CN102010058B - 一种适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于环境保护与资源综合-水污染防治技术领域的一种适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法。该方法包括补料运行和低负荷运行两个阶段，首先将絮状活性污泥接种到好氧颗粒污泥培养反应器后，向低浓度生活污水中补充添加易降解碳源使进水COD调整到600～800mg/L，采用进水-曝气-沉淀-排水的序批式运行模式培养活性污泥至半成熟或成熟状态的好氧颗粒污泥后，再以低浓度生活污水继续培养，采用进水-曝气-沉淀-闲置-排水的序批式运行模式进行好氧颗粒的低负荷驯化和培养，即可。该污泥颗粒粒径较大，对低浓度生活污水中COD去除率可达到90％以上，氨氮去除率达到93％以上。

Description

一种适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法
技术领域
本发明属于环境保护与资源综合-水污染防治技术领域，特别涉及一种适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法。 
背景技术
好氧颗粒污泥是多种微生物形成的聚集体，它以生物密度高、代谢活性强、沉降性好、抗有毒有害物质负荷冲击能力强而受到国内外环境保护研究人员的普遍关注。好氧颗粒污泥不仅能够降解有机物，还具有同时脱氮除磷的功能。有研究认为，与传统的活性污泥法相比，采用好氧颗粒污泥技术的城市污水处理厂可减少占地面积80％，相应工程投资也会大大减少。虽然好氧颗粒污泥技术在废水生物处理中显示出显著优势，但该项技术目前还主要是应用到大豆加工、淀粉生产、牛奶加工等高浓度有机废水的处理中，在生活污水特别是有机物含量较低的生活污水治理中的应用还很少。因此，研究适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥技术对于推动该项技术在城镇及农村生活污水治理中的应用具有重要的意义。 
好氧颗粒污泥的形成是一个复杂的过程，受到碳源类型、有机负荷、水力剪切力、进料方法、溶解氧、反应器构型、容积交换率、沉降时间等多种因素的影响。许多研究表明，较高的有机物负荷更有利于好氧颗粒的形成，因此，目前普遍采用高浓度有机废水或配水进行好氧颗粒污泥的培养，废水COD浓度一般为800～2000mg/L，容积负荷为2～20kg COD/m3.d。城镇及农村生活污水中有机物浓度通常为150～600mg/LCOD，低浓度生活污水中有机物含量更低，通常为150～300mg/L。因此，若将好氧颗粒污泥应用于低浓度生活污水的治理要解决的 首要问题就是如何培养具有高效降解性、稳定结构并适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥。国内外相关研究还较少。de Kreuk(2006)报导了在荷兰一个实际规模的城市污水处理厂中以浓度为270～400mg/L COD的城市污水通过1年的培养获得了粒径大于0.212mm的好氧颗粒。Ni等(2009)针对浓度低于200mg/L COD的城市污水，采用序批式运行的反应器，4h运行周期，每个周期包括5min进水，185～200min曝气，15～30min沉降及20min排水，培养1个月后，采用3h周期继续培养，每个周期包括5min进水，125～140min曝气，15～30min沉降及20min排水，培养80天后获得了粒径为0.2～0.8mm的好氧颗粒污泥。该颗粒形成后对COD去除率大于90％，氨氮去除率大于95％。 
上述针对低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法的特点是直接利用这些废水，通过调整运行周期及水力停留时间调控负荷。但由于负荷可调控程度有限，好氧颗粒的培养时间普遍比较长，且粒径相对较小。因此，如何快速培养出具有高效降解性、良好沉降性、结构稳定并适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥有待进一步研究。 
发明内容
本发明的目的在于提出一种针对低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，它解决了低浓度生活污水培养好氧颗粒污泥时间长、难度大、颗粒不稳定的问题，对于推动好氧颗粒污泥技术在低浓度生活污水治理中的应用具有重要的实践意义。 
