CN110937681A - 一种好氧颗粒污泥的培养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种好氧颗粒污泥的培养方法，将絮状污泥接种至SBR反应器中进行闷爆，然后逐步提升进水的COD为400‑1000mg/L，按照进水‑曝气‑沉降‑排水的运行方式周期性运行培养后获得好氧颗粒污泥；其中，闷爆后，先以葡萄糖与醋酸钠作为双碳源逐步提升进水的COD分别为400mg/L、600mg/L和800mg/L，再以醋酸钠作为单碳源提升进水的COD至1000mg/L直到完成成粒得到好氧颗粒污泥。本发明培养出颗粒粒径在0.4～1mm之间的颗粒污泥，氨氮平均去除率达到99.5％，总氮达85‑90％，COD达90‑97％，总磷达80‑85％，全面提高对COD、TN、氨氮及TP的去除率。

Description

一种好氧颗粒污泥的培养方法
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域，涉及一种好氧颗粒污泥的培养方法。
背景技术
水体污染控制技术中，生物降解法是处理废水中有机污染物最经济、效果最好的方法.好氧型微生物由于处理效果最好，经常用于中等浓度以下的污水处理.传统的活性污泥法存在对水利冲击负荷要求高、处理过程中剩余污泥量过大、反应设备体积庞大等缺点。污水的处理技术目前可以大致分为生物膜法和活性污泥法。在都达到去除污染物的同时，生物膜法容易阻塞和膜的脱落，这会严重影响后面的出水检测。而活性污泥法，容易出现污泥膨胀，并且占地面积大，费用高。故此，也涌现出许多新的生物污水处理技术解决上述所叙述的问题。
近年来好氧颗粒污泥技术得到较多研究者的关注，由于它所具备的优点：高生物量，能快速沉降，实现同步硝化反硝化，同步脱氮除磷，抗冲击负荷，稳定性高，且能培养出处理不同类型污水的颗粒污泥，这些特点都是目前活性污泥法和生物膜法中亟待解决的问题，而目前在颗粒污泥上得到了完美的集合。活性污泥利用它所分泌的EPS并且通过投加金属离子Ca2+，Mg2+人工降低其Zeta点位使得其生物自固定，在水力剪切力作用下，外加人工沉降选择培养出的颗粒污泥。
目前不同碳源作为基质培养出来的颗粒污泥尺寸、密度及颗粒内富集的微生物也大不相同。这些原因也导致了各种各样的颗粒污泥产生，也有研究者专门培养去除氨氮或除磷的颗粒污泥。目前大多数培养出的颗粒污泥，COD去除率在 90％，NH4+-N去除率可以达到98％，TN的去除率往往只有60％左右，TP也只能达到80％。因此，有必要培养一种能综合处理COD、TN、NH4+-N及TP的颗粒污泥。
发明内容
针对现有颗粒污泥在综合处理COD、TN、NH4+-N及TP方面存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种好氧颗粒污泥的培养方法，通过培养出颗粒粒径在 0.4～1mm之间的颗粒污泥，实现良好的硝化和反硝化条件达到对水中氮元素的高效去除，氨氮(NH4+-N)平均去除率达到99.5％，总氮(TN)达85％-90％，并且保证对COD及TP的有效去除，COD保持90％-97％的去除率，总磷(TP)去除率达80％-85％，出水的NH4+-N低于0.2mg/L，TN为1.5-5.8mg/L，TP为0.8-1.3mg/L，全面提高对COD、TN、NH4+-N及TP的去除率。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种好氧颗粒污泥的培养方法，将絮状污泥接种至SBR反应器中进行闷爆，然后逐步提升进水的COD为 400-1000mg/L，按照进水-曝气-沉降-排水的运行方式周期性运行培养后获得好氧颗粒污泥；其中，闷爆后先以葡萄糖与醋酸钠作为双碳源逐步提升进水的COD 分别为400mg/L、600mg/L和800mg/L，再以醋酸钠作为单碳源提升进水的COD 至1000mg/L直到完成成粒过程得到好氧颗粒污泥。
本发明先采用葡萄糖与醋酸钠的双碳源进水，其中葡萄糖培养的颗粒污泥会有较多的丝状菌出现，丝状菌分泌的EPS较异养菌多，而且一些丝状菌能帮助形成钙镁复合沉淀，而醋酸钠培养的颗粒污泥无丝状菌，这样的设计进水不仅能够以少量丝状菌帮助构建颗粒骨架缩短成粒时间，还能提高除磷效果，这解决了在全曝气模式下培养的颗粒污泥低的总磷去除率低的问题；再采用醋酸钠的单碳源进水，使大量的杆菌附着并且生长在丝状菌交织的骨架中，使其变得致密，且能拥有更好的沉降性能，培养出合适尺寸的颗粒污泥达到较高的同步硝化反硝化的能力。
