CN107827227A - 颗粒污泥制备方法及生活污水处理方法 - Google Patents

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王广志
张盛斌
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Abstract

本发明提供了一种颗粒污泥制备方法及生活污水处理方法，所述颗粒污泥制备方法包括以下步骤：(a)在反应器中接种生活污水厂二沉池的絮状污泥；(b)使人工废水流经所述反应器，同时对反应器内的水进行间断曝气，所述人工废水包含浓度为200‑500mg/L的葡萄糖、浓度为60‑230mg/L的硫酸铵、浓度为40‑110mg/L的磷酸二氢钾；(c)在所述反应器中污泥体积指数SVI30/SVI5达到1时，所述颗粒污泥制备完成。本发明通过将絮状污泥驯化为颗粒污泥，由于颗粒污泥具有结构致密、生物种群丰富、沉降性能好、抗冲击负荷能力强、节省空间、耐毒性较强等优点，不仅具有良好的泥水分离能力，而且可以通过高浓度的生物量来弥补低温对于生物脱氮除磷效率的影响。

Description

颗粒污泥制备方法及生活污水处理方法
技术领域
本发明涉及环保领域，更具体地说，涉及一种颗粒污泥制备方法及生活污水处理方法。
背景技术
水是人类所必须的不可替代的一种资源，是社会持续发展的重要支柱之一。近几年来，我国城市化进程发展迅速，并伴随着工业化的快速发展，导致人们对水的需求量越来越大，然而水污染事件频频发生，如太湖蓝藻爆发等等，使水资源供给变得更为紧张。其中由于氮磷的过度排放导致水体富营养化的问题尤为突出。
膜生物反应器(MBRs)是将膜分离技术与生物反应器相结合的一种新型高效的水处理技术，其具有占地面积小，结构紧凑，出水水质好，污泥产量少等优点。MBRs以膜分离装置取代传统生物处理工艺中生物反应器的二沉池，使得固液分离效果好，并且能够实现反应器水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的完全分离，控制更加灵活、运行更加稳定，现已被广泛应用于处理各种废水以及给水和回用水领域，进而备受关注。
然而，MBRs也存在显著的缺陷，例如：膜的损坏和更换使得运行成本很高，膜池的高曝气使得能耗很大，等等。其中，膜的污染是限制膜生物反应器广泛应用和发展的最大障碍。膜污染主要由于污泥混合液中污泥絮体、胶体颗粒、溶解性的有机物和一些无机组分在膜表面或膜孔中沉积，导致膜通量下降，产水率降低，泵的抽吸阻力增大，能耗增加，最终使膜的化学清洗频率或者更换率提高，进而运行成本大大增加，影响了其工艺的推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述膜生物反应器因膜孔易堵塞并导致运行成本较高的问题，提供一种颗粒污泥制备方法以及生活污水处理方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种颗粒污泥制备方法，包括以下步骤：
(a)在反应器中接种生活污水厂二沉池的絮状污泥；
(b)使人工废水流经所述反应器，同时对反应器内的水进行间断曝气，所述人工废水包含浓度为200-500mg/L的葡萄糖、浓度为60-230mg/L的硫酸铵、浓度为40-110mg/L的磷酸二氢钾；
(c)在所述反应器中污泥体积指数SVI30/SVI5达到1时，所述颗粒污泥制备完成。
在本发明所述的颗粒污泥制备方法中，所述人工废水中包含微量元素营养液，且每升所述微量元素营养液中包括0.5g的ZnSO4、2g的CaCl2、2.5g的MnCl2·4H2O、0.5g的(NH4)6Mo7O24·4H2O、0.1g的CuSO4·5H2O和0.5g的CoCl2·6H2O、3.8g的FeCl2·4H2O，以及50mL的浓盐酸。
在本发明所述的颗粒污泥制备方法中，所述步骤(b)中包括：控制所述反应器内温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5；所述人工废水包括从所述反应器流出的内循环水以及新增废水，且所述内循环水与新增废水的比例为5:1。
在本发明所述的颗粒污泥制备方法中，所述反应器的有效容积为50L；所述步骤(a)中，接种絮状污泥后所述反应器中污泥浓度大于8.0g-MLSS/L；所述步骤(b)中，所述人工废水流经反应器的流速为10L/小时。