本发明提出了首先向低浓度生活污水中补充易降解碳源增加有机负荷的补料运行方式进行好氧颗粒初期培养，再通过向低负荷稳态转化方式培养好氧颗粒污泥的新思路。该方法缩短了好氧颗粒污泥培养时间，而且培养的好氧颗粒粒径大，沉降性好，结构稳定，且对有机物及氨氮具有高效降解性。 
一种适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：该方法包括补料运行和低负荷运行两个阶段，首先将絮状活性污泥接种到好氧颗粒污泥培养反应器后，向低浓度生活污水中补充添加易降解碳源使进水COD调整到600～800mg/L，采用运行周期为6～8h及进水-曝气-沉淀-排水的序批式运行模式培养活性污泥至半成熟或成熟状态的好氧颗粒污泥后，再以低浓度生活污水继续培养，采用运行周期为3～4h及进水-曝气-沉淀-闲置-排水的序批式运行模式进行好氧颗粒的低负荷驯化和培养，即可获得适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥，其中， 
补料运行阶段，采用的序批式运行模式中，运行周期为6～8h，其中，进水10～30min，沉降5min，排水10～30min，其余为曝气时间，曝气量为2～3L/min； 
低负荷运行阶段，采用的序批式运行模式中，运行周期为3～4h，其中，进水10～30min，沉降5min，闲置20～30min，排水10～30min，其余为曝气时间，曝气量为1～2L/min；反应器容积交换率控制在50％；过程控制容积负荷0.45～1.2kgCOD/m3·d； 
补料运行阶段，在运行前10天内，当反应器中污泥浓度下降到污泥初始浓度的一半时，向反应器内补充接种污泥；反应器容积交换率控制在50～70％，过程控制容积负荷0.9～1.7kgCOD/m3·d，温度20～25℃，pH值在7.5～8.2之间，运行30～40天获得半成熟或成熟状态好氧颗粒； 
低负荷运行阶段，培养10～20天可获得对低浓度生活污水具有 良好降解特性的好氧颗粒污泥。 
所述的易降解碳源优选葡萄糖、蔗糖、淀粉和乙酸钠中的至少一种。 
补料运行阶段，除了添加易降解碳源外，还可以添加氮和磷元素，可按照C∶N∶P＝100∶5∶1向配水中添加氮和磷元素，另外还可以补充添加微量元素以利于微生物生长。其中，微量元素包括B、Zn、Cu、Mn、Mo、Al、Co、Ni、Na、 Mg、Ca、Fe中的一种或多种。 
可选用高径比为(8～20)∶1的柱状好氧颗粒污泥培养反应器。 
所述的低浓度生活污水包括城镇或者农村排放的各种形式的生活污水。水中COD浓度为140～350mg/L。 
所述絮状活性污泥为污水处理厂曝气池或二沉池的絮状活性污泥。污泥接种量6～8gMLSS/L。 
补料运行结束后，停止向低浓度生活污水中添加碳源，直接将低浓度生活污水泵入到反应器内；继续采用序批式运行模式，为了避免低负荷运行条件下好氧颗粒污泥发生过度氧化，缩短运行周期，并在沉降阶段结束后增加闲置阶段，具体为进水-曝气-沉降-闲置-排水。 
本发明解决其技术问题所采用的方案包括：将絮状活性污泥接种到柱状好氧颗粒污泥培养反应器后，首先采用向低浓度生活污水中补充易降解碳源的补料运行方式进行好氧颗粒污泥初期培养，当颗粒培养至成熟或半成熟状态后，停止补料，采用低负荷运行，即以实际低浓度生活污水继续培养，过程通过负荷调控，使颗粒稳态转化成适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥。 
本发明的有益效果为： 
(1)本发明提出的适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，使颗粒污泥培养时间较直接培养法缩短了30～60％；培养出的颗粒具有良好的沉降性，SVI稳定在20～25；颗粒粒径较大，为750±50μm；在长期运行过程中保持了稳定的颗粒结构； 
(2)利用本发明提出的方法培养的好氧颗粒污泥对低浓度生活污水中COD去除率可达到90％以上，氨氮去除率达到93％以上。 
附图说明
图1培养好氧颗粒污泥的SBR反应器； 
图2好氧颗粒污泥培养过程进出水COD情况； 
图3好氧颗粒培养过程污泥浓度及沉降性变化情况； 
图中标号：1-进水池；2-进水泵；3-进水口；4-反应器柱体；5-微孔曝气头；6-排泥口；7-集泥池；8-时间控制器；9-空压机；10-电磁阀；11-排水口；12-出水池。 
