CN106006948B - 以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法 - Google Patents

以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法 Download PDF

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Abstract

以蔗糖为共基质微曝气降解2,4‑二氯酚的活性污泥驯化方法，属于微生物水处理技术领域。以城市污水处理厂二沉池的回流污泥作为种泥，以蔗糖作为2,4‑二氯酚的共基质提供碳源，用SBR反应器进行微好氧降解。在此过程中，按梯度不断提高2,4‑二氯酚的进水浓度并且降低蔗糖的进水浓度。该方法发明操作简便灵活，利用易降解的蔗糖为共基质微曝气的驯化方法能快速、高效降解2,4‑二氯酚，达到节约能耗的目的。所加入的共基质为蔗糖，可以来源于制糖工业废水，来源广泛且廉价，在获得结构稳定的兼性耗氧污泥、实现对高浓度2,4‑二氯酚快速降解的同时，可以实现处理蔗糖工业废水的目的，具有重要的理论意义和经济价值。

Description

以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法
技术领域
本发明涉及用于降解2,4-二氯酚的活性污泥的驯化方法，特别是以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚活性污泥的驯化，属于微生物水处理领域。
背景技术
氯酚类化合物是一类用于非农业杀虫用的氯代碳氢化合物、杀虫剂或抗微生物试剂。2,4-二氯酚广泛存在于农药、染料和增塑剂等的生产废水中，是一种有毒、难生物降解的有机污染物。美国、中国等国家已把2,4-二氯酚列入水中有害物质或优先污染物“黑名单”。采用传统活性污泥法处理2,4-二氯酚降解效率低，共代谢是一种独特的生物代谢方式，本发明通过添加蔗糖共基质结合微曝气的方法对活性污泥进行驯化，获得对2,4-二氯酚具有高效降解能力的活性污泥。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高效、安全、经济的用于2,4-二氯酚降解活性污泥的培养方法。它提供的驯化方法可以在微曝气条件下快速驯化适应高浓度2,4-二氯酚废水环境下生长代谢的活性污泥，因此提高了高浓度2,4-二氯酚废水微生态环境下活性污泥对2,4-二氯酚的氧化分解能力。
本发明目的通过以下步骤实现：
(1)从城市污水处理厂取得二沉池回流污泥，污泥先用细筛网过滤去除其中杂物，并添加蔗糖进行曝气恢复其活性；
(2)经恢复活性的活性污泥接种至SBR反应器中，曝气装置采用微孔曝气头；接种污泥浓度为4000mg/L-5000mg/L，污泥负荷为0.12-0.15kgCOD/(kgSS·d)；
(3)降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化阶段SBR的运行方式如下：
进水期阶段：不曝气，搅拌，蠕动泵进水，运行20min；
曝气期阶段：搅拌，曝气，运行480min；
沉淀期阶段：不曝气，静置沉淀，运行60-80min；
出水期阶段：不曝气，虹吸出水，运行20min；
闲置期阶段：不曝气，不搅拌，运行60-80min；
SBR反应器每天运行两个周期，每个反应周期先加入2,4-二氯酚，充分搅拌后再加入蔗糖；每个周期曝气时间为480min，维持反应器中的溶解氧浓度在0.3-0.6mg/L，反应温度控制在20-30℃，pH控制在7.5-8.0，排水比为50％，定期排泥；
进水采用含2,4-二氯酚的待处理的废水，碳源采用蔗糖和2,4-二氯酚共基质，按照质量比C:N:P＝100:5:1向水中加入氮、磷等营养元素；进水中还添加适量微生物所必需的其他微量元素(此为常规的，如FeSO4、NH4Cl、K2HPO4、CaCl2·2H2O、KH2PO4·3H2O、MgSO4·7H2O含量分别为20、30、2、30、8、25mg/L，CuSO4·5H2O、ZnSO4·7H2O、MnCl2·2H2O、Na2MoO4·2H2O、KI、H3BO4、CoCl2·6H2O、FeCl3·6H2O的含量分别为0.03、0.12、0.12、0.06、0.03、0.15、0.15、1.5μg/L)；
驯化过程中添加易降解的共基质蔗糖，蔗糖的起始进水浓度为800mg/L，2,4-二氯酚的起始进水浓度为2mg/L，然后每个周期不断提高2,4-二氯酚的进水浓度，随着2,4-二氯酚的起始进水浓度不断增加；
驯化阶段每个周期监测进出水的COD以及2,4-二氯酚的浓度，COD的去除率保持在80％以上，运行一段时间适当排泥使SBR反应器内污泥浓度为4000mg/L-5000mg/L，污泥龄为10天；在COD去除率保持稳定、2,4-二氯酚在反应周期内完全降解的基础上不断提高2,4-二氯酚的进水浓度，直至进水中浓度为30mg/L的2,4-二氯酚降解率达100％，COD降解率达到并且稳定在80％以上，污泥浓度维持在4000mg/L-5000mg/L，活性污泥的生长状态稳定。
先加入难降解的2,4-二氯酚搅拌再加蔗糖能使两种基质充分混合，防止加入不均匀的易降解蔗糖被迅速局部利用。
反应器中的溶解氧维持在0.3-0.6mg/L可以减少2,4-二氯酚被吹脱，同时减少2,4-二氯酚扩散到空气的二次污染；反应器中的溶解氧维持在0.3-0.6mg/L可以驯化出兼性微生物种群，可扩大降解2,4-二氯酚的微生物种群类型，加快降解速率；反应器中的溶解氧维持在0.3-0.6mg/L可以防止溶解氧过高以及频繁的剪力作用导致污泥解体和自氧化。
