CN110697884B - 一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法 - Google Patents

一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，将驯化完成的活性污泥或者成熟的好氧颗粒污泥接种到气提式间歇反应器中，向反应器中添加藻液，投加藻液之后的3‑7天内，进行闷曝，闷曝期间反应器接受光照和曝气，不再排水，每隔4‑8h向反应器中投加营养物质，闷曝结束后，反应器按照慢速进水‑曝气‑沉淀‑排水的方式运行，每个周期为4‑8h，上述过程保持在室内温度9‑15℃条件下进行，当接种污泥为好氧颗粒污泥时，反应器周期运行3‑10天形成绿色或者褐色的菌藻共生颗粒。本发明培养的菌藻共生颗粒具有抵抗低温环境、处理效率高，沉降性能良好等优点，是一种高效经济环保的污水处理策略，具有较大的应用前景和意义。

Description

一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法。
背景技术
好氧颗粒污泥技术相较于传统活性污泥技术具有更短的沉降时间和更小的占地面积，是一种进步的污水处理策略。目前全世界已经有70多所污水处理厂采用好氧颗粒污泥技术进行主流市政污水的处理，不过该方法对于总氮和总磷的去除效率仍需要进一步的提升，产生的剩余污泥资源化价值偏低。尤其是在低温下，不仅难以形成颗粒污泥，好氧颗粒污泥系统的处理效率也会降低。
菌藻共生系统是近年来污水处理领域的研究热点。藻类和细菌间具有一定的互生关系，藻类可以通过光合作用产生O2，细菌利用O2矿化有机物；同时细菌产生CO2为藻类光合作用提供碳源。藻类还具有能摄取污水中的N和P、富集重金属、消除部分病原体和病毒的优势。另外菌藻系统的良好沉降性能也为藻类的回收提供方便，从而得到更多的生物质能源，实现污泥的资源化。目前菌藻共生系统主要有3种形式：悬浮菌藻系统、固定化菌藻系统和菌藻生物膜系统。悬浮式菌藻共生系统中微藻沉降性能差、难以收集，使得出水效果变差；而固定化菌藻系统成本高、传质性能差，目前难以找到稳定经济的载体。菌藻共生颗粒污泥系统是菌藻生物膜系统的一种特殊形式，能够结合好氧颗粒污泥和菌藻共生系统的优点。一般认为藻类技术的推广受到限制，其中一个主要原因就是藻类需要温暖的气候条件，不过藻类的生长具有全能性，在一定的条件下，低温下藻类也具有生长能力。
低温下细菌和藻类的生长受到抑制，因此好氧颗粒污泥系统和菌藻共生系统这两种污水处理策略在低温下都难以快速启动和稳定运行，需要进一步解决这个问题。关于菌藻共生颗粒污泥的培养，目前已有少量研究，提供光照虽然可以在活性污泥中产生藻类，不过低温下藻类的生长比较缓慢，导致形成稳定的菌藻颗粒的时间过长，所以目前仍缺少在低温下迅速形成稳定的菌藻共生颗粒污泥的方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，以达到改善好氧颗粒污泥污水处理系统抵抗低温冲击的能力，并提高了系统的N、P去除能力的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，包括如下步骤：
(1)将驯化完成的活性污泥或者成熟的好氧颗粒污泥接种到气提式间歇反应器中，使反应器中污泥浓度为500-3000mg/L；
(2)向反应器中添加藻液，加入的藻液体积为1000-2000mL，藻液中藻类浓度为105-108cell/mL；
(3)投加藻液之后的3-7天内，进行闷曝，闷曝期间反应器接受光照和曝气，不再排水，每隔4-8h向反应器中投加营养物质，包括碳源、氮源、磷源和无机元素；光源采用LED灯或者白炽灯，光照强度为3000-12000lx，每天光照时间为8-24h；
(4)闷曝结束后，反应器按照慢速进水-曝气-沉淀-排水的方式运行，每个周期为4-8h，其中，慢速进水时间为30-120min，曝气时间为206-335min，沉降时间为1-15min，排水时间为3-10min；进水中包括300-1500mg/L COD，30-200mg/L氨氮，10-50mg/L磷元素以及无机元素，采用空气压缩机从反应器底部曝气，曝气量为0.6-3L/min；
(5)上述过程保持在室内温度9-15℃条件下进行，当接种污泥为活性污泥时，反应器周期运行2-4周后形成绿色或者褐色的菌藻共生颗粒；当接种污泥为好氧颗粒污泥时，反应器周期运行3-10天形成绿色或者褐色的菌藻共生颗粒。
上述方案中，所述藻液中的藻类为污水厂二沉池壁上附着的藻类或者绿藻，所述绿藻为小球藻和/或斜生栅藻。
上述方案中，所述光照强度为5000-10000lx，每天光照时间为12-18h。
上述方案中，所述碳源为醋酸钠。
上述方案中，所述无机元素包括氯化钙、硫酸镁、硫酸亚铁、EDTA钠盐、氯化锰、硼酸、氯化锌、钼酸钠、硫酸铜、碘化钾和氯化钴。
