CN112897686B - 一种固定化活性污泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固定化活性污泥的制备方法,通过科学配比各原料组分,使各组分协同发挥作用;其中,加入的生物炭、木质素与包埋剂的空间网络相互缠结,能够加强固定化效果,而且其形成的空间网络结构能够为微生物提高良好的生活和保持微生物活性,减少微生物的损失,保证活性污泥的污水处理效果;生物炭吸附能力强,还具有减小空间位阻的作用,能够改善固定化活性污泥的扩散性能和沉降性能,从而提高污水处理效果,避免活性污泥膨胀;添加菌粉与活性污泥中的微生物共同作用,提高污水处理效果;通过添加羟磷灰石、丙二醇丁醚和氢氧化铝抑制丝状菌的大量生长,改善污泥膨胀现象;而且羟磷灰石和乙二胺四乙酸还可辅助活性污泥进行污水处理。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域,特别涉及一种固定化活性污泥及其制备方法。
背景技术
目前处理污染水体手段有很多,如:生物滤池,生物接触氧化法,活性污泥法,膜分离方法等。这些方法在减轻水环境污染,和去除氨氮和COD方面起着重要作用。其中,活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机污水的一类好氧处理方法,具体是一种利用人工驯化培养的微生物群体在人工强化的环境中呈悬浮状态生长后,分泌出能够氧化废水中可生物降解的有机物质,从而达到废水净化的目的。但活性污泥由于其复杂的化学组成,使其重复使用困难,还存在微生物种类少,影响因素多、污泥易膨胀以及会产生大量的剩余污泥等缺点。剩余污泥是活性污泥处理污水的副产物,其成分包括泥砂、纤维、胶体、有机质、微生物和金属元素等,未经处理的剩余污泥直接排放将对环境造成二次污染。
发明内容
针对上述问题,本发明提出一种固定化活性污泥及其制备方法。
本发明的方案包括以下方面:
一种固定化活性污泥,包括以下重量份原料:20-50份活性污泥、10-15份生物炭、2-3份木质素、0.1-0.5份菌粉、0.8-1.2份丙二醇丁醚、1-3份乙二胺四乙酸、0.5-1.2份碳酸钙、2-5份包埋剂、0.6-0.8份氢氧化铝、0.4-0.6份羟磷灰石、10-20份水。
进一步的,所述固定化活性污泥,包括以下重量份原料:40份活性污泥、12份生物炭、2份木质素、0.3份菌粉、1份丙二醇丁醚、2份乙二胺四乙酸、0.8份碳酸钙、3份包埋剂、0.6份氢氧化铝、0.4份羟磷灰石、12份水。
进一步的,所述活性污泥为初沉淀池排出的初沉污泥或二次沉淀池排放的剩余污泥。
进一步的,所述生物炭为将有机物质粉碎后,将其置于缺氧环境中,以6-10℃/min的速度升温至450-600℃进行加热炭化,保温1-6h,冷却后研磨所得生物炭。
进一步的,所述有机物质为椰糠、作物秸秆和果皮中的至少一种。
进一步的,所述菌粉为硝化细菌、绛红小单孢菌和枯草芽孢杆菌按1:0.6-1:1.1的质量比混合制得。
进一步的,所述包埋剂为海藻酸、琼脂、硅胶和聚乙烯醇中的至少一种。
本发明所述一种固定化活性污泥的制备方法,包括以下步骤:
S1.先将木质素、包埋剂、水和部分生物炭混合均匀后,静置,加入菌粉搅拌均匀,静置,再加入剩余生物炭,得混合物1;其中,部分生物炭与剩余生物炭的质量比为1:1-3;
S2.将活性污泥加热至30-60℃,在搅拌的条件下加入丙二醇丁醚和氢氧化铝混合,得混合物2;
S3.将混合物1与混合物2混合均匀后,加入羟磷灰石、乙二胺四乙酸、碳酸钙搅拌均匀后,静置5-10h,得固定化活性污泥。
