CN113493245B

CN113493245B - 一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法

Info

Publication number: CN113493245B
Application number: CN202110492121.2A
Authority: CN
Inventors: 张莉; 王月萍; 郝仕伟; 孙清轩; 蓝爽; 豆全浩
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2041-05-06
Also published as: CN113493245A

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。本发明充分利用厌氧氨氧化体系自身特点，一方面，厌氧氨氧化菌通过自身可产生硝酸盐的特性，能够加强原位氧化零价铁，增加Fe²⁺与PO₄ ^3‑的亲和力，促进成核，加强脱氮；另一方面，充分利用厌氧氨氧化菌比一般细菌分泌更多胞外聚合物的特征，有助于在细胞壁吸附更多离子、更快达到局部过饱和，促进成核；本发明通过不同阶段pH以及进水中磷酸根浓度的调整，利用零价铁还原硝酸盐原位产生的Fe²⁺具有比直接添加铁盐更强的磷酸盐亲和力，以及厌氧氨氧化细菌胞外聚合物对Fe²⁺较强的吸附特性，保证了蓝铁矿内核的形成，有效改善了硝酸盐副产物积累以及污泥上浮问题。

Description

一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。

背景技术

氮和磷是所有生命形式的基本要素，是动植物不可缺少的重要组成部分。随着国民经济水平的快速提高，过多的氮磷排放引起水体富营养化，严重影响社会经济的可持续发展。因此，在污水排入受纳水体之前，需有效去除污水中氮、磷元素，控制其排入水体的浓度，降低水体污染和富营养化风险。近年来，厌氧氨氧化工艺作为有效的生物脱氮工艺发展迅速，因其无需外加有机碳源、污泥产量低、运行成本低、脱氮效率高等优点，已被环境界公认为是最具可持续发展特质的废水脱氮技术。

在采用厌氧氨氧化工艺处理含氮废水时，厌氧氨氧化菌会产生大量N₂无法释放，在颗粒污泥内部形成气囊或附着于颗粒污泥表面，致使颗粒污泥密度降低，导致上浮，之后随出水流失，不仅增加了出水悬浮物质量浓度，影响处理效果，甚至引起***的崩溃。此外，厌氧氨氧化工艺会产生约11％的硝酸盐副产物影响工艺的达标排放。这些都严重制约了厌氧氨氧化工艺的大规模推广应用。

为此，现有技术中存在很多关于厌氧氨氧化颗粒污泥特性以及硝酸盐副产物去除的研究，例如，现有专利文献中就公开一种具有羟基磷灰石内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，通过在进水中加入钙离子和高浓度的磷酸根离子，可培养得到具有羟基磷灰石内核且沉降性能好、机械强度高、颗粒粒径大、菌载密集的颗粒污泥，可实现高流速下厌氧氨氧化菌的高效持留。但是，其需要在培养过程中加入氯化钙和高浓度的磷酸根，过高的磷酸盐浓度易引起厌氧氨氧化菌的抑制，且该工艺并未涉及硝酸盐副产物的深度去除。此外，现有专利文献中虽然有公开在厌氧氨氧化工艺投加零价铁粉实现硝酸盐副产物去除的处理方法。但其并未关注厌氧氨氧化颗粒污泥沉降性能的提升，难以实现总氮的长期稳定高效去除。

综上所述，为了实现厌氧氨氧化工艺的推广应用，有必要同时解决厌氧氨氧化颗粒污泥易流失和硝酸盐副产物积累的难题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中厌氧氨氧化颗粒污泥沉降性能差导致污泥易流失，并且产生硝酸盐副产物影响工艺达标排放等缺陷，从而提供一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，包括如下步骤：

