CN112960768B - 一种好氧颗粒污泥、及其长期储存方法与储存后的活性恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种好氧颗粒污泥、及其长期储存方法与储存后的活性恢复方法，所述长期储存方法包括如下步骤：将好氧颗粒污泥加入到质量分数为5％～15％的海藻酸钠溶液中得到固液混合体，然后将固液混合体倒入到质量分数为2％～6％氯化钙溶液中，储存。本发明所述储存方法不仅适合短期或长期好氧颗粒污泥的储存，而且储存后好氧颗粒污泥活性恢复时间短，颗粒污泥结构完整。

Description

一种好氧颗粒污泥、及其长期储存方法与储存后的活性恢复 方法
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，更具体地，涉及一种好氧颗粒污泥、及其长期储存方法与储存后的活性恢复方法。
背景技术
好氧颗粒污泥(AGS)是微生物在好氧条件下自凝聚形成的一种形状规则、结构紧密的颗粒状活性污泥。与传统絮状活性污泥相比，好氧颗粒污泥具有沉降性能良好、耐有机负荷、微生物种类多样、生物量高等优点；由于其结构复杂，能够在单个好氧颗粒污泥中存在厌氧、缺氧以及好氧环境，为各种微生物提供适宜的生长条件，因而好氧颗粒污泥具备同步脱氮除磷的功能。与传统活性污泥工艺相比，好氧颗粒污泥技术可减少污水处理系统占地面积、简化处理工艺流程，因此好氧颗粒污泥技术的应用日益成为污水处理领域的研究热点。好氧颗粒污泥技术进一步发展的关键是如何在储存过程中有效保持好氧颗粒污泥结构稳定性、微生物活性以及快速恢复储存后的好氧颗粒污泥的微生物活性。
目前，好氧颗粒污泥的储存方法主要包括湿式储存和干式储存两类。如公开号为CN109502952A的中国发明专利公开了(公开日2019年1月4日)一种好氧颗粒污泥的干式储存方法，该方法对所述好氧颗粒污泥采取丙酮水溶液从低到高多梯度浸润摇床达到脱水干燥的目的。该方法可维持好氧颗粒污泥结构完整性，不会出现大量好氧颗粒污泥解体，但将干燥后的好氧颗粒污泥投入到培养溶液中恢复活性，在水力剪切力的作用下好氧颗粒污泥会逐渐“溶解”成絮状污泥，从而延长了好氧颗粒污泥结构完整性和微生物活性恢复时间；而湿式储存因营养物质匮乏使好氧颗粒污泥中的微生物内源呼吸作用加强，促进蛋白分解菌对好氧颗粒污泥中的蛋白质降解，从而导致其结构稳定性丧失。因此，急需提供一种新的好氧颗粒污泥储存方法。
发明内容
本发明的首要目的是克服湿式储存和干式储存中出现的好氧颗粒污泥结构稳定性、微生物活性显著下降以及储存后活性恢复时间较长的问题，提供一种好氧颗粒污泥的长期储存方法。
本发明的进一步目的是提供上述储存方法储存后得到的好氧颗粒污泥。
本发明的另一目的是提供储存后的好氧颗粒污泥的活性恢复方法。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种好氧颗粒污泥的长期储存方法，包括以下步骤：
将好氧颗粒污泥加入到质量分数为5％～15％的海藻酸钠溶液中得到固液混合体，然后将固液混合体倒入到质量分数为2％～6％氯化钙溶液中，储存。
通过将好氧颗粒污泥加入到海藻酸钠溶液中，再将固液混合体加入到氯化钙中，海藻酸钠遇到钙离子可迅速发生离子交换，生成凝胶，从而可实现将好氧颗粒污泥包埋于海藻酸钠凝胶中。
海藻酸钠凝胶性能温和，对微生物无毒害影响，将好氧颗粒污泥包埋在海藻酸钠凝胶中，可将颗粒污泥中的微生物与外部环境隔绝，微生物的代谢呼吸作用，使其处于“存活但不可培养”的状态，抑制好氧颗粒污泥中的水分挥发，有效保持其整体形态的稳定性和结构完整性，不至于出现大量的好氧颗粒污泥解体。
