[发明专利]一种基于微生物活性调控单级自养脱氮颗粒污泥反应器性能的方法

说明书

本发明公开一种基于微生物活性调控单级自养脱氮颗粒污泥反应器性能的方法，通过计算单级自养脱氮颗粒污泥反应器内颗粒污泥好氧氨氧化活性与厌氧氨氧化活性的比值并记为K，判断反应器内部亚硝化反应与厌氧氨氧化反应的匹配程度，进而通过K值定向精准调控反应器的溶解氧浓度，使单级自养脱氮颗粒污泥反应器实现较好的脱氮性能。本发明原理符合氮转化规律，体现了准确性和可行性，且操作简单，可有效提升单级自养脱氮颗粒污泥反应器的脱氮性能。

技术领域

本发明属于污水处理技术与环境保护技术领域，特别涉及一种基于微生物活性调控单级自养脱氮颗粒污泥反应器性能的方法。

背景技术

随着经济的发展，日益加剧的人类活动破坏了自然界原有的物质循环，使得大量氮、磷污染物通过生活污水、工业废水以及农业废水等形式进入自然水体，严重危害了人类赖以生存的水环境。其中，氮素污染已成为当前急待解决的重大环保课题。

单级自养脱氮工艺是指在同一反应器内实现亚硝化反应与厌氧氨氧化反应耦合，进而实现氨氮至氮气的转化。与传统的硝化-反硝化工艺相比，单级自养脱氮工艺中的部分氨氮首先被好氧氨氧化菌氧化为亚硝氮，生成的亚硝氮与剩余的氨氮再被厌氧氨氧化菌转化为氮气。因此，单级自养脱氮工艺不需要外加有机碳源，且可减少约60％的耗氧量，符合废水处理节能降耗的要求。研究单级自养脱氮工艺有利于实现污水厂向资源、能源型工厂的转变。

单级自养脱氮工艺中，好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌是主要的功能菌。好氧氨氧化菌属于好氧菌，而厌氧氨氧化菌属于厌氧菌(当溶解氧浓度大于0.064mg/L时，其活性受抑制)。已有研究表明，受外部传质阻力等因素的影响，颗粒污泥内部形成的溶解氧浓度梯度，可同时为好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌提供适宜的生存环境，而颗粒污泥内部的溶解氧浓度与反应器溶解氧浓度相关。因此，如何精准调控反应器的溶解氧浓度以创造适于颗粒污泥内部好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌共存且具有较好自养脱氮性能的微区环境，是实现单级自养脱氮工艺高效稳定运行的关键。研究精准调控单级自养脱氮工艺适宜溶解氧浓度的方法，对提高单级自养脱氮工艺的脱氮性能有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于微生物活性调控单级自养脱氮颗粒污泥反应器性能的方法，解决现有技术还未实现精准调控单级自养脱氮颗粒污泥反应器适宜溶解氧浓度的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：通过计算单级自养脱氮颗粒污泥反应器内颗粒污泥好氧氨氧化活性与厌氧氨氧化活性的比值并记为K，判断所述反应器内部亚硝化反应与厌氧氨氧化反应的匹配程度；当K值为1.0～1.5，表明反应器内部发生的亚硝化反应与厌氧氨氧化反应匹配度较好，所述反应器具有良好的自养脱氮能力；当K值为0～1.0 时，提高所述反应器的溶解氧浓度，调整K值至1.0～1.5；当K值大于1.5时，降低所述反应器的溶解氧浓度，调整K值至1.0～1.5。

亚硝化反应：

厌氧氨氧化反应：

单级自养脱氮颗粒污泥的好氧氨氧化活性为颗粒污泥内部好氧氨氧化菌通过部分亚硝化反应转化氨氮的速率，厌氧氨氧化活性为颗粒污泥内部厌氧氨氧化菌通过厌氧氨氧化反应转化氨氮的速率。由亚硝化反应与厌氧氨氧化反应的化学反应计量学方程可知，当同一时间内颗粒污泥好氧氨氧化活性与厌氧氨氧化活性的比值K为1.32时，可实现完全自养脱氮。进一步发现，当颗粒污泥好氧氨氧化活性与厌氧氨氧化活性的比值K介于1.0～1.5时，颗粒污泥内部发生的亚硝化反应与厌氧氨氧化反应匹配较好，具有较好的自养脱氮能力。颗粒污泥作为单级自养脱氮颗粒污泥反应器的主要脱氮贡献者，其脱氮性能的好坏决定了反应器整体的脱氮性能。单级自养脱氮工艺中，颗粒污泥的好氧氨氧化活性和厌氧氨氧化活性受污泥内部溶解氧浓度的影响，而反应器的溶解氧浓度决定了颗粒污泥内部的溶解氧浓度，进而影响反应器内部亚硝化反应与厌氧氨氧化反应的匹配程度。为提升单级自养脱氮颗粒污泥反应器的脱氮效能，需精准调控反应器的溶解氧浓度，创造出适于颗粒污泥内部好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌共存且实现较好自养脱氮的微区环境。