利用甜菜堿作為添加劑緩解厭氧氨氧化系統鹽度沖擊的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及甜菜堿的新用途，以甜菜堿作為添加劑緩解厭氧氨氧化系統中高鹽度抑制的方法。
【背景技術】
[0002]由于人類的生產活動，排放了大量的城市污水、工業廢水以及農業污水，其中含有很高的含氮污染物造成了水體中氮素累積，進而導致水體富營養化，破壞了大自然原有的生態平衡，水體氮素的污染控制已經成為亟待解決的問題。
[0003]生物脫氮法是現行的最為經濟有效的廢水脫氮方法，其應用也最為廣泛。傳統的廢水生物脫氮技術主要指硝化一反硝化工藝。該工藝先在有氧的條件下由硝化菌將廢水中的氨氧化為硝酸鹽，后在缺氧條件下由反硝化菌以有機物作為電子供體將硝酸鹽還原為氮氣。然而硝化一反硝化工藝存在硝化過程需氧量大，充氧能耗大，反硝化過程中需要外加大量的電子供體(有機物)，增加了額外設施和處理成本，還會造成污泥產量增大。厭氧氨氧化作為一種新型生物脫氮工藝應運而生。厭氧氨氧化反應方程式為NH/+1.32N02_+0.066HCCV+0.13H+— 1.02N2+0.26N03>0.066CH200.5N0.15+2.03H20，在缺氧條件下厭氧氨氧化菌以NO2--N為電子受體，NH4+-N為電子供體進行厭氧氨氧化反應，無需曝氣和外加碳源。厭氧氨氧化菌是自養菌，碳酸鹽/二氧化碳是其生長所需的無機碳源，所以氨氮的氧化無需分子氧參與，同時亞硝態氮的還原也無需有機碳源，這將大大降低污水好氧生物脫氮的運行費用；AnammoX微生物的增長率(倍增時間為Ild)與產率(0.llg[VSS]/g[NH4+])是非常低的，故污泥產量低，然而氮的轉化率卻為0.25mg[N]/(mg[SS].d)，與傳統的好氧硝化旗鼓相當；在不投加任何化學藥品的條件下，既能降低污水處理廠的運行費用，又能夠實現氣的尚效去除。
[0004]厭氧氨氧化工藝在低鹽度的條件下，厭氧氨氧化細菌可以通過調節自身的滲透壓來緩解鹽度沖擊，而當鹽度條件高于這一范圍時，自身的調節無法有效緩解鹽度沖擊，導致厭氧氨氧化反應的活性降低。工業廢水中往往存在較高的鹽度，會直接造成微生物細胞滲透壓的變化，致使微生物細胞破裂或抑制其生長，導致污泥沉降性能下降，進而破壞整個生物處理系統的運行。由于工業處理過程中的不穩定性，鹽度可能會突然增加，這是生物處理過程中的一個難點。當前，主要通過以下方法處理含鹽工業廢水:(I)對進水進行稀釋，這種方法操作管理簡單，但會增加廢水處理規模，相應地需要更加龐大的處理設施，導致基建投資和運行費用的提高，同時還會造成水資源的巨大浪費；(2)通過馴化微生物處理高鹽度廢水，通過環境的選擇作用，微生物適者生存，在微生物群落中耐鹽微生物大量增殖成為優勢菌種，使微生物群落能夠在含鹽環境中穩定地存在，但馴化所需要的時間較長，即使經過馴化微生物群也無法充分適應環境；(3)通過應用生物強化技術，利用耐鹽微生物或嗜鹽微生物來提高常規微生物群在高鹽環境下的污染物去除能力，能夠顯著提高高鹽度廢水的生化處理效率，然而生物強化技術所利用的耐鹽微生物或嗜鹽微生物所適應的最佳處理狀態不同，這就導致處理系統在應對鹽度沖擊波動時效果不穩定。
[0005]甜菜堿又稱三甲銨乙內酯或三甲基甘氨酸，分子結構式為013礦(013)20120)0_，與蛋氨酸、膽堿化學結構比較相似，都屬于季胺堿類物質，1869年Scheibler將這種從甜菜中分離所得，具有季銨內鹽結構或稱作銨鑰結構的化合物稱為"甜菜堿"，隨后研宄發現其在許多動植物以及微生物的體內廣泛存在。甜菜堿在生物領域的作用主要有以下方面:因甜菜堿含有三個活性甲基，故可作為飼料添加劑直接替代部分蛋氨酸降低飼料成本；促進脂肪代謝和蛋白質合成，提高瘦肉率，有效預防脂肪肝的發生；對許多水產動物具有良好的味覺刺激和誘食效果，在水產動物飼料中用作誘食劑，大大提高飼料利用率；甜菜堿的雙極兩性離子特性和很好的水溶性，對動植物細胞來說是一種重要的滲透保護劑，具有調節體內滲透壓，緩和應激的作用。當受鹽堿或水分脅迫時，細胞質中積累大量有機滲透調節劑如甜菜堿，維持滲透平衡，這樣避免了細胞質高濃度無機離子對酶和代謝的毒害。在污水處理領域，有研宄發現在高鹽度的條件下，添加Immol甜菜堿有利于純甲烷八疊球菌屬和純甲烷絲狀菌的生存。