S1，在反应器中接种活性颗粒污泥，通入磷酸根浓度为5-15mg/L的进水，完成启动；

S2，调节进水pH为6.8-7.1，进水中磷酸根浓度为15-25mg/L，向所述反应器中投加零价铁，至体系中磷的平均去除率达到80％以上；

S3，调节进水pH为5.9-6.3，进水中磷酸根浓度为35-50mg/L，提高零价铁的投加量，直至可观察到厌氧氨氧化颗粒污泥中含有固体颗粒。

可选的，所述步骤S2中，逐渐提高零价铁的投加量，每个浓度运行至脱氮除磷效率降至未投加零价铁的水平；

所述步骤S3中，逐渐提高零价铁的投加量，每个浓度运行至脱氮除磷效率降至未投加零价铁的水平。

可选的，用新鲜零价铁替换反应器中钝化后的零价铁。

可选的，所述活性颗粒污泥的接种量占反应器总体积的5-8％。

可选的，所述活性颗粒污泥的粒径为0.3-1.5mm。

可选的，所述反应器内填充有活性炭；

可选的，所述活性炭的长度为0.1-2cm，直径为1-2mm。

可选的，以反应器的总体积计，所述活性炭的添加量为150-250g/L；

可选的，所述活性炭与活性颗粒污泥占反应器总体积的30-40％。

可选的，所述反应器的运行温度为34-36℃，水力停留时间为4-6h。

可选的，所述零价铁为铁粉、铁屑或铁碳材料中的至少一种。

可选的，在步骤S1中，以10-20mg/L的幅度将进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N 的浓度分别提升至200-300mg/L。

具体的，本发明提供的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，优选的可以为:采用上流式厌氧污泥床反应器，添加颗粒状活性炭为内部填料，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，以含氨氮、亚硝态氮、无机盐和微量元素的模拟废水为进水，在温度为35±1℃和水力停留时间设定为4-6h的厌氧条件下：

(1)调节进水pH为7.5±0.1，向进水中加入磷酸盐使磷浓度达到5-15mg/L, 以10-20mg/L的浓度梯度逐步提高进水中基质浓度直至氨氮和亚硝浓度达到 200-230mg/L；

(2)降低进水pH为7.0±0.1,进水中加磷酸盐浓度提高至15-25mg/L,以成倍增长的幅度提高厌氧氨氧化反应器中零价铁的投加量，每个投加剂量运行至厌氧氨氧化反应器的脱氮除磷效率降至未投加零价铁的水平，将钝化的零价铁移出反应器，并加入成倍的新鲜零价铁，运行至该零价铁剂量下磷平均去除率达到 80％以上；

(3)降低pH为6.0±0.1,进水磷酸盐浓度提高至35-50mg/L,在阶段(2)上以成倍增长的幅度提高厌氧氨氧化反应器中零价铁的投加量，每个投加剂量运行至厌氧氨氧化反应器的脱氮除磷效率降至未投加零价铁的水平，将钝化的零价铁移出反应器，并加入成倍的新鲜零价铁，运行至可观察到厌氧氨氧化颗粒污泥中含有固体颗粒。

可选的，步骤(1)所述的以10-20mg/L的浓度梯度逐步提高进水中基质浓度直至氨氮和亚硝浓度达到200-230mg/L，是指当出水亚硝浓度低于10mg/L, 以10-20mg/L的步幅同步增加进水中氨氮和亚硝的浓度。

可选的，所述进水的pH值用1mol·L^-1盐酸进行调节。

可选的，所述添加的零价铁为铁粉、铁屑或铁碳材料等以零价的铁为主要还原性物质的铁基材料，在使用前先经5％的盐酸酸洗，然后用水冲洗以去除表面油污，锈蚀，将获得的零价铁烘干备用。

可选的，所述的进水磷酸盐由KH₂PO₄提供。

可选的，所述的向反应器中添加零价铁，从1g/L开始添加，每个剂量维持至反应器的硝氮去除率和磷去除率回升到未添加零价铁之前的状态，将反应器中“钝化”的零价铁取出，向反应器中重新添加新鲜的零价铁并以成倍增长的幅度提高零价铁的添加剂量，即2g/L、4g/L、8g/L、16g/L等，以此类推。

可选的，所述的模拟废水组成如下：氨氮50-250mg·L^-1，亚硝态氮 50-250mg·L^-1，磷酸盐5-50mg·L^-1，KHCO₃ 120-130mg·L^-1,EDTA 5-10mg·L^-1和微量元素Ⅰ1-2mL·L^-1、微量元素Ⅱ1-2mL·L^-1，溶剂为水。

微量元素Ⅰ组成：NaCl 500-600mg·L^-1,KCl 700-800mg·L^-1,CaCl₂·2H₂O 700-800mg·L^-1,MgSO₄·7H₂O 400-600mg·L^-1。

