CN105236572B - 低温sbr工艺培养聚磷颗粒污泥的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明污水处理技术领域，具体公开了一种低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法及应用。所述低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法包括如下步骤：(a)、向SBR反应器中接种菌种，同时加入碳源并通入氧气；(b)、向所述SBR反应器中通入降温污水；(c)、对加入的所述降温污水进行SBR反应；所述SBR反应包括厌氧反应、好氧反应、沉降、排水和污水补给处理的周期处理过程。本发明在低温条件下培养污泥具有明显颗粒状，形态规则、粒径分布均匀，且绝大多数污泥颗粒的刚度在72mN‑180mN范围内，为常温下颗粒污泥刚度的3‑7倍，除磷效率达到95％及以上。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法及应用。
背景技术
在过去的50年里，全球水体呈现水体富营养化越来越严重，并且呈指数增长的趋势已经引起全球的广泛关注。尤其是1960年出现的沿海水体富营养化不到75例发展到今天的800多例，其中超过500例出现缺氧问题。
水体的富营养化主要是由于含大量氮、磷等营养物质的污水持续进入淡水水体，使得淡水水体中氮、磷等营养物质超过了这些光合细菌限制生长的浓度，使得蓝藻和真核藻类等水生生物出现大规模生长繁殖，并且，其中的蓝藻具有固氮功能，可以通过固定大气中的N2来满足其自身的生长，去除需要氨氮和硝酸盐氮。水体有机物产生的速度远远超过消耗速度，水体中有机物的积蓄，最终破坏水生生态平衡的过程。有实验证明，当水体例磷的浓度降低到8g/L-10g/L时，即使氮浓度高达4mg/L-5mg/L，水体也不会发生富营养化。因此，磷被认为是导致水体富营养化的最主要原因。
根据我国最新颁布的城市污水排放标准(GB 18918-2002)中的规定，2005年以前建设的污水处理厂的一级A标准为氮小于1mg/L，此后建立的污水处理厂一级A标准为氮排放量小于0.5mg/L。因此，我国很多城市的已建和拟建的污水处理厂都面临同步脱氮除磷的问题。而在脱氮除磷过程中，由于其内在的矛盾，使得同步脱氮除磷效果并不理想，主要表现为：异养反硝化细菌和聚磷菌对碳源的竞争，硝化细菌和聚磷菌世代周期不同，以及前置反硝化型工艺中回流污泥中硝酸盐浓度对厌氧释磷的干扰等。此外，外在影响因素也制约着传统工艺同步脱氮除磷效果，比如我国城市生活污水日渐显著的低C/N比，以及南方北方冬季的温度差异，这些使得出水氮、磷同时达标面临更加严峻的挑战。
目前，我国大多数污水处理厂采用A/O和A2O工艺，脱氮的效果可以保证达到排放标准，但仅靠生物除磷却往往难以实现出水磷达标，常常需要辅以化学除磷，这又增加了污水处理的成本，同时污泥产量高且脱水性不好，给后续的污泥处理带来很大的干扰。
因此，寻求一种经济、高效、对环境友好、易于操作的生物除磷脱氮工艺显得迫在眉睫。与此同时，在几乎所有颗粒污泥均采用上流式出水的方式，由于北方气温普遍比较低，北方水厂产生的颗粒污泥除磷效果普遍比较差，如何提高低温条件颗粒污泥除磷也显得十分重要。
发明内容
本发明的目的在于克服普通SBR反应器在低温条件下污泥除磷效果差、性能不稳定、污泥停留时间长等问题，提供一种低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法及应用。
为达到上述发明的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法，包括如下步骤：
(a)、向SBR反应器中接种菌种，同时加入碳源并通入氧气；
(b)、向所述SBR反应器中通入降温污水；
(c)、对加入的所述降温污水进行SBR反应；所述SBR反应包括厌氧反应、好氧反应、沉降、排水和污水补给处理的周期处理过程。
相应地，本发明上述低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法在成熟污水处理中的应用。
本发明上述实施例提供的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法，好氧、厌氧交替进行，大幅度的抑制一种菌株(如聚糖菌)的生长，也可在长期范围内体现另一种菌株(如聚磷菌)的竞争优势，在低温条件下培养出的聚磷颗粒污泥具有明显的颗粒状态，比常温下培养的颗粒污泥在形态上更加规则、粒径分布更加均匀，且绝大多数污泥颗粒的刚度在72mN-180mN范围内，其刚度为常温下颗粒污泥刚度的3-7倍。另外，采用上述步骤培养的聚磷颗粒污泥，具有抗冲负荷强、除磷效果好等优点；与此同时，本发明上述实施例的培养工艺相比常温工艺节约能耗超过70％。
本发明上述实施例提供的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法在污水处理中的应用，克服了南北方冬季的温度差，除磷效率达到95％及以上，有利于我国北方现有的SBR污水处理厂除磷不达标的更新升级，因此，具有重要的工程实际价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法工艺流程图；