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明： 
(1)接种种泥：从城市污水处理厂的曝气池或二沉池取悬浮活性污泥，沉降后弃上清液，加入新鲜无机盐培养液，空曝1～3h，使种泥中吸附的有机物充分代谢，再次沉降，将浓缩污泥加入到培养颗粒污泥的柱状生物反应器内，生物反应器结构为高径比(8～20)∶1的圆柱体，污泥接种量为6～8g MLSS/L。 
(2)补料运行：测定待处理的低浓度生活污水水质指标，根据水质状况向废水中补充一定量易降解碳源，使进水COD为600～800mg/L，并按照C∶N∶P＝100∶5∶1向配水中加入氮、磷等营养元素，并补充一定量Zn、Na、Mg、Cu、Ca、Mo、Fe等微量元素；设定反应器时间控制程序，采用进水-曝气-沉降-排水的序批式运行模式，运行周期6～8h，其中进水10～30min，沉降5min，排水10～30min，其余为曝气时间；启动反应器，废水从底部泵入到反应器，气体通过反应器底部的空气扩散器引入；反应器容积交换率控制在50～70％，过程控制容积负荷0.9～1.7kgCOD/m3.d，温度20～25℃，pH值在7.5～8.2之间，曝气量2～3L/min；并监测系统污泥浓度、污泥沉降性指标及COD去除指标；在运行的前10天，发现污泥量显著下降至初始污泥量的一半以下时，向反应器内补充污泥至初始水平。此后，不再接种污泥，继续运行10～30天；当SVI下降至30±5时，同时镜检发 现污泥已经明显具有颗粒化趋势时，停止补料运行开始下阶段的低负荷培养。 
(3)低负荷运行：停止向低浓度生活污水中添加碳源，调整序批式运行模式及周期，在沉降结束后增加闲置期，即采用进水-曝气-沉降-闲置-排水的序批式运行模式；先采用为4h运行周期运行，其中进水10～30min，沉降5min，闲置20～30min，排水10～30min，培养7～10天后将运行周期调整为3h，进水、曝气、沉降和闲置时间保持不变，其余为曝气时间，继续培养7～10天；运行过程容积交换率为50％，曝气阶段曝气量为1～2L/min；运行过程继续监测系统污泥浓度、污泥沉降性指标及COD去除指标，当COD、氨氮稳定去除率达到90％以上，污泥粒径达到450μm以上，SVI为20～30时，污泥颗粒化率达到80％以上时，可认为适用于此低浓度的生活污水的好氧颗粒污泥培养成功。 
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例： 
实施例1 
(1)生物反应器：反应器由有机玻璃制成，高120cm，内径8cm，有效体积5.5L。空气由气泵通过反应器底部中央安装的一个微孔曝气头进入反应器，形成的气流推动反应器内液体和颗粒污泥向上运动，出水口位于反应器中部。反应器的进水、曝气、沉降和排水时间均由时间继电器自动控制。整个实验装置如图1所示。 
(2)接种污泥及生活污水来源：取某城市污水处理厂二沉池活性污泥，沉降30min，去除上清液，添加新鲜无机盐培养液，空曝2h，再次沉降30min后去除上清液。将浓缩后的污泥加入到反应器内。控制反应器中初始污泥浓度大约为5gMLSS/L。生活污水取自北京某小区生活污水，水质指标如下(mg/L)：BOD：60～135，COD：140～298，TN：12～28，NH4 +-N：12～16，TP：2～6。 
(3)补料运行培养：向生活污水中添加一定量葡萄糖，使进水COD达到800mg/L左右，并按照C∶N∶P＝100∶5∶1向配水中加入氮、磷等营养元素。向废水中补充微量元素，其成分为(g/L)：H3BO3：0.05；ZnCl2：0.05；CuCl2：0.03；MnSO4·H2O(NH4)6：0.05；Mo7O24·4H2O：0.05；AlCl3：0.05；CoCl2·6H2O：0.05；NiCl：0.05。调整反应器时间控制程序，采用6h运行周期，进水-曝气-沉降-排水的序批式运行模式，具体为：进水10min，曝气335min，沉降5min，排水10min。启动反应器开始运行。废水从反应器底部泵入，气体通过反应器底部的空气扩散器引入。初始控制容积交换率为70％，此后每过一周，容积交换率缩进10％，缩减到50％后容积交换率保持不变。整个过程温度20～25℃，pH值在7.5～8.2之间，曝气量2～3L/min。运行过程监测系统污泥浓度、污泥沉降性指标及COD去除指标。在运行的第3、6、8天，由于系统污泥量不足初始接种污泥量的一半，向反应器内补充污泥。此后，不再接种污泥，继续运行22天，期间反应器内污泥量不断增加，SVI也从最初的50～70下降到30左右，镜检发现污泥已经明显具有颗粒化趋势时，颗粒粒径达到850μm左右，停止补料运行，开始下阶段的低负荷培养。 