微量元素Ⅱ组成：CuSO₄·5H₂O 0.2-0.3mg·L^-1,ZnSO₄·7H₂O 0.4-0.5mg·L^-1,CoCl₂·6H₂0 0.2-0.3mg·L^-1,MnCl₂·4H₂O 0.9-1.2mg·L^-1,NaMoO₄·2H₂O 0.2-0.3mg·L^-1,NiCl₂·6H₂O 0.1-0.2mg·L^-1,NaSeO₄ 0.1-0.21mg·L^-1,H₃BO₃ 0.01-0.02mg·L^-1

可选的，所述的厌氧氨氧化颗粒污泥的接种混合液悬浮固体浓度为1-3g·L^-1, 粒径为0.3-1.5mm,接种体积占反应器总体积的5％-8％。

可选的，所述添加的生物填料颗粒状活性炭长度为0.1-2cm，直径为1-2mm，相对于反应器其添加量为150-250g·L^-1，添加后使得颗粒状活性炭和污泥的混合体积占反应器总体积的30％-40％。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，包括如下步骤：S1，在反应器中接种活性颗粒污泥，通入磷酸根浓度为5-15mg/L 的进水，完成启动；S2，调节进水pH为6.8-7.1，进水中磷酸根浓度为15-25mg/L，向所述反应器中投加零价铁，至体系中磷的平均去除率达到80％以上；S3，调节进水pH为5.9-6.3，进水中磷酸根浓度为35-50mg/L，提高零价铁的投加量，直至可观察到厌氧氨氧化颗粒污泥中含有固体颗粒。本发明充分利用厌氧氨氧化体系自身特点，一方面，厌氧氨氧化菌通过自身独特的生理特性可产生硝酸盐，如此能够加强原位氧化零价铁的目的，增加Fe²⁺与PO₄ ^3-的亲和力，促进成核，加强脱氮；另一方面，充分利用厌氧氨氧化菌比一般细菌分泌更多胞外聚合物的特征，有助于在细胞壁吸附更多离子、更快达到局部过饱和，促进成核；本发明采用零价铁作为形成颗粒污泥内核的药剂，相较于其他化学试剂，对环境的影响较小，不影响废水的后续处理。零价铁具有较强的还原特性，可将厌氧氨氧化反应器中硝酸盐副产物还原成氨氮，这些新生成的氨氮将与亚硝态氮再次进行厌氧氨氧化反应，从而提高总氮去除率。在还原硝酸盐的同时，零价铁会被氧化生成Fe^2+，这些原位氧化生成的Fe²⁺能够以更高的键能与进水中的PO₄ ^3-结合。另一方面，厌氧氨氧化菌能够分泌较多的胞外聚合物，这些胞外聚合物含有丰富的羟基、羧基、胺基等官能团，能够通过静电吸引或其他作用促进Fe²⁺与PO₄ ^3-发生离子浓度局部过饱和，从而诱导厌氧氨氧化细菌表面蓝铁矿的生成，并逐渐生长为厌氧氨氧化颗粒污泥的内核，提升厌氧氨氧化颗粒污泥的沉降性能，有效防止污泥流失现象的发生，实现厌氧氨氧化污泥的大量富集，从而实现厌氧氨氧化工艺长期稳定的高效脱氮性能。所述的零价铁还原硝酸盐以及蓝铁矿生成的公式为：

4Fe⁰+NO₃ ^-+10H⁺→NH₄ ⁺+3H₂O+4Fe²⁺ (1)

2PO₄ ^3-+3Fe²⁺+8H₂O→Fe₃(PO₄)2.8H₂O (2)

为了促进厌氧氨氧化硝酸盐副产物的去除和蓝铁矿的形成，本发明采用逐步降低体系的pH，避免较低的pH对厌氧氨氧化菌的抑制；过量的Fe²⁺和PO₄ ^3-是形成蓝铁矿的重要前提，而较低的pH可加速零价铁还原硝酸盐并产生更多的Fe²⁺。具体的，为了促进蓝铁矿的形成并避免较低的pH对厌氧氨氧化菌的抑制，本发明先将进水pH降至6.8-7.1，使得厌氧氨氧化菌对较低pH具有一定耐受性，随后将pH降低至5.9-6.3，有效促进具有蓝铁矿内核厌氧氨氧化颗粒污泥的形成。本发明通过对培养条件的调整，特别是不同阶段pH的调整以及进水中磷酸根的浓度调整，有效促进了厌氧氨氧化硝酸盐副产物的去除并改善了污泥上浮问题。实验结果表明，厌氧氨氧化反应器在本发明方法条件下运行的过程中，有效促进了硝酸盐的还原转化，且本发明培养出的含核颗粒污泥具有沉降性能好、机械强度高、颗粒粒径大、菌载密集等优点；另外，单位质量蓝铁矿的经济价值在所有可回收磷酸盐产物中最高，除可用作磷肥原料外，还可作为锂电池合成原料，大颗粒高纯度蓝铁矿晶体还具有较高的收藏价值。

