CN104528929A - 一种低温快速培养好氧颗粒污泥的方法 - Google Patents

一种低温快速培养好氧颗粒污泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温快速培养好氧颗粒污泥的方法，属于环境工程技术领域。本发明以海藻酸盐颗粒作为载体可以有效实现污泥微生物在其上的聚集，加速了低温好氧颗粒污泥的形成，低温活性污泥颗粒化时间缩短至31-34d，较不添加海藻酸盐颗粒的方法缩短了6-9d。本发明培养的低温好氧颗粒污泥具有较高的强度和稳定的结构，沉降性能较好，对污水中COD，NH4 +-N和PO4 3--P具有良好的去除能力，其对COD，NH4 +-N和PO4 3--P的去除率分别达到85.3％，90.8％和91.3％。海藻酸盐的强化作用有效的缩短了颗粒污泥的形成时间，加速了低温SBAR的启动并维持其长期稳定运行，具有很高的可行性。

Description

一种低温快速培养好氧颗粒污泥的方法
技术领域
本发明涉及一种低温快速培养好氧颗粒污泥的方法，属于环境工程技术领域。
背景技术
水体富营养化问题的日益突出，提高污水处理厂氮磷去除能力，控制污水处理厂出水氮磷含量已经逐步成为环境污染控制领域的研究重点。传统的生物除磷脱氮工艺由于污水中碳源物质的缺乏，使活性污泥对氮磷的去除能力有限，尤其是在低温条件下污泥性能与处理效果进一步受到制约，并且存在不同程度的污泥膨胀等问题，影响工艺系统的正常运行。好氧颗粒污泥是一种特殊的生物膜结构，因其具有良好的沉降性能，较低的运行成本，较高的生物量和处理效能而极具发展潜力。但是好氧颗粒污泥的培养，尤其在低温(10℃)条件下由于污泥微生物活性受到抑制而引起的反应系统启动较慢与运行稳定性较差的问题更加突出，进而成为制约其技术发展的关键所在。
为了缩短和简化好氧颗粒污泥反应器的启动时间，提高好氧颗粒污泥系统运行效率，本发明对低温(10℃)条件下好氧颗粒污泥的快速培养方法进行了设计，并考察了其对低温污水的处理效能。在低温条件下，快速培养的好氧颗粒污泥不仅加快和简化了好氧颗粒污泥反应器的启动，同时其除磷脱氮特性也得到显著加强，反应系统运行稳定，对于北方高寒地区以及南方无供暖设施区域生活污水的处理提供了稳定高效的新工艺。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种低温快速培养好氧颗粒污泥的方法，是以海藻酸盐颗粒作为载体有效实现污泥微生物在其上的聚集，从而加速低温条件下好氧颗粒污泥的形成。
在本发明的一种实施方式中，所述方法主要包括以下步骤：将好氧池活性污泥接种于内循环序批气提式反应器(SBAR)或内循环序批反应器(SBR)中，在曝气阶段添加海藻酸盐颗粒，作为污泥微生物的聚集载体。
在本发明的一种实施方式中，所述低温是8-12℃。
在本发明的一种实施方式中，所述方法主要包括以下步骤：将好氧池活性污泥接种于内循环序批气提式反应器，每批次反应周期约3h，控制水温为8-12℃，调节进水pH值为7.0±0.2；其中，静态进水期60±2min，曝气反应期112±2min，污泥沉降期3min，快速排水期5±1min，排水比50％；每8个反应周期添加一次海藻酸盐颗粒，在曝气反应期添加，添加量约为一个周期进水量的1.4％(m/m)。直至污泥颗粒形成停止添加海藻酸盐颗粒。
在本发明的一种实施方式中，所述方法主要包括以下步骤：将5L好氧池活性污泥接种于内循环序批气提式反应器中，SBAR有效容积10.4L，排水比50％，反应周期为3h，每周期进水5.2L，控制水温为8-12℃，调节进水pH值为7.0±0.2；其中，静态进水期60min，曝气反应期112min，污泥沉降期3min，快速排水期5min；静态进水期溶解氧饱和度为0，曝气反应期溶解氧饱和度为100％；每8个反应周期投加一次海藻酸盐颗粒，在曝气反应期添加，添加量约为一个周期进水量的1.4％(m/m)，每次海藻酸盐颗粒投加数量约200颗，直至污泥颗粒形成。
在本发明的一种实施方式中，所述好氧污泥颗粒的形成是指90％以上污泥呈颗粒态、好氧颗粒污泥平均粒径在2.0mm以上。
