[发明专利]一种评价厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法

说明书

本发明公开了一种评价厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，属于废水生物脱氮领域。基于颗粒污泥传质过程受限导致颗粒内细菌饥饿、裂解从而形成气腔、发生上浮的机理，将反应‑扩散方程与生物生长/衰减过程耦合，建立了定量计算颗粒气腔大小和评估上浮行为的数学模型。通过测定反应器内的基质浓度以及颗粒污泥的粒径，即可通过模型计算反应器厌氧氨氧化颗粒内部的气腔体积，比较颗粒污泥所受的浮力与重力，进而准确判定厌氧氨氧化颗粒污泥是否上浮。本发明提供了一种便捷、快速判定厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，可在厌氧氨氧化工艺中广泛应用。

技术领域

本发明涉及废水生物脱氮技术领域，特别涉及颗粒污泥上浮的评价与控制。

背景技术

随着社会经济飞速发展，人们的生活水平快速提高，越来越多的含氮化合物排入水中，水体氮素污染问题日益严峻，对环境水生态造成了严重影响，破坏了人与自然的和谐。氨氮进入水体后，可使湖泊富营养化，造成蓝藻、绿藻等藻类爆发，耗尽水体中的溶解氧，使水生动植物死亡，水生生态系统遭到严重破坏。同时，氨氮排入水体中，可与水中其他物质反应生成多种有毒物质，严重危害水质安全。传统的生物脱氮过程如硝化、反硝化存在脱氮速率不高，需氧量大以及需添加有机物以提供电子供体等不足，这无形增加了运行成本限制其运用。

厌氧氨氧化(Anammox)可在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨直接氧化为氮气，是一个完全自养脱氮过程，该过程无需添加有机物和曝气，因而可大大降低能耗和运行费用，且剩余污泥产量少，容积效能高，据报道其容积氮去除负荷高达77kg/(m³·d)，可大大降低废水处理成本及减少反应器的占地面积，因而被公认为迄今最具可持续发展特性的废水脱氮技术。目前已在污泥压滤液、垃圾渗滤液、味精废水、制药废水等领域获得了应用，显示了良好的应用潜力。

在厌氧氨氧化反应器的运行过程中特别是在上流式厌氧氨氧化颗粒污泥反应器中，存在颗粒污泥上浮到水面的现象，通过观察发现这些上浮的厌氧氨氧化颗粒污泥粒径较大、表面鲜红色颜色较浅，结构蓬松，颗粒内部含有空洞。颗粒污泥上浮会导致反应器内污泥大量流失，这严重影响到了反应器的脱氮性能和长期的稳定运行。此外，上浮的污泥可能会堵塞出水管道导致反应器运行故障。深入研究还发现，颗粒内部空洞的形成是导致颗粒上浮的主要原因，究其原因主要是颗粒内部空洞的形成造成了颗粒密度变小，当小于水的密度时颗粒便会上浮。随着粒径的增长或对于较大颗粒，由于基质在颗粒内部反应-扩散，会导致颗粒内部浓度偏低，当低于某种程度时，颗粒中心内的菌体得不到有效基质，无法完成生长、代谢过程，随后菌体开裂解、自溶最后释放空间形成空洞。此外由于颗粒内部的一些气道堵塞，基质充足处的菌体产生的一部分气体被陷在空洞内形成气腔；与此同时，另一部分气体沿着未被堵塞的气腔将释放到颗粒外界。因而如能有效地确定出空腔大小并调控，便能有效地控制颗粒上浮。

数学模型是一个十分有用的工具，也是刻画客观规律的一种形式。通过建立模型，能够模拟我们不能直接观察到的现象，量化影响因子与目标变量之间的关系，以帮助我们对反应机理的理解，同时也为反应器的运行、优化和设计提供帮助。然而目前量化空腔大小和颗粒上浮模型都是基于经验拟合公式或不能有效地描述颗粒实际上浮情况，因而其运用被限制。

基于上述过程，通过建立合适的数学模型来评价厌氧氨氧化颗粒污泥的上浮，对颗粒污泥的上浮控制有重要作用。

发明内容

为了克服目前颗粒实际上浮情况不能被经验公式准确的描述，导致无法正确的调控颗粒上浮的技术问题，本发明提供一种能够准确有效的对颗粒上浮情况进行计算的评价厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种评价厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，包括以下步骤：

步骤一：基于传质限制导致颗粒内部菌体自溶形成空腔机理，得到空腔边缘菌体生长速率小于衰减速率的数学表达式，进而计算得到形成空腔的临界基质浓度；