优选的方案，所述SBR反应器的高径比5：1，表面气速为1.41cm/s。目前大多采用较高的高径比11:1、15:1等，保证较高的表面气速，大多在2.4cm/s左右，致使较大的剪切力而使其颗粒成形，颗粒结构往往比较致密影响传质，而这样的设计若扩大应用那么会致使筒体过高，不易操作。本方案在保证其剪切力满足成粒的前提下，采用1.41cm/s的表面气速，通过对污泥的不断向上洗刷，在水力剪切力的作用下致使形成颗粒，颗粒污泥的结构不至于太过致密且影响到颗粒内层微生物的生长，保证硝化反硝化的同步进行，提高脱氮效果。
优选的方案，进水水质为MgCl7·H2O、CaCl2、KH2PO4、FeSO4·H2O及EDTA、 MnSO4·H2O、ZnSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、H3BO3、KI、CoCl2·6H2O、CuSO4·5H2O、 (NH4)6Mo7O24，进水中NH4+-N浓度为66.7mg/L、TP浓度为10.5mg/L且Ca2+、 Mg2+的浓度为20mg/L。本发明进水初期选用的C：N：P＝100：16.7：2，NH4+-N 明显高于正常100：5：1的要求，加入高NH4+-N有利后期形成的颗粒污泥稳定，并且硝化菌的富集需要长时间，早期加入较高的氨氮可以有效防止后期颗粒的解体。同时一定浓度的Ca2+、Mg2+可以降低Zeta电位，使微生物聚集，提高成粒的速度，缩短成粒时间，并帮助形成钙镁复合磷酸盐沉淀物，提高在全曝气模式下的除磷效果。
优选的方案，闷爆4d后，进水的COD为400mg/L运行5d，其中周期为4h 的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气201min，沉降30min，排水5min；
提升进水的COD为600mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气216min，沉降15min，排水5min；
提升进水的COD为800mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气223min，沉降8min，排水5min；
提升进水的COD为1000mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降- 排水的运行方式中进水4min，曝气226min，沉降5min，排水5min；
保持进水的COD为1000mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降- 排水的运行方式中进水4min，曝气228min，沉降3min，排水5min；
保持进水的COD为1000mg/L运行11d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降- 排水的运行方式中进水4min，曝气230min，沉降1min，排水5min直至完成成粒过程。
优选的方案，所述好氧颗粒污泥的平均粒径为0.4～1mm，MLSS值为 5200mg/L-5600mgL，沉降速率为20-45m/h，污泥体积指数SVI为38mL/g。
本发明通过逐步提高进水COD能控制颗粒污泥的膨胀。4h运行周期中，前 3小时COD基本消耗到可利用的最低限度至40mg/L左右，最后1h处于低负荷状态，且污泥为絮状态，这会导致丝状菌的过度增长。这时提高COD的浓度能够有效抑制丝状菌的过度增值，避免出现前期培养过程中污泥过度流失的现象，足够的污泥量MLSS能够对污染物维持在较高的处理水平，尤其是对磷的去除。而后保持进水的COD在1000mg/L，COD容积负荷为3kg/(m3·d)，高的有机负荷是保证有机物能够渗透进颗粒内部为反硝化细菌提供营养物的前提，并且在较高的COD容积负荷的情况下能够刺激微生物的生长，加速颗粒物的形成，本发明中好氧颗粒污泥成熟的时间在40d，而现有接种絮状污泥来培养好氧颗粒污泥一般的成熟时间在60d。本发明能够缩短成熟时间更有利于其投入使用。在一般的污水厂中好氧池能够承受的污泥容积负荷在0.4-0.9kg/(m3·d)，而本发明中 COD的负荷远高于一般污水厂，可用于生产废水的处理，如食品加工厂，餐厨废水，木薯加工废水等。
本发明通过不断的改变沉降时间，来筛选出所需要的颗粒污泥，培养的颗粒污泥平均粒径为0.4～1mm，在颗粒污泥最外表面层是异养微生物生长繁殖，实现对有机物的降解，往内主要富集的是硝化菌，硝化菌所需要的COD不高，但其为好氧菌，它的生长周期比较长，竞争不过最外层的异养微生物，在500～700μm 层主要存在一些不需要氧的菌种如反硝化菌，把水中的硝态氮还原成氮气，进而降低水中氮元素的含量。而TP的去除率难以提升是因为在生物除磷中，去除TP 主要是靠排泥，而颗粒污泥中借助它的高生物量实现对污泥中TP的去除，当颗粒污泥到达稳定后，去除率难以进一步提升，但在本发明中培养出的颗粒污泥对 TP的去除率也能达到80％以上。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明通过培养出颗粒粒径在0.4～1mm之间的颗粒污泥，实现良好的硝化和反硝化条件，达到对水中氮元素的高效去除，氨氮(NH4+-N)平均去除率达到99.5％，总氮(TN)达85％-90％，并且保证对COD及TP的有效去除，COD保持90％-97％的去除率，总磷(TP)去除率达80％-85％，出水的NH4+-N低于0.2mg/L， TN为1.5-5.8mg/L，TP为0.8-1.3mg/L，全面提高对COD、TN、NH4+-N及TP 的去除率。
