CN104773937B

CN104773937B - 一种混养反硝化脱硫颗粒污泥的快速培养方法

Info

Publication number: CN104773937B
Application number: CN201510081746.4A
Authority: CN
Inventors: 刘春爽; 赵朝成; 张继亮; 国亚东; 刘芳; 赵东风
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2015-02-15
Filing date: 2015-02-15
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2035-02-15
Also published as: CN104773937A

Abstract

一种混养反硝化脱硫颗粒污泥快速培养方法，它涉及一种颗粒污泥快速培养方法。本发明解决了现有技术在培养混养反硝化脱硫颗粒污泥时周期长、运行成本高、及引入有害微生物，造成混养反硝化颗粒污泥工艺效果差的问题。本发明以活性污泥为接种污泥，在氯化钠投加的条件下，直接实现污泥的颗粒化，避免了先培养出硫酸盐还原颗粒污泥，再驯化混养反硝化脱硫颗粒污泥的繁琐步骤，缩短了颗粒污泥培养时间，节约了运行操作成本，同时避免了以产甲烷为接种污泥，防止引入有害微生物，保证了反硝化脱硫颗粒污泥高效运行效能，同时回收单质硫，实现了废物资源化。

Description

一种混养反硝化脱硫颗粒污泥的快速培养方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种混养反硝化脱硫颗粒污泥快速培养的新方法。

背景技术

随着石油、化工、制药等行业的迅速发展，产生了大量的含硫含氮有机废水，此类废水不仅含有大量的有机物，而且还含有高浓度的含硫污染物和含氮污染物，排放到水体中不仅引起水体富营养化，而且还会产生恶臭等问题，严重影响人们的生产和生活。

混养反硝化脱硫技术通过自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的协同作用，在一个反应器内实现硫化物、硝酸盐和有机物的同步去除，由于其具有效率高、处理成本低、污泥产率低和可回收单质硫等优点，在含硫含氮废水处理领域具有广泛的应用前景；尤其是混养反硝化脱硫颗粒污泥工艺，由于其污泥以颗粒形式存在，具有更高的处理负荷和抗冲击负荷性能，更受人们亲睐。据报道，混养反硝化脱硫颗粒污泥工艺能够实现6.09kgS/(m³·d)的硫化物,3.11kg N/(m³·d)的硝态氮和3.27kg C/(m³·d)有机物的同步去除，且去除率高达93％以上。

然而，目前已经公开的混养反硝化脱硫颗粒污泥大都由成熟的产甲烷颗粒污泥培养驯化而来，或由成熟的硫酸盐还原颗粒污泥培养驯化而来，尚未发现用普通活性污泥在处理含硫化物废水时直接快速培养成混养反硝化脱硫颗粒污泥的相关报道。尽管产甲烷颗粒污泥现已商业化，但现有方法存在培养步骤繁琐、培养周期较长、驯化过程复杂等缺点，且培养驯化过程中无法避免一些非功能性微生物生长，从而影响混养反硝化脱硫工艺的效能。如周旭等人发现，以产甲烷颗粒污泥为接种污泥，培养驯化混养反硝化脱硫颗粒污泥时，甲烷杆菌属Methanobacterium sp.会在亚硝酸盐被异养反硝化菌消耗以后，利用乙酸盐将体系内所形成的单质硫近一步还原为硫化物，从而大大降低混养反硝化脱硫系统的效能。

CN101058463 A公开了一种实现厌氧氨氧化与甲烷化反硝化耦合的废水生物处理方法，在膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中接种具有甲烷化、反硝化和厌氧氨氧化活性的颗粒污泥，在曝气生物滤池(BAF)或SHARON工艺或SBR反应器中接种好氧氨氧化菌，将膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器与曝气生物滤池(BAF)或SHARON工艺或SBR反应器相连接，通过合理控制pH值、温度、溶解氧、外回流比、负荷速率、氧化还原电位以及有机物COD浓度、氨氮浓度，成功实现了厌氧氨氧化与甲烷化反硝化耦合的废水生物处理。该方法工艺较为复杂，成本较高。

CN101302058 A公开了一种同步脱除无机废水中硫和氮的方法，它涉及处理无机废水的方法。包括如下步骤：1.向反应器中加入厌氧活性污泥进行生物挂膜，或者培养颗粒污泥；2.将无机废水通入反应器，投加有机碳源，在生物膜或颗粒污泥内废水中的硫酸盐被转化成硫化物，硫化物扩散生物膜或颗粒污泥表面被氧化为单质硫，废水中的硝酸盐被反硝化为氮气；3.排放经步骤二处理后的废水，同时分离回收单质硫悬浮颗粒；即完成对无机废水中硫、氮同时去除。该方法中没有明确说明颗粒污泥的培养步骤和特征，且该过程与本发明中的硫氮同步脱除过程完全不同。