在本发明所述的颗粒污泥制备方法中，所述步骤(b)包括：
(b1)使温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5并具有第一配比的人工废水流经所述反应器，同时对反应器内的水进行间断曝气，所述具有第一配比人工废水包含浓度为500mg/L的葡萄糖、浓度为230mg/L的硫酸铵、浓度为110mg/L的磷酸二氢钾；
(b2)45天后，使温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5并具有第二配比的人工废水流经所述反应器，同时对反应器内的水进行间断曝气，所述具有第二配比人工废水包含浓度为200mg/L的葡萄糖、浓度为60mg/L的硫酸铵、浓度为40mg/L的磷酸二氢钾。
在本发明所述的颗粒污泥制备方法中，所述步骤(b)中，对反应器内的水进行间断曝气包括：每隔4小时对反应器内混合液进行4小时曝气。
在本发明所述的颗粒污泥制备方法中，所述步骤(b)中，所述反应器中的上升流速为0.4-2.5m/小时。
在本发明所述的颗粒污泥制备方法中，所述反应器为膜生物污泥反应器，所述膜生物污泥反应器通过进水泵和进水管通入人工废水，并通过出水管和出水泵排水；所述膜生物污泥反应器的底部设有曝气回流扩散装置，且所述曝气回流扩散装置分别连接内循环泵和曝气泵，所述内循环泵将所述出水管中的水抽取到所述曝气回流扩散装置。
本发明还提供一种生活污水处理方法，包括以下步骤：
(a)将上述方法制备的颗粒污泥置于膜生物反应器内；
(b)使待处理生活污水流入到所述膜生物反应器，同时对所述膜生物反应器中的水进行间断曝气；
(c)将经膜组件处理的水排出所述膜生物反应器。
在本发明所述的生活污水处理方法中，所述反应器的有效容积为50L；所述步骤(b)中包括：控制所述待处理污水的温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5、反应器进水流速为10L/小时、水力停留时间为1小时、上升流速为0.4-2.5m/小时。
本发明颗粒污泥制备方法以及生活污水处理方法，通过将絮状污泥驯化为颗粒污泥，由于颗粒污泥具有结构致密、生物种群丰富、沉降性能好、抗冲击负荷能力强、节省空间、耐毒性较强等优点，不仅具有良好的泥水分离能力，而且可以通过高浓度的生物量来弥补低温对于生物脱氮除磷效率的影响。
当上述颗粒污泥应用于膜生物反应器时，可极大地减少膜污染现象，大幅度提高MBRs工艺的技术发展持续性。
附图说明
图1是膜生物反应器的示意图；
图2是反应器中颗粒污泥形成过程的示意图。
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。
本发明的颗粒污泥制备方法可通过如图1所示的膜生物反应器实现，当然，在实际应用中，也可采用适用本发明的方法的任意反应器。
该膜生物反应器包括一容器10，该容器10具体可采用底部长度为50.0cm、宽度为25.0cm、总高度为50.0cm、有效反应高度40.0cm的矩形容器，该容器10的有效反应体积为50L。当然，在实际应用中，可根据场地情况等采用其他形状或容积的容器。上述容器10通过进水泵11和进水管通入待处理废水(例如人工废水)，并通过出水管和出水泵12排水；容器10的底部设有曝气回流扩散装置14，且该曝气回流扩散装置14分别连接内循环泵13和曝气泵15，内循环泵13用于将出水管中的水抽取到曝气回流扩散装置14，以实现回流。
特别地，上述排水管流出的水为经膜组件17处理后的水。容器10内还具有水位计18，且在水位计18测得容器10内的水超过预设值时，通过溢流泵19排出多余的水。上述进水泵11、出水泵12以及溢流泵19都由控制器20根据预设参数及容器10内的具体情况控制，从而实现进出水自动控制。
本发明的颗粒污泥制备方法包括以下步骤：
(a)在反应器(例如图1所示的膜生物反应器)中接种生活污水厂二沉池的絮状污泥。具体地，在该步骤中，接种絮状污泥后反应器中污泥浓度大于8g-MLSS/L。当然，反应器中淤泥浓度也可大于或小于上述值，但会影响颗粒污泥形成的时间。