本发明提供的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，通过对零价铁添加方式的具体限定，能够避免过少或过多零价铁投加引起无法形成蓝铁矿以及厌氧氨氧化菌活性抑制的问题，具有在维持较高厌氧氨氧化活性的前提下，利用少量的零价铁便可快速实现具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥培养的效果。

本发明提供的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，对活性颗粒污泥以及接种量的具体限定，具有加快厌氧氨氧化工艺启动和促进污泥颗粒化的效果。

本发明提供的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，所述反应器内还填充有活性炭载体，由于反应器中同时存在零价铁和活性炭，铁和炭之间存在1.2V的电极电位差，两者之间会形成铁炭微电极，加速零价铁释放 Fe²⁺。与此同时，活性炭具有较大的比表面积可以吸附溶液中产生的Fe²⁺,随着吸附的不断进行，会产生高Fe²⁺、PO₄ ^3-的局部微环境，从而有效促进蓝铁矿的形成。另外，活性炭可作为生物载体，为厌氧氨氧化的生长提供适宜的环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中采用的升流式厌氧污泥床反应器的结构示意图；

图2是本发明实施例1厌氧氨氧化反应器运行过程中的氮去除性能图，其中：NLR代表氮负荷率；NRR代表氮去除负荷；NRE代表氮去除效率；

图3是本发明实施例1厌氧氨氧化反应器运行过程中的磷去除性能图，其中：PLR代表磷负荷率；PRR代表磷去除负荷；PRE代表磷去除效率；

图4是本发明实施例1制备的厌氧氨氧化颗粒污泥的内核XRD图谱；

附图标记：

1.进水桶；2水泵；3.进水口；4.水浴加热；5.多参数水质分析仪；6.反应器主体；7.出水口；8出水桶。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地可选的理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，具体步骤如下：

取有效体积为2.5L的升流式厌氧污泥床反应器，结构如图1所示，在反应器主体6内添加180g·L^-1的颗粒状活性炭作为生物载体，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，厌氧氨氧化颗粒污泥的混合液悬浮固体浓度为2g·L^-1,以模拟废水为进水，反应器在厌氧、避光、温度为35±1℃，水力停留时间为5.4h的条件下运行，利用水浴加热4对反应器主体6进行加热。

模拟废水的组成为:氨氮50-210mg·L^-1，亚硝态氮50-210mg·L^-1，磷酸盐 8-44mg·L^-1，KHCO₃ 125mg·L^-1,EDTA 5mg·L^-1和微量元素Ⅰ2mL·L^-1、微量元素Ⅱ1mL·L^-1，溶剂为水。

所述微量元素Ⅰ组成：NaCl 500mg·L^-1,KCl 700mg·L^-1,CaCl₂·2H₂O 700mg·L^-1,MgSO₄·7H₂O 500mg·L^-1。

所述微量元素Ⅱ组成：CuSO₄·5H₂O 0.25mg·L^-1,ZnSO₄·7H₂O 0.43mg·L^-1,CoCl₂·6H₂0 0.24mg·L^-1,MnCl₂·4H₂O 0.99mg·L^-1,NaMoO₄·2H₂O 0.22mg·L^-1,NiCl₂·6H₂O 0.19mg·L^-1,NaSeO₄ 0.11mg·L^-1,H₃BO₃ 0.014mg·L^-1。