國外有研宄學者發現，在35gNaCl/L鹽度沖擊環境下，通過添加甜菜堿，能使厭氧消化反應器產甲烷量提高三倍。現在，人們通過化學合成方法，由三甲胺和氯乙酸為原料，在水溶液中反應合成，然后采用重結晶等方法分離提純得到甜菜堿，生產成本低廉，并且可以大規模生產。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種厭氧氨氧化工藝在應對高鹽度負荷沖擊時快速恢復高效穩定運行的方法。利用甜菜堿作為添加劑用以克服當前在含鹽條件下馴化厭氧氨氧化污泥耗時長的缺點。該方法操作靈活簡單，根據厭氧氨氧化反應器所遭受的鹽度負荷沖擊的大小，適量添加甜菜堿，從而實現厭氧氨氧化活性更快的恢復，提高氮去除速率(NRR)，以及實現更高的總氮去除率。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0008]利用甜菜堿作為添加劑使得厭氧氨氧化工藝在應對高鹽度負荷沖擊時快速恢復高效穩定運行的方法，是指在高鹽度負荷沖擊(本實驗為30g/L)的條件下，快速恢復厭氧氨氧化的活性，提高氮去除速率(NRR)以及總氮去除率。
[0009]一種考察投加甜菜堿對遭受鹽度沖擊的厭氧氨氧化系統長期影響的厭氧氨氧化SBR裝置，其特征在于:
[0010]如圖1所示，該裝置由原水箱，SBR厭氧氨氧化反應器串聯而成。原水箱通過進水管和蠕動泵與SBR厭氧氨氧化反應器相連接；SBR厭氧氨氧化反應器上部設有機械攪拌裝置和排氣口，排氣口的上部與堿液瓶、氣體流量計相連通。SBR厭氧氨氧化反應器自上而下設置進水閥，取樣閥，排水閥。反應器內設置有溫度傳感器，外圍有溫控加熱帶，與溫控箱相連。SBR厭氧氨氧化反應器匹配設置有DO儀、ORP儀以及pH儀.
[0011]利用上述裝置考察投加甜菜堿對遭受鹽度沖擊的厭氧氨氧化系統長期影響，其特征在于包括以下步驟:
[0012]SBR厭氧氨氧化工藝的啟動，裝置包括密封的厭氧氨氧化SBR反應器，其厭氧氨氧化污泥取自一個已穩定運行的厭氧氨氧化UASB反應器；SBR進水為合成廢水，通過添加NaNOjP (NH 4) 2S04控制NH 4+_N和Ν02__Ν摩爾比為1:1?1: 1.32，通過加熱帶控制反應器溫度為30?35°C，控制DO為O?0.lmg/L，進水pH通過滴加氫氧化鈉/氯化氫穩定在7.0?8.5 ;進水后缺氧攪拌4?8h，攪拌結束后，靜止沉淀0.5?2h，沉淀結束后將上清液排出，排水比為25?50% ;啟動初期NH/-N和Ν02_-Ν的濃度均控制為60?70mg/L，連續培養至出水NH4+-N和Ν02_-Ν濃度均低于20mg/L時，提高進水NH4+_N和Ν02__Ν濃度，直到進水NH4+_N濃度為180?220mg/L，NOf-N濃度按照NH:-N和NOf-N摩爾比為1:1?1: 1.32配制，完成厭氧氨氧化SBR反應器的啟動；
[0013]將已經成功啟動的厭氧氨氧化SBR反應器用于處理含鹽廢水，揮發性懸浮污泥濃度VSS維持在6?9g/L ;進水NH4+-N濃度為180?220mg/L，通過添加(NH4)2SOjP NaNO 2控制NH/-N和Ν02_-Ν摩爾比為1:1?1: 1.32 ;通過投加一定量的甜菜堿，維持厭氧氨氧化SBR反應器內甜菜堿濃度為0.1?5mmol/L ;加熱帶控制反應器溫度為30?35°C，控制DO為O?0.lmg/L,進水pH通過滴加NaOH/HCl穩定在7.0?8.5 ;進水后缺氧攪拌4?8h，攪拌結束后，靜止沉淀0.5?2h，沉淀結束后將上清液排出，排水比為25?50%。
[0014]本發明的通過利用甜菜堿作為添加劑使得厭氧氨氧化工藝在應對高鹽度負荷沖擊時快速恢復高效穩定運行的方法與現有技術相比，具有下列優點:
[0015](I)本發明采用投加外源甜菜堿的方法，通過實驗證明，該方法可以有效縮短厭氧氨氧化污泥在高鹽度條件下活性恢復的時間，提高氮去除速率(NRR)以及總氮去除率。
[0016](2)相比于對進水進行稀釋的方法，該方法避免了建設更大規模的污水處理構筑物，從而節約了基建投資和運行費用，簡化了處理流程，同時還避免了水資源的巨大浪費。
[0017](3)相比于單純馴化厭氧氨氧化污泥處理高鹽度廢水，該方法有效縮短了厭氧氨氧化污泥馴化的時間，節約了時間成本。
[0018](4)相比于應用生物強化技術即通過投加耐