CN109095601B - 基于粒径控制的好氧颗粒污泥反应器运行稳定性维持方法 - Google Patents

基于粒径控制的好氧颗粒污泥反应器运行稳定性维持方法 Download PDF

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Abstract

基于粒径控制的好氧颗粒污泥反应器运行稳定性维持方法，是在好氧颗粒污泥反应器实现好氧颗粒化后，取一定体积的反应器内曝气状态下的泥水混合液，经从孔径由大到小的标准筛依次筛分后获得不同粒径范围的好氧颗粒污泥并定容至相同体积；使用超声波细胞破碎机分别对定容的好氧颗粒污泥进行破碎，分别测定破碎后污泥的颗粒化率，颗粒化率最大者即为稳定性最佳粒径区间；之后定期取反应器内泥水混合液进行筛分，将收集的最佳粒径范围的好氧颗粒污泥回流至反应器，其他粒径的好氧颗粒污泥则储存备用，由此逐步提高该稳定性最佳粒径范围的好氧颗粒污泥的质量比例。本发明可长期维持运行中好氧颗粒污泥反应器的稳定性，从而实现污水的高效处理。

Description

基于粒径控制的好氧颗粒污泥反应器运行稳定性维持方法
技术领域
本发明涉及废水生物处理技术领域。
背景技术
好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,简称AGS)是微生物在特定的环境下自发凝聚、增殖而形成的颗粒状生物聚合体，由于具有规则的形状、良好的沉降性能、高耐毒性、同步脱氮除磷等优点而备受关注，目前好氧颗粒污泥技术已成为废水处理领域的研究热点。然而，反应器内长期运行的好氧颗粒污泥常会出现不稳定甚至解体现象，如图1显示的丝状菌膨胀及解体中的好氧颗粒污泥，且目前仍未弄清好氧颗粒污泥反应器运行失稳的原因，相关稳定性维持措施亦十分匮乏。这一不足大大限制了好氧颗粒污泥技术的应用及推广，导致绝大多数的研究仍处于小试水平，中试乃至实际生产规模的好氧颗粒污泥反应器仍屈指可数。针对好氧颗粒污泥反应器运行稳定性不足这一缺陷，研究者们提出了一些增强颗粒稳定性的措施，如：采用适宜的运行条件(容积负荷、F/M、溶解氧等)、在好氧颗粒污泥反应器内富集慢速生长微生物、抑制好氧颗粒污泥反应器内部厌氧菌生长及增强好氧颗粒污泥反应器内核强度、设置生物选择器等。然而，这些策略大多来自于实验室中操控严格的SBR，实际应用中是否可行仍需检验及不断完善。通常，反应器中的好氧颗粒污泥是由不同粒径的颗粒所组成，且颗粒粒径分布会随着运行条件的变化而改变。粒径偏小的好氧颗粒污泥沉降性能不足，粒径过大的好氧颗粒污泥容易因内核溶解而解体。反应器内究竟维持何种粒径分布有利于好氧颗粒污泥反应器的稳定性维持尚无明确结论。
目前公开的文献主要有中国专利公开号为CN105776524B的好氧颗粒污泥强化启动及稳定运行方法，中国专利公开号为CN104628128B的强化好氧颗粒污泥工艺稳定运行的泥水分排方法，但未见可通过人工调控好氧颗粒污泥反应器内好氧颗粒污泥的粒径分布以实现系统稳定运行的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于粒径控制的好氧颗粒污泥反应器运行稳定性维持方法，以解决长期运行过程中好氧颗粒污泥反应器容易失稳这一问题，致力于实现运行过程中好氧颗粒污泥的稳定性维持，以发挥好氧颗粒污泥反应器在处理污水时展现出来的高效、低耗优势，为好氧颗粒污泥技术的实际应用提供技术支持。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
基于粒径控制的好氧颗粒污泥反应器运行稳定性维持方法，方法步骤如下：
(1)在好氧颗粒污泥反应器实现好氧颗粒化即污泥颗粒化率≥80％后，取一定体积的好氧颗粒污泥反应器内曝气状态下的泥水混合液，经从孔径由大到小的标准筛依次筛分后获得不同粒径范围的好氧颗粒污泥，收集这些不同粒径范围的好氧颗粒污泥并定容至相同体积；
(2)使用超声波细胞破碎机分别对定容的好氧颗粒污泥进行破碎，分别测定破碎后污泥的颗粒化率，颗粒化率最大者即为稳定性最佳粒径区间；
(3)在上述步骤(2)基础上，定期取一定体积的好氧颗粒污泥反应器内泥水混合液进行筛分，将收集的最佳粒径范围的好氧颗粒污泥回流至好氧颗粒污泥反应器，其他粒径的好氧颗粒污泥则储存备用，由此逐步提高该稳定性最佳粒径范围的好氧颗粒污泥的质量比例，实现好氧颗粒污泥反应器长期运行稳定性的维持。
上述步骤(1)所述孔径由大到小的标准筛，标准筛的孔径由大到小依次为4mm、3mm、2mm、1.43mm、1mm、0.6mm及0.3mm；所述获得的不同粒径范围的好氧颗粒污泥，粒径由大到小依次为大于4mm、3-4mm、2-3mm、1.43-2mm、1-1.43mm、0.6-1mm、0.3-0.6mm。