发明内容

基于此，本发明提供了一种混养反硝化脱硫颗粒污泥的快速培养方法,该方法能够直接将活性污泥快速培养成混养反硝化脱硫颗粒污泥，具有培养时间短、步骤简单、颗粒污泥处理效果好、避免颗粒污泥被非功能性微生物污染等优点。

本发明提供一种混养反硝化脱硫颗粒污泥的快速培养方法，包括以下步骤：(1)取城市污水厂二沉池絮状污泥，装入配有三相分离器的UASB或EGSB反应器(三相分离器的作用在于防止接种污泥的大量流失)；(2)配制含有硫化物、硝酸盐和有机物的模拟废水，启动反应器；并在模拟废水中添加浓度为1-5g/L NaHCO₃，为体系内的自养微生物提供碳源；所述模拟废水硫化物、硝化盐和有机物的摩尔比为1:0.3-3:0.3-3，pH值为6-8.5；(3)将所述的模拟废水泵入UASB或EGSB反应器，控制反应器温度为25-35℃，驯化混养反硝化脱硫微生物15-30d，待硫化物、硝酸盐和有机物去除率在90％以上，完成驯化；(4)保持反应器温度为20-35℃，pH值6-8.5，将进水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比调整为3:0.5-2:0.5-2，同时在进水中投加浓度为2g/L-40g/L的NaCl，继续运行40-60天，即完成反硝化脱硫颗粒污泥的培养，其中所述硫化物、硝化盐和有机物的摩尔比是以S:N:C计算的。

所述pH值优选为7-8，更优选7.4-7.7。步骤(2)水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比优选为1:0.5-2:0.5-2，最优选为1:1:1。步骤(4)水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比优选为3:0.5-1.5:0.5-1.5，最优选为3:1:1。步骤(4)中在进水中投加的NaCl浓度优选为8-12g/L。

所得颗粒污泥密度1.0-1.1g/mL，平均粒径1-4mm，污泥沉积指数(SVI)为20-40mL/g，沉降速度为16.2-63.1cm/min。优选所得颗粒污泥密度1.05-1.1g/mL，平均粒径1-4mm，污泥沉积指数(SVI)为30-40mL/g，沉降速度为30.1-63.1cm/min。

颗粒污泥形成过程中，硫化物、硝酸盐氮和有机物的去除率分别达100％、100％和83.2％以上，且去除的硫化物主要以单质硫形式存在，单质硫理论产率 95％以上。

本发明所述方法中优选在步骤(4)中添加NaCl溶液时，逐渐增大NaCl溶液的浓度，最好是在一个浓度下反应一段时间后再增加到下一个浓度。更优选进水中依次投加的NaCl浓度及运行时间为2-3g/L运行5-10天、3.5-5.5g/L运行10-20天、6-8g/L运行5-8天、9-13g/L运行5-8天、15-25g/L运行5-10天和30-40g/L运行3-8天。最优选进水中依次投加的NaCl浓度为2g/L运行7天、4g/L运行17天、6g/L运行6天、10g/L运行6天、20g/L运行9天、35g/L运行5天。

在方法中添加NaCl溶液的原理在于：厌氧条件下，NaCl的投加能够促进微生物分泌保外聚合物(胞外多糖和蛋白质)，同时NaCl电离之后能够起到压缩双电荷的作用。在混养反硝化脱硫体系内单质硫的产生能够进一步起到“凝结核”的作用，从而大大缩短了颗粒污泥的形成时间。此外，培养方法中第四步骤C:N:S的摩尔比3:0.5-2:0.5-2，为系统在NaCl存在条件下仍能具有较好的硫化物、硝酸盐和有机物的去除率(三种物质的去除率均>83％)提供有力保障，并保障了较高水平的单质硫转化速率(>90％)。

采用逐渐增加NaCl浓度的方法，可以使污泥中的微生物逐步适应提高的NaCl浓度，保证污泥中微生物的生长状态，更好的保证反应器的运行效果。同时可以逐渐刺激污泥增加保外聚合物，逐渐增加压缩双电层的作用力，保障了颗粒污泥的顺利形成，并为颗粒污泥具有良好的运行效能提供了有力保障。

与现有的混养反硝化脱硫颗粒污泥工艺相比，本发明所得的颗粒污泥避免了由于接种产甲烷颗粒污泥而引入一些有害的微生物，从而保证了反硝化脱硫工艺的运行效果；本发明避免了先培养硫酸盐还原颗粒污泥，再驯化成混养反硝化颗粒污泥的复杂过程，具有培养步骤简单、培养周期短(最短仅需要63天左右)的优点。由于颗粒污泥形成周期短，进而大大降低了整体的运行操作成本；本发明所得的颗粒物污泥具有良好的生物学活性和水力学性能，可使反应器的运行效能和运行稳定性得到较大提高。因此，本发明具有颗粒污泥培养周期短、步骤简单，所得颗粒污泥污染物去除效果好且稳定的优点。同时将硫化物氧化而成的单质硫回收，能够实现废物资源化。混养反硝化脱硫颗粒污泥形成后，硫化物、硝酸盐和有机物的去除率保持在83％以上，单质硫转化速率在95％以上。

