CN109052663B - 一种耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法 - Google Patents
一种耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法及应用,属于生物处理技术领域。培育方法主要包括如下步骤:1)普通活性污泥接种;2)模拟基质投加(固定高COD负荷及高盐分水平);3)工艺运行模式选择(固定严苛的水力选择条件);4)耐盐除碳微生物颗粒成功培育。本发明不同于传统梯度提高盐分及逐步增加选择压的办法,在初始COD及盐负荷值都较高下,严苛的水力选择压更加适合微生物颗粒材料的合成,这种组合方式在仅10天左右便可获得耐盐除碳微生物颗粒材料。本发明操作方法简单,运行成本低廉,制备时间短;原料普遍,所制材料耐受高盐,并兼具高除碳活性及高沉降性能,具有较广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程废水生物处理技术领域,尤其涉及一种耐盐除碳微生物颗粒材料的快速培育方法。
背景技术
我国现阶段高盐有机废水年排放量巨大、类型多样,已经成为典型的污染源。根据《全国环境统计公报》,2015年全国废水排放总量735.3亿吨,化学需氧量(COD)排放量2223.5万吨。由于含有高盐分和各种有机物,基于物理或化学原理的处理工艺存在成本高昂,处理效果不佳等缺点,而生物除碳技术由于经济、高效、环保等优点被广泛应用于各种污水处理系统中。
培育耐盐活性污泥是生物处理高盐有机废水的重要研究领域,但絮状活性污泥耐盐度有限,对冲击负荷敏感,且污泥容易上浮和流失。近年来,新型耐盐生物去污除碳材料与技术的开发受到广泛关注,其中耐盐微生物颗粒材料具备结构密实、沉降性能优越,盐分忍耐度高,微生物菌群丰富、功能菌高效持留的优势,而且占地面积小、排泥量少、对有毒物质耐受性强,抗冲击能力强,已经证明是处理高盐有机物废水的有效技术之一,但如何快速获得耐盐高效微生物颗粒材料是研究重点。
微生物颗粒材料制备过程的机理十分复杂,影响因素众多,因此研究者提出多种生物颗粒化过程的机理,比如胞外聚合物假说,丝状菌假说,晶核假说,金属阳离子假说以及微生物自凝聚假说。而微生物颗粒化过程模型主要包括:(1)微生物或细菌之间相互碰撞,或细菌向固体表面粘附,形成最初的颗粒凝聚核;(2)碰撞而聚集的微生物保持稳定接触而进一步形成聚集体;(3)粘附或凝聚的微生物聚集体中的细菌持续生长、繁殖、分泌粘附物质等,逐渐形成初生颗粒体;(4)在外部作用力等的影响下,初生颗粒体形成一个稳定的三维空间结构。微生物或细菌表面总是带负电,而菌体表面附着的胞外聚合物含有较多负电基团物质,根据DLVO理论,颗粒之间易产生静电斥力及斥力势能,破坏微生物聚集状态。金属阳离子通过电中和作用降低静电斥力,或者通过架桥作用与负电基团相连接,而在高浓度Na+或K+的刺激下微生物趋向于分泌更多的胞外聚合物,从而促进微生物之间聚集。
现有技术公开了微生物颗粒材料的多种培养方法,例如,申请号为CN201410268969.7的发明名称为“一种好氧耐盐颗粒污泥培养方法”,其中公开了利用投加粉末活性炭,并逐步提高盐分,最终培育耐盐微生物颗粒的方法;该法接种污泥需取自污水厂的脱水污泥,并且事先投加1~2kg·m-3的粉末活性炭,无疑增加运行成本及处理费用;另外该方法通过逐步提高盐度至20±5g·L-1的方法,微生物颗粒培育花费时间较长(10周左右)。
申请号为CN 201711330613.1的发明名称为“一种好氧颗粒污泥培养方法及培养装置”,其中公开了一种好氧颗粒污泥培养方法及培养装置,该方法通过将活性污泥与PAC及海泡石混合,并在曝气供氧的上游环节设置厌氧搅拌的过程(共6个阶段),最后在90天左右获得微生物颗粒。相比之下,本培育方法的优势在于:操作过程简单(不需厌氧搅拌),培育时间更短(仅10天左右),适应更高盐浓度(最大50g·L-1),除碳活性高。