本发明方法立足于不同粒径的好氧颗粒污泥具有不同的稳定性，通过好氧颗粒污泥抵抗超声破碎的能力来确定具有最佳稳定性的好氧颗粒污泥的粒径范围。在此基础上，定期对反应器内泥水混合物进行人工筛分，将筛分出来的最佳稳定性粒径范围的好氧颗粒污泥回流至反应器、其他粒径的好氧颗粒污泥则储存备用，由此逐步提高反应器内最佳稳定性粒径范围内的好氧颗粒污泥的质量比例以增强反应器的稳定性。
本发明方法可快速确定反应器内稳定性最佳的好氧颗粒污泥的粒径范围，并通过人工干预实现稳定性最佳好氧颗粒污泥在好氧颗粒污泥反应器内的富集，从而实现好氧颗粒污泥反应器的长期稳定性维持。本发明操作简便、可靠性高，为好氧颗粒污泥的稳定性维持提供了一种有效的新方法。
附图说明
图1显示的是丝状菌膨胀及解体中的好氧颗粒污泥；
图2显示了超声破碎功率对不同粒径好氧颗粒污泥稳定性的影响。
具体实施方式
一种基于粒径控制的好氧颗粒污泥反应器运行稳定性维持方法，方法步骤如下：
(1)测定反应器内污泥的颗粒化率，待颗粒化率在80％以上时视为已成功实现好氧颗粒化，否则应继续提高选择压以使促进污泥的颗粒化，直至颗粒化上升至80％以上。然后取100～500mL好氧颗粒污泥反应器内曝气状态下的泥水混合液，经从孔径由大到小的标准筛依次筛分后获得不同粒径范围的好氧颗粒污泥，收集这些不同粒径范围的好氧颗粒污泥并定容至相同体积。标准筛的孔径由大到小依次为4mm、3mm、2mm、1.43mm、1mm、0.6mm及0.3mm；好氧颗粒污泥的粒径由大到小依次为大于4mm、3-4mm、2-3mm、1.43-2mm、1-1.43mm、0.6-1mm、0.3-0.6mm。将各粒径范围内的好氧颗粒污泥分别定容至100mL。
(2)将定容好的各粒径范围内的好氧颗粒污泥置于10W超声波细胞粉碎机下超声破碎10min，分别测定超声破碎后污泥的颗粒化率，颗粒化率最大者即为稳定性最佳粒径区间。
(3)在确定了稳定性最佳的好氧颗粒污泥的粒径范围后，定期取100～1000mL好氧颗粒污泥反应器内泥水混合液进行筛分，将最佳粒径范围内的好氧颗粒污泥回流至好氧颗粒污泥反应器，而其他粒径的好氧颗粒污泥则储存备用，由此逐步提高稳定性最佳粒径范围的好氧颗粒污泥的质量比例以实现反应器长期运行稳定性的维持。
在中试SBR中应用本发明方法对于维持系统稳定性的效果，验证过程如下：
(1)好氧颗粒污泥反应器及运行方式
中试SBR有效容积120.5L(有效高度180cm、内径29.2cm)，换水率60％。压缩空气由3台电磁式空气泵提供，经微孔曝气器分散后从底部进入反应器，表观上升气速在1.25cm/s左右，好氧颗粒污泥反应器运行周期为6h，包括进水10min、厌氧反应60min、好氧反应343min、沉淀2min、排水5min。测的反应器内颗粒化率为92.81％，即0.3mm以上污泥占总污泥的质量百分比为92.81％，反应器已成功实现好氧颗粒化。
(2)进水水质
反应器进水为一办公楼化粪池污水，具体水质指标如下：pH 6.56-8.43，COD534.96-810.32mg/L，TN 58.72-86.06mg/L，NH4 +-N 48.96-73.92mg/L，TP 4.94-11.87mg/L，SS 124-186mg/L。平均COD容积负荷约为2.69kg/m3·d。
(3)稳定性最佳好氧颗粒污泥的粒径范围确定
取反应器内曝气状态下的泥水混合液300mL，经标准筛(孔径分别为4mm、3mm、2mm、1.43mm、1mm、0.6mm、0.3mm)依次筛分后收集不同粒径的好氧颗粒污泥，定容至100mL后置于超声波细胞粉碎机(JY88-IIN，宁波)内破碎，分别在5W+10min、10W+10min及15W+10min进行三批超声试验，超声结束后测定混合液颗粒化率，见图2。结果表明；超声功率对于1.0mm以上好氧颗粒污泥的破坏程度的顺序为10W最强、5W居中，15W最弱，实际应用中采用10W超声功率更有说服力；1.0mm以下好氧颗粒污泥抵抗超声破碎的能力最差，2-3mm的好氧颗粒污泥抵抗超声破碎的能力最强，其余粒径的好氧颗粒污泥则介于两者之间。因此，确定2-3mm粒径的好氧颗粒污泥具有最佳稳定性。
(4)粒径控制对反应器稳定性影响
为提高2-3mm的好氧颗粒污泥在反应器中的比例，从3d开始每两天取反应器内曝气状态下500mL泥水混合液依次经过3mm、2mm标准筛进行人工筛分，筛分出的2-3mm的好氧颗粒污泥回流至反应器内，而其他粒径的好氧颗粒污泥则储存备用。此后，反应器内2-3mm的好氧颗粒污泥的比例不断增加，36d后保持在40％以上(40.63％-49.53％)、明显高于其他粒径好氧颗粒污泥所占比例(最大不超过17％)。在91d的运行过程中，好氧颗粒污泥的颗粒化率保持在90％以上，对COD、氨氮、TP的去除率分别保持在80％、80％及90％以上。
因此，通过人工筛分不断提高2-3mm粒径的好氧颗粒污泥在反应器内的比例可以大大增强系统的稳定性，不仅证明了粒径对于好氧颗粒污泥的稳定性有显著影响，亦为好氧颗粒污泥的稳定性维持提供了一种新思路。

