CN105541067A - 一种快速筛选减量污泥的高效解偶联剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效筛选减量污泥的解偶联剂的方法，属于污水处理技术领域。该方法通过检测测试物质作用后污泥的ATP量、电子传递系统活性和比耗氧速率等相关生理生化指标，来实现快速筛选适用于减少污水生物处理过程中污泥产生的高效解偶联剂。本发明的操作简单、方便、运行费用低，可快速筛选高效减量污泥的解偶联剂，有利于推动解偶联污泥减量技术的应用。

Description

一种快速筛选减量污泥的高效解偶联剂的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种快速筛选应用于污水生物处理过程中高效减量污泥的解偶联剂的方法。

技术背景

污泥是污水生物处理过程中产生的一种重要副产物。污水生物处理过程中会产生大量污泥，据估计，每处理1t污水基本上就产生100g污泥，污水中近1/3的有机物会转化成污泥。目前我国污水处理能力约1.53亿立方米/日，年产生含水量80％的污泥3500多万t，随着今后我国经济的进一步发展，污水处理量和污水处理率会不断增加，随之而产生的污泥量也会越来越多。由于污水中很多污染物在污水生物处理过程中会最终转移到了污泥中，因此污泥必须得到妥善处理处置，以防止污泥带来二次污染。然而，污泥处理处置的投资和运行费用十分巨大，可占整个污水处理厂投资及运行费用的20％-40％，有的甚至高达65％，污泥处理处置已成为污水处理厂所面临的沉重负担和难题。据统计，我国污水处理厂所产生的污泥，有80％没有得到妥善处理，污泥随意堆放所造成的污染与再污染问题已经凸显而出，污泥问题已引起了社会各界的关注。

目前解决污泥问题的方法可分为两类：(1)在保证出水达标的前提下，采用适当技术减少污水处理过程中产生的污泥量，从“源头”降低污泥的产量，即通常所说的污泥减量化；(2)在污泥产生之后，开发新的污泥处理处置方法或提高传统处理处置方法效率，如厌氧消化+土地利用、堆肥+土地利用、焚烧+建材利用等。现有的污泥处理处置方法包括填海、填埋、焚烧、土地利用等，均属于第二类方法，这些方法存在着一些问题，如二次污染问题，选址问题、能耗问题、人们的接受度问题和消纳量有限问题等。面对当前污泥处理过程中遇到的问题，污泥处理的重心应转移到“源头控制”，应当以减量化为主，资源化和末端处置为辅。污泥减量是指在保证污水处理效果的前提下，利用物理、化学、生化的手段，使污水处理系统向外排放的剩余污泥减少。随着城市化的进程和污水处理设施的普及，从源头上减少污泥量的污泥减量化技术越来越受到重视。目前“源头”污泥减量技术包括溶胞-隐性生长、内源呼吸、解偶联代谢和生物捕食等。

在现有“源头”污泥减量技术中，利用化学解偶联剂的解偶联代谢污泥减量技术尽管存在许多不足，但由于其存在着操作方便、技术实现简单、投资少、易在现有工艺上实现等优点，是目前污泥减量技术方面的研究热点之一。早在1948年，Loomis等就首次发现了一种化学解偶联剂－2，4-二硝基苯酚，经过几十年的研究，目前已经发现了很多种有效的化学解偶联剂。在污泥减量应用中，常用的化学解偶联剂有硝基酚类化合物(如2,4-二硝基苯酚、对硝基苯酚、间硝基苯酚、邻硝基苯酚等)、氯酚类化合物(如邻氯苯酚、对氯苯酚、间氯苯酚、三氯苯酚、2,4-二氯苯酚、五氯苯酚等)、3,3′,4′,5-四氯水杨酰苯胺(TCS)、2,4-二氯苯氧乙酸、苄基季铵盐等。研究表明，这些化学解偶联剂能够明显减少污水生物处理过程中的污泥产量，但不同解偶联剂的效果存在差异。

研究表明，化学解偶联联剂应用于污水生物处理后，导致污泥微生物的合成代谢和分解代谢解偶联，使分解代谢产生的能量合成较少的ATP。化学解偶联剂可通过在微生物细胞中结合H+和破坏质子梯度来抑制活性污泥产生，从而影响污泥电子传递系统活性。另一方面，化学解偶联剂作用于污泥微生物时，会增加污泥微生物的耗氧量。因此，通过在相同条件下检测污泥的ATP量、电子传递系统活性和比耗氧速率等可以判断污泥微生物是否发生解偶作用。

尽管目前在污泥减量应用中研究的化学解偶联剂种类有很多，但是不同化学解偶联剂的污泥减量效果存在较大差异，污泥减量效果的体现需要一个长时间系统运行，且目前没有关于何种物质可以作为化学解偶联剂应用于污水生物处理中、如何快速筛选化学解偶联剂等的相关报道。因此，寻找一种快速、经济有效的筛选能应用于污水生物处理过程中减少污泥产生的化学解偶联剂方法，对推动化学解偶联剂污泥减量技术具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便、快速和经济的高效解偶剂筛选方法，以推动解偶联污泥减量技术的发展和应用。本发明是为了克服目前解偶联污泥减量技术存在的不足，结合解偶联剂应用于污水生物处理后污泥微生物生理生化特性的变化，利用污泥微生物生理生化特征性变化作为判断化学物质作用后污泥微生物是否发生解偶联作用的指标，从而达到筛选可用于污水生处理中减少污泥产生的高效解偶联剂的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种判断污泥微生物发生解偶联作用的方法，具体方法如下：

