CN104181220A - 一种判断活性污泥膨胀的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种判断活性污泥膨胀的工艺方法，包括：1)经接种培养法培养驯化的生化污泥，采样处理后，通过破坏性实验诱使活性污泥发生膨胀，对膨胀污泥进行采样处理；2)经预处理后的两种污泥，采用变性梯度凝胶电泳技术，对其进行检测、鉴定；3)根据检测和鉴定结果，绘制和构建优势菌系统发育树，确定生物之间的进化和亲缘关系；4)根据原始驯化污泥和膨胀污泥细菌和真菌的种类及数量，结合微生物之间的进化和亲缘关系，进行分析比对，确定污泥膨胀原因，较现有技术和方法准确率较高，能从诱发污泥膨胀的根本原因和微生物种群的角度为活性污泥膨胀的预防和控制提供可靠的理论依据。
Description
技术领域
本发明属于污水好氧生物处理技术领域，涉及一种判断活性污泥膨胀的工艺方法。
背景技术
活性污泥法属于废水好氧生物处理方法，是一种应用广泛并极具发展潜力的污水处理技术，活性污泥的性能是处理废水效果是否良好的重要保证，活性微生物的活性对污水处理的效果具有决定性作用。但这里所说的活性污泥不是一般的污泥，而是废水中一种由微生物和悬浮物质所形成的茶褐色的絮凝体，这种絮凝体具有一定的活性，它是活性污泥处理系统中的主体作用物质。虽然活性污泥法具有应用范围广泛灵活、运行方式多种多样、处理效果明显、费用较低等许多优点，但也存在着很多不足之处。以传统活性污泥法为例，在其应用中还存在如：耐冲击负荷能力低、污泥产量大、占地面积大、基建投资大、动力消耗高、运行操作较为复杂、常规活性污泥法对营养物质氮和磷的去除率较低、污泥上浮及活性污泥膨胀等问题。其中活性污泥膨胀是活性污泥工艺运行中经常遇到的最棘手的问题之一。
活性污泥膨胀是活性污泥法问世以来在运行管理与控制中，一直困扰人们的最大难题之一，因而被称之为“活性污泥法的癌症”，其发生的原因是相当复杂的。研究者们已经对其做了广泛地研究，同时丝状菌过度生长的理论研究也有了进展。活性污泥膨胀是由于某种原因，活性污泥沉降性能，发生不良变化，在沉淀区泥水分离困难，从而造成污泥流失，最终正常的处理系统遭到破坏，这一运行过程中的现象为活性污泥膨胀。污泥膨胀可以分为两种类型:一是由于活性污泥中丝状菌的大量繁殖而引起的丝状菌污泥膨胀；二是由于菌胶团细菌大量累积高粘性物质引起的无丝状菌大量存在的非丝状菌污泥膨胀。
评价污泥沉降性能的指标有很多，如污泥体积指数(Sludge Volume Index,SVI)，污泥面成层沉降速度(Zone Sludge Velocity,ZSV)和丝状菌长度等，比较常用的评价指标是污泥体积指数。对于SVI值为多少才称为污泥膨胀，各种资料的报道不一致。一般认为沉降性能良好的污泥的SVI小于100mL/g，Palm认为SVI大于150mL/g，且丝状菌长度大于104m/g，划为污泥膨胀。而Puol认为SVI大于200mL/g时，才能称为污泥膨胀。另外，Eckenfelder建议当ZSV<0.6m/h时定义为膨胀。但事实上很多工业废水处理厂，即使当SVI超200mL/g时，处理工艺仍能一直良好的工作，如北京高碑店污水厂工业废水含量超过50％，SVI常年在200-300mL/g之间，也无污泥溢流的现象，且处理效果良好。因此有人建议活性污泥膨胀定义为：由于某种原因活性污泥沉降性能恶化，SVI值不断增大，沉淀池污泥泥面不断上升，造成污泥流失，曝气池的MLSS浓度降低，最终破坏正常的处理工艺运行的现象为活性污泥膨胀。
发明内容
针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种判断活性污泥膨胀的工艺方法。
为到达以上目的，本发明的技术方案为：
包括以下步骤：
1)、采样：
a、采取污水厂剩余的活性污泥，将所述活性污泥通过氧化沟反应器进行前期培养驯化，培养驯化成功后，对活性污泥进行采样得到样品A，将样品A贮存备用；
