CN110540292A - 一种向生物移动床工艺中投加AHLs信号分子的强化同步硝化反硝化工艺 - Google Patents

一种向生物移动床工艺中投加AHLs信号分子的强化同步硝化反硝化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种向生物移动床工艺中投加AHLs信号分子的强化同步硝化反硝化工艺，属于污水处理技术领域。本发明是针对生物移动床工艺，包括移动床生物膜工艺以及生物膜与活性污泥复合工艺中的生物挂膜过程及运行过程进行改进，添加AHLs类信号分子，以促进对细菌生物膜形成至关重要的群体感应QS。向生物移动床工艺中投加一定浓度一定比例的AHLs信号分子混合物，提高生物活性，增加生物量，加速生物膜在载体上的生长挂膜，优化***中的功能细菌菌群结构，提高***的生物多样性，进而强化***的同步硝化反硝化脱氮效果，使出水氨氮和总氮能够满足达标排放的要求。

Description

一种向生物移动床工艺中投加AHLs信号分子的强化同步硝化 反硝化工艺
技术领域
本发明涉及移动床生物膜工艺和生物膜与活性污泥复合工艺，并基于此添加AHLs类群体感应信号分子，能够强化废水处理中的同步硝化反硝化，属于污水处理技术领域。
背景技术
随着我国经济的发展，工业化、城市化进程加快，对生态环境的破坏日益加剧，水环境氮污染和水体富营养化问题愈加严重，水污染已成为危及地球生态、限制人类经济社会发展的严重问题。根据我国颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，对氨氮和总氮的排放限值分为三级，其中一级又分为A标准和B标准，现今国家要求所有污水处理厂排放要向一级A标准靠拢，即氨氮排放应低于5mg/L(冬季应低于8mg/L)，总氮排放应低于15mg/L，而一些地方标准(如浙江省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准(DB33/2169-2018)、河北省大清河流域水污染物排放标准(DB13/2795-2018)等)对氮的排放限值更为严格。因此，如何保证高效率、低耗能地去除污水中的氮成为水处理领域中亟待解决的焦点。目前高效生物脱氮技术已成为研究热点。
高效生物脱氮技术，按微生物在处理构筑物内的生长方式主要可分为活性污泥法(悬浮生长)和生物膜法(固着生长)两大类。与活性污泥法相比，生物膜法产生的剩余污泥量较少，运行较稳定，管理较简单，具有较强的去除氨氮的能力，并且生物膜工艺的抗冲击负荷能力更强；但生物膜工艺也具有一定的劣势，如基建投资较高，传质效率较低，氧的利用效率较低，老化的生物膜脱落形成的细小颗粒沉降性较差，易拥堵结团，导致出水悬浮固体浓度较高。因此，关于二者的复合工艺，即移动床生物膜工艺(Moving-bed biofilmreactor,MBBR)以及活性污泥复合工艺(Integrated floating fixed-film activatedsludge,IFFAS)工艺受到了越来越多的关注，具有非常广泛的应用前景。
生物载体是生物移动床工艺的核心部分，***中载体上的生物膜能有效提高***的运行效果，因此载体挂膜是工艺的关键。目前这个工艺有挂膜启动期长的缺点，而生物膜形成受多种因素影响，包括流体动力、营养物质、微生物种类及固体表面性质等。近年来越来越多的研究表明，群体感应QS(quorum sensing)对细菌生物膜形成是至关重要的，并且厌氧氨氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌等水处理中重要的功能菌都被发现与群体感应密切相关。随着对群体感应***更加深入的研究，通过人为干预QS的方式调控细菌生理行为的机理被逐步揭示。该部分研究成果对水处理技术的发展提供了全新的思路，有利于水处理领域技术的进步。基于此，本发明的目的是将一定混合配方的AHLs类群体感应信号分子添加到MBBR以及IFFAS工艺中，以期缩短***的挂膜启动期，强化废水处理中的同步硝化反硝化，实现更好的脱氮效果。
发明内容
本发明的目的在于，针对MBBR/IFFAS工艺存在的问题，旨在发展一种通过人为干预QS——将一定混合配方的AHLs类群体感应信号分子投加到生物移动床***中的强化同步硝化反硝化工艺。
本发明的技术方案：
一种向生物移动床工艺中投加AHLs信号分子的强化同步硝化反硝化工艺，包括以下步骤：
(1)向MBBR反应器或IFFAS反应器中投加悬浮生物载体，作为填料；悬浮生物载体的投加量不超过反应器有效容积的50％；
(2)接种污泥于MBBR反应器或IFFAS反应器内，进行挂膜启动；接种污泥为污水处理厂活性污泥，接种后污泥浓度不小于2500mg/L；
(3)挂膜启动结束后，MBBR反应器或IFFAS反应器采用连续流或间歇流进水方式运行；
(4)挂膜启动期间和启动结束后运行期间，向进水添加单种或两种以上AHLs类群体感应信号分子，混合物中AHLs类群体感应信号分子总含量不超过100nmol/L，，以提高生物活性，增加生物量，加速生物膜在载体(填料)上的生长挂膜，并增强硝化功能菌群的能力；
(5)MBBR/IFFAS反应器内设有曝气装置，以使反应器中“污水-悬浮生物载体-活性污泥-氧气”充分混合接触，并通过调节曝气量来控制所需的溶解氧DO浓度不超过1.5mg/L；
(6)若采用MBBR工艺，则不设置污泥回流装置；若采用IFFAS工艺，则设置污泥回流装置，将污泥回流至生化反应池，污泥回流比不低于90％。
所述的AHLs类群体感应信号分子包括C4-HSL、C8-HSL、3OHC12-HSL和C14-HSL。
所述的悬浮生物载体为高密度聚乙烯通过螺杆挤出工艺制备而成，根据需求添加PQAS-10、天然斜发沸石和滑石粉改性功能料，用于使载体具有吸附氨氮、富集硝化菌的能力，并提高载体的亲水性和亲电性、改善挂膜性能以及增强高分子基料的拉伸韧性、方便成型。
本发明的有益效果：
(1)外源性AHLs类信号分子是生物膜形成的重要因子，有利于提高生物活性，增加生物量，加速生物膜在载体(填料)上的生长挂膜，促进QS相关细菌的生长，优化***中的功能细菌菌群结构，提高***的生物多样性。
(2)外源性AHLs类信号分子有利于增强硝化功能菌群的能力，包括增强***氨氮的去除能力，以及硝化反硝化能力。
附图说明
图1是本发明的反应装置示意图。
图中：1进水；2取样口；3出水；4污泥回流；5AHLs信号分子投加泵；6水泵；7气泵；8污泥回流泵；9改性高分子悬浮生物载体；10曝气盘；11进水池；12反应器；13沉淀池。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例
图1为本实施例的反应装置示意图。
1)向IFFAS反应器内投加改性高分子悬浮生物载体(填料)，生物载体(填料)投加量为反应器有效容积的30％；
2)采用市政污水处理厂二沉池的回流污泥来启动IFFAS反应器，采用闭路循环法进行挂膜，期间向进水添加25nmol/L的AHLs类群体感应信号分子混合物，混合物为C4-HSL(N-Butyryl-DL-homoserine lactone)，C8-HSL(N-Octanoyl-DL-homoserine lactone)，3OHC12-HSL(N-(3-Hydroxydodecanoyl)-DL-homoserine lactone)，C14-HSL(N-Tetradecanoyl-DL-homoserine lactone)等质量混合，接种后反应器内污泥浓度为2500mg/L；
3)反应器采用连续流式进水方式，控制进水流量以调节水力停留时间为6小时；反应器底部放置曝气盘，连接外部的曝气装置，以保证生物载体(填料)的充分流化和均匀分布，并通过转子流量计调节曝气量进而控制所需的溶解氧(DO)浓度(1.0mg/L左右)；
4)回流污泥自沉淀池回流至反应器底部，污泥回流比在90％以上，反应器内污泥浓度为3000mg/L。当进水水质COD浓度为250mg/L，NH4 +-N浓度为40mg/L时，投加AHLs类信号分子的反应器出水NH4 +-N浓度为2.03mg/L，NH4 +-N去除率可达95％，较活性污泥反应器、仅投加普通载体的反应器和仅添加改性载体的反应器分别提高了12.3％、11.3％和10.6％。出水总氮浓度为13.72mg/L，总氮去除率可达68％，较活性污泥反应器、仅投加普通载体的反应器和仅添加改性载体的反应器分别提高了17％，15％和14％。