图2是本发明实施例提供的低温下稳定期A/O SBR污泥的形态特征；
图3是本发明实施例提供的实施例1中使用的SBR反应器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法，包括如下步骤：
(a)、向SBR反应器中接种菌种，同时加入碳源并通入氧气；
(b)、向所述SBR反应器中通入降温污水；
(c)、对加入的所述降温污水进行SBR反应；所述SBR反应包括厌氧反应、好氧反应、沉降、排水和污水补给处理的周期处理过程。
具体地，本发明实施例提供的培养方法，涉及的SBR反应器，均采用高径比为1.5-10、玻璃材质，且配备有循环水控温夹层、可内置在线监测DO探头、pH探头、温度探头以及搅拌和曝气装置的SBR反应器，具体如图3所示。
上述(a)中，向SBR反应器中接种菌种时，可以将含有聚磷菌的污泥投入SBR反应器中，也可以将含有聚糖菌和聚磷菌的混合污泥直接投入SBR反应器中，还可以将高度富集的聚磷菌直接投入SBR反应器中。聚磷菌在培养过程中作为污泥培养的主要菌种，对本发明实施例中高强度聚磷颗粒污泥的培养至关重要，既可以保证高度富集的聚磷菌高效除磷的效果，亦可以利用高强度的颗粒污泥具有较好的沉降性能，可所见其沉降时间，使得厌氧和缺氧的胶体运行时间延长，对整体的污染物去除效果更有保障。而且，高强度的聚磷颗粒污泥相比于普通的活性污泥或者普通的颗粒污泥，有较好的抗冲击负荷能力，对实际工程具有较高的应用价值。
在任一实施例中，均需碳源作为微生物生长过程中所需代谢营养物。具体地，碳源为乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、淀粉等中的至少一种，并且不局限于所列举的这些碳源。优选地，采用聚磷菌可以直接代谢利用的乙酸或丙酸；乙酸或丙酸这两种碳源是影响聚磷菌生长的关键因素之一，作为碳源至关重要。而其他碳源则需要先经过转化为乙酸或丙酸才能被代谢。
在任一实施例中，接种的污泥量为3.0g/L-5.0g/L，或接种的聚磷菌为2.0g/L-4.0g/L。当接种污泥时，通过周期运行实现自然进化，优胜劣汰，逐渐获得具有除磷功能的菌群-聚磷菌，同时通过运行参数和环境因素的调控实现对聚磷菌的天敌-聚糖菌的抑制，从而实现高度富集聚磷菌，最终实现较高的生物除磷效率。
在任一实施例中，氧气作为微生物好氧生长阶段的氧气来源，是聚磷菌生长的影响因素之一。具体地，通入的氧气控制溶解氧在1.5mg/L-3.0mg/L，当溶解氧低于1.5mg/L时，由于供氧不足，会导致聚磷菌没足够的电子受体进行聚磷反应，导致磷的去除效果受到干扰。另外，如果氧气量长期较低的情况，污泥的沉降性能受到严重影响，不利于后续的泥水分离，往往会有污泥絮体随上清液排出反应器，由于污泥絮体中含有一定比例的磷，所以也会导致出水磷浓度过高，达不到国家标准；当溶解氧高于3.0mg/L时，聚磷菌有足够的电子受体进行吸磷，有利于磷的去除，多余的氧气量不但会提高运行成本，同时如果浓度过高，也容易加速絮状污泥的解体，而在本实施中，由于是颗粒污泥，解体的可能性较小，但容易造成颗粒污泥的强度减弱。因此，本实施例中最佳的溶解氧范围是1.5mg/L-3.0mg/L。
上述向所述SBR反应器中通入降温污水，具体是启动进水泵将污水加入SBR反应器之前，应先将污水降温至水温不高于15℃，并稳定在一个温度值内，避免进入反应器的水温波动对微生物的影响。在一优选实施例中，可以先将水加入到另一个与本发明实施例相同的空置的SBR反应器中，待水温稳定后再使用。
上述(c)中，在降温的污水加入完毕，开始对SBR反应器内的培养体系进行SBR反应处理。具体地，所述SBR反应包括厌氧反应、好氧反应、沉降、排水和污水补给处理的周期处理过程。优选地，所述厌氧处理时需运行2.25h-3.00h，待厌氧处理后立即转为好氧处理，好氧处理时需运行2.25h-3.00h，然后对培养体系进行沉降和排水处理，沉降时间为0.5h-1.0h，排水处理的时间为0.25h-0.5h。待排水结束，继续向SBR反应器中补充待处理污水，补充的污水需先将水温调节至≤15℃，并且待待处理污水的水温稳定后方可补充。
然后，重新按照厌氧、好氧、沉降、排水和补水的顺序对SBR反应进行循环运行，循环运行一个周期的时间为6h-8h。SBR反应器内的污泥周期排放，总的污泥停留时间为8d-16d，以满足聚磷菌需要的世代周期。
本发明提供的实施例，均需保持SBR反应器内溶液在中性或接近中性，这样不仅有利于微生物的生长，也便于和工程实际接轨，而过低或过高的pH值均会导致实际工程的应用性较差。
采用本发明实施例提供的培养方法培养的聚磷颗粒污泥，比常规方法进行颗粒污泥培养节约70％以上的能耗，培养出的聚磷颗粒污泥特征比常温下颗粒污泥特征形态上更规则、粒径分布上更均匀，具体如图2所示；同时，EPS产量更高，由于颗粒污泥的形成主要影响之一是细菌代谢过程中产生的EPS含量，较高的EPS含量会增加颗粒污泥吸附能力，最重要的是可增加颗粒污泥的强度，因此，本实施例中颗粒污泥强度是普通颗粒污泥的3-7倍，有利于实际工程应用的抗冲击负荷和稳定的处理效果。本实施例中培养的聚磷颗粒污泥具有降速度快、抗冲击负荷强、除磷效果好等特点。更重要的是，低温条件的培养方法，克服了南方、北方冬季的温度差异，确保出水除磷效率达到95％及以上，为北方现有SBR污水厂除磷不达标问题的有效解决提供一个良好的方案。