首先是厌氧氨氧化反应器的启动阶段，调节进水桶1中的进水pH为 7.5±0.1，并用多参数水质分析仪5时时监测pH，向进水中加入KH₂PO₄使磷浓度达到10±2mg/L,初始基质浓度即NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的含量各为50mg·L^-1，通过水泵2和进水口3向反应器主体中提供进水，并逐步增加进水中NH₄ ⁺-N和 NO₂ ^--N浓度(即每当NO₂ ^--N出水浓度低于10mg/L,以10mg/L的步幅同步增加进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的浓度)，直到进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N浓度达到210mg/L，出水通过出水口7排入到出水桶8。经过16天的稳定运行，反应器成功启动，总氮去除率达到83.92％，出水硝酸盐平均浓度达到51.53mg/L。

之后将进水pH降低至7.0±0.1，提高进水中KH₂PO₄含量使磷浓度达到 20±2mg/L。维持该磷浓度，开始向厌氧氨氧化反应器中投加零价铁(325目的零价铁粉)并以成倍增长的方式增加零价铁的投加量，本实施例中零价铁的投加量分别为1g/L，2g/L，4g/L，当厌氧氨氧化反应器中零价铁的投加量为4g/L 时，该投加剂量下磷平均去除率达到了80.35％,总氮去除率达到了86.09％。出水硝酸盐浓度有所降低，降低程度与零价铁的投加量成正比，该剂量下硝酸盐的平均去除率达到了23.24％，停止提高零价铁的投加剂量。

最后，将进水pH降至6.0±0.1，提高进水中KH₂PO₄含量使磷浓度达到 40±4mg/L。维持该磷浓度，在前一步的基础上向厌氧氨氧化反应器中投加零价铁，投加量分别为4g/L,8g/L,16g/L，当零价铁的投加剂量达到16g/L时，可明显观察到含核厌氧氨氧化颗粒污泥的生成，且菌载密集，出水硝酸盐浓度显著降低，平均去除率达到51.39％，且总氮去除率达到了91.57％。

图2是本发明实施例1厌氧氨氧化反应器运行过程中的氮去除性能图，其中：NLR代表氮负荷率；NRR代表氮去除负荷；NRE代表氮去除效率；从图中可以看出，零价铁的添加能够通过降低出水硝酸盐浓度显著提升厌氧氨氧化工艺的脱氮性能，但由于零价铁的钝化使得氮去除效率呈现周期性波动的趋势。

图3是本发明实施例1厌氧氨氧化反应器运行过程中的磷去除性能图，其中：PLR代表磷负荷率；PRR代表磷去除负荷；PRE代表磷去除效率；从图中可以看出，零价铁的添加能够有效促进体系的除磷效率，且除磷效率的提升与零价铁的投加剂量和pH具有一定的关系。

图4是本发明实施例1制备的厌氧氨氧化颗粒污泥的内核XRD图谱，从图中可以看出，厌氧氨氧化颗粒污泥内核经鉴定为蓝铁矿。

实施例2

取有效体积为2.5L的升流式厌氧污泥床反应器，在反应器主体6内接种厌氧氨氧化颗粒污泥，厌氧氨氧化颗粒污泥的混合液悬浮固体浓度为2g·L^-1,以模拟废水为进水，反应器在厌氧、避光、温度为35±1℃，水力停留时间为5.4h 的条件下运行，利用水浴加热4对反应器主体6进行加热。

模拟废水的组成为:氨氮50-230mg·L^-1，亚硝态氮50-230mg·L^-1，磷酸盐 6-49mg·L^-1，KHCO₃ 125mg·L^-1,EDTA 5mg·L^-1和微量元素Ⅰ2mL·L^-1、微量元素Ⅱ1mL·L^-1，溶剂为水，其中微量元素组成同实施例1。

首先是厌氧氨氧化反应器的启动阶段，调节进水桶1中的进水pH为 7.5±0.1，并用多参数水质分析仪5时时监测pH，向进水中加入KH₂PO₄使磷浓度达到8±2mg/L,初始基质浓度即NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的含量各为50mg·L^-1，通过水泵2和进水口3向反应器主体中提供进水，并逐步增加进水中NH₄ ⁺-N和 NO₂ ^--N浓度(即每当NO₂ ^--N出水浓度低于10mg/L,以10mg/L的步幅同步增加进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的浓度)，直到进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N浓度达到230mg/L，出水通过出水口7排入到出水桶8。经过20天的稳定运行，反应器成功启动，总氮去除率达到了82.08％，出水硝酸盐平均浓度达到55.03mg/L。