(b)使人工废水(即人工调配的水)流经反应器(例如图1中的容器10)，同时对反应器内的水进行间断曝气，所述人工废水包含浓度为200-500mg/L的葡萄糖、浓度为60-230mg/L的硫酸铵、浓度为40-110mg/L的磷酸二氢钾。在步骤(a)中接种絮状污泥时，反应器中可具有上述人工废水。
在该步骤中，上述间断曝气为：每隔4小时对反应器内混合液进行4小时曝气。最好控制反应器的温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5。并且，人工废水流经反应器的流速最好为10L/小时。
此外，还可在人工废水中增加微量元素营养液，以提高颗粒污泥制备效果。每升上述微量元素营养液中包括0.5g的ZnSO4、2g的CaCl2、2.5g的MnCl2·4H2O、0.5g的(NH4)6Mo7O24·4H2O、0.1g的CuSO4·5H2O和0.5g的CoCl2·6H2O、3.8g的FeCl2·4H2O，以及50mL的浓盐酸。
并且，流入反应器的人工废水包括从反应器流出的内循环水(即由内循环泵13通入容器10的水)以及新增废水(即由进水泵11和进水管通入容器10的水)，且内循环水与新增废水的比例最好为5:1。
(c)在反应器中污泥体积指数SVI30/SVI5达到1时，颗粒污泥16制备完成。
上述颗粒污泥制备过程大概需要80-195天。
实施例1
在如图1所示的膜生物污泥反应器启动初期接种来自生活污水处理厂二沉池的新鲜絮状污泥(即活性污泥，本实施例中的絮状污泥取自广州沥滘污水处理厂)，图2中的左上方的图即为刚接种的新鲜絮状污泥。
实验初期进水包含葡萄糖500mg/L、硫酸铵230mg/L、磷酸二氢钾110mg/L，快速筛选出具有脱氮除磷功能的菌种，曝气方式为：曝气4h-缺氧条件下静止4h-曝气4h，作为循环的好氧/缺氧交替过程，采用穿孔曝气方式。同时，进水投加一定量的微量元素营养溶液(与进水混合)。每升上述微量元素营养液中包括0.5g的ZnSO4、2g的CaCl2、2.5g的MnCl2·4H2O、0.5g的(NH4)6Mo7O24·4H2O、0.1g的CuSO4·5H2O和0.5g的CoCl2·6H2O、3.8g的FeCl2·4H2O，以及50mL的浓盐酸。
在培养期间，反应器的上升流速为0.4-2.5m/h，以保证一定的水力冲刷条件，在反应器启动40天左右出现颗粒污泥，如图2中的右上方的图，此时可认为膜生物污泥反应器颗粒污泥驯化培养成功，80天左右污泥的污泥体积指数SVI30/SVI5约为1.02，可认为完全颗粒化完成，如图2中左下方的图。
实施例2
同样采用图1中的一体式膜生物污泥反应器废水处理系统，接种生活污水厂二沉池絮状污泥，培养出颗粒污泥并处理人工模拟废水。
以人工废水作为进水，在反应器初始阶段，进水包含葡萄糖为500mg/L、硫酸铵230mg/L、磷酸二氢钾110mg/L，采用曝气4h-缺氧条件下静止4h-曝气4h的循环交替运行方式，运行时间45天。平均氨氮去除效率达到95.8％，总氮去除效率到达到75.3％，除磷效率达到70％，进水有机物去除率达到95％。
第二阶段保持曝气方式不变，进水包括葡萄糖200mg/L、硫酸铵60mg/L、磷酸二氢钾40mg/L不变，用曝气4h-缺氧条件下静止4h-曝气4h的运行方式，运行时间150天。平均氨氮去除效率达到98.6％，总氮去除效率到达到86.4％，除磷效率达到73％，进水有机物去除率达到95％。反应器中MLVSS达到12.4g/L，同时颗粒污泥粒径保持在1300μm左右。
本发明还提供一种生活污水处理方法，包括以下步骤：
(1)将安装上述颗粒污泥制备方法制备的颗粒污泥置于膜生物反应器内；
(2)使待处理生活污水流入到膜生物反应器，同时对所述膜生物反应器中的水进行间断曝气。
(3)将经膜组件处理的水排出所述膜生物反应器。
在膜生物反应器内，颗粒污泥以葡萄糖、氨氮为电子供体，氧气为电子受体，将葡萄糖转化成二氧化碳和水，氨氮转变为氮气。控制一定的进水条件(例如控制待处理污水的温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5，反应器中水的流速为10L/小时，水力停留时间(HRT)为1小时、上升流速为0.4-2.5m/小时)，废水中葡萄糖去除率为100％，氮的去除率可达99％以上。并且因颗粒污泥的粒径较大，不会影响膜组件表面或膜孔中沉积，大大降低了膜的化学清洗频率或更换频率，从而降低了膜生物反应器的运行成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种颗粒污泥制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)在反应器中接种生活污水厂二沉池的絮状污泥；