Claims (1)

1.基于粒径控制的好氧颗粒污泥反应器运行稳定性维持方法，其特征在于，方法步骤如下：
（1）在好氧颗粒污泥反应器实现好氧颗粒化即污泥颗粒化率≥80%后，取一定体积的好氧颗粒污泥反应器内曝气状态下的泥水混合液，经从孔径由大到小的标准筛依次筛分后获得不同粒径范围的好氧颗粒污泥，收集这些不同粒径范围的好氧颗粒污泥并定容至相同体积；所述孔径由大到小的标准筛，标准筛的孔径由大到小依次为4 mm、3 mm、2 mm 、1.43mm、1 mm、0.6 mm及0.3 mm；所述获得的不同粒径范围的好氧颗粒污泥，粒径由大到小依次为大于4 mm、3-4 mm、2-3 mm、1.43-2 mm、1-1.43 mm、0.6-1 mm、0.3-0.6 mm；
（2）使用超声波细胞破碎机分别对定容的好氧颗粒污泥进行破碎，分别测定破碎后污泥的颗粒化率，颗粒化率最大者即为稳定性最佳粒径区间；
（3）在上述步骤（2）基础上，定期取一定体积的好氧颗粒污泥反应器内泥水混合液进行筛分，将收集的最佳粒径范围的好氧颗粒污泥回流至好氧颗粒污泥反应器，其他粒径的好氧颗粒污泥则储存备用，由此逐步提高该稳定性最佳粒径范围的好氧颗粒污泥的质量比例，实现好氧颗粒污泥反应器长期运行稳定性的维持。
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