b、将氧化沟反应器内的活性污泥进行破坏性试验，通过改变活性污泥负荷、水温、pH，以及溶解氧，诱使活性污泥发生膨胀，然后对膨胀污泥采样得到样品B，将样品B贮存备用；
2)、采用变性梯度凝胶电泳对样品A和样品B分别进行微生物多样性检测，检测活性污泥微生物种群及数量；
3)、根据微生物多样性检测结果，绘制优势菌系统发育树；
4)、结果对比分析：
(1)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B细菌组成的变化进行比较；
(2)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B真菌组成的变化进行比较；
(3)、通过A细菌组成的变化与样品B中的细菌组成和真菌组成的变化关系，确定污泥膨胀原因。
所述将所述活性污泥通过氧化沟反应器进行前期培养驯化，培养驯化成功后，对活性污泥进行采样得到样品A具体包括：
a、将活性污泥加入氧化沟反应器中处理，使得活性污泥浓度为2500～3000mg/L；
b、根据CODcr：N：P＝350-400:5:1的比例加入氮、磷营养物质，并使得活性污泥的溶解氧量控制在2～4mg/L，并且调节pH为6.5～8.5，培养至污泥沉降比SV30下降至27％～30％；
c、将上步骤中培养的活性污泥通过废水处理，使得CODCr去除率达到90％以上，镜检观察污泥絮体良好，微生物种类丰富，生命力旺盛，则活性污泥进行采样得到样品A。
所述步骤2)具体包括：
a)将样品A和样品B的DNA的分别进行制备，扩增；
b)采用D-Code突变检测系统对样品A和样品B分别进行温度梯度胶体电泳分析。
所述优势菌系统发育树包括优势菌系统的结点和进化分支。
所述氧化沟反应器为环形结构，环形结构的中间设置有一道直线型导流墙，直线型导流墙的两侧各有一道便于废水在反应器内循环的半圆型导流墙，且氧化沟反应器的单沟宽和水深比为2:1。
所述氧化沟反应器的流速为0.3～0.5m/s，容积负荷为0.2～0.4kgBOD5/m3·d，有机负荷为0.05～0.15kg BOD5/kgMLSS·d，水力停留时间为：10～24h，活性污泥浓度为2000～4000mg/L，污泥龄大于15天。
与现有技术比较，本发明的有益效果为：
1、本发明所提供的判断活性污泥膨胀的方法，主要是通过变性梯度凝胶电泳技术对活性污泥微生物种群及数量进行检测，方法简单，操作方便。
2、本发明的判断方法，主要通过样品提取、测序、克隆、优势菌系统发育树的绘制和构建去对比分析活性污泥膨胀的机理和原因，较现有技术和方法准确率较高，能从诱发污泥膨胀的根本原因和微生物种群的角度为活性污泥膨胀的预防和控制提供可靠的理论依据。
附图说明
图1是本发明氧化沟反应器结构示意图；
图2是本发明工艺流程图及主要设备示意图；
图3是原始污泥和膨胀后污泥中细菌图谱；其中，a为原始污泥，b为膨胀污泥；
图4是原始污泥和膨胀污泥中真菌图谱；其中，a为原始污泥，b为膨胀污泥。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做详细描述。
实施例一
本发明提供了一种判断活性污泥膨胀的工艺方法，如图2所示，包括以下步骤，采用接种培养法将生活污水处理厂和造纸厂剩余污泥进行接种菌活化。二者的混合液加入氧化沟使污泥浓度MLSS在3000mg/L左右，并根据CODcr：N：P＝350:5:1的比例加入氮、磷营养物质，溶解氧(DO)控制在2～4mg/L，随时调节pH值为6.5～8.5，在驯化初期污泥沉降比SV较高，培养7d后，污泥沉降比SV30由45％下降至27％，污泥絮体较为密实，并具有良好的沉降性能，废水经处理后，CODCr去除率达到90％以上，此时污泥浓度为2550mg/L，镜检观察污泥絮体良好，微生物种类丰富，生命力旺盛。对活性污泥进行采样贮存备用。