(b)使人工废水流经所述反应器，同时对反应器内的水进行间断曝气，所述人工废水包含浓度为200-500mg/L的葡萄糖、浓度为60-230mg/L的硫酸铵、浓度为40-110mg/L的磷酸二氢钾；
(c)在所述反应器中污泥体积指数SVI30/SVI5达到1时，颗粒污泥制备完成。
2.根据权利要求1所述的颗粒污泥制备方法，其特征在于：所述人工废水中包含微量元素营养液，且每升所述微量元素营养液中包括0.5g的ZnSO4、2g的CaCl2、2.5g的MnCl2·4H2O、0.5g的(NH4)6Mo7O24·4H2O、0.1g的CuSO4·5H2O和0.5g的CoCl2·6H2O、3.8g的FeCl2·4H2O，以及50mL的浓盐酸。
3.根据权利要求1所述的颗粒污泥制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中包括：控制所述反应器内温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5；所述人工废水包括从所述反应器流出的内循环水以及新增废水，且所述内循环水与新增废水的比例为5:1。
4.根据权利要求1所述的颗粒污泥制备方法，其特征在于：所述反应器的有效容积为50L；所述步骤(a)中，接种絮状污泥后所述反应器中污泥浓度大于8.0g-MLSS/L；所述步骤(b)中，所述人工废水流经反应器的流速为10L/小时。
5.根据权利要求1所述的颗粒污泥制备方法，其特征在于：所述步骤(b)包括：
(b1)使温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5并具有第一配比的人工废水流经所述反应器，同时对反应器内的水进行间断曝气，所述具有第一配比的人工废水包含浓度为500mg/L的葡萄糖、浓度为230mg/L的硫酸铵、浓度为110mg/L的磷酸二氢钾；
(b2)45天后，使温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5并具有第二配比的人工废水流经所述反应器，同时对反应器内的水进行间断曝气，所述具有第二配比的人工废水包含浓度为200mg/L的葡萄糖、浓度为60mg/L的硫酸铵、浓度为40mg/L的磷酸二氢钾。
6.根据权利要求1所述的颗粒污泥制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中，对反应器内的水进行间断曝气包括：每隔4小时对反应器内混合液进行4小时曝气。
7.根据权利要求1所述的颗粒污泥制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中，所述反应器中的上升流速为0.4-2.5m/L。
8.根据权利要求1所述的颗粒污泥制备方法，其特征在于：所述反应器为膜生物污泥反应器，所述膜生物污泥反应器通过进水泵和进水管通入人工废水，并通过出水管和出水泵排水；所述膜生物污泥反应器的底部设有曝气回流扩散装置，且所述曝气回流扩散装置分别连接内循环泵和曝气泵，所述内循环泵将所述出水管中的水抽取到所述曝气回流扩散装置。
9.一种生活污水处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)将权利要求1-8中任一项中制备的颗粒污泥置于膜生物反应器内；
(b)使待处理生活污水流入到所述膜生物反应器，同时对所述膜生物反应器中的水进行间断曝气；
(c)将经膜组件处理的水排出所述膜生物反应器。
10.根据权利要求9所述的生活污水处理方法，其特征在于：所述反应器的有效容积为50L；所述步骤(b)中包括：控制所述待处理污水的温度为25～30℃、pH值为7.2～7.5、反应器进水流速为10L/小时、水力停留时间为1小时。
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