CN108773899B - 一种好氧颗粒污泥的快速培养方法及培养基质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种好氧颗粒污泥的快速培养方法及培养基质。好氧颗粒污泥的快速培养方法，包括使用含有As3+的培养基质对接种污泥进行培养的步骤。本发明的好氧颗粒污泥的快速培养方法，无需另外投加微小颗粒作为诱导晶核，而是通过含有As3+的培养基质来加速接种污泥的颗粒化进程，从而实现好氧颗粒污泥的快速培养。培养过程中As3+被氧化转化为As5+，经处理后可实现达标排放，生物除磷试验表明，该方法制备的好氧颗粒污泥具有更好的生物除磷效果，非常适用于畜禽废水的生物处理。

Description

一种好氧颗粒污泥的快速培养方法及培养基质
技术领域
本发明属于废水或污水的生物处理领域，具体涉及一种好氧颗粒污泥的快速培养方法及培养基质。
背景技术
生物除磷技术由于具有经济、高效、环境友好等特点，在污水除磷领域内得到广泛的应用。好氧颗粒污泥是微生物在适当的环境条件下，通过自发凝聚形成的一种颗粒状聚集体活性污泥。
与普通活性污泥相比，好氧颗粒污泥具有结构密实、沉降性能好、生物相高、代谢活性好、抗冲击负荷能力强、不易发生污泥膨胀以及去除有毒有害物质效果好等优点，是目前污水生物处理领域尤其是处理高浓度有毒工业废水方面的研究热点。然而，由于影响因素繁多，好氧颗粒污泥系统的启动周期普遍偏长，而如何缩短好氧颗粒污泥系统的启动时间是该技术在实际工业应用中需要重点突破的难题之一。
公布号为CN107235553A的专利申请公开了一种基于污泥焚烧灰的低温好氧颗粒污泥快速培养方法，其是以污泥焚烧灰作为载体，加速低温条件下好氧颗粒污泥的形成。该快速培养方法需要另外制备污泥焚烧灰，而且需要控制8-12℃的低温培养环境，导致该方法的操作过程复杂，实际应用性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种好氧颗粒污泥的快速培养方法，从而解决现有培养方法存在的操作复杂、实用性差的问题。本发明还提供了一种用于培养好氧颗粒污泥的培养基质。
为实现上述目的，本发明的好氧颗粒污泥的快速培养方法所采用的技术方案是：
一种好氧颗粒污泥的快速培养方法，包括使用含有As3+的培养基质对接种污泥进行培养的步骤。
本发明的好氧颗粒污泥的快速培养方法，无需另外投加微小颗粒作为诱导晶核，而是通过含有As3+的培养基质来加速接种污泥的颗粒化进程，从而实现好氧颗粒污泥的快速培养。培养过程中As3+被氧化转化为As5+，经处理后可实现达标排放，生物除磷试验表明，该方法制备的好氧颗粒污泥具有更好的生物除磷效果，非常适用于畜禽废水的生物处理。
含有As3+的培养基质可通过含有As3+的废水与常规培养基质混合得到，或者向常规培养基质中加入无机砷盐的方式获得。就后者而言，所述培养基质由废水和三价砷的无机盐混合而成。三价砷的无机盐可以为亚砷酸钠、砷化钠、氯化砷中的至少一种，优选为亚砷酸钠。进一步优选的，三价砷的无机盐在废水中的加入量为1-10mg/L。
废水为污泥中的微生物的生命活动提供营养物质，本发明所适用的废水可以为现有活性污泥培养用的常规废水或人工模拟废水，为进一步促进好氧活性污泥的颗粒化进程，优选的，所述废水由以下组分组成：C6H6O6(葡萄糖)0.1-0.5g/L，C2H3O2K(乙酸钾)0.2-1.0g/L，C3H5O2Na(丙酸钠)0.1-0.5g/L，(NH4)2SO4 0.2-0.8g/L，K2HPO4·7H2O 0.01-0.05g/L，KH2PO4 0.01-0.07g/L，NaHCO3 0.2-0.8g/L，CaCl2 0.01-0.05g/L，MgSO4·7H2O 0.01-0.05g/L，FeSO4·7H2O 0.001-0.01g/L，微量元素液0.5-1.5mL/L，溶剂为水。微量元素液由以下组分组成：CoCl2·6H2O 40-60mg/L，MnSO4·H2O 40-60mg/L，CuSO4·5H2O 40-60mg/L，NiCl2·6H2O 40-60mg/L，溶剂为水。
接种污泥可以为常规厌氧活性污泥、好氧活性污泥、混合污泥。这类污泥可由污水处理厂的污泥系统直接获得。优选的，所述接种污泥为厌氧活性污泥。采用厌氧活性污泥具有原料易得、成本低的优点。进一步优选的，厌氧活性污泥的初始培养浓度为0.25-0.35g/L。初始培养浓度反映了SBR反应器运行时的初始生物投加量。