本发明对好氧颗粒污泥的来源没有特殊限制，采用本领域常规的好氧颗粒污泥即可。优选地，好氧颗粒污泥的制备步骤如下：将絮状活性污泥置于5.3L的序批式反应器中，序批式反应器温度控制在25℃，曝气量为0.3～0.6m3/h。序批式反应器中好氧颗粒污泥培养溶液以葡萄糖和乙酸钠的为混合碳源，COD为800～1800mg/L，NH4 +-N浓度为45～90mg/L，TN浓度为50～100mg/L，TP浓度为8～18mg/L，Ca2+浓度为100mg/L，微量元素溶液1mL/L。絮状活性污泥培养驯化110天后，成功培养出结构密实的好氧颗粒污泥。
在本发明中，微量元素溶液由1.5mg/L FeCl3·6H2O、0.03mg/L CuSO4·5H2O、0.12mg/L MnCl2·4H2O、0.12mg/L ZnSO4·7H2O、0.15mg/L H3BO3、0.06mg/L Na2MoO4·2H2O、0.03mg/L KI、0.15mg/L CoCl2·6H2O组成。
优选地，所述海藻酸钠的质量分数为9.4％～11.8％。
优选地，所述氯化钙的质量分数为3.6％～4.4％。
优选地，储存前置于15～25℃条件下避光放置4～6h。
优选地，所述好氧颗粒污泥SVI30为25～30mL/g，MLSS为20000～25000mg/L。
一种好氧颗粒污泥由上述长期储存方法储存后得到。
本发明还提供上述储存方法长期储存后得到的好氧颗粒污泥的活性恢复方法，步骤如下：
将储存后的好氧颗粒污泥接种至序批式反应器中，培养溶液浸泡，曝气，运行反应器，提高进水中COD、NH4 +-N、TN和Ca2+浓度，完成好氧颗粒污泥的活性恢复。
优选地，所述培养溶液中COD浓度为400～500mg/L、NH4+-N浓度为60～80mg/L、TN浓度为65～85mg/L、TP浓度为5～6.7mg/L、Ca2+浓度为20～30mg/L。
优选地，进水中COD浓度为600～1000mg/L，NH4+-N浓度为90～120mg/L，TN浓度为93～126mg/L，TP浓度为7.5～11.2mg/L，Ca2+浓度为50mg/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过将好氧颗粒污泥包埋于海藻酸钠凝胶中，有效解决了湿式储存和干式储存中出现的好氧颗粒污泥结构稳定性、微生物活性显著下降以及储存后活性恢复时间较长的问题。本发明不仅适合短期或长期好氧颗粒污泥的储存，而且储存后好氧颗粒污泥活性恢复时间短，颗粒污泥结构完整。
附图说明
图1为实施例1所述好氧颗粒污泥储存前的实物图。
图2为实施例1中储存后的含有好氧颗粒污泥的海藻酸钠凝胶实物图。
图3为实施例1中储存后从海藻酸钠凝胶中取出的好氧颗粒污泥实物图，其中图3(a)为相机拍摄图像，图3(b)为显微镜下放大10倍的图像
图4为实施例2中活性恢复期间好氧颗粒污泥去除COD效果。
图5为实施例2中活性恢复期间好氧颗粒污泥去除NH4+-N效果。
图6为实施例2中活性恢复期间好氧颗粒污泥去除TN效果。
图7为实施例2中活性恢复期间好氧颗粒污泥去除TP效果。
图8为实施例2中活性恢复期间好氧颗粒污泥的SOUR和DHA变化。
图9为实施例2中活性恢复第5天的好氧颗粒污泥图像。
图10为实施例2中活性恢复后的好氧颗粒污泥实物图。
图11为海藻酸钠凝胶包埋固定好氧颗粒污泥的操作过程。
具体实施方式
为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。
本发明实施例中所用好氧颗粒污泥均为自制得到，具体制备步骤如下：
将絮状活性污泥置于5.3L的序批式反应器中，序批式反应器温度控制在25℃，曝气量为0.3～0.6m3/h。序批式反应器中好氧颗粒污泥培养溶液以葡萄糖和乙酸钠的为混合碳源，COD为800～1800mg/L，NH4 +-N浓度为45～90mg/L，TN浓度为50～100mg/L，TP浓度为8～18mg/L，Ca2+浓度为100mg/L，微量元素溶液1mL/L。微量元素溶液由1.5mg/LFeCl3·6H2O、0.03mg/L CuSO4·5H2O、0.12mg/L MnCl2·4H2O、0.12mg/L ZnSO4·7H2O、0.15mg/L H3BO3、0.06mg/L Na2MoO4·2H2O、0.03mg/L KI、0.15mg/L CoCl2·6H2O组成。絮状活性污泥培养驯化110天后，成功培养出结构密实的好氧颗粒污泥。
