(jìn)微生物群落的協(xié)同代謝。這種代謝協(xié)同作用能夠加速顆粒污泥的形成，使微生物群落更加穩(wěn)定和高效。

29、本發(fā)明增強(qiáng)高硝酸鹽氮廢水處理效果的機(jī)制：在本發(fā)明中，將產(chǎn)琥珀酸微生物a.succinogenes定殖到反硝化污泥后，a.?succinogenes能夠快速高效代謝糖類碳源產(chǎn)生小分子有機(jī)酸（如琥珀酸、乙酸、丙酮酸等），這些有機(jī)酸作為優(yōu)質(zhì)碳源，可以被反硝化細(xì)菌迅速利用，顯著提高反硝化過程的效率，增強(qiáng)脫氮效果。此外，由于形成穩(wěn)定的顆粒污泥結(jié)構(gòu)，a.?succinogenes提供了一個穩(wěn)定的生態(tài)位，使反硝化細(xì)菌能夠在厭氧環(huán)境中有效生長和代謝。顆粒污泥中的厭氧微環(huán)境是反硝化過程進(jìn)行的必要條件，這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)有助于提高反硝化效率，增強(qiáng)高硝酸鹽氮廢水的脫氮處理效果。

30、本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：

31、在本發(fā)明中，通過將產(chǎn)琥珀酸微生物a.?succinogenes定殖到反硝化污泥中，通過a.?succinogenes的高粘附性和對脫氮微生物的促進(jìn)作用，快速形成反硝化顆粒污泥，并同時增強(qiáng)高硝酸鹽氮廢水的脫氮處理效果，減少中間產(chǎn)物亞硝酸鹽的積累，出水氮素滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（gb/t31962-2015）中的c級排放標(biāo)準(zhǔn)，且操作簡便，無生物風(fēng)險。

32、本發(fā)明形成的全程反硝化顆粒污泥，沉降性能優(yōu)良，能夠縮短污泥沉降時間，提高運行負(fù)荷。此外，成熟的反硝化顆粒污泥細(xì)菌間粘附緊密，毛孔和蜂窩狀結(jié)構(gòu)分布在整個顆粒上，脫氮過程中產(chǎn)生的氣體（如n2等）易于釋放，避免了因氣體沖擊導(dǎo)致顆粒解體，能夠穩(wěn)定維持較高脫氮活性。

33、本發(fā)明的方法降低了以葡萄糖作為碳源脫氮時的高c/n需求，減少了有機(jī)碳源的投加成本；此外，本發(fā)明的方法無須調(diào)控ph，減少了酸堿藥劑的投加，縮短了工藝流程和成本，使高硝氮廢水處理過程中的節(jié)能增效成為可能。