上述方案中，所述步骤(4)中添加的无机元素包括氯化钙20-40mg/L，硫酸镁20-40mg/L，硫酸亚铁20-40mg/L，EDTA钠盐10-30mg/L，氯化锰0.1-0.3mg/L，硼酸0.1-0.3mg/L，氯化锌0.1-0.3mg/L，钼酸钠0.1-0.3mg/L，硫酸铜0.01-0.1mg/L，碘化钾0.01-0.1mg/L，氯化钴0.01-0.1mg/L。
通过上述技术方案，本发明提供的低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，具有如下优点：
1、本发明通过添加外源藻类培养菌藻共生的颗粒污泥，可以提高系统的藻类初始浓度，通过闷曝策略可以使接种藻类在反应器中停留并快速生长，和细菌结合在一起，较快提升系统的生物量和生物多样性，最快在10天以内就可以形成0.5-2mm粒径的绿色或褐色的菌藻颗粒污泥。
2、本发明培养的菌藻共生颗粒污泥因为具有较高的藻类生物量和生物多样性，在一定程度上提高了系统抵抗低温环境的能力，解决了低温下菌藻系统反应器启动和运行不稳定、处理效率较低等问题；同时提高了剩余污泥的再利用价值，是一种方便的藻类回收技术，具有广阔的应用前景。
3、本发明的培养方法，操作简单，成本低廉，时间较短，稳定可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种气提式间歇反应器结构示意图；
图2为实施例1中向活性污泥中添加藻类形成的菌藻颗粒污泥照片；
图3为实施例2中向颗粒污泥中添加藻类形成的菌藻颗粒污泥照片。
图中，1、进水箱；2、蠕动泵；3、曝气头；4、内管；5、外管；6、电磁阀；7、LED灯；8、气体流量计；9、空气压缩机；10、时间继电器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例中的气提式间歇反应器为现有装置，如图1所示，包括内管、外管组成的双层套筒圆柱形反应器，有效容积4L，外管5直径9cm，高100cm，内管4直径8cm，高70cm。在反应器的底部设置有进水口和曝气口，侧壁上部设置有出水口，进水口通过进水管连接进水箱1，进水管上设置蠕动泵2，曝气口连通过曝气管道连接空气压缩机9，曝气管道上设置气体流量计8，空气由曝气管道通过反应器底部中央安装的微孔曝气头3进入反应器，形成的气流推动反应器内液体和颗粒污泥在内管中向上运动，然后在内外管壁之间向下运动，到反应器底部后再次被气流牵引向上运动，这样混合液可在内外管壁间循环流动并均匀混合。出水口连接出水管，出水管由时控开关和电磁阀6控制，出水口在反应器高40cm处，由电磁阀控制排水口的通断，体积交换率为50％。反应器的进水、曝气、沉降和排水时间均由三个时间继电器10自动控制。
光照采用LED灯7，光照周期由时控开关和电磁阀控制，液面光强通过调整灯泡与液面间的距离来调控。
实施例1
向驯化好的絮状活性污泥中添加外源藻类，培养低温下稳定运行的菌藻共生颗粒污泥。
采用气提式间歇反应器培养菌藻共生颗粒污泥。
反应器高100cm，工作体积为4L，反应器底部设置曝气头3，空气通过空气压缩机9进入反应器内，空气流量为2L/min，使得反应器中气体上升流速为2cm/s。进水主要特征如下：COD浓度为500mg/L，氨氮浓度为50mg/L，总磷浓度为10mg/L，pH为7.5，室内温度为12±3℃。
(1)取自某污水处理厂的曝气池活性污泥在反应器中驯化10天，污泥颜色由黑色转变成黄色，将反应器中污泥浓度(SS)调整为2000mg/L；
(2)此时加入污水厂二沉池壁附着的藻类培养液1000ml，藻细胞浓度为5.5*106cell/mL，闷曝三天，闷曝期间反应器接受光照和曝气，每天周期光照12h，光照强度为6000-8000lx。不再排水，每隔8h添加足量营养物质；
(3)闷曝结束，反应器中污泥和藻类混合液变成绿色，开始按照慢速进水-曝气-沉降-排水方式周期运行，其中慢速进水为60min，排水时间为5min，沉降时间从最开始的13min降到1min，相应的曝气时间为162-174min。周期运行3周后形成绿色的菌藻共生颗粒污泥。
反应器进水中的无机元素含量如下：氯化钙40mg/L，硫酸镁40mg/L，硫酸亚铁40mg/L，EDTA钠盐10mg/L，氯化锰0.15mg/L，硼酸0.15mg/L，氯化锌0.15mg/L，钼酸钠0.15mg/L，硫酸铜0.05mg/L，碘化钾0.05mg/L，氯化钴0.05mg/L。形成的菌藻颗粒污泥照片如图2所示。
实施例2
向成熟的好氧颗粒污泥中添加外源藻类，培养低温下稳定运行的菌藻共生颗粒污泥。
采用气提式间歇反应器培养菌藻共生颗粒污泥。
反应器高100cm，工作体积为4L，反应器底部设置曝气头3，空气通过空气压缩机9进入反应器，空气流量为2L/min，使得反应器中气体上升流速为2cm/s。进水主要特征如下：COD浓度为500mg/L，氨氮浓度为50mg/L，总磷浓度为15mg/L，pH为7.5，室内温度为12±3℃。
