[发明专利]甜菜碱在缓解高浓度游离氨对厌氧氨氧化污泥活性的抑制中的应用

说明书

本发明实施例提供了甜菜碱在缓解高浓度游离氨对厌氧氨氧化污泥活性的抑制中的应用，所述高浓度游离氨范围为20～35mg/L。利用甜菜碱作为添加剂，使得厌氧氨氧化工艺在应对高浓度游离氨抑制时能够快速恢复厌氧氨氧化活性，提高氮去除速率(NRR)和总氮(TN)去除率。该方法不仅简化了污水处理流程，节约了基建投资和运行费用，而且有效缩短了厌氧氨氧化污泥驯化的时间，节约了时间成本。同时，该方法在处理废水时应对游离氨浓度的波动具有更好地稳定性。此外，甜菜碱生产成本低廉，原料易得，其使用不仅节约了处理费用，而且也达到了生态环保的目的。

技术领域

本发明涉及厌氧氨氧化技术领域，特别是涉及甜菜碱在缓解高浓度游离氨对厌氧氨氧化污泥活性的抑制中的应用。

背景技术

厌氧氨氧化过程在氮循环中起着重要作用，在各种缺氧生态系统中，如海洋、地下水，甚至在南极洲的厌氧氨氧化现象均已经被广泛地研究。与传统硝化反硝化过程相比，厌氧氨氧化工艺的应用减少了对外源碳源的需求，降低了污泥产量，且运行成本低，该工艺已被越来越多地用于处理垃圾渗滤液等高氨氮废水以及城市污水中。尽管如此，厌氧氨氧化工艺的应用仍受到实际废水的复杂性(例如，组分和负荷的波动)的限制以及游离氨(FA)的抑制。其中，FA浓度的计算公式如下：

其中，[FA](mg/L)为FA浓度，[NH₄⁺-N]为NH₄⁺-N浓度，T为温度。

FA容易穿透细胞膜，进入细胞内的FA可能会改变细胞内pH值并中和跨膜电位，甚至可能导致细胞死亡。研究表明，在短期试验(批量试验)中，当FA浓度为38mg/L时观察到厌氧氨氧化活性降低了50％，而在长期试验中，当FA浓度超过20～25mg/L时系统运行表现出明显的不稳定性；当厌氧氨氧化污泥长期暴露于FA浓度超过35～40mg/L的环境中，其性能变得极不稳定，氮去除效率降至零。

虽然，通过降低进水的NH₄⁺-N浓度和增加水力停留时间，可以在一定程度上有效地恢复厌氧氨氧化污泥的脱氮性能，但当受到FA严重抑制时，厌氧氨氧化细菌对FA的耐受性会明显下降，在经过长期抑制后，FA则会影响厌氧氨氧化系统的微生物种群结构。且该方法在工程规模实践上由于构筑物反应池容的限制而难以实现。而通过逐渐驯化的方法虽然能够在一定程度上节约成本，但是往往耗时太长，效率不高。此外，许多类型的废水，例如工业废水、渗滤液和污泥消化液等中的底物浓度经常波动，更加大了应对FA抑制的难度。因此，在厌氧氨氧化工艺中如何提供一种高效稳定的方法，使其在应对高浓度游离氨抑制厌氧氨氧化污泥活性时快速恢复其活性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

甜菜碱又称三甲铵乙内酯或三甲基甘氨酸，化学式为C₅H₁₁NO₂，广泛存在于耐盐细菌和植物中，是一类有效的兼容性物质，同时也是一种生物碱，在维持细胞渗透压和缓解盐胁迫方面有明显作用，因此，能提高微生物菌群在低温、干旱、高盐度等不利环境下的适应能力。当前，甜菜碱已经可以通过化学方法合成，生产成本低廉，适用于大规模生产。

发明内容

发明人通过对厌氧氨氧化工艺的研究，发现甜菜碱作为添加剂能够缓解高浓度游离氨对厌氧氨氧化污泥活性的抑制；并基于此完成了本发明。

本发明首先提供了甜菜碱在缓解高浓度游离氨对厌氧氨氧化污泥活性的抑制中的应用，其中，所述高浓度游离氨范围为20～35mg/L。

可选的，在厌氧氨氧化主体反应器启动后，将所述高浓度游离氨的废水输送至厌氧氨氧化主体反应器内进行厌氧氨氧化处理，所述厌氧氨氧化处理的条件包括：厌氧氨氧化主体反应器内含有硝化污泥、厌氧氨氧化污泥及甜菜碱。

可选的，厌氧氨氧化主体反应器内硝化污泥与厌氧氨氧化污泥的总污泥浓度为5000～10000mg/L。