快速驯化培育获得耐盐型微生物除碳颗粒是高效降解高含盐、高浓度有机废水生化处理工艺的关键。本发明关于耐盐型微生物除碳颗粒快速培育方法的创新点在于,不同于传统梯度提高盐分及逐步增加选择压的办法,在反应启动时初始COD及盐负荷值都较高下,严苛的水力选择压更加适合微生物颗粒材料的合成,这种组合方式在仅10天左右便可获得耐盐除碳微生物颗粒材料,其适应高盐环境,同时去污除碳活性大大提高。该技术不仅运行成本低廉,而且培养周期大大缩短、操作简单,极大推动耐盐型微生物颗粒技术在工业污水处理领域的应用。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题,本发明提供了一种耐盐除碳微生物颗粒快速培育方法。
本发明具体采用的技术方案如下:
一种耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,它包括如下工艺步骤:
1)取城市生活污水处理厂的剩余污泥或者生化池回流污泥,空曝一段时间后将其作为接种污泥接种至反应器中,反应器中接种污泥浓度为2~6gVSS·L-1(此处的污泥浓度是指反应器运行时的污泥浓度,在接种时需以反应器运行状态下的有效容积计算污泥添加量);
2)配制模拟基质,模拟基质中含有营养试剂组分A和筛选试剂组分B;其中营养试剂组分A为葡萄糖1g·L-1、氯化铵0.2g·L-1、磷酸二氢钾0.045g·L-1、七水硫酸镁0.037g·L-1、无水氯化钙0.04~0.05g·L-1、七水硫酸亚铁0.037g·L-1和微量元素液1mL·L-1;筛选试剂组分B为氯化钠5~25g·L-1和硫酸钾5~25g·L-1;
3)以序批式方式运行反应器,颗粒材料在串联批次反应中培育,每个批次包括进料阶段、好氧曝气培育阶段、静置分层阶段、上清液清除及闲置阶段,4个阶段的运行总时间控制在4~6h,其中静置分层阶段时间始终为5min;每个批次进料阶段的基质始终采用步骤2)配制的模拟基质,培育过程中维持反应器内pH和温度稳定;
4)在反应器内连续培育9~12d后,获得耐盐除碳微生物颗粒材料。
作为优选,所述步骤(1)中,污泥空曝时间为1~2d。
作为优选,所述步骤2)中,所述的微量元素液成分为:硼酸50mg·L-1、氯化铜30mg·L-1、四水氯化锰100mg·L-1、七钼酸铵50mg·L-1、氯化锌50mg·L-1、氯化钴50mg·L-1、氯化铝50mg·L-1和氯化镍50mg·L-1。
作为优选,在整个培育过程中,每个批次间无间歇时间,串联运行。
作为优选,所述步骤3)中,反应器pH控制在6.5~7.5。
作为优选,所述步骤3)中,反应器温度控制在23~26℃。
作为优选,在整个培育过程中,每个批次的进水中有机负荷与盐度保持稳定,不梯度上升,有机负荷率为3~6kgCOD·m-3·d-1,盐度为1~5%。
作为优选,所述步骤(3)中,每个批次内,进料阶段、好氧曝气培育阶段、静置分层阶段、上清液清除及闲置阶段的时间比例依次为2%~2.5%,93%~94.5%,1.0%~2.5%及1.5~2.5%。
作为优选,所述步骤3)中,好氧曝气培育阶段控制供氧均匀稳定,溶解氧水平在5~7mg/L。
作为优选,所述步骤3)中,上清液清除及闲置阶段中,体积交换率维持在60%~70%范围内。
本发明制备方法与现有技术相比具有以下优势:1)操作方法简单,运行成本低廉,制备时间短;2)原料普遍,所制材料耐受高盐,并兼具高除碳活性及高沉降性能;3)培育方法及材料适用于高盐度高浓度有机物污水处理等领域,具有较广泛的应用价值。
附图说明
图1为耐盐高密度微生物除碳颗粒培育过程中不同天数时的光镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下,均可进行相应组合。
实施例1
本实施例中,一种耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,具体工艺步骤如下:
(1)活性污泥接种:取城市生活污水处理厂的生化池回流污泥,空曝1d后将其作为接种污泥接入反应器,保证反应器后续运行时污泥浓度为6gVSS·L-1。接种时预先根据反应器后续运行时的有效容积计算污泥接种量。
(2)模拟基质配制:模拟基质中含有两类组分,分别为营养试剂组分A和筛选试剂组分B,其中营养试剂组分A用于为微生物生长代谢提供养分,筛选试剂组分B用于提高基质中的盐负荷值,对耐盐微生物进行筛选。配制好的模拟基质中,溶剂为纯水,营养试剂组分A的成分和含量(此处各成分的含量均为该成分在配制好的模拟基质中的含量)如下:葡萄糖(C6H12O6,1g·L-1),氯化铵(NH4Cl,0.2g·L-1),磷酸二氢钾(KH2PO4,0.045g·L-1),七水硫酸镁(MgSO4·7H2O,0.037g·L-1),无水氯化钙(CaCl2,0.04g·L-1),七水硫酸亚铁(FeSO4·7H2O,0.037g·L-1)以及微量元素液(1mL·L-1),微量元素液成分和含量(此处各成分的含量均为该成分在微量元素液中的含量)为:硼酸(H3BO3,50mg·L-1),氯化铜(CuCl2,30mg·L-1),四水氯化锰(MnCl2·4H2O,100mg·L-1),七钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O,50mg·L-1),氯化锌(ZnCl2,50mg·L-1),氯化钴(CoCl2·6H2O,50mg·L-1),氯化铝(AlCl3,50mg·L-1),氯化镍(NiCl2,50mg·L-1);另外基质中筛选试剂组分B的成分和含量(此处各成分的含量均为该成分在配制好的模拟基质中的含量)如下:氯化钠(NaCl,15g·L-1),硫酸钾(K2SO4,15g·L-1)。
(3)运行模式调控:以序批式方式运行反应器,颗粒材料在串联批次反应中培育获得,每个批次包括阶段I(快速进料阶段),阶段II(均匀稳定供氧培育阶段),阶段III(静置分层阶段)和阶段Ⅳ(上清液清除及闲置阶段),每个阶段的运行时间依次为5min,225min,5min及5min,每次运行总时间控制在4h。整个运行过程中,每个批次间无间歇时间,串联运行。
每个批次的阶段I中,进水基质始终采用步骤2)配制的模拟基质,因此不同于传统梯度提高盐分及逐步增加选择压的办法,本发明在整个培育过程中COD负荷及盐负荷值一直保持在稳定的较高水平。
每个批次的阶段II中,需要控制供氧均匀稳定,保持溶解氧水平在6.5~6.9mg/L。
每个批次的阶段III中,始终保持静置时间为5min。传统方法中,静置时间逐渐降低,因此选择条件相对温和,微生物结构变化慢,而本发明中从开始到结束一直保持很短的静置时间,因此反应器初始运行淘洗掉的污泥更多,形成更为严苛的水力选择条件。
每个批次的阶段Ⅳ中,体积交换率维持在65%。
在整个运行过程中,需要不断监测反应器内的pH和温度,通过补充HCI或者NaHCO3溶液维持反应器pH在7.0,通过温度控制器维持反应器内温度在23.5℃。
(4)颗粒材料获得:按照上述运行方式将污泥在反应器内连续培育9d,取反应器底部颗粒,即可获得高效耐盐高密度微生物除碳颗粒材料。
在上述步骤(3)和(4)中,控制进水有机负荷始终为4kgCOD·m-3·d-1。
耐盐高密度微生物除碳颗粒培育过程如图1所示。在第1天左右,絮状活性污泥开始生成微小的颗粒晶核;在第3~5天,微生物菌群系统中生成米粒大小的颗粒体,密实程度快速改善,除碳效果佳,并保持稳定;在反应器运行9天时获得成熟的高效耐盐高密度微生物除碳颗粒。
实施例2
本实施例中,一种耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,具体工艺步骤如下:
(1)活性污泥接种:取城市生活污水处理厂的生化池回流污泥,空曝1d后将其作为接种污泥接入反应器,保证反应器后续运行时污泥浓度为2gVSS·L-1。接种时预先根据反应器后续运行时的有效容积计算污泥接种量。