经检测，上述方法培养得到的好氧颗粒污泥对COD、NH4 +-N、TN和TP的去除率分别维持在95.3％、97.5％、81.2％、72.6％。以污泥比耗氧速率(Specific oxygen uptake rate,SOUR)和脱氢酶活性(Dehydrogenase activity,DHA)作为评价好氧颗粒污泥内微生物活性指标，经测定SOUR为35.48mgO2/(gMLSS·h)，DHA为82.65μgTF/(gSS·h)。
实施例1
一种好氧颗粒污泥的长期储存方法，包括以下步骤：
将培养得到的好氧颗粒污泥从序批式反应器中取出，用二次蒸馏水清洗3次以去除表面的营养物质，清洗后的好氧颗粒污泥加入到质量分数为11.5％的海藻酸钠溶液中得到固液混合体，然后将固液混合体加入到质量分数为4.0％的氯化钙溶液中，在18℃下避光放置5小时，使好氧颗粒污泥包埋在海藻酸钠凝胶内，用二次蒸馏水冲洗掉海藻酸钠凝胶表面上的氯化钙，包埋有好氧颗粒污泥的海藻酸钠凝胶清洗干净后置于4℃下避光储存7个月；
储存前后好氧颗粒污泥的特性见表1，从中可以看出，与储存前相比，储存后的污泥容积指数(SVI30)、污泥浓度(MLSS)和沉降速度均有所下降，表明在储存过程中部分好氧颗粒污泥发生解体，结构密实性降低。由于好氧颗粒污泥中的微生物长期处于低温和营养基质匮乏的环境中，因此，微生物代谢活性必定会受到抑制，但经测定发现，储存后好氧颗粒污泥的SOUR为21.64mgO2/(gMLSS·h)，DHA为46.83μgTF/(gSS·h)，与储存前相比，SOUR值和DHA值仅分别下降39.0％、43.3％。
储存前好氧颗粒污泥的实物图如图1所示，储存后的含有好氧颗粒污泥的海藻酸钠凝胶实物图如图2所示。图3为储存后从海藻酸钠凝胶中取出的好氧颗粒污泥实物图，其中图3(a)为相机拍摄图像，图3(b)为显微镜下放大10倍的图像，从图中可以看出，培养得到的好氧颗粒污泥为橙黄色的球状或椭球状立体结构。海藻酸钠凝胶完全包埋好氧颗粒污泥。储存后的好氧颗粒污泥为淡黄色，部分好氧颗粒污泥出现裂缝，有絮状或颗粒污泥碎片形成，但绝大多数好氧颗粒污泥仍维持立体结构，结构完整性保持良好。
表1
Figure BDA0002948651970000051
实施例2
一种长期储存后的好氧颗粒污泥的活性恢复方法，包括如下步骤：
将按实施例1所述储存方法储存7个月后的好氧颗粒污泥从海藻酸钠凝胶中取出，用0.01mol/L的磷酸盐缓冲液清洗掉附着在好氧颗粒污泥表面的残留物并接种至序批式反应器中，然后以葡萄糖和乙酸钠为混合碳源，COD浓度为500mg/L，NH4 +-N浓度为80mg/L，TN浓度为85mg/L，TP浓度为6.7mg/L，Ca2+浓度为30mg/L的培养溶液加入序批式反应器中浸泡好氧颗粒污泥。在浸泡期间采用微曝气量，曝气量为0.12m3/h，微曝气时间持续12小时后，序批式反应器开始正常运行，增加培养溶液中COD浓度为600～1000mg/L，NH4 +-N浓度为90～120mg/L，TN浓度为93～126mg/L，TP浓度为7.5～11.2mg/L，Ca2+浓度为50mg/L，并增加曝气量为0.3～0.5m3/h，培养溶液pH为7～8。序批式反应器运行周期为6小时，每天运行4个周期，运行9天后活性完全恢复。好氧颗粒污泥活性恢复期间序批式反应器的具体运行参数及进水水质情况见表2。
表2
Figure BDA0002948651970000052
Figure BDA0002948651970000061