Claims (3)

1.一种向生物移动床工艺中投加AHLs信号分子的强化同步硝化反硝化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向MBBR反应器或IFFAS反应器中投加悬浮生物载体，作为填料；悬浮生物载体的投加量不超过反应器有效容积的50％；
(2)接种污泥于MBBR反应器或IFFAS反应器内，进行挂膜启动；接种污泥为污水处理厂活性污泥，接种后污泥浓度不小于2500mg/L；
(3)挂膜启动结束后，MBBR反应器或IFFAS反应器采用连续流或间歇流进水方式运行；
(4)挂膜启动期间和启动结束后运行期间，向进水添加单种或两种以上AHLs类群体感应信号分子，混合物中AHLs类群体感应信号分子总含量不超过100nmol/L；
(5)MBBR/IFFAS反应器内设有曝气装置，以使反应器中“污水-悬浮生物载体-活性污泥-氧气”充分混合接触，并通过调节曝气量来控制所需的溶解氧DO浓度不超过1.5mg/L；
(6)若采用MBBR工艺，则不设置污泥回流装置；若采用IFFAS工艺，则设置污泥回流装置，将污泥回流至生化反应池，污泥回流比不低于90％。
2.根据权利要求1所述的向生物移动床工艺中投加AHLs信号分子的强化同步硝化反硝化工艺，其特征在于，所述的AHLs类群体感应信号分子包括C4-HSL、C8-HSL、3OHC12-HSL和C14-HSL。
3.根据权利要求1或2所述的向生物移动床工艺中投加AHLs信号分子的强化同步硝化反硝化工艺，其特征在于，所述的悬浮生物载体为高密度聚乙烯通过螺杆挤出工艺制备而成，根据需求添加PQAS-10、天然斜发沸石和滑石粉改性功能料。
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