附图说明

图1是具体实施方式十五中混养反硝化脱硫颗粒污泥的快速培养方法颗粒污泥形成过程中硫化物去除效果图；其中“■”表示进水S^2-，“○”表示出水S^2-；“△”表示出水SO₄ ^2-；“﹡”表示S⁰转化率；“+”表示S^2-除去率；其中NaCl浓度分别为(I)0g/L,(II)2g/L,(III)4g/L,(IV)6g/L,(V)10g/L,(VI)20g/L and(VII)35g/L；

图2是具体实施方式十五中混养反硝化脱硫颗粒污泥的快速培养方法颗粒污泥形成过程中硝酸盐去除效果图；其中“■”表示进水NO₃ ^-，“□”表示出水NO₃ ^-，“○”表示出水NO₂ ^-，“﹡”表示NO₃ ^-去除率；其中NaCl浓度分别为(I)0g/L,(II)2g/L,(III)4g/L,(IV)6g/L,(V)10g/L,(VI)20g/L and(VII)35g/L；

图3是具体实施方式十五中混养反硝化脱硫颗粒污泥快速培养方法颗粒污泥形成过程中有机物去除效果图；其中“■”表示进水Ac_-，“□”表示出水Ac^-，“﹡”表示Ac^-去除率；其中NaCl浓度分别为(I)0g/L,(II)2g/L,(III)4g/L,(IV)6g/L,(V)10g/L,(VI)20g/L and(VII)35g/L；

图4颗粒污泥光学摄影图；

图5颗粒污泥SEM照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中一种混养反硝化脱硫颗粒污泥快速培养方法，通过以下步骤实现：一、取城市污水厂二沉池絮状污泥，装入配有三相分离器的UASB或EGSB反应器(三相分离器的作用在于防止接种污泥的大量流失)；二、配制含有硫化物、硝酸盐和有机物的模拟废水，启动反应器；并在模拟废水中添加浓度为1-5g/L NaHCO₃，为体系内的自养微生物提供碳源；所述模拟废水硫化物、硝化盐和有机物的摩尔比为1:1:1，pH值为7；三、将所述的模拟废水泵入UASB或EGSB反应器，控制反应器温度为30℃，驯化混养反硝化脱硫微生物15-30d，待硫化物、硝酸盐和有机物去除率在90％以上，完成驯化；四、保持反应器温度为30℃，pH值保持7，将进水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比调整为3:1:1，同时在进水中投加浓度为2g/L-40g/L的NaCl，继续运行40-60天，即完成反硝化脱硫颗粒污泥的培养，其中所述硫化物、硝化盐和有机物的摩尔比是以S:N:C计算的。

本实施方式中颗粒污泥形成共用70天；所得颗粒污泥密度1.0-1.1g/mL，平均粒径1-4mm，污泥沉积指数(SVI)为20-40mL/g，沉降速度为16.2-63.1cm/min。颗粒污泥形成后，硫化物、硝酸盐和有机物的去除率保持在80％以上，单质硫转化速率在90％以上。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中模拟废水的pH为8。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中模拟废水的pH为6。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中反应器的pH为6。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中反应器的pH为8。其他步骤及参数与具体实施方式一、相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是：步骤二中模拟废水的有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔为1:0.5:0.5。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是：步骤二中模拟废水的有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔为1:2.0:2.0。其他步骤及参数与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是：步骤四进水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比调整为3:0.5:0.5。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是：步骤四进水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比调整为3:2:2。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤四在进水中投加的NaCl浓度为8-12g/L。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十不同的是：步骤四在进水中投加的NaCl浓度及运行时间为2g/L运行5天、3.5g/L运行10天、6g/L运行5天、9g/L运行5天、15g/L运行5天和30g/L运行3天。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十不同的是：步骤四在进水最优选进水中依次投加的NaCl浓度为2g/L运行7天、4g/L运行12天、 6g/L运行6天、10g/L运行6天、20g/L运行9天、35g/L运行5天。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十不同的是：步骤四在进水中依次投加的NaCl浓度及运行时间为3g/L运行10天、5.5g/L运行15天、8g/L运行8天、13g/L运行8天、25g/L运行7天和40g/L运行5天。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十四：本实施方式对活性污泥为接种污泥的反应器试运行来验证本发明的效果，活性污泥取自青岛市尼布弯污水处理厂二沉池，将其装入配有三相分离器的EGSB反应器中；步骤二中的硫化物、硝化盐和有机物的摩尔比为1:1:1，pH值为7.5；步骤三中的温度为30℃，驯化时间为20d，步骤四中反应器温度为30℃，pH值为7.5，进水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比调整为3:1:1，在进水中投加的NaCl浓度为2-10g/L，继续运行时间为50天。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