进一步的,步骤S1为在50-70℃的条件下,将木质素、包埋剂、水与部分生物炭混合均匀后,静置冷却,加入菌粉以100-500r/min的速度搅拌0.5-1.5h后,在0-5℃静置1.5-3h,再加入剩余生物炭,得混合物1,通过先将部分生物炭与木质素、包埋剂作用,包埋菌粉,以保持菌粉菌种的活性,然后在菌粉包埋颗粒的外层添加剩余的生物炭吸附活性污泥进行固定化,并为活性污泥中的微生物提供生存基质,减少微生物损失。
进一步的,步骤S2为将活性污泥加热至30-45℃后,在搅拌的条件下加入丙二醇丁醚和氢氧化铝,混合均匀,得混合物2。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明的固定化活性污泥通过科学配比各原料组分,使各组分协同发挥作用;其中,加入的生物炭、木质素与包埋剂的空间网络相互缠结,能够加强固定化效果,而且其形成的空间网络结构能够为微生物提高良好的生活和保持微生物活性,减少微生物的损失,保证活性污泥的污水处理效果;生物炭吸附能力强,还具有减小空间位阻的作用,能够改善固定化活性污泥的扩散性能和沉降性能,从而提高污水处理效果,避免活性污泥膨胀;添加菌粉与活性污泥中的微生物共同作用,提高污水处理效果;通过添加羟磷灰石、丙二醇丁醚和氢氧化铝抑制丝状菌的大量生长,改善污泥膨胀现象;而且羟磷灰石和乙二胺四乙酸还可辅助活性污泥进行污水处理。
(2)本发明通过先将部分生物炭与木质素、包埋剂作用,包埋菌粉,然后在菌粉包埋颗粒的外层添加剩余的生物炭吸附活性污泥进行固定化,以保持菌粉菌种的活性,为微生物提供生存基质,减少微生物损失,而且在污水处理前期菌粉中的菌种与活性污泥中的微生物共同作用,提高分解速率,高效处理污水;本发明先将菌粉固定化,再将其与剩余污泥、丙二醇丁醚、氢氧化铝的混合物混合,最后加入羟磷灰石、碳酸钙和乙二胺四乙酸得到固定化活性污泥,实现了剩余污泥的再利用,减少剩余污泥的排放。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容,下面提供具体实施例,对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种固定化活性污泥,包括以下重量原料:40kg活性污泥、12kg生物炭、2kg木质素、0.3kg菌粉、1kg丙二醇丁醚、2kg乙二胺四乙酸、0.8kg碳酸钙、3kg包埋剂、0.6kg氢氧化铝、0.4份羟磷灰石、12kg水。
所述活性污泥为初沉淀池排出的初沉污泥。
所述生物炭为将椰糠粉碎后,将其置于缺氧环境中,以8℃/min的速度升温至600℃进行加热炭化,保温1h,冷却后研磨所得生物炭。
所述菌粉为硝化细菌、绛红小单孢菌和枯草芽孢杆菌按1:0.8:1.1的质量比混合所得。
所述包埋剂为海藻酸、明胶和聚乙烯醇按0.5:1:1.3的质量比混合所得。
一种固定化活性污泥的制备方法,包括以下步骤:
S1.在55℃的条件下,将木质素、包埋剂、水与部分生物炭混合均匀后,静置冷却,加入菌粉以300r/min的速度搅拌1h后,在0-5℃静置1.5-3h,再加入剩余生物炭,得混合物1;其中,部分生物炭与剩余生物炭的质量比为1:2;
S2.将活性污泥加热至30℃后,在搅拌的条件下,加入丙二醇丁醚和氢氧化铝后,混合均匀,得混合物2;
S3.将混合物1与混合物2混合均匀后,加入羟磷灰石、碳酸钙和乙二胺四乙酸搅拌均匀后,静置6h,得固定化活性污泥。
实施例2
一种固定化活性污泥,包括以下重量原料:50kg活性污泥、15kg生物炭、3kg木质素、0.5kg菌粉、0.8kg丙二醇丁醚、3kg乙二胺四乙酸、1.2kg碳酸钙、5kg包埋剂、0.7kg氢氧化铝、0.5份羟磷灰石、10kg水。
所述活性污泥为二次沉淀池排放的剩余污泥。
所述生物炭为将作物秸秆粉碎后,将其置于缺氧环境中,以6℃/min的速度升温至500℃进行加热炭化,保温6h,冷却后研磨所得生物炭。