之后将进水pH降低至6.9±0.1，提高进水中KH₂PO4含量使磷浓度达到17±2mg/L。维持该磷浓度，开始向厌氧氨氧化反应器中投加零价铁(325目的零价铁粉)并以成倍增长的方式增加零价铁的投加量，本实施例中零价铁的投加量分别为1g/L，2g/L，4g/L。当厌氧氨氧化反应器中零价铁的投加量为4g/L 时，该投加剂量下磷平均去除率达到了82.06％，总氮去除率达到了84.34％，硝酸盐的平均去除率达到了20.98％，停止提高零价铁的投加剂量。

最后，将进水pH降至6.1±0.1，提高进水中KH₂PO₄含量使磷浓度达到 45±4mg/L。维持该磷浓度，在前一步的基础上向厌氧氨氧化反应器中投加零价铁，投加量分别为4g/L,8g/L,16g/L，当零价铁的投加剂量达到16g/L时，可明显观察到含核厌氧氨氧化颗粒污泥的生成，且菌载较为密集，硝酸盐的平均去除率达到了46.09％，且总氮去除率达到了88.95％。

对比例1

本对比例提供一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，具体步骤如下：

取有效体积为2.5L的升流式厌氧污泥床反应器，结构如图1所示，在反应器主体6内添加180g·L^-1的颗粒状活性炭作为生物载体，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，厌氧氨氧化颗粒污泥的混合液悬浮固体浓度为2g·L^-1,以模拟废水为进水，反应器在厌氧、避光、温度为35±1℃，水力停留时间为5.4h的条件下运行，利用水浴加热4对反应器主体6进行加热。模拟废水组成同实施例1。

首先是厌氧氨氧化反应器的启动阶段，调节进水桶1中的进水pH为 7.5±0.1，并用多参数水质分析仪5时时监测pH，向进水中加入KH₂PO₄使磷浓度达到10±2mg/L,初始基质浓度即NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的含量各为50mg·L^-1，通过水泵2和进水口3向反应器主体中提供进水，并逐步增加进水中NH₄ ⁺-N和 NO₂ ^--N浓度(即每当NO₂ ^--N出水浓度低于10mg/L,以10mg/L的步幅同步增加进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的浓度)，直到进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N浓度达到210mg/L，出水通过出水口7排入到出水桶8。经过16天的稳定运行，反应器成功启动，总氮去除率达到了82.56％，出水硝酸盐平均浓度达到了52.98mg/L。

之后将进水pH降低至7.0±0.1，提高进水中KH₂PO₄含量使磷浓度达到20±2mg/L。维持该磷浓度稳定运行49天，期间磷平均去除率为35.67％,总氮去除率为80.97％,出水硝酸盐浓度没有明显变化，平均浓度为53.05mg/L。

最后，将进水pH降至6.0±0.1，提高进水中KH₂PO4含量使磷浓度达到 40±4mg/L。维持该磷浓度运行53天，期间磷平均去除率为33.12％，始终没有观察到含核厌氧氨氧化颗粒污泥的生成，且菌载稀疏,出水硝酸盐浓度没有明显变化，平均浓度为51.24mg/L，总氮去除率为81.33％。

对比例2

首先是厌氧氨氧化反应器的启动阶段，调节进水桶1中的进水pH为 7.5±0.1，并用多参数水质分析仪5时时监测pH，向进水中加入KH₂PO₄使磷浓度达到10±2mg/L,初始基质浓度即NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的含量各为50mg·L^-1，通过水泵2和进水口3向反应器主体中提供进水，并逐步增加进水中NH₄ ⁺-N和 NO₂ ^--N浓度(即每当NO₂ ^--N出水浓度低于10mg/L,以10mg/L的步幅同步增加进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的浓度)，直到进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N浓度达到210mg/L，出水通过出水口7排入到出水桶8。经过16天的稳定运行，反应器成功启动,总氮去除率达到80.85％，出水硝酸盐平均积累量达到52.56mg/L。