将氧化沟反应器内活性污泥进行破坏性试验，通过改变污泥负荷、水温、pH、溶解氧等环境因素，诱使活性污泥发生膨胀。对膨胀污泥采样贮存备用。
对采样的两种活性污泥经过DNA的制备，采样后的活性污泥离心收集菌体后，溶于5ml提取缓冲液中，37℃振荡45min。加入0.75ml20％SDS，65℃水浴1h。12,000rpm，10min离心，收集上清液。上清液用等体积的酚:氯仿:异戊醇(25:24:1)抽提2次，加入终浓度0.3M的NaAC(pH5.2)及2倍体积的无水乙醇，室温沉淀1h。4℃，12,000rpm，20min离心，收集沉淀，并用70％乙醇漂洗2次，晾干后溶于50μl TE中备用。
制备好的样品进行变性梯度凝胶电泳分析检测，两种活性污泥的DGGE图谱如图3、4所示。原始驯化污泥经鉴定结果表1可知，细菌主要种类为10种，而真菌几乎没有。膨胀污泥经鉴定结果表2和表3可知，细菌种类6种，真菌种类为5种。
根据图谱结果绘制系统发育树，可以看出原始驯化污泥和膨胀污泥活性污泥微生物之间的进化和亲缘关系。根据原始驯化污泥和膨胀污泥细菌和真菌的种类及数量，结合微生物之间的进化和亲缘关系，进行分析比对，此次污泥膨胀的主要原因就是微生物种群的变化，主要是优势菌群细菌的减少和丝状真菌的增多而引起的丝状菌膨胀。
表1 原始活性污泥中细菌的鉴定结果
表2 膨胀后污泥中细菌的鉴定结果
表3 膨胀后污泥中真菌的鉴定结果
实施例2
本发明提供了一种判断活性污泥膨胀的工艺方法，包括以下步骤：
1)、采样：
a、采取污水厂剩余的活性污泥，将所述活性污泥通过氧化沟反应器进行前期培养驯化，培养驯化成功后，对活性污泥进行采样得到样品A，将样品A贮存备用；
对活性污泥进行采样得到样品A具体包括：
a1、将活性污泥加入氧化沟反应器中处理，使得活性污泥浓度为2500mg/L；
b1、根据CODcr：N：P＝350:5:1的比例加入氮、磷营养物质，并使得活性污泥的溶解氧量控制在2mg/L，并且调节pH为6.5～8.5，培养至污泥沉降比SV30下降至27％～30％；
c1、将上步骤中培养的活性污泥通过废水处理，使得CODCr去除率达到90％以上，镜检观察污泥絮体良好，微生物种类丰富，生命力旺盛，则活性污泥进行采样得到样品A。
如图1所示，本发明中的氧化沟反应器为环形结构，环形结构的中间设置有一道直线型导流墙，直线型导流墙的两侧各有一道便于废水在反应器内循环的半圆型导流墙，且氧化沟反应器的单沟宽和水深比为2:1，氧化沟反应器的流速为0.3～0.5m/s，容积负荷为0.2～0.4kgBOD5/m3·d，有机负荷为0.05～0.15kg BOD5/kgMLSS·d，水力停留时间为：10～24h，活性污泥浓度为2000～4000mg/L，污泥龄大于15天。
b、将氧化沟反应器内的活性污泥进行破坏性试验，通过改变活性污泥负荷、水温、pH，以及溶解氧，诱使活性污泥发生膨胀，然后对膨胀污泥采样得到样品B，将样品B贮存备用；
2)、采用变性梯度凝胶电泳对样品A和样品B分别进行微生物多样性检测，检测活性污泥微生物种群及数量；
所述步骤2)具体包括：
a)将样品A和样品B的DNA的分别进行制备，扩增；
b)采用D-Code突变检测系统对样品A和样品B分别进行温度梯度胶体电泳分析。
3)、根据微生物多样性检测结果，绘制优势菌系统发育树；所述优势菌系统发育树包括优势菌系统的结点和进化分支。
4)、结果对比分析：
(1)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B细菌组成的变化进行比较；
(2)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B真菌组成的变化进行比较；
(3)、通过A细菌组成的变化与样品B中的细菌组成和真菌组成的变化关系，确定污泥膨胀原因。
实施例3
本发明提供了一种判断活性污泥膨胀的工艺方法，包括以下步骤：
1)、采样：