培养时采用序批式反应方式，每个运行周期依次进行进水、厌氧反应、好氧反应、沉降和排水。厌氧反应在曝氮气下进行，厌氧反应的时间为40-80min，曝气速度为0.2-0.6L/min。好氧反应在曝空气下进行，好氧反应的时间为200-300min，曝气速度为0.5-1.0L/min。换水比为40％-60％。沉降时间为3-7min。每个运行周期的时间为4-8h。以上培养过程可在SBR反应器中进行，优选以上培养方式进行好氧颗粒污泥的培养，可进一步缩短好氧颗粒污泥系统的启动时间，所得好氧颗粒污泥具有更好的生物除磷效果。
本发明的用于培养好氧颗粒污泥的培养基质所采用的技术方案是：
一种用于培养好氧颗粒污泥的培养基质，由废水和三价砷的无机盐混合而成。
三价砷的无机盐可以为亚砷酸钠、砷化钠、氯化砷中的至少一种，优选为亚砷酸钠。进一步优选的，三价砷的无机盐在废水中的加入量为1-10mg/L。
所述废水由以下组分组成：C6H6O6(葡萄糖)0.1-0.5g/L，C2H3O2K(乙酸钾)0.2-1.0g/L，C3H5O2Na(丙酸钠)0.1-0.5g/L，NaHCO3 0.2-0.8g/L，(NH4)2SO4 0.2-0.8g/L，K2HPO4·7H2O 0.01-0.05g/L，KH2PO4 0.01-0.07g/L，CaCl2 0.01-0.05g/L，MgSO4·7H2O0.01-0.05g/L，FeSO4·7H2O 0.001-0.01g/L，微量元素液0.5-1.5mL/L，溶剂为水。微量元素液由以下组分组成：CoCl2·6H2O 40-60mg/L，MnSO4·H2O 40-60mg/L，CuSO4·5H2O 40-60mg/L，NiCl2·6H2O 40-60mg/L，溶剂为水。
采用上述培养基质对活性污泥进行培养，可快速启动好氧颗粒污泥系统，培养废水经过后续处理可实现达标排放，不会对环境造成影响。
附图说明
图1为好氧颗粒污泥培养用SBR反应器的结构示意图；
图2为实施例1的方法培养的好氧颗粒污泥的外观形态；
图3为对比例1的方法培养的好氧颗粒污泥的外观形态。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。如图1所示的SBR反应器，包括用于好氧颗粒污泥培养的反应柱7，反应柱设置有曝气系统，曝气系统包括设于反应柱内部底端的微孔曝气砂头，微孔曝气砂头通过连接管路并列连接空气源4和氮气源5，微孔曝气砂头与空气源4、氮气源5的各自连接管路上均设置有时控开关2和泵3。反应柱7包括侧壁和上、下底壁，侧壁上沿上下方向上间隔设置有多个开口，进水系统与侧壁上位于下端的开口相连接，进水系统包括进水桶1和连接进水桶与反应柱的进水管路；排水系统与侧壁上位于中部的开口相连接，排水系统包括排水桶6和连接排水桶与反应柱的排水管路，进水管路与排水管路上均设置有时控开关2和泵3，以分别实现进水和排水的时间控制。
以下实施例中，接种所用的种泥取自污水处理厂氧化沟排出的剩余污泥。
实施例1
本实施例的好氧颗粒污泥的快速培养方法，采用以下步骤：在SBR反应器中接种厌氧活性污泥，使用含有As3+的培养基质对厌氧活性污泥进行培养。
SBR反应器的正常工作容积为1L，厌氧活性污泥的初始培养浓度为0.3g/L，每个运行周期的用时为6h，包括进水5min、厌氧反应60min、好氧反应289min、沉降5min、排水1min，进水量、排水量均为500mL，反应器的进水(培养基质)由蠕动泵控制流量，排水由隔膜泵控制流量，利用微孔曝气砂头向反应柱内曝气，采用曝氮气营造厌氧环境，采用曝空气营造好氧环境；SBR反应器不间断运行。
进水由人工模拟畜禽废水和亚砷酸钠组成，各组分组成为：C6H6O6 0.33g/L，C2H3O2K 0.54g/L，C3H5O2Na 0.3g/L，NaHCO3 0.5g/L，(NH4)2SO4 0.4714g/L，K2HPO4·7H2O0.022g/L，KH2PO4 0.04g/L，CaCl2 0.023g/L，MgSO4·7H2O 0.022g/L，FeSO4·7H2O 0.009g/L，微量元素液1mL/L，亚砷酸钠10mg/L，溶剂为水；微量元素液由以下组分组成：CoCl2·6H2O50mg/L，MnSO4·H2O 50mg/L，CuSO4·5H2O 50mg/L，NiCl2·6H2O 50mg/L，溶剂为水。
实施例2