附图说明
图1为本发明实施例1培养的成熟的好氧颗粒污泥实物图；
图2为污染物COD、NH4+-N、TN、TP去除率及出水污染物浓度图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
取污水处理厂的絮状活性污泥作为接种污泥，接种至高径比为5：1的SBR 反应器中，进行闷爆4d，以浓度为227mg/L的葡萄糖(COD＝200mg/L)和255mg/L 的醋酸钠(COD＝200mg/L)作为双碳源配水，并加入20mg/LMgCl7·H2O、20mg/L CaCl2、46mg/LKH2PO4、25mg/LFeSO4·7H2O及微量元素1ml/L，包括0.05g/L EDTA、0.05g/LMnSO4·H2O、0.06g/LZnSO4·7H2O、1.5g/LFeCl3·6H2O、0.15g/L H3BO3、0.03g/LKI、0.15g/LCoCl2·6H2O、0.05g/LCuSO4·5H2O、0.12g/L (NH4)6Mo7O24，控制进水的COD为400mg/L运行5d，其中运行周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气201min，沉降30min，排水5min；
提升葡萄糖的浓度至341mg/L(COD＝300mg/L)、醋酸钠的浓度至383mg/L (COD＝300mg/L)，其他组份保持不变，控制进水的COD为600mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气216min，沉降15min，排水5min；
提升葡萄糖的浓度至455mg/L(COD＝400mg/L)、醋酸钠的浓度至510mg/L (COD＝400mg/L)，其他组份保持不变，控制进水的COD为800mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气223min，沉降8min，排水5min；
不添加葡萄糖，仅以浓度为1277mg/L(COD＝1000mg/L)的醋酸钠作为单碳源配水，其他组份保持不变，控制进水的COD为1000mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气226min，沉降5min，排水5min；
保持进水的COD为1000mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降- 排水的运行方式中进水4min，曝气228min，沉降3min，排水5min；
保持进水的COD为1000mg/L运行11d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降- 排水的运行方式中进水4min，曝气230min，沉降1min，排水5min；
整个培养过程中，进水的pH为7，温度为24℃，曝气量为0.4m3/h，表面气速1.41cm/s，直至完成成粒过程得到好氧颗粒污泥，培养出好氧颗粒污泥颗粒粒径在0.4～1mm之间，如图2所示，污水中氨氮(NH4+-N)平均去除率达到99.5％，总氮(TN)达85％-90％，COD去除率达90％-97％的，总磷(TP)去除率达80％-85％，出水的NH4+-N低于0.2mg/L，TN为1.5-5.8mg/L，TP为0.8-1.3mg/L。
对比例1
采用序批式活性污泥反应器(SBR)进行好氧颗粒污泥的培养，接种普通絮状污泥培养，反应器高径比8:1，内径值10cm，有效高度80cm，进水COD为600～1200mg/L，采用葡萄糖和乙酸钠作为混合碳源，氯化铵作为氮源，磷酸二氢钾作为磷源，采用逐步提高负荷的方法培养好氧颗粒污泥，控制C:N:P质量比为100:10:1，其他进水组分为CaCl2·H2O30mg/L、MgSO4·7H2O25mg/L、 MgCl2·7H2O30mg/L及1mL/L的微量元素(同实施例1)，运行过程分三阶段：