随着2,4-二氯酚进水浓度的逐步增加，进水浓度在范围2-30mg/L内逐渐增加；蔗糖的进水浓度在800-500mg/L之间逐渐降低。
驯化完毕时，2,4-二氯酚进水浓度为30mg/L时，降解率达100％，COD降解率达到80％以上，并且污泥能够稳定地生长。
本发明的驯化污泥可完全降解进水浓度为30mg/L的2,4-二氯酚。
本发明具有以下有益效果：首先污泥的取材方便，污泥取自城市污水厂；其次对于难降解有机物，通过加入易降解有机物，诱导微生物的最大生物氧化率，增强微生物活性，并在反应中诱导产生目标污染物的非专一性酶，进而提高难降解有机物的可生化性。当废水中只有难降解有机物存在时，微生物虽然能降解一定量的该类有机物，但整体活性受到抑制。而后加入的易降解有机物可使微生物的活性得以发挥，产生非专一性关键酶，提高难降解有机物的降解效率。
本发明采用微孔曝气维持低溶解氧，可以提高气液两相间的质量传递速率，提高生物降解反应的速率，同时可以提高空气中氧气的利用效率，节省耗电量，减少能耗更经济。
本发明向废水中添加易生物降解的蔗糖，可显著改善废水的可生化性。其重要的原因是，易降解的蔗糖与难降解有机物被微生物通过共代谢作用所利用，一些工业含氯酚废水由于缺乏易降解的诱导基质，有机物的生物降解难以进行，本发明采用补充碳源的方式促进共代谢的发生，提高氯酚的降解性。同时所加入的共基质为蔗糖，可以来源于制糖工业废水，来源广泛且廉价，并且可以实现处理蔗糖工业废水的目的。
本发明可以在微曝气条件下快速驯化适应高浓度2,4-二氯酚废水环境下生长代谢的兼性活性污泥，相比单纯好氧或者厌氧污泥，扩大了降解2,4-二氯酚的微生物种群类型，加快了降解速率，因此提高了高浓度2,4-二氯酚废水微生态环境下活性污泥对2,4-二氯酚的氧化降解能力。
附图说明
附图1为本发明实施例1驯化阶段进出水COD浓度变化图；
附图2为本发明实施例1驯化阶段进出水2,4-二氯酚浓度变化图；
附图3为对比例1驯化阶段反应器中污泥浓度的变化情况。
具体实施方式
下面实施例1将结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
(1)从城市污水处理厂取得二沉池回流污泥，污泥先用筛网过滤去除其中杂物，并添加蔗糖曝气恢复其活性。
(2)将活性污泥接种至SBR反应器中，采用微孔曝气头曝气。接种污泥量与城市污水处理厂的浓度相当，为4000mg/L-5000mg/L，污泥负荷约为0.12-0.15kgCOD/(kgSS·d)。
(3)SBR的运行方式如下：
SBR反应器每天运行两个周期，每个反应周期先加入2,4-二氯酚，充分搅拌后再加入蔗糖。每个周期曝气时间为480min，维持反应器中的溶解氧浓度在0.3-0.6mg/L，反应温度控制在20-30℃，pH控制在7.5-8.0，排水比为50％，定期排泥。
进水采用含有2,4-二氯酚的模拟废水，碳源采用蔗糖和2,4-二氯酚共基质，按照质量比C:N:P＝100:5:1向水中加入氮、磷等营养元素，并添加适量微生物所必需的其他微量元素(如FeSO4、NH4Cl、K2HPO4、CaCl2·2H2O、KH2PO4·3H2O、MgSO4·7H2O含量分别为20、30、2、30、8、25mg/L，CuSO4·5H2O、ZnSO4·7H2O、MnCl2·2H2O、Na2MoO4·2H2O、KI、H3BO4、CoCl2·6H2O、FeCl3·6H2O的含量分别为0.03、0.12、0.12、0.06、0.03、0.15、0.15、1.5μg/L)；蔗糖的浓度范围为500-800mg/L。
(4)驯化阶段每个周期监测进出水的COD以及2,4-二氯酚的浓度，COD的去除率保持在80％左右，定期排泥使污泥浓度维持在4000mg/L-5000mg/L，污泥龄在10天。在COD去除率保持稳定，2,4-二氯酚在反应周期内完全降解的基础上不断提高2,4-二氯酚的进水浓度，直至高浓度的2,4-二氯酚降解率达100％，COD降解率达到并且稳定在80％以上，污泥浓度维持在4000mg/L-5000mg/L，活性污泥的生长状态稳定。具体见图2。
经过50天左右的驯化，当进水中2,4-二氯酚的浓度为30mg/L，降解率可达100％，COD降解率达到80％以上，污泥浓度维持在4000mg/L-5000mg/L并且能够稳定地生长，即可认为驯化完毕。
然后进行待处理的含有2,4-二氯酚的模拟污水的处理，2,4-二氯酚的浓度为30mg/L，污水中加入蔗糖，蔗糖的浓度为500mg/L，污水处理效果是2,4-二氯酚实现100％降解。
对比例：
(1)从城市污水处理厂取得二沉池回流污泥，污泥先用筛网过滤去除其中杂物，将活性污泥接种至SBR反应器中，采用微孔曝气头曝气。接种污泥量与城市污水处理厂的浓度相当，为4000mg/L-5000mg/L，污泥负荷约为0.12-0.15kgCOD/(kgSS·d)。
(2)SBR的运行方式如下：
SBR反应器每天运行两个周期，每个反应周期加入2,4-二氯酚做碳源。2,4-二氯酚的起始进水浓度为2mg/L，然后不断提高2,4-二氯酚的进水浓度。每个周期曝气时间为480min，维持反应器中的溶解氧浓度在0.3-0.6mg/L，反应温度控制在20-30℃，pH控制在7.5-8.0，排水比为50％，定期排泥。驯化阶段监测进出水的COD以及出水中2,4-二氯酚的浓度。驯化刚开始阶段，2,4-二氯酚的出水含量下降，随着反应器的继续运行，出水的2,4-二氯酚浓度增加，这是因为污泥对2,4-二氯酚的吸附饱和后发生了解吸，与加入的2,4-二氯酚逐次累积而导致的。驯化阶段反应器中污泥浓度的变化情况如附图3所示。
实施例和对比例的结果比较表明，在无共基质的情况下2,4-二氯酚对活性污泥具有较强的毒害作用，2,4-二氯酚的生物降解难以进行。本发明采用补充碳源的方式促进共代谢的发生，提高了氯酚的降解性。