a、采取污水厂剩余的活性污泥，将所述活性污泥通过氧化沟反应器进行前期培养驯化，培养驯化成功后，对活性污泥进行采样得到样品A，将样品A贮存备用；
对活性污泥进行采样得到样品A具体包括：
a1、将活性污泥加入氧化沟反应器中处理，使得活性污泥浓度为3000mg/L；
b1、根据CODcr：N：P＝400:5:1的比例加入氮、磷营养物质，并使得活性污泥的溶解氧量控制在2mg/L，并且调节pH为6.5～8.5，培养至污泥沉降比SV30下降至27％～30％；
c1、将上步骤中培养的活性污泥通过废水处理，使得CODCr去除率达到90％以上，镜检观察污泥絮体良好，微生物种类丰富，生命力旺盛，则活性污泥进行采样得到样品A。
本发明中的氧化沟反应器为环形结构，环形结构的中间设置有一道直线型导流墙，直线型导流墙的两侧各有一道便于废水在反应器内循环的半圆型导流墙，且氧化沟反应器的单沟宽和水深比为2:1，氧化沟反应器的流速为0.3～0.5m/s，容积负荷为0.2～0.4kgBOD5/m3·d，有机负荷为0.05～0.15kgBOD5/kgMLSS·d，水力停留时间为：10～24h，活性污泥浓度为2000～4000mg/L，污泥龄大于15天。
b、将氧化沟反应器内的活性污泥进行破坏性试验，通过改变活性污泥负荷、水温、pH，以及溶解氧，诱使活性污泥发生膨胀，然后对膨胀污泥采样得到样品B，将样品B贮存备用；
2)、采用变性梯度凝胶电泳对样品A和样品B分别进行微生物多样性检测，检测活性污泥微生物种群及数量；
所述步骤2)具体包括：
a)将样品A和样品B的DNA的分别进行制备，扩增；
b)采用D-Code突变检测系统对样品A和样品B分别进行温度梯度胶体电泳分析。
3)、根据微生物多样性检测结果，绘制优势菌系统发育树；所述优势菌系统发育树包括优势菌系统的结点和进化分支。
4)、结果对比分析：
(1)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B细菌组成的变化进行比较；
(2)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B真菌组成的变化进行比较；
(3)、通过A细菌组成的变化与样品B中的细菌组成和真菌组成的变化关系，确定污泥膨胀原因。
实施例4
本发明提供了一种判断活性污泥膨胀的工艺方法，包括以下步骤：
1)、采样：
a、采取污水厂剩余的活性污泥，将所述活性污泥通过氧化沟反应器进行前期培养驯化，培养驯化成功后，对活性污泥进行采样得到样品A，将样品A贮存备用；
对活性污泥进行采样得到样品A具体包括：
a1、将活性污泥加入氧化沟反应器中处理，使得活性污泥浓度为2800mg/L；
b1、根据CODcr：N：P＝270:5:1的比例加入氮、磷营养物质，并使得活性污泥的溶解氧量控制在2mg/L，并且调节pH为6.5～8.5，培养至污泥沉降比SV30下降至27％～30％；
c1、将上步骤中培养的活性污泥通过废水处理，使得CODCr去除率达到90％以上，镜检观察污泥絮体良好，微生物种类丰富，生命力旺盛，则活性污泥进行采样得到样品A。
本发明中的氧化沟反应器为环形结构，环形结构的中间设置有一道直线型导流墙，直线型导流墙的两侧各有一道便于废水在反应器内循环的半圆型导流墙，且氧化沟反应器的单沟宽和水深比为2:1，氧化沟反应器的流速为0.3～0.5m/s，容积负荷为0.2～0.4kgBOD5/m3·d，有机负荷为0.05～0.15kgBOD5/kgMLSS·d，水力停留时间为：10～24h，活性污泥浓度为2000～4000mg/L，污泥龄大于15天。
b、将氧化沟反应器内的活性污泥进行破坏性试验，通过改变活性污泥负荷、水温、pH，以及溶解氧，诱使活性污泥发生膨胀，然后对膨胀污泥采样得到样品B，将样品B贮存备用；
2)、采用变性梯度凝胶电泳对样品A和样品B分别进行微生物多样性检测，检测活性污泥微生物种群及数量；