之后将进水pH维持在7.5±0.1，提高进水中KH₂PO4含量使磷浓度达到 20±2mg/L。维持该磷浓度，开始向厌氧氨氧化反应器中投加零价铁(325目的零价铁粉)并以成倍增长的方式增加零价铁的投加量，本实施例中零价铁的投加量分别为1g/L，2g/L，4g/L，8g/L，当厌氧氨氧化反应器中零价铁的投加量为8g/L时，该投加剂量下磷平均去除率达到了81.47％，总氮去除率达到了 84.03％，出水硝酸盐的平均去除率为22.09％，停止提高零价铁的投加剂量。相较于实施例4g/L的零价铁投加剂量，8g/L的零价铁投加量虽然达到了80％以上的磷去除率以及相应的硝酸盐去除率，但所需零价铁较多，增加了运行成本且花费时间也相对较长。

最后保持进水pH为7.5±0.1提高进水中KH₂PO4含量使磷浓度达到 40±4mg/L。维持该磷浓度，在前一步的基础上向厌氧氨氧化反应器中投加零价铁，投加量分别为8g/L,16g/L,32g/L，当零价铁的投加剂量达到32g/L时，可观察到具有较小含核厌氧氨氧化颗粒污泥的生成，菌载密集程度不如上述实施例 2，出水硝酸盐去除率为25.74％，总氮去除率为84.68％，并没有随零价铁投加量的增加而显著降低。

实验例

对本发明实施例和对比例得到的颗粒污泥进行性能测试，包括沉降性能、机械强度、颗粒粒径、菌载密集等进行测试，具体测试方法和测试结果如下：

1、沉降性能：污泥的沉降性能指标用污泥体积指数(SVI)表征。首先采用标准重量法测得混合液悬浮固体(MLSS)浓度，即一定体积的完全泥水混合液在105℃烘干至恒重，称量值除以混合液体积则为MLSS，然后采用30分钟沉降法测得污泥沉降比(SV),即活性污泥在1000毫升量筒中沉降30分钟后的体积为SV30。SVI值为SV30与MLSS的比值。

2、机械强度：污泥的机械强度用完整系数IC表征，具体方法为选取具有代表性的成熟颗粒污泥若干粒置于锥形瓶中，设置平板摇床速度为200r/min,震摇5min后测结构完整的颗粒数占总颗粒数的百分比。

3、颗粒粒径：使用激光粒度分析仪(Microtrac S3550，美国)测量颗粒的粒径分布。

表1

从表中数据可以看出，实施例1、实施例2颗粒污泥的沉降性能、机械强度以及颗粒粒径要明显优于对比例1和对比例2的颗粒污泥，即通过本发明培养出的含核颗粒污泥具有沉降性能好、机械强度高、颗粒粒径大、菌载密集等优点，同时，在本发明方法条件下运行的过程中，可明显观察到含核厌氧氨氧化颗粒污泥的生成，污泥颗粒性能的明显提升，避免污泥流失现象的发生，促进污泥富集，大幅度提升厌氧氨氧化反应器总体的脱氮性能。另一方面，零价铁的添加有效促进了硝酸盐的还原转化，降低了出水中硝酸盐浓度，进一步提高厌氧氨氧化工艺的脱氮效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2，调节进水pH为6.8-7.1，进水中磷酸根浓度为15-25mg/L，向所述反应器中投加零价铁，至体系中磷的平均去除率达到80%以上；

2.根据权利要求1所述的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述步骤S2中，逐渐提高零价铁的投加量，每个浓度运行至脱氮除磷效率降至未投加零价铁的水平；

3.根据权利要求2所述的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，用新鲜零价铁替换反应器中钝化后的零价铁。

4.根据权利要求1-3任一项所述的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述活性颗粒污泥的接种量占反应器总体积的5-8%。

5.根据权利要求4所述的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述活性颗粒污泥的粒径为0.3-1.5mm。

6.根据权利要求1-3或5任一项所述的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述反应器内填充有活性炭；

所述活性炭的长度为0.1-2cm，直径为1-2mm。

7.根据权利要求6所述的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，以反应器的总体积计，所述活性炭的添加量为150-250g/L；

所述活性炭与活性颗粒污泥占反应器总体积的30-40%。

8.根据权利要求1-3，5或7任一项所述的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述反应器的运行温度为34-36℃，水力停留时间为4-6h。

9.根据权利要求1-3，5或7任一项所述的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述零价铁为铁粉、铁屑或铁碳材料中的至少一种。

10.根据权利要求9所述的具有蓝铁矿内核的厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，其特征在于，在步骤S1中，以10-20mg/L的幅度将进水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的浓度分别提升至200-300mg/L。