(4)低负荷培养：停止向低浓度生活污水中添加碳源，直接将此废水泵入到反应器内，仍然采用序批式运行模式，在沉降与排水过程中间增加30min闲置期，具体为进水-曝气-沉降-闲置-排水。运行周期调整为4h，其中进水10min，沉降5min，闲置30min，排水10min，其余为曝气时间，控制容积交换率为50％。曝气阶段降低曝气量为1.5L/min，运行10天后调整运行周期为3h，其中进水10min，沉降5min，闲置30min，排水10min，其余为曝气时间，继续培养10天；期间颗粒粒径先下降，后逐渐升高并最终稳定在620～750μm，COD、氨氮稳定去除率达到90％以上，SVI为20～30。适用于此低浓度的生活污水的好氧颗粒污 泥培养成功。整个好氧颗粒污泥培养阶段COD、SS及SVI变化见图2和图3。将此好氧颗粒以此低浓度生活污水继续运行150天，颗粒粒径及污水处理各项指标仍然保持在上述水平，证实了该方法培养的好氧颗粒适用于低浓度生活污水。 
实施例2 
(1)生物反应器：反应器由有机玻璃制成，高100cm，内径6cm，空气由气泵通过反应器底部中央安装的一个微孔曝气头进入反应器，形成的气流推动反应器内液体和颗粒污泥向上运动，出水口位于反应器中部。反应器的进水、曝气、沉降和排水时间均由时间继电器自动控制。 
(2)接种污泥及生活污水来源：取某城市污水处理厂二沉池活性污泥，沉降30min，去除上清液，添加新鲜无机盐培养液，空曝2h，再次沉降30min后去除上清液。将浓缩后的污泥加入到反应器内。初始污泥浓度接种量大约为7gMLSS/L。生活污水为某城镇生活污水，水质指标如下(mg/L)：BOD：80～135，COD：160～250，TN：15～30，NH4 +-N：10～16，TP：2～6。 
(3)补料运行培养：向生活污水中添加一定量乙酸钠，使进水COD达到700mg/L左右，并按照C∶N∶P＝100∶5∶1向配水中加入氮、磷等营养元素。向废水中补充微量元素，其成分为(g/L)：H3BO3：0.05；ZnCl2：0.05；CuCl2：0.03；MnSO4·H2O(NH4)6：0.05；Mo7O24·4H2O：0.05；AlCl3：0.05；CoCl2·6H2O：0.05；NiCl：0.05。调整反应器时间控制程序，采用6h运行周期，进水-曝气-沉降-排水的序批式运行模式，具体为：进水15min，曝气325min，沉降5min，排水15min。启动反应器开始运行。废水从反应器底部泵入，气体通过反应器底部的空气扩散器引入。控制容积交换率为60％。整个过程温度20～25℃，pH值在7.5～8.2之间，曝气量2～3L/min，培养时间20～30天。 
(4)低负荷培养：停止向低浓度生活污水中添加碳源，直接将此废水泵入到反 应器内，仍然进水-曝气-沉降-闲置-排水序批式运行模式，运行周期为3h，其中进水10min，沉降5min，闲置30min，排水10min，其余为曝气时间，培养约30天，获得对低浓度生活污水具有良好适应能力和降解性的好氧颗粒污泥。 
实施例3 
(1)生物反应器：反应器高150cm，内径8cm，底部中央安装的一个微孔曝气头，进出水口分别位于反应器的底部和上部。反应器的进水、曝气、沉降和排水时间均由时间继电器自动控制。 
(2)接种污泥及生活污水来源：取某城市污水处理厂二沉池活性污泥，沉降30min，去除上清液，添加新鲜无机盐培养液，空曝2h，再次沉降30min后去除上清液。将浓缩后的污泥加入到反应器内。初始污泥浓度接种量大约为8gMLSS/L。生活污水为某城镇生活污水，水质指标如下(mg/L)：BOD：80～135，COD：160～250，TN：15～30，NH4 +-N：10～16，TP：2～6。 