所述菌粉为硝化细菌、绛红小单孢菌和枯草芽孢杆菌按1:0.6:1.1的质量比混合所得。
所述包埋剂为琼脂、硅胶和聚乙烯醇按0.8:1:0.9的质量比混合所得。
一种固定化活性污泥的制备方法,包括以下步骤:
S1.在50℃的条件下,将木质素、包埋剂、水与部分生物炭混合均匀后,静置冷却,加入菌粉以500r/min的速度搅拌0.5h后,在0-5℃静置1.5-3h,再加入剩余生物炭,得混合物1;其中,部分生物炭与剩余生物炭的质量比为1:3;
S2.将活性污泥加热至45℃后,在搅拌的条件下,加入丙二醇丁醚和氢氧化铝后,混合均匀,得混合物2;
S3.将混合物1与混合物2混合均匀后,加入羟磷灰石、碳酸钙和乙二胺四乙酸搅拌均匀后,静置8h,得固定化活性污泥。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于:
步骤S1为在55℃的条件下,将木质素、包埋剂、水与生物炭混合均匀后,静置冷却,加入菌粉以300r/min的速度搅拌,在0-5℃静置1.5-3h,得混合物1;
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于:
S1.在55℃的条件下,将木质素、包埋剂、水与部分生物炭混合均匀后,静置冷却,加入菌粉以300r/min的速度搅拌1h后,加入活性污泥继续搅拌,在0-5℃静置1.5-3h,再加入剩余生物炭,得混合物1;其中,部分生物炭与剩余生物炭的质量比为1:2;
S2.将丙二醇丁醚和氢氧化铝混合均匀,得混合物2;
S3.将混合物1与混合物2混合均匀后,加入羟磷灰石、碳酸钙和乙二胺四乙酸搅拌均匀后,静置6h,得固定化活性污泥。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于:
S1.在55℃的条件下,将木质素、包埋剂、水与部分生物炭混合均匀后,静置冷却,加入菌粉以300r/min的速度搅拌1h后,在0-5℃静置1.5-3h,再加入剩余生物炭,得混合物1;其中,部分生物炭与剩余生物炭的质量比为1:2;
S2.将活性污泥加热至40℃后,在搅拌的条件下,加入丙二醇丁醚、氢氧化铝、羟磷灰石、碳酸钙和乙二胺四乙酸混合均匀,得混合物2;
S3.为将混合物1与混合物2混合均匀后,静置6h,得固定化活性污泥。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于:
一种固定化活性污泥,包括以下重量原料:40kg活性污泥、12kg活性炭、2kg木质素、0.3kg菌粉、1kg丙二醇丁醚、2kg乙二胺四乙酸、0.8kg碳酸钙、3kg包埋剂、0.6kg氢氧化铝、0.4kg羟磷灰石、12kg水。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于:
一种固定化活性污泥,包括以下重量原料:40kg活性污泥、12kg生物炭、2kg纤维素、0.3kg菌粉、1kg丙二醇丁醚、2kg乙二胺四乙酸、0.8kg碳酸钙、3kg包埋剂、0.6kg氢氧化铝、0.4kg羟磷灰石、12kg水。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于:
一种固定化活性污泥,包括以下重量原料:40kg活性污泥、12kg生物炭、2kg木质素、0.3kg菌粉、1kg丙二醇丁醚、2kg乙二胺四乙酸、0.9kg碳酸钙、3kg包埋剂、0.6kg硅藻土、0.4kg羟磷灰石、12kg水。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于:
一种固定化活性污泥,包括以下重量原料:40kg活性污泥、12kg生物炭、2kg木质素、0.3kg菌粉、1kg丙二醇丁醚、2kg乙二胺四乙酸、0.8kg碳酸钙、6kg包埋剂、0.9kg氢氧化铝、0.4kg磷酸钙、12kg水。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于:
一种固定化活性污泥,包括以下重量原料:40kg活性污泥、30kg生物炭、2kg木质素、0.6kg菌粉、1.3kg丙二醇丁醚、4kg乙二胺四乙酸、1.3kg碳酸钙、1kg包埋剂、0.3kg氢氧化铝、0.7kg羟磷灰石、30kg水。
试验例1活性污泥性能测定
将实施例和对比例制备的活性污泥以10%的体积比填充于污水处理池中,运行5天后,测定混合液悬浮固体浓度(MLSS)、污泥沉降比(SV30)、污泥容积指数(SVI)和丝状菌丰度,具体检测方法如下,结果见表2;
MLSS测定方法:将定量滤纸放入烘箱干燥2小时,取出置于干燥器中放置半小时后称重,取100ml活性污泥和污水的混合液用称重后的定量滤纸过滤,待烘箱中温度升到103-105℃之间的设定值后,将滤干后的滤纸放入烘箱烘2小时,取出置于干燥器中放置半小时后称重。
MLSS=(m1-m0)/0.1;
上式中:m1-干燥后重量;m0-滤纸重量;
SV30测定方法:取混匀的曝气池活性污泥混合液迅速倒进100ml量筒中至满刻度,水平静置并记录静置第30min的污泥容积(mL);
SV30(%)=污泥容积/100×100%
SVI=SV%×100/MLSS
丝状菌丰度检测:取活性污泥和污水的混合液,镜检,观察丝状菌在污泥絮体上的的丰富程度。
表1丝状菌丰度等级标准
表2性能测试结果
组别 | MLSS(g/L) | SV<sub>30</sub>(%) | SVI(mL/g) | 丝状菌丰度 |
实施例1 | 3.38 | 24 | 71.00 | C级 |
实施例2 | 3.42 | 24 | 70.17 | C级 |
实施例3 | 2.86 | 29 | 101.13 | D级 |
实施例4 | 3.15 | 28 | 88.89 | C级 |
实施例5 | 3.75 | 26 | 69.33 | C级 |
对比例1 | 2.32 | 33 | 142.24 | C级 |
对比例2 | 2.17 | 43 | 198.15 | D级 |
对比例3 | 2.03 | 47 | 231.52 | E级 |
对比例4 | 2.14 | 46 | 214.95 | D级 |
对比例5 | 2.35 | 31 | 131.91 | C级 |
由上表可知,本发明制备的固定化污泥的混合液悬浮固体浓度较高,沉降性能好,污泥不易膨胀;与实施例1相比,对比例1未使用生物炭,其包埋效果差,沉降性能较差;对比例2未使用木质素,其使用的纤维素易被丝状菌利用,导致污泥易发生膨胀;对比例3和4未使用氢氧化铝和羟磷灰石,其制得的固定化活性污泥的污泥沉降性能差,易膨胀;对比例5制备的固定化活性污泥未采用本发明的用量,其制得的固定化活性污泥整体性能较差。
试验例2污水处理试验
将实施例和对比例制备的活性污泥以10%的体积比填充于污水处理池,检测处理前污水中氨氮含量和化学需氧量(COD),在运行5天后测定五日生化需氧量(BOD5)、氨氮含量和化学需氧量,计算氨氮和化学需氧量去除率,具体检测方法如下,结果见表3;
BOD5测定方法:参照HJ 505-2009《水质五日生化需氧量(BOD5)的测定稀释与接种法》;
氨氮含量的测定:参照HJ536-2009《水质氨氮的测定水杨酸分光光度法》
COD测定方法:参照GB11914-89《化学需氧量的测定》;
去除率(%)=(处理前-处理后)/处理前×100%
表3污水处理试验结果
组别 | BOD<sub>5</sub>(mg/L) | 氨氮去除率(%) | COD去除率(%) |