1、采用两个5L好氧序批式活性污泥系统(SBR)，一个为试验系统，另一个为对照系统。SBR系统中设曝气系统，通过气体流量计控制曝气量。

2、将取自污水处理厂的回流污泥加入到SBR系统中，在两个系统中加入人工配制的废水，为了防止高浓度测试化合物对系统中局部污泥微生物的毒害作用，预先将加入到试验系统中的人工废水与测试化合物混合均匀。

3、人工废水中以易降解的乙酸钠为碳源，其具体组成如下：无水乙酸钠512mg/L(400mgCOD/L)，氯化铵106mg/L(28mg/LNH₄ ⁺-N)和其它营养物质，其它营养物质包括KH₂PO₄、K₂HPO₄、MgSO₄、FeSO₄、CaCl₂、MnSO₄和ZnSO₄等。

4、好氧SBR的运行模式为：进水-混合曝气-沉淀-排水-排泥-闲置，运行参数如下：循环周期为4h，其中进水10min、曝气混合150min、沉淀30min、排水30min、排泥10min、闲置10min。配置自动控制系统，分别控制进水泵、曝气泵、排泥泵、排水泵按以上参数运行。

5、好氧SBR运行过程中，控制进水量和排泥量，使水力停留时间和污泥停留时间(即污泥龄)分别为8h和10d。曝气过程中，控制污泥混合液的溶解氧在1-4mg/L。

6、在SBR运行6个运行周期(1天)后，在混合曝气阶段取污泥进行相关生理生化指标测定，这些指标包括ATP量、电子传递系统活性和比耗氧速率，其测定方法参照相关文献。

7、当污泥的ATP量和电子传递系统活性比对照系统污泥低10-20％或以上，而比耗氧速率高5-10％或以上时，可以认为这种测试化合物是一种高效解偶联剂，可以应用于污水处理中进行污泥减量。

附图说明

附图为发明流程图

具体实施方式

实施例1

按要求安装好10LSBR反应器，与设定好自控系统。在2个SBR中加入取自北京市某污水处理厂的二沉池污泥3L，按要求配制好人工合成废水，将合成废水分成两份，一份中加入测试的物质—3,3',4',5-四氯水杨酰苯胺，另一份不添加其它物质，在SBR运行6个运行周期后，取混合曝气阶段污泥，测定污泥的ATP量、电子传递系统活性和比耗氧速率。结果表明，与对照相比，污泥ATP量降低25％，电子传递系统活性降低30％，而比耗氧速率提高10％，以上结果说明3,3',4',5-四氯水杨酰苯胺是一种可以实现污泥减量的解偶联剂。

实施例2

除测试物质为二甲苯外，其它条件和操作与实施例1相同。结果表明，与对照相比，污泥ATP量升高2％，电子传递系统升高3％，而比耗氧速率则降低3％，以上结果说明二甲苯不是一种可以实现污泥减量的解偶联剂。

Claims (9)

1.一种快速筛选减量污泥高效解偶联剂的方法，其特征在于该方法步骤如下：将测试物质添加到处理人工合成废水的活性污泥系统中，运行一段时间后，取污泥测定其相关生理生化指标，通过这些指标与对照系统污泥的高低来快速判断这种物质是否是可用于污水生物处理中减少污泥产生的高效解偶联剂。

2.如权利要求1所述的一种快速筛选减量污泥高效解偶联剂的方法，其特征在于人工合成废水以易降解的乙酸钠为碳源。

3.如权利要求1所述的一种快速筛选减量污泥高效解偶联剂的方法，其特征在于用于测试的活性污泥系统和对照系统均为5L好氧序批式活性污泥(SBR)系统，SBR的关键运行参数为：循环周期为4h，其中进水10min、曝气混合150min、沉淀30min、排水30min、排泥10min、闲置10min。

4.如权利要求1所述的一种快速筛选减量污泥高效解偶联剂的方法，其特征在于SBR系统的水力停留时间和污泥停留时间(即污泥龄)分别为6-10h和5-15d，最佳分别为7-8h和8-10d。

5.如权利要求1所述的一种快速筛选减量污泥高效解偶联剂的方法，其特征在于SBR系统曝气过程中，污泥混合液的溶解氧控制在1-4mg/L，最佳为2-4mg/L。

6.如权利要求1所述的一种快速筛选减量污泥高效解偶联剂的方法，其特征在于测试物质预先与人工合成废水混合均匀后，再进入SBR系统中。

7.如权利要求1所述的一种快速筛选减量污泥高效解偶联剂的方法，其特征在于开始取测试污泥样品的时间为2天(12个运行周期)。

8.如权利要求1所述的一种快速筛选减量污泥高效解偶联剂的方法，其特征在于测定的污泥生理生化指标包括ATP量、电子传递系统活性和比耗氧速率。

9.如权利要求6所述的一种快速筛选减量污泥高效解偶联剂的方法，其特征在于当人工合成废水加入了测试物质的污泥ATP量和电子传递系统活性比不加测试物质的对照系统污泥低10～20％或以上，而比耗氧速率高5～10％或以上时，可以认为这种添加的这种化合物是一种高效解偶联剂，可以应用于污水处理中减少污泥产生。