Claims (4)

1.以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)从城市污水处理厂取得二沉池回流污泥，污泥先用细筛网过滤去除其中杂物，并添加蔗糖进行曝气恢复其活性；
(2)经恢复活性的活性污泥接种至SBR反应器中，曝气装置采用微孔曝气头；接种污泥浓度为4000mg/L-5000mg/L，污泥负荷为0.12-0.15kgCOD/(kgSS·d)；
(3)降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化阶段SBR的运行方式如下：
进水期阶段：不曝气，搅拌，蠕动泵进水，运行20min；
曝气期阶段：搅拌，曝气，运行480min；
沉淀期阶段：不曝气，静置沉淀，运行60-80min；
出水期阶段：不曝气，虹吸出水，运行20min；
闲置期阶段：不曝气，不搅拌，运行60-80min；
SBR反应器每天运行两个周期，每个反应周期先加入2,4-二氯酚，充分搅拌后再加入蔗糖；每个周期曝气时间为480min，维持反应器中的溶解氧浓度在0.3-0.6mg/L，反应温度控制在20-30℃，pH控制在7.5-8.0，排水比为50％，定期排泥；
进水采用含2,4-二氯酚的待处理的废水，碳源采用蔗糖和2,4-二氯酚共基质，按照质量比C:N:P＝100:5:1向水中加入氮、磷营养元素；
驯化过程中添加易降解的共基质蔗糖，蔗糖的起始进水浓度为800mg/L，2,4-二氯酚的起始进水浓度为2mg/L，然后每个周期不断提高2,4-二氯酚的进水浓度，随着2,4-二氯酚的起始进水浓度不断增加，蔗糖的进水浓度逐渐降低；
驯化阶段每个周期监测进出水的COD以及2,4-二氯酚的浓度，COD的去除率保持在80％以上，运行一段时间适当排泥使SBR反应器内污泥浓度为4000mg/L-5000mg/L，污泥龄为10天；在COD去除率保持稳定、2,4-二氯酚在反应周期内完全降解的基础上不断提高2,4-二氯酚的进水浓度，直至进水中浓度为30mg/L的2,4-二氯酚降解率达100％，COD降解率达到并且稳定在80％以上，污泥浓度维持在4000mg/L-5000mg/L，活性污泥的生长状态稳定。
2.按照权利要求1所述的以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，驯化阶段的进水中还添加微生物所必需的其他微量元素。
3.按照权利要求1所述的以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，驯化阶段先加入难降解的2,4-二氯酚搅拌再加蔗糖能使两种基质充分混合。
4.按照权利要求1所述的以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，随着2,4-二氯酚进水浓度的逐步增加，每个周期进水浓度在范围2-30mg/L内逐渐增加；蔗糖的进水浓度在800-500mg/L之间逐渐降低。
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