第一阶段为接种后1-16d，运行COD负荷为1.2～1.6kg/(m3·d)此阶段内反应器大量排出污泥，SVI值升高至149ml/g，将曝气量由4L/min(表面气速0.85cm/s) 调整为3L/min(表面气速0.6375cm/s)，沉淀时间由20min缩短至15min。反应器能的污泥不断的被洗脱，污泥的沉降性能逐步得到改善。COD去除率大于90％， NH4+-N去除率维持在95％左右，TP去除率85％，TN去除率20％。
第二阶段：17-33d，COD负荷为2.0～2.4kg/(m3·d)反应器内的污泥由黄褐色逐渐转变为浅黄色，絮体污泥开始向颗粒污泥转变，污泥形态颗粒化，沉降时间由15min缩短至5min，利用水力筛分得出沉降性能好的颗粒污泥。COD去除率 95％，NH4+-N去除率维持在99％以上，TP去除率70％左右，TN去除率55％。
第三阶段：33-60d，COD负荷为2.4kg/(m3·d)加速污泥颗粒化和成熟进程，将沉淀时间进一步由5min缩短至3min。该阶段的SVI值稳定在40ml/g左右。试验运行51d时，污泥颗粒化程度达到90％。COD去除率平均在96％，NH4+-N 去除率维持在99％以上，TP去除率平均65％，TN去除率平均60％，即颗粒污泥培养完成。(该培养方法引用自：王晓燕等好氧颗粒污泥的培养及其对污染物去除特性的研究《环境污染与防治》，第41卷，第9期) 。

Claims (5)

1.一种好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于：将絮状污泥接种至SBR反应器中进行闷爆，然后逐步提升进水的COD为400-1000mg/L，按照进水-曝气-沉降-排水的运行方式周期性运行培养后获得好氧颗粒污泥；其中，闷爆后先以葡萄糖与醋酸钠作为双碳源逐步提升进水的COD分别为400mg/L、600mg/L和800mg/L，再以醋酸钠作为单碳源提升进水的COD至1000mg/L直到完成成粒过程得到好氧颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述的一种好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于：所述SBR反应器的高径比5：1，表面气速为1.41cm/s。
3.根据权利要求1所述的一种好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于：进水水质为MgCl7·H2O、CaCl2、KH2PO4、FeSO4·H2O及EDTA、MnSO4·H2O、ZnSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、H3BO3、KI、CoCl2·6H2O、CuSO4·5H2O、(NH4)6Mo7O24，进水中NH4+-N浓度为66.7mg/L、TP浓度为10.5mg/L且Ca2+、Mg2+的浓度为20mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于：闷爆4d后，进水的COD为400mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气201min，沉降30min，排水5min；
提升进水的COD为600mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气216min，沉降15min，排水5min；
提升进水的COD为800mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气223min，沉降8min，排水5min；
提升进水的COD为1000mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气226min，沉降5min，排水5min；
保持进水的COD为1000mg/L运行5d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气228min，沉降3min，排水5min；
保持进水的COD为1000mg/L运行11d，其中周期为4h的进水-曝气-沉降-排水的运行方式中进水4min，曝气230min，沉降1min，排水5min直至完成成粒过程。
5.根据权利要求1所述的一种好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于：所述好氧颗粒污泥的平均粒径为0.4～1mm，MLSS值为5200mg/L-5600mgL，沉降速率为20-45m/h，污泥体积指数SVI为38mL/g。
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