本实施方式中，本实施方式中颗粒污泥形成共用80天；所得颗粒污泥密度1.0-1.05g/mL，平均粒径1-2mm，污泥沉积指数(SVI)为20-30mL/g，沉降速度为16.2-30.1cm/min。颗粒污泥形成后，硫化物、硝酸盐和有机物的去除率保持在80％以上，单质硫转化速率在92％以上。

具体实施方式十五：本实施方式对活性污泥为接种污泥的反应器试运行来验证本发明的效果，活性污泥取自青岛市尼布弯污水处理厂二沉池，将其装入配有三相分离器的UASB反应器中；步骤二中的硫化物、硝化盐和有机物的摩尔比为1:1:1，pH值为7.5；步骤三中的温度为30℃，驯化时间为20d，步骤四中反应器温度为30℃，pH值为7.5，进水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比调整为3:1:1，在进水中依次投加的NaCl浓度为2g/L(运行7天)、4g/L(运行 17天)、6g/L(运行6天)、10g/L(运行6天)、20g/L(运行9天)和35g/L(运行5天)，共运行时间为50天。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

本实施方式中颗粒污泥形成共用70天；所得颗粒污泥密度1.0-1.1g/mL，平均粒径1-4mm，污泥沉积指数(SVI)为20-40mL/g，沉降速度为16.2-63.1cm/min。颗粒污泥形成后，硫化物、硝酸盐和有机物的去除率保持在83％以上，单质硫转化速率在95％以上。

本实施方式中对硫化物、硝酸盐和乙酸盐的去除情况分别进行了实时监测，结果如图1、图2和图3所示。并对所得颗粒污泥进行了普通光学摄影和SEM分析，结果见图4和图5。由图可见，本实施方式中，所形成的颗粒污泥表面主要为短杆菌为主。颗粒污泥形成过程中，硫化物、硝酸盐氮和有机物的去除率分别达100％、100％和83％以上，且去除的硫化物主要以单质硫形式存在，单质硫理论产率95％以上。

Claims

1.一种混养反硝化脱硫颗粒污泥快速培养方法，包括以下步骤：(1)取城市污水厂二沉池絮状污泥，装入配有三相分离器的UASB或EGSB反应器；(2)配制含有硫化物、硝酸盐和有机物的模拟废水，启动反应器；并在模拟废水中添加浓度为1-5g/L NaHCO₃，为体系内的自养微生物提供碳源；所述模拟废水硫化物、硝化盐和有机物的摩尔比为1:0.3-3:0.3-3，pH值为6-8.5；(3)将所述的模拟废水泵入UASB或EGSB反应器，控制反应器温度为25-35℃，驯化混养反硝化脱硫微生物15-30d，待硫化物、硝酸盐和有机物去除率在90％以上，完成驯化；(4)保持反应器温度为20-35℃，pH值6-8.5，将进水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比调整为3:0.5-2:0.5-2，同时在进水中投加浓度为2g/L-40g/L的NaCl，继续运行40-60天，即完成反硝化脱硫颗粒污泥的培养，其中所述硫化物、硝化盐和有机物的摩尔比是以S:N:C计算的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所得颗粒污泥密度1.0-1.1g/mL，平均粒径1-4mm，污泥沉积指数(SVI)为20-40mL/g，沉降速度为16.2-63.1cm/min。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于表面颗粒污泥表面主要为短杆菌。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于颗粒污泥形成过程中，硫化物、硝酸盐氮和有机物的去除率分别达100％、100％和83.2％以上，且去除的硫化物主要以单质硫形式存在，单质硫理论产率90％以上。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述pH值为7-8。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于以C、N、S计，在步骤二中模拟废水的有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔为1:0.5-2:0.5-2，在步骤四中进水中有机物、硝酸盐和硫化物的摩尔比为3:0.5-1.5:0.5-1.5。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤四中在进水中有投加的NaCl浓度为8-12g/L。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤四中添加NaCl溶液时，逐渐增大NaCl溶液的浓度，即在一个浓度下反应一段时间后，增加NaCl溶液浓度再反应一段时间。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于步骤四进水中依次投加的NaCl浓度和运行时间为，2-3g/L运行5-10天、3.5-5.5g/L运行10-20天、6-8g/L运行5-8天、9-13g/L运行5-8天、15-25g/L运行5-10天、30-40g/L运行3-8天。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于步骤四进水中依次投加的NaCl浓度和运行时间为2g/L运行7天、4g/L运行17天、6g/L运行6天、10g/L运行6天、20g/L运行9天和35g/L运行5天。