实施例1 | 10.6 | 98.4 | 93.1 |
实施例2 | 11.6 | 97.5 | 92.8 |
实施例3 | 13.5 | 96.4 | 91.5 |
实施例4 | 18.4 | 93.8 | 81.5 |
实施例5 | 11.8 | 97.6 | 93.3 |
对比例1 | 22.6 | 86.3 | 79.4 |
对比例2 | 27.5 | 71.4 | 60.8 |
对比例3 | 28.1 | 64.9 | 57.6 |
对比例4 | 31.5 | 62.7 | 55.4 |
对比例5 | 20.8 | 87.4 | 80.5 |
由结果可知,采用本发明的固定化活性污泥处理污水,测得的BOD5低,氨氮和COD的去除率高,污水处理效果好;与实施例1相比,对比例1未使用生物炭,固定化效果较实施例稍差,测得的BOD5较高,氨氮和COD的去除率较低;对比例2未使用木质素,污泥易膨胀,导致其制备的活性污泥在处理污水的BOD5高,氨氮和COD的去除率低;对比例3未使用氢氧化铝,其制备的活性污泥污泥易膨胀,导致其BOD5高,氨氮和COD的去除率低;对比例4未使用羟磷灰石,其制备的活性污泥易膨胀,且污水处理效果差;对比例5制备的固定化活性污泥未采用本发明的用量,其污水处理效果差于实施例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种固定化活性污泥,其特征在于,包括以下重量份原料:20-50份活性污泥、10-15份生物炭、2-3份木质素、0.1-0.5份菌粉、0.8-1.2份丙二醇丁醚、1-3份乙二胺四乙酸、0.5-1.2份碳酸钙、2-5份包埋剂、0.6-0.8份氢氧化铝、0.4-0.6份羟磷灰石、10-20份水;
所述的固定化活性污泥的制备方法,包括以下步骤:
S1.在50-70℃的条件下,先将木质素、包埋剂、水和部分生物炭混合均匀后,静置冷却,加入菌粉以100-500r/min的速度搅拌0.5-1.5h后,在0-5℃静置1.5-3h,再加入剩余生物炭,得混合物1;其中,部分生物炭与剩余生物炭的质量比为1:1-3;
S2.将活性污泥加热至30-45℃,在搅拌的条件下加入丙二醇丁醚和氢氧化铝混合,得混合物2;
S3.将混合物1与混合物2混合均匀后,加入羟磷灰石、乙二胺四乙酸、碳酸钙搅拌均匀后,静置5-10h,得固定化活性污泥。
2.根据权利要求1所述的一种固定化活性污泥,其特征在于,所述固定化活性污泥,包括以下重量份原料:40份活性污泥、12份生物炭、2份木质素、0.3份菌粉、1份丙二醇丁醚、2份乙二胺四乙酸、0.8份碳酸钙、3份包埋剂、0.6份氢氧化铝、0.4份羟磷灰石、12份水。
3.根据权利要求1所述的一种固定化活性污泥,其特征在于,所述活性污泥为初沉淀池排出的初沉污泥或二次沉淀池排放的剩余污泥。
4.根据权利要求1所述的一种固定化活性污泥,其特征在于,所述生物炭为将有机物质粉碎后,将其置于缺氧环境中,以6-10℃/min的速度升温至450-600℃进行加热炭化,保温1-6h,冷却后研磨所得生物炭。
5.根据权利要求1所述的一种固定化活性污泥,其特征在于,有机物质为椰糠、作物秸秆和果皮中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种固定化活性污泥,其特征在于,所述菌粉为硝化细菌、绛红小单孢菌和枯草芽孢杆菌按1:0.6-1:1.1的质量比混合制得。
7.根据权利要求1所述的一种固定化活性污泥,其特征在于,所述包埋剂为海藻酸、琼脂、硅胶和聚乙烯醇中的至少一种。
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