(3)补料运行培养：向生活污水中添加一定量蔗糖，使进水COD达到650mg/L左右，并按照C∶N∶P＝100∶5∶1向配水中加入氮、磷等营养元素。向废水中补充微量元素，其成分为(g/L)：H3BO3：0.05；ZnCl2：0.05；CuCl2：0.03；MnSO4·H2O(NH4)6：0.05；Mo7O24·4H2O：0.05；AlCl3：0.05；CoCl2·6H2O：0.05；NiCl：0.05。调整反应器时间控制程序，采用6h运行周期，进水-曝气-沉降-排水的序批式运行模式，具体为：进水15min，曝气325min，沉降5min，排水15min。启动反应器开始运行。废水从反应器底部泵入，气体通过反应器底部的空气扩散器引入。控制容积交换率为70％。整个过程温度20～25℃，pH值在7.5～8.2之间，曝气量2～3L/min，培养时间20～30天。 
(4)低负荷培养：停止向低浓度生活污水中添加碳源，直接将此废水泵入到反应器内，仍然进水-曝气-沉降-闲置-排水序批式运行模式，运行周期为3h， 其中进水10min，沉降5min，闲置30min，排水10min，其余为曝气时间，控制容积交换率为60％，曝气量1.5L/min，培养约30天，获得对低浓度生活污水具有良好适应能力和降解性的好氧颗粒污泥。 

Claims (8)

1.一种适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：该方法包括补料运行和低负荷运行两个阶段，首先将絮状活性污泥接种到好氧颗粒污泥培养反应器后，向低浓度生活污水中补充添加易降解碳源使进水COD调整到600～800mg/L，采用运行周期为6～8h及进水-曝气-沉淀-排水的序批式运行模式培养活性污泥至半成熟或成熟状态的好氧颗粒污泥后，再以低浓度生活污水继续培养，采用运行周期为3～4h及进水-曝气-沉淀-闲置-排水的序批式运行模式进行好氧颗粒的低负荷驯化和培养，即获得适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥，其中，
补料运行阶段，采用的序批式运行模式中，每个运行周期中，进水10～30min，沉降5min，排水10～30min，其余为曝气时间，曝气量为2～3L/min；
低负荷运行阶段，采用的序批式运行模式中，每个运行周期中，进水10～30min，沉降5min，闲置20～30min，排水10～30min，其余为曝气时间，曝气量为1～2L/min；反应器容积交换率控制在50％；过程控制容积负荷0.45～1.2kgCOD/m3·d；
补料运行阶段，在运行前10天内，当反应器中污泥浓度下降到污泥初始浓度的一半时，向反应器内补充接种污泥；反应器容积交换率控制在50～70％，过程控制容积负荷0.9～1.7kgCOD/m3·d，温度20～25℃，pH值在7.5～8.2之间。
2.根据权利要求1所述的适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：所述的易降解碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉和乙酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：补料运行阶段，按照C∶N∶P＝100∶5∶1向配水中添加氮和磷元素，并补充添加微量元素以利于微生物生长。
4.根据权利要求1所述的适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：所述好氧颗粒污泥培养反应器为柱状，高径比为(8～20)∶1。
5.根据权利要求1所述的适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：所述的低浓度生活污水包括城镇或者农村排放的各种形式的生活污水，水中COD浓度为140～350mg/L。
6.根据权利要求1所述的适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：所述絮状活性污泥为污水处理厂曝气池或二沉池的絮状活性污泥。
7.根据权利要求1所述的适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：污泥接种量6～8gMLSS/L。
8.根据权利要求1所述的适用于低浓度生活污水的好氧颗粒污泥培养方法，其特征在于：补料运行阶段，运行30～40天获得半成熟或成熟状态好氧颗粒；低负荷运行阶段，培养10～20天获得对低浓度生活污水具有良好降解特性的好氧颗粒污泥。
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