相应地，本发明实施例提供的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法可应用于城市污水处理中，尤其是在北方低温环境的污水处理中，效果更佳良好,且系统中磷的去除效果较为理想，平均的出水磷浓度小于0.3mg/L，平均去除效率达到95％及以上。
为了更好的说明本发明的技术方案，以下通过多个实施例说明本发明低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法。
实施例1
(1)构建玻璃材质的高径比为1.5-10，配有循环水控温夹层，有效容积2.5L，可内置在线监测DO探头、pH探头、温度探头等及搅拌和曝气装置的SBR反应器；
(2)选择含高度富集聚糖菌污泥接种至SBR反应器中的待处理污泥里，污泥的接种量为4.0g/L，加入乙酸，以氧气作为电子受体启动SBR反应器，同时控制加入的氧气为溶解氧为1.5mg/L；
(3)将人工合成的低温污水(总磷含量≤15mg/L)从SBR反应器上部泵入，待水位达到预定值时，自动停止进水；
(4)为了避免进水温度的波动对实验有所影响，人工合成低温污水，采用进水先进到另外一个空置的反应器中，用水浴调节温度到10℃以供实验进水所用；
(5)经过(1)-(4)步处理后，对SBR反应器依次进行厌氧、好氧、沉降、排水和补水反复运行，一个运行周期6h，包括厌氧2.25h、好氧2.25h，沉降、排水1.5h。污泥停留时间8d。
实施例2
本实施例与实施1不同的是步骤(2)中污泥接种量为5.0g/L，其他步骤及参数与具体实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1或2不同的是步骤(2)中反应器的溶解氧为3.0mg/L，其他步骤及参数与实施例1或2相同。
实施例4
本实施例与具体实施例1不同的是步骤(4)中，用水浴调节温度到5℃以供实验进水所用，其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器经过厌氧、好氧、沉降和排水反复运行，一个运行周期8h，包括厌氧3.00h、好氧3.00h，沉降和排水2.0h，其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例6
本实施例与具体实施例1不同的是步骤(4)中，用水浴调节温度到15℃以供实验进水所用，其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例7
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器经过厌氧、好氧、沉降和排水反复运行，一个运行周期7.5h，包括厌氧3.00h、好氧3.00h，沉降和排水1.5h。其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例8
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器经过厌氧、好氧、沉降和排水反复运行，一个运行周期7.0h，包括厌氧3.00h、好氧2.00h，沉降和排水2.0h。其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例9
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器经过厌氧、好氧、沉降和排水反复运行，一个运行周期7.0h，包括厌氧2.00h、好氧3.00h，沉降和排水2.0h。其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例10
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器经过厌氧、好氧、沉降和排水反复运行，一个运行周期7.5h，包括厌氧3.50h、好氧2.00h，沉降和排水2.0h。其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例11
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器经过厌氧、好氧、沉降和排水反复运行，一个运行周期7.5h，包括厌氧3.00h、好氧2.50h，沉降和排水2.0h。其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例12
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器经过厌氧、好氧、沉降和排水反复运行，一个运行周期7.5h，包括厌氧2.75h、好氧2.75h，沉降和排水2.0h，污泥停留时间9d，其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例13