在本发明的一种实施方式中，海藻酸盐颗粒的制备过程如下：将200ml 0.6-0.7g/L的MgCl2溶液溶于100ml 3％-5％的海藻酸钠溶液中配制成A液，过量CaCl2溶于100g水中配制成B液；持续搅拌B液，将A液匀速滴加至B液中，继续低温中速搅拌20-24h，去除清液，即得海藻酸盐颗粒。海藻酸盐颗粒粒径d≤0.2mm。
在本发明的一种实施方式中，海藻酸盐颗粒的制备过程如下：将200ml 0.67g/L的MgCl2溶液溶于100ml 3％的海藻酸钠溶液中配制成A液，过量CaCl2溶于100g水中配制成B液；持续搅拌B液，将A液匀速滴加至B液中，继续低温中速搅拌24h，去除清液，即得海藻酸盐颗粒。海藻酸盐颗粒粒径d≤0.2mm。
在本发明的一种实施方式中，所述好氧活性污泥是来自A2O工艺的污水处理厂的好氧池活性污泥，污泥浓度4500mg/L。
在本发明的一种实施方式中，反应器中的进水是常见的富含氮磷的污水。
在本发明的一种实施方式中，反应器中的进水是将模拟废水通过碳、氮源水箱分别进水，按照碳源水箱进水：氮源水箱进水：自来水体积比1:1:8混合，碳源水箱溶质包括：NaAc 8560mg/L、MgSO4880mg/L、KCl 350mg/L，氮源水箱溶质包括：NH4Cl 2240mg/L、K2HPO4735mg/L、KH2PO4288mg/L、微量元素液1ml/L；微量元素液成分如下所示：FeCl3·6H2O 1.5g/L、H3BO30.15g/L、CuSO4·5H2O 0.03g/L、KI 0.03g/L、MnCl2·4H2O 0.12g/L、Na2MoO4·2H2O 0.06g/L、ZnSO4·7H2O 0.12g/L、CoCl2·6H2O 0.15g/L。
本发明还提供一种低温污水处理方法，是以海藻酸盐颗粒作为载体培养污泥微生物获得低温好氧颗粒污泥，用于污水处理。
本发明以海藻酸盐颗粒作为载体可以有效实现污泥微生物在其上的聚集，从而加速了低温好氧颗粒污泥的形成，低温活性污泥颗粒化时间缩短至31-34d，较不添加海藻酸盐颗粒的方法缩短了6-9d。经海藻酸盐颗粒强化培养的低温好氧颗粒污泥具有较高的强度和稳定的结构，沉降性能较好，对污水中COD，NH4 +-N和PO4 3--P具有良好的去除能力，其对COD，NH4 +-N和PO4 3--P的去除率分别达到85.3％，90.8％和91.3％。海藻酸盐的强化作用有效的缩短了颗粒污泥的形成时间，加速了低温SBAR的启动并维持其长期稳定运行，具有很高的可行性。
附图说明
图1好氧颗粒污泥的沉降性能和生物量
图2胞外聚合物的变化
图3好氧颗粒污泥粒径分布及沉降速率
图4好氧颗粒污泥对污染物的去除效能
具体实施方式
实施例1低温好氧颗粒污泥的快速培养方法
低温好氧颗粒污泥快速培养的方法和步骤具体如下，设置正常培养条件和快速培养条件，对比两种培养条件下好氧颗粒污泥特性以及好氧颗粒污泥系统运行效能：
(1)内循环序批气提式反应器运行条件
取采用A2O工艺的污水处理厂好氧池活性污泥5L(污泥浓度4500mg/L)，接种于内循环序批气提式反应器(Sequencing BatchAirlift Reactor,SBAR)中，用以培养低温好氧颗粒污泥。SBAR有效容积10.4L，排水比50％(由蠕动泵导出)，反应周期为3h，每周期进水5.2L，静态进水期60min，曝气反应期112min，污泥沉降期3min，快速排水期5min。控制水温为10℃，调节进水pH值为7.0±0.2(运行过程中采用1mol/L HCl和1mol/LNaOH调节pH)。通过实时控制系统控制空气、氮气含量与比例以保证进水段厌氧状态，反应段好氧状态(静态进水期溶解氧饱和度为0，曝气反应期溶解氧饱和度为100％)。
(2)好氧颗粒污泥培养条件
上述反应器中污水进水采用模拟废水，模拟废水成分如下所示：NaAc 8560mg/L，NH4Cl2240mg/L，K2HPO4735mg/L，KH2PO4288mg/L，MgSO4880mg/L，KCl 350mg/L，微量元素液1ml/L；微量元素液成分如下所示：FeCl3·6H2O 1.5g/L,H3BO30.15g/L,CuSO4·5H2O 0.03g/L,KI 0.03g/L,MnCl2·4H2O 0.12g/L,Na2MoO4·2H2O 0.06g/L,ZnSO4·7H2O 0.12g/L,CoCl2·6H2O 0.15g/L，上述废水通过碳、氮源水箱分别进水，碳源水箱溶质包括：NaAc 8560mg/L、MgSO4880mg/L、KCl 350mg/L，氮源水箱溶质包括：NH4Cl 2240mg/L、K2HPO4735mg/L、KH2PO4288mg/L、微量元素液1ml/L。按照碳源水箱进水：氮源水箱进水：自来水＝1:1:8，经3个不同蠕动泵，由反应器底部进入SBAR。进水COD 600mg/L，NH4 +-N 120mg/L，PO4 3--P 16mg/L。利用以上模拟废水在SBAR中培养好氧颗粒污泥的方法称为方法I，此方法培养的好氧颗粒污泥置于反应器R1中。