(2)模拟基质配制:模拟基质中含有两类组分,分别为营养试剂组分A和筛选试剂组分B,其中营养试剂组分A用于为微生物生长代谢提供养分,筛选试剂组分B用于提高基质中的盐负荷值,对耐盐微生物进行筛选。配制好的模拟基质中,溶剂为纯水,营养试剂组分A的成分和含量(此处各成分的含量均为该成分在配制好的模拟基质中的含量)如下:葡萄糖(C6H12O6,1g·L-1),氯化铵(NH4Cl,0.2g·L-1),磷酸二氢钾(KH2PO4,0.045g·L-1),七水硫酸镁(MgSO4·7H2O,0.037g·L-1),无水氯化钙(CaCl2,0.05g·L-1),七水硫酸亚铁(FeSO4·7H2O,0.037g·L-1)以及微量元素液(1mL·L-1),微量元素液成分和含量(此处各成分的含量均为该成分在微量元素液中的含量)为:硼酸(H3BO3,50mg·L-1),氯化铜(CuCl2,30mg·L-1),四水氯化锰(MnCl2·4H2O,100mg·L-1),七钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O,50mg·L-1),氯化锌(ZnCl2,50mg·L-1),氯化钴(CoCl2·6H2O,50mg·L-1),氯化铝(AlCl3,50mg·L-1),氯化镍(NiCl2,50mg·L-1);另外基质中筛选试剂组分B的成分和含量(此处各成分的含量均为该成分在配制好的模拟基质中的含量)如下:氯化钠(NaCl,25g·L-1),硫酸钾(K2SO4,25g·L-1)。
(3)运行模式调控:以序批式方式运行反应器,颗粒材料在串联批次反应中培育获得,每个批次包括阶段I(快速进料阶段),阶段II(均匀稳定供氧培育阶段),阶段III(静置分层阶段)和阶段Ⅳ(上清液清除及闲置阶段),每个阶段的运行时间依次为8min,340min,5min及7min,每次运行总时间控制在6h。整个运行过程中,每个批次间无间歇时间,串联运行。
每个批次的阶段I中,进水基质始终采用步骤2)配制的模拟基质,因此不同于传统梯度提高盐分及逐步增加选择压的办法,本发明中COD负荷及盐负荷值一直保持在稳定的较高水平。
每个批次的阶段II中,需要控制供氧均匀稳定,保持溶解氧水平在6.5~6.9mg/L。
每个批次的阶段III中,始终保持静置时间为5min。传统方法中,静置时间逐渐降低,因此选择条件相对温和,微生物结构变化慢,而本发明中从开始到结束一直保持很短的静置时间,因此反应器初始运行淘洗掉的污泥更多,形成更为严苛的水力选择条件。
每个批次的阶段Ⅳ中,体积交换率维持在65%。
在整个运行过程中,需要不断监测反应器内的pH和温度,通过补充HCI或者NaHCO3溶液维持反应器pH在7.0,通过温度控制器维持反应器内温度在23.5℃。
(4)颗粒材料获得:按照上述运行方式将污泥在反应器内连续培育12d,取反应器底部颗粒,即可获得高效耐盐高密度微生物除碳颗粒材料。
在上述步骤(3)和(4)中,控制进水有机负荷始终为3kgCOD·m-3·d-1。
在第2天左右,絮状活性污泥开始生成微小的颗粒晶核;在第4~7天,微生物菌群系统中生成米粒大小的颗粒体,密实程度快速改善,除碳效果佳,并保持稳定;在反应器运行12天左右,获得成熟的高效耐盐高密度微生物除碳颗粒。
由此可见,本发明不同于传统梯度提高盐分及逐步增加选择压的办法,在初始COD及盐负荷值都较高下,严苛的水力选择压更加适合微生物颗粒材料的合成,这种组合方式在仅9~12天左右便可获得耐盐除碳微生物颗粒材料。由于其本身就是在高盐环境下培养的,因此具有较好的耐盐性,能够适应高盐环境,同时去污除碳活性大大提高。该技术不仅运行成本低廉,而且培养周期大大缩短、操作简单,可以极大推动耐盐型微生物颗粒技术在工业污水处理领域的应用。
尽管已经结合实例对本发明进行了详细地描述,但是本领域技术人员应当理解地是,本发明并非仅限于特定实施例,相反,在没有超出本申请精神和实质的各种修正,变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:
1)取城市生活污水处理厂的剩余污泥或者生化池回流污泥,空曝一段时间后将其作为接种污泥接种至反应器中,反应器中接种污泥浓度为2~6gVSS·L-1;
2)配制模拟基质,模拟基质中含有营养试剂组分A和筛选试剂组分B;其中营养试剂组分A为葡萄糖1g·L-1、氯化铵0.2g·L-1、磷酸二氢钾0.045g·L-1、七水硫酸镁0.037g·L-1、无水氯化钙0.04~0.05g·L-1、七水硫酸亚铁0.037g·L-1和微量元素液1mL·L-1;筛选试剂组分B为氯化钠5~25g·L-1和硫酸钾5~25g·L-1;
3)以序批式方式运行反应器,颗粒材料在串联批次反应中培育,每个批次包括进料阶段、好氧曝气培育阶段、静置分层阶段、上清液清除及闲置阶段,4个阶段的运行总时间控制在4~6h,其中静置分层阶段时间始终为5min;每个批次进料阶段的基质始终采用步骤2)配制的模拟基质,培育过程中维持反应器内pH和温度稳定;
4)在反应器内连续培育9~12d后,获得耐盐除碳微生物颗粒材料。
2.根据权利要求1的耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,所述步骤1)中,污泥空曝时间为1~2d。
3.根据权利要求1的耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,所述步骤2)中,所述的微量元素液成分为:硼酸50mg·L-1、氯化铜30mg·L-1、四水氯化锰100mg·L-1、七钼酸铵50mg·L-1、氯化锌50mg·L-1、氯化钴50mg·L-1、氯化铝50mg·L-1和氯化镍50mg·L-1。
4.根据权利要求1的耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,在整个培育过程中,每个批次间无间歇时间,串联运行。
5.根据权利要求1的耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,所述步骤3)中,反应器pH控制在6.5~7.5。
6.根据权利要求1的耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,所述步骤3)中,反应器温度控制在23~26℃。
7.根据权利要求1的耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,在整个培育过程中,反应器中的有机负荷与盐度保持稳定,不梯度上升,有机负荷率为3~6kgCOD·m-3·d-1,盐度为1~5%。
8.根据权利要求1的耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,所述步骤3)中,每个批次内,进料阶段、好氧曝气培育阶段、静置分层阶段、上清液清除及闲置阶段的时间比例依次为2%~2.5%,93%~94.5%,1.0%~2.5%及1.5~2.5%。
9.根据权利要求1的耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,所述步骤3)中,好氧曝气培育阶段控制供氧均匀稳定,溶解氧水平在5~7mg/L。
10.根据权利要求1的耐盐除碳微生物颗粒材料快速培育方法,其特征在于,所述步骤3)中,上清液清除及闲置阶段中,体积交换率维持在60%~70%范围内。
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不同含盐和负荷条件好氧颗粒污泥培养及处理效果分析;李智;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20111215;第15-18、26页 * |
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