本实施例与实施例1不同的是步骤(2)中污泥接种量为3.0g/L，而步骤(5)中，SBR反应器经过厌氧、好氧、沉降和排水反复运行，一个运行周期6h，包括厌氧2.25h、好氧2.25h，沉降和排水1.5h，污泥停留时间8d，其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例14
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器中，污泥停留时间10d，其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例15
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器中，污泥停留时间12d，其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例16
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器中，污泥停留时间14d，其他步骤及参数与实施例1相同。
实施例17
本实施例与实施例1不同的是步骤(5)中，SBR反应器中，污泥停留时间16d，其他步骤及参数与实施例1相同。
为了验证上述实施例培养内获得的聚磷颗粒污泥及出水水质情况，还对实施例1-5的污泥进行了形貌观察、刚度测试污泥；同时根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)对排出SBR反应器的水水质进行了检测，具体如表1所示。
表1聚磷颗粒污泥形貌、刚度及SBR反应器的水水质
| 项目 | 污泥形貌(目测) | 平均污泥刚度/mN | 平均出水总磷/mg/L |
| 实施例1 | 粒径均匀；形态规则 | 88-150 | 0.24 |
| 实施例2 | 粒径均匀；形态规则 | 72-146 | 0.19 |
| 实施例3 | 粒径均匀；形态规则 | 85-168 | 0.15 |
| 实施例4 | 粒径均匀；形态规则 | 95-180 | 0.20 |
| 实施例5 | 粒径均匀；形态规则 | 82-153 | 0.12 |
从表1可知，上述实施例1-5获得的聚磷颗粒污泥呈明显的颗粒状，沉降性能非常好，颗粒的形状均匀、有规则，结构较密实，且绝大多数污泥颗粒的刚度在72mN～180mN范围内，是常温下颗粒污泥刚度的3-7倍；同时可知，上述实施例1-5处理后排出的水即为除磷后的城市生活污水，总磷的浓度均≤0.3mg/L，由于上述实施例中，进水的总磷浓度均小于等于15mg/L，故平均除磷效率达到95％及以上，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，而城镇污水总磷含量一般不超过15mg/L，因此，非常适用于城镇污水处理的实际工程中。由于本发明实施例提供的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法，培养条件可控性好，不易受到干扰等，获得颗粒污泥具有性质稳定、刚度均一性差异不大；且排出的水具有水质稳定等特点，其余实施例获得的污泥及出水水质同样具有类似的性能与特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法，所述低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法按照如下步骤进行：
(a)、向SBR反应器中接种菌种，同时加入碳源并通入氧气；
(b)、向所述SBR反应器中通入降温污水；
(c)、对加入的所述降温污水进行SBR反应；所述SBR反应包括厌氧反应、好氧反应、沉降、排水和污水补给处理的周期处理过程；
所述接种菌种为向所述SBR反应器中加入含聚磷菌的污泥或直接加入聚磷菌；所述厌氧处理2.25h-3.00h，所述好氧处理2.25h-3.00h，所述沉降、排水处理的时间为1.5h-2.0h；
所述碳源为乙酸或丙酸中的至少一种；所述SBR反应中好氧反应的溶氧量为1.5mg/L-3.0mg/L；
其中，所述SBR反应器的高径比为1.5～10.0，且底部为圆弧形。
2.如权利要求1所述的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法，其特征在于：所述污泥的接种量为3.0-5.0g/L；和/或所述聚磷菌的接种量为2.0-4.0g/L。
3.如权利要求1-2任一所述的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法，其特征在于：所述降温污水为所述污水的温度不高于15℃。
4.如权利要求1-2任一所述的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法，其特征在于：所述污水补给处理前，先将待补的所述污水的水温调节至≤15℃。
5.如权利要求1-2任一所述的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法，其特征在于：所述每个周期6h-8h。
6.如权利要求1-5任一所述的低温SBR工艺培养聚磷颗粒污泥的方法在城市污水处理中的应用。
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