本实施例的好氧颗粒污泥的快速培养方法，采用以下步骤：在SBR反应器中接种厌氧活性污泥，使用含有As3+的培养基质对厌氧活性污泥进行培养；
SBR反应器的正常工作容积为1L，厌氧活性污泥的初始培养浓度为0.25g/L，每个运行周期包括进水6min、厌氧反应70min、好氧反应300min、沉降5min、排水2min，进水量、排水量均为600mL，反应器的进水(培养基质)由蠕动泵控制流量，排水由隔膜泵控制流量，利用微孔曝气砂头向反应柱内曝气，采用曝氮气营造厌氧环境，采用曝空气营造好氧环境；SBR反应器不间断运行。
进水由人工模拟畜禽废水和亚砷酸钠组成，各组分组成为：C6H6O6 0.2g/L，C2H3O2K0.7g/L，C3H5O2Na 0.4g/L，NaHCO3 0.5g/L，(NH4)2SO4 0.6g/L，K2HPO4·7H2O 0.04g/L，KH2PO40.03g/L，CaCl2 0.01g/L，MgSO4·7H2O 0.04g/L，FeSO4·7H2O 0.006g/L，微量元素液1mL/L，亚砷酸钠8mg/L，溶剂为水；微量元素液由以下组分组成：CoCl2·6H2O 40mg/L，MnSO4·H2O40mg/L，CuSO4·5H2O 40mg/L，NiCl2·6H2O 40mg/L，溶剂为水。
对比例1
对比例的好氧颗粒污泥的快速培养方法，与实施例1基本相同，区别仅在于培养基质不添加亚砷酸钠。
试验例
以实施例1为例，通过原子荧光光度计监测砷形态，记录实施例1和对比例的好氧颗粒污泥的形成时间、外观形态、除磷效果。
实施例1的好氧颗粒污泥系统在20d内完成颗粒化进程，而对比例1的耗时为35d。实施例1与对比例1所形成的好氧颗粒污泥的形态分别如图2和图3所示，可以看出，对比例1培养的好氧颗粒污泥的颗粒度整体较小，且碎末状颗粒众多，而实施例1培养的好氧颗粒污泥的形态饱满，基本无碎小颗粒存在，表明聚集体的结构稳定性良好。对实施例的出水进行As形态的检测，其全部被氧化为As5+，经处理后达到达标排放标准。
使用实施例1和对比例1的启动后的好氧颗粒污泥系统对上述人工模拟畜禽废水进行生物处理，处理工序同实施例1，检测出水水质，对比例1的好氧颗粒污泥系统可实现生物除磷效果为60％，实施例1的好氧颗粒污泥系统的生物除磷效果达到90％以上。由此可见，与对比例相比，实施例1的好氧颗粒污泥系统不仅启动周期短，而且具有更好的生物除磷效果。
在本发明的好氧颗粒污泥的快速培养方法的其他实施例中，可采用含三价砷的工业废水与待处理污水混合，来同时实现好氧颗粒污泥的快速培养以及不同废水的综合处理。培养基质中，碳源、氮源、磷源、金属元素的种类及用量可根据实际情况进行调整。SBR反应器的运行工艺中，各个阶段的运行时间、换水率等参数均可根据整体设备的状态、处理对象、处理效果等因素进行调整，最终均可以获得与实施例1相当的效果。

Claims (2)

1.一种好氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于，包括使用含有As3+的培养基质对接种污泥进行培养的步骤；所述培养基质由废水和三价砷的无机盐混合而成；三价砷的无机盐在废水中的加入量为1-10mg/L；所述接种污泥为厌氧活性污泥；厌氧活性污泥的初始培养浓度为0.25-0.35g/L；培养时采用序批式反应方式，每个运行周期依次进行进水、厌氧反应、好氧反应、沉降和排水；厌氧反应在曝氮气下进行，厌氧反应的时间为40-80min，曝气速度为0.2-0.6L/min；好氧反应在曝空气下进行，好氧反应的时间为200-300min，曝气速度为0.5-1.0L/min。
2.如权利要求1所述的好氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于，所述废水由以下组分组成：C6H6O6 0.1-0.5 g/L，C2H3O2K 0.2-1.0 g/L，C3H5O2Na 0.1-0.5 g/L，NaHCO3 0.2-0.8g/L，(NH4)2SO4 0.2-0.8 g/L，K2HPO4·7H2O 0.01-0.05 g/L，KH2PO4 0.01-0.07 g/L，CaCl2 0.01-0.05 g/L，MgSO4·7H2O 0.01-0.05 g/L，FeSO4·7H2O 0.001-0.01 g/L，微量元素液0.5-1.5 mL/L，溶剂为水。
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