海藻酸盐颗粒制备过程如下：200mL 0.67g/L的MgCl2溶液溶于100mL 3％的海藻酸钠溶液中配制成A液，1.07g/L CaCl2(过量)溶于100g水中配制成B液。将B液放在磁力搅拌器上，用针管吸取A液，匀速滴加至B液中，低温中速搅拌24h，倒掉上清液即得海藻酸盐颗粒(粒径d≤0.2mm)；在保证城市生活污水成分和浓度不变的条件下，将上述制得的海藻酸盐颗粒在曝气期投入到SBAR中；每8个反应周期重复制备、添加上述海藻酸盐颗粒一次，直至颗粒污泥形成。当以此方法培养好氧颗粒污泥时，配水中不需添加MgSO4。采用方法I耦合海藻酸盐载体培养好氧颗粒污泥的方法称为方法II，此方法培养的好氧颗粒污泥置于反应器R2中。
实施例2低温好氧颗粒污泥形成过程与特性
(1)低温好氧颗粒污泥形成过程
将制备好的海藻酸盐小颗粒在SBAR运行的曝气期投加到反应器中，海藻酸盐小颗粒与活性污泥微生物充分混合，微生物以海藻酸盐小颗粒为载体附着在其表面，以增加自身的沉降速度，防止其在排水阶段因沉降性能较差而被排出反应器。如图1所示，污泥生物量在短暂降低之后迅速升高，达到7.2g/L，而其沉降性能一直较好，污泥SVI随反应器运行而持续降低，待90％以上污泥呈颗粒态、好氧颗粒污泥平均粒径在2.0mm以上，即好氧颗粒污泥形成，其SVI稳定在44.9-48.6ml/g之间。由于海藻酸盐小颗粒的加入，低温活性污泥颗粒化的时间缩短至31-34d，较传统培养低温好氧颗粒污泥的方法平均缩短6-9d(表1)。好氧颗粒污泥具有较好的球型外观，但是在其形成过程中，有相当长的一段时间，所形成的颗粒形态极其不规则，这可能是因为污泥微生物与海藻酸盐小颗粒间的吸附属于单纯的疏水性吸附，而非以传统方式培养低温好氧颗粒污泥的电力吸附，疏水性吸附和EPS粘附的综合作用，当附着在海藻酸盐小颗粒表面的微生物达到一点厚度或生物量积累到一定浓度时，其污泥聚集体会转换成颗粒化形态。
表1海藻酸钠强化的低温好氧颗粒污泥的污泥特性
(2)低温好氧颗粒污泥的稳定性
低温活性污泥颗粒化进程中，其EPS(胞外聚合物)含量变化如图2所示，EPS中蛋白质类物质含量逐渐升高，由6.0升高到33.0mg/gMLSS；多糖类物质因为有海藻酸盐的加入，其含量也由6.4升高到19.3mg/gMLSS，在颗粒污泥培养成熟后，其EPS内多糖类物质含量降低至10.2-11.4mg/gMLSS，这一浓度与传统培养方式得到的低温好氧颗粒污泥的EPS内多糖类物质浓度较为接近。EPS内PN/PS在3.2左右，表明较高浓度的蛋白质类物质是低温好氧颗粒污泥形成的重要因素，因为有惰性物质作为载体，污泥强度也达到99.1％，低温好氧颗粒污泥结构密实，为污泥微生物的良好生长提供了适宜的环境。
(3)低温好氧颗粒污泥的粒径分布
利用海藻酸盐强化培养的低温好氧颗粒污泥平均粒径为2.4mm，粒径在0.5-3.0mm之间的颗粒污泥含量达82.1％(图3a)，以海藻酸盐强化培养的低温好氧颗粒污泥的平均粒径没有改变，颗粒污泥内部传质和传氧能力也不会降低，从而使好氧颗粒污泥对污染物依然保持良好的去除效能。经海藻酸盐强化培养的低温好氧颗粒污泥的粒径与其沉降速率具有良好的线性关系(图3b)：y＝10.811x+3.407，其中y和x分别代表颗粒污泥的沉降速率(m/h)和粒径(mm)，颗粒污泥较好的沉降性能使其具有良好的泥水分离效果，保证了出水水质稳定达标。
(4)低温好氧颗粒污泥对污水的去除效能
