[发明专利]一种利用铁碳材料快速启动自养型氨氧化的方法

说明书

本发明公开了一种利用铁碳材料快速启动自养型氨氧化的方法，包括如下步骤：S1.在生物反应器内放置微生物挂膜填料铁碳材料后接种污泥；所述铁碳材料中铁元素形态为三价铁；S2.生物反应器的进水中添加大量元素营养液和微量元素营养液，控制进水中氨氮和亚硝酸盐浓度为30～120mg/L；S3.生物反应器运行至少30天后，在进水中添加有机碳源，使反应器中的兼养型微生物和自养型微生物生长；S4.进水的氨氮和亚硝酸盐去除率超过70％时，增加进水中氨氮和亚硝酸盐的浓度，启动自养型氨氧化。本发明实现了快速启动自养型氨氧化，节省了传统污水反硝化脱氮所需的费用。

技术领域

本发明涉及污水生物脱氮处理技术领域，更具体地，涉及一种利用铁碳材料快速启动自养型氨氧化的方法。

背景技术

氮素超标是水体富营养化的最重要成因之一，减少氮素向受纳水体的排放和提高总氮转化效率仍是氮素污染控制的研究热点。我国现阶段各城镇的污水处理厂以及企事业单位的污水处理站仍然使用传统的硝化/反硝化生物脱氮工艺，硝化作用依靠氨氧化菌(AOB)将氨氮氧化为亚硝酸盐，亚硝酸盐氧化菌(NOB)将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，这两个过程需要使用鼓风曝气机进行长时间曝气，能耗巨大；反硝化菌在缺氧/厌氧且添加外源有机物的情况下，将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气，实现污水的脱氮和达标排放。传统的硝化/反硝化工艺能耗巨大；反硝化过程添加的有机物增加了运行成本，而且这种脱氮工艺容积脱氮效率较低(0.5kg N/(m³/d))，使得污水处理设施的占地面积大；因此，在水体氮素污染控制领域中需要研发一种高效、经济的生物脱氮技术。

厌氧氨氧化菌属于自养型微生物，在不外加碳源的条件下能实现高负荷脱氮，相比较传统的硝化/反硝化工艺，利用厌氧氨氧化菌进行水中氮素的去除，还具有污泥产生量少、能耗低等优点。厌氧氨氧化菌以水体中的氨氮作为电子供体，亚硝酸盐作为电子受体，将两者转化为氮气，但是，由于自养型微生物倍增时间较长，例如接种污水处理厂厌氧污泥成功启动厌氧氨氧化反应器通常需要一年以上，所以自养型氨氧化反应器存在难以启动/启动过程缓慢等问题，严重制约自养型氨氧化技术在实践中的应用。

为了解决上述问题，中国发明专利CN111422993A公开了(2020年7月17日)一种利用异养反硝化活性污泥快速启动自养型氨氧化的方法，该方法包括如下步骤：S1.在生物反应器内接种反硝化活性污泥，培养异养反硝化菌；S2.调节所述生物反应器的进水中成分和/或含量从而驯化、富集厌氧氨氧化菌或厌氧铁氨氧化菌，启动自养型氨氧化。该发明所述技术方案虽然能够实现快速启动自养型氨氧化，但存在微生物容易随水流流失的问题。

发明内容

本发明的首要目的是克服自养型氨氧化反应器难以启动/启动慢以及启动过程微生物易随水流流失的问题，提供一种利用铁碳材料快速启动自养型氨氧化的方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种利用铁碳材料快速启动自养型氨氧化的方法，包括如下步骤：

S1.在生物反应器内放置微生物挂膜填料铁碳材料后接种污泥；所述铁碳材料中铁元素形态为三价铁；

S2.生物反应器的进水中添加大量元素营养液和微量元素营养液，控制进水中氨氮和亚硝酸盐浓度为30～120mg/L；

S3.生物反应器运行至少30天后，在进水中添加有机碳源，使反应器中的兼养型微生物和自养型微生物生长；

S4.进水的氨氮和亚硝酸盐去除率超过70％时，增加进水中氨氮和亚硝酸盐的浓度，启动自养型氨氧化。

在本发明中，铁碳材料作为挂膜填料可提供三价铁作为电子受体，同时可减少微生物随水流流失。反应器中长时间不添加有机物，异养型细菌被筛除，兼养型微生物和自养型微生物的丰度占比提升。在添加少量有机物后，兼养型微生物和自养型微生物能较快地协同生长，随着进水负荷的提升，自养型氨氧化工艺能够快速启动。