所述步骤2)具体包括：
a)将样品A和样品B的DNA的分别进行制备，扩增；
b)采用D-Code突变检测系统对样品A和样品B分别进行温度梯度胶体电泳分析。
3)、根据微生物多样性检测结果，绘制优势菌系统发育树；所述优势菌系统发育树包括优势菌系统的结点和进化分支。
4)、结果对比分析：
(1)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B细菌组成的变化进行比较；
(2)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B真菌组成的变化进行比较；
(3)、通过A细菌组成的变化与样品B中的细菌组成和真菌组成的变化关系，确定污泥膨胀原因。
Claims (6)
1.一种判断活性污泥膨胀的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、采样：
a、采取污水厂剩余的活性污泥，将所述活性污泥通过氧化沟反应器进行前期培养驯化，培养驯化成功后，对活性污泥进行采样得到样品A，将样品A贮存备用；
b、将氧化沟反应器内的活性污泥进行破坏性试验，通过改变活性污泥负荷、水温、pH，以及溶解氧，诱使活性污泥发生膨胀，然后对膨胀污泥采样得到样品B，将样品B贮存备用；
2)、采用变性梯度凝胶电泳对样品A和样品B分别进行微生物多样性检测，检测活性污泥微生物种群及数量；
3)、根据微生物多样性检测结果，绘制优势菌系统发育树；
4)、结果对比分析：
(1)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B细菌组成的变化进行比较；
(2)、根据微生物多样性检测结果以及绘制的优势菌系统发育树，将样品A细菌组成的变化与样品B真菌组成的变化进行比较；
(3)、通过A细菌组成的变化与样品B中的细菌组成和真菌组成的变化关系，确定污泥膨胀原因。
2.根据权利要求1所述的判断活性污泥膨胀的工艺方法，其特征在于，所述将所述活性污泥通过氧化沟反应器进行前期培养驯化，培养驯化成功后，对活性污泥进行采样得到样品A具体包括：
a、将活性污泥加入氧化沟反应器中处理，使得活性污泥浓度为2500～3000mg/L；
b、根据CODcr：N：P＝350-400:5:1的比例加入氮、磷营养物质，并使得活性污泥的溶解氧量控制在2～4mg/L，并且调节pH为6.5～8.5，培养至污泥沉降比SV30下降至27％～30％；
c、将上步骤中培养的活性污泥通过废水处理，使得CODCr去除率达到90％以上，镜检观察污泥絮体良好，微生物种类丰富，生命力旺盛，则活性污泥进行采样得到样品A。
3.根据权利要求1所述的判断活性污泥膨胀的工艺方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：
a)将样品A和样品B的DNA的分别进行制备，扩增；
b)采用D-Code突变检测系统对样品A和样品B分别进行温度梯度胶体电泳分析。
4.根据权利要求1所述的判断活性污泥膨胀的工艺方法，其特征在于，所述优势菌系统发育树包括优势菌系统的结点和进化分支。
5.根据权利要求1所述的判断活性污泥膨胀的工艺方法，其特征在于，所述氧化沟反应器为环形结构，环形结构的中间设置有一道直线型导流墙，直线型导流墙的两侧各有一道便于废水在反应器内循环的半圆型导流墙，且氧化沟反应器的单沟宽和水深比为2:1。
6.根据权利要求1或5所述的判断活性污泥膨胀的工艺方法，其特征在于，所述氧化沟反应器的流速为0.3～0.5m/s，容积负荷为0.2～0.4kgBOD5/m3·d，有机负荷为0.05～0.15kg BOD5/kgMLSS·d，水力停留时间为：10～24h，活性污泥浓度为2000～4000mg/L，污泥龄大于15天。
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