(1)向反应器中接种常规好氧颗粒污泥，使得反应器中SS为3000mg/L；
(2)加入培养好的小球藻、斜生栅藻悬浮液，两者藻细胞浓度分别为2.2*107cell/L和6.5*107cell/L，藻液体积合计为1000mL，开始每天18h的周期光照，光照强度为5000-7000lx。闷曝5天，闷曝期间反应器接受光照和曝气，不再排水，每隔8h添加足量的营养物质；
(3)闷曝结束，反应器中混合液变成绿色，开始按照慢速进水-曝气-沉降-排水方式周期运行，其中慢速进水为30min，曝气时间为204min，沉降时间为3min，排水时间为3min。周期运行1周后形成绿色的菌藻共生颗粒污泥。
反应器进水中的无机元素含量如下：氯化钙40mg/L，硫酸镁40mg/L，硫酸亚铁40mg/L，EDTA钠盐10mg/L，氯化锰0.15mg/L，硼酸0.15mg/L，氯化锌0.15mg/L，钼酸钠0.15mg/L，硫酸铜0.05mg/L，碘化钾0.05mg/L，氯化钴0.05mg/L。形成的菌藻颗粒污泥照片如图3所示。
对比例
一种培养菌藻共生颗粒污泥的方法。方法及步骤同实施例1，不同之处为：
步骤(2)不存在，本例中没有添加外源藻类以及闷曝过程。
经测试，对比例中在周期运行第6周形成褐色的菌藻共生颗粒污泥，相比实施例1颗粒形成速度要慢3周，而且低温(12±3℃)条件下污染物去除能力相对较差，反应器的处理性能不稳定，出水水质波动较大。
经测试，总氮(初始值为50mg/L)的平均去除率如下：
实施例1为61％，实施例2为58％，而对比例中只有48％；
总磷(初始值为15mg/L)的平均去除率如下：
实施例1为90％，实施例2为98％，对比例为71％。
而且在对比例中，去除效率波动较大，出水水质得不到保证，而实施例1和2相对稳定的维持着较高的去除率。(平均去除率是指最后稳定运行阶段一个半月的去除率平均值。)
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将驯化完成的活性污泥或者成熟的好氧颗粒污泥接种到气提式间歇反应器中，使反应器中污泥浓度为500-3000mg/L；
（2）向反应器中添加藻液，加入的藻液体积为1000-2000 mL，藻液中藻类浓度为105-108cell/mL；
（3）投加藻液之后的3-7天内，进行闷曝，闷曝期间反应器接受光照和曝气，不再排水，每隔4-8h向反应器中投加营养物质，包括碳源、氮源、磷源和无机元素；光源采用LED灯或者白炽灯，光照强度为3000-12000 lx，每天光照时间为8-24 h；
（4）闷曝结束后，反应器按照慢速进水-曝气-沉淀-排水的方式运行，每个周期为4-8h，其中，慢速进水时间为30-120min，曝气时间为206-335min，沉降时间为1-15min，排水时间为3-10min；进水中包括300-1500mg/L COD，30-200mg/L氨氮，10-50mg/L磷元素以及无机元素，采用空气压缩机从反应器底部曝气，曝气量为0.6-3L/min；
（5）上述步骤保持在室内温度9-15℃条件下进行，当接种污泥为活性污泥时，反应器周期运行2-4周后形成绿色或者褐色的菌藻共生颗粒；当接种污泥为好氧颗粒污泥时，反应器周期运行3-10天形成绿色或者褐色的菌藻共生颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，其特征在于，所述藻液中的藻类为污水厂二沉池壁上附着的藻类或者培养的绿藻，所述绿藻为小球藻和/或斜生栅藻。
3.根据权利要求1所述的一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，其特征在于，所述光照强度为5000-10000lx，每天光照时间为12-18h。
4.根据权利要求1所述的一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，其特征在于，所述碳源为醋酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，其特征在于，所述无机元素包括氯化钙、硫酸镁、硫酸亚铁、EDTA钠盐、氯化锰、硼酸、氯化锌、钼酸钠、硫酸铜、碘化钾和氯化钴。
6.根据权利要求5所述的一种低温培养菌藻共生颗粒污泥的方法，其特征在于，所述步骤（4）中添加的无机元素包括氯化钙20-40mg/L，硫酸镁20-40 mg/L，硫酸亚铁20-40 mg/L，EDTA钠盐 10-30 mg/L，氯化锰0.1-0.3mg/L，硼酸0.1-0.3mg/L，氯化锌0.1-0.3 mg/L，钼酸钠0.1-0.3 mg/L，硫酸铜0.01-0.1mg/L，碘化钾0.01-0.1 mg/L，氯化钴0.01-0.1 mg/L。
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