由于接种的活性污泥一直在常温下进行驯化，因此当其被接种至低温SBAR后，其活性受到较大抑制，对污水中污染物处理效能较低。随着低温反应器的运行，污泥微生物逐步适应低温环境，并且先期形成的颗粒污泥因其内部EPS的存在，具备一定抵御较低温度的能力，因此其对污水中COD，NH4 +-N和PO4 3--P的去除能力逐渐提高(图4)，并逐步达到稳定，反应器出水COD，NH4 +-N和PO4 3--P浓度分别为45.3，4.3和1.0mg/L，相应COD，NH4 +-N和PO4 3--P去除率达到85.3％，90.8％和91.3％，颗粒污泥中异养细菌，AOB，NOB和PAO等均具有较高的生物活性。出水中NO2 --N和NO3 --N浓度分别为2.9和5.5mg/L，同步硝化反硝化率为81.3％，同时硝化反硝化速率达到0.87mmol/L·h。经海藻酸盐强化的低温好氧颗粒污泥具有良好的生物活性，其COD氧化能力，硝化反硝化能力和生物除磷能力均与以传统方式培养的低温好氧颗粒污泥相近，表明海藻酸盐的强化作用，有效的缩短了颗粒污泥的形成时间，加速了低温SBAR的启动并维持其长期稳定运行，在实际应用中具有很高的可行性。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种低温快速培养好氧颗粒污泥的方法，其特征在于，是以海藻酸盐颗粒作为载体实现好氧活性污泥微生物在其上的聚集，从而加速低温条件下好氧颗粒污泥的形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将好氧池活性污泥接种于内循环序批气提式反应器或内循环序批反应器中，在曝气阶段添加海藻酸盐颗粒，作为污泥微生物的聚集载体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低温是8-12℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法主要包括以下步骤：将好氧活性污泥接种于内循环序批气提式反应器，每批次反应周期约3h，控制水温为8-12℃，调节进水pH值为7.0±0.2；其中，静态进水期60±2min，曝气反应期112±2min，污泥沉降期3min，快速排水期5±1min，排水比50％；每8个反应周期添加一次海藻酸盐颗粒，在曝气反应期添加，添加量约为一个周期进水质量的1.4％，直至污泥颗粒形成停止添加海藻酸盐颗粒。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法主要包括以下步骤：将5L好氧池活性污泥接种于内循环序批气提式反应器中，SBAR有效容积10.4L，排水比50％，反应周期为3h，每周期进水5.2L，控制水温为8-12℃，调节进水pH值为7.0±0.2；其中，静态进水期60min，曝气反应期112min，污泥沉降期3min，快速排水期5min；静态进水期溶解氧饱和度为0，曝气反应期溶解氧饱和度为100％；每8个反应周期投加一次海藻酸盐颗粒，在曝气反应期添加，添加量约为一个周期进水质量的1.4％，每次海藻酸盐颗粒投加数量约200颗，直至污泥颗粒形成。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，海藻酸盐颗粒的制备过程如下：将200ml0.6-0.7g/L的MgCl2溶液溶于100ml3％-5％的海藻酸钠溶液中配制成A液，过量CaCl2溶于100g水中配制成B液；持续搅拌B液，将A液匀速滴加至B液中，继续低温中速搅拌20-24h，去除清液，即得海藻酸盐颗粒。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，海藻酸盐颗粒的制备过程如下：将200ml0.67g/L的MgCl2溶液溶于100ml3％的海藻酸钠溶液中配制成A液，过量CaCl2溶于100g水中配制成B液；持续搅拌B液，将A液匀速滴加至B液中，继续低温中速搅拌24h，去除清液，即得海藻酸盐颗粒。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述好氧活性污泥是来自A2O工艺的污水处理厂的好氧池活性污泥，污泥浓度4500mg/L。
9.一种低温污水处理方法，是以海藻酸盐颗粒作为载体培养好氧活性污泥微生物获得低温好氧颗粒污泥，用于污水处理。
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