图4为活性恢复期间好氧颗粒污泥去除COD效果；图5为活性恢复期间好氧颗粒污泥去除NH4 +-N效果；图6为活性恢复期间好氧颗粒污泥去除TN效果；图7为活性恢复期间好氧颗粒污泥去除TP效果；图8为活性恢复期间好氧颗粒污泥的SOUR和DHA变化，从图4～8中可以看出，活性恢复第1天时，好氧颗粒污泥对COD、NH4 +-N、TN和TP的去除率分别为57.4％、67.5％、52.3％、48.5％。在活性恢复期间，好氧颗粒污泥对进水中的COD、NH4 +-N和TN的去除效果逐渐增加，恢复后，其对COD、NH4 +-N和TN的去除率分别达到96.5、97.8％和82.7％。TP的去除效果在第4天减弱，可能是因为解体的好氧颗粒污泥开始得到修复，污泥排放量减少引起的，恢复后的好氧颗粒污泥对TP的去除率为73.4％。此外，好氧颗粒污泥的SOUR和DHA也随着活性恢复进程的推进在逐渐增加，第9天时，SOUR和DHA分别为39.56mgO2/(gMLSS·h)、86.21μgTF/(gSS·h)，高于储存前水平，表明好氧颗粒污泥活性恢复已经完成。综上可知，恢复后的好氧颗粒污泥具有较强的除污能力和微生物活性。
图9为活性恢复第5天的好氧颗粒污泥图像；图10为活性恢复后的好氧颗粒污泥实物图，从图9～10中可以看出，第5天时，好氧颗粒污泥为淡黄色，表面具有褶皱和乳白色绒毛，形状不规则，具有明显的立体结构。活性恢复后，好氧颗粒污泥为棕黄色，多为球状或椭球状，表面光滑。
实施例3
本实施例为本发明的第三实施例，与实施例1不同的是，本实施例中海藻酸钠质量分数为5％，氯化钙质量分数为2％。按本实施例所述方法储存7个月后的好氧颗粒污泥的活性恢复时间为11天。
实施例4
本实施例为本发明的第四实施例，与实施例1不同的是，本实施例中海藻酸钠质量分数为15％，氯化钙质量分数为6％。按本实施例所述方法储存7个月后的好氧颗粒污泥的活性恢复时间为12天。
实施例5
本实施例为本发明的第五实施例，与实施例1不同的是，本实施例中海藻酸钠质量分数为11.8％，氯化钙质量分数为4.4％。按本实施例所述方法储存7个月后的好氧颗粒污泥的活性恢复时间为10天。
实施例6
本实施例为本发明的第六实施例，与实施例1不同的是，本实施例中海藻酸钠质量分数为9.4％，氯化钙质量分数为3.6％。按本实施例所述方法储存7个月后的好氧颗粒污泥的活性恢复时间为11天。
对比例1
本对比例为本发明的第一对比例，与实施例1不同的是，本对比例采用将氯化钙溶液加入到海藻酸钠与好氧颗粒污泥的固液混合体中。采用本对比例所述方案，海藻酸钠凝胶仅形成在表面，无法完全包埋好氧颗粒污泥，有污泥暴露在空气中，进而无法保证好氧颗粒污泥结构的稳定性和微生物活性。
对比例2
本对比例为本发明的第二对比例，与实施例1不同的是，本对比例采用琼脂包埋，具体步骤如下：
S1.取营养琼脂粉30g,加入蒸馏水970mL，搅拌加热至完全溶解，配置成质量分数为3％的琼脂溶液；
S2.将培养得到的好氧颗粒污泥用二次蒸馏水清洗3次后，放置在培养皿中，待用；
S3.待琼脂溶液温度恢复到常温后，将其缓慢(避免出现气泡)倒入盛有颗粒污泥的培养皿中，形成含有好氧颗粒污泥的琼脂块；
S4.将步骤S3得到的含有好氧颗粒污泥的琼脂块放置在4℃冰箱中存放30天。
实验结果：
储存后，好氧颗粒污泥由橙黄色转化为灰褐色，琼脂块收缩。SOUR由储存前的33.33mgO2/(gMLSS·h)降低到10.33mgO2/(gMLSS·h)，下降了69.01％，即较本发明而言，采用本对比例所述方案储存后，微生物活性下降显著。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种好氧颗粒污泥的长期储存方法，其特征在于，包括如下步骤：
将好氧颗粒污泥加入到质量分数为5%~15%的海藻酸钠溶液中得到固液混合体，然后将固液混合体倒入到质量分数为2%~6%氯化钙溶液中，储存；所述储存温度为2~6°C。
2.如权利要求1所述好氧颗粒污泥的长期储存方法，其特征在于，所述海藻酸钠的质量分数为9.4%~11.8%。
3.如权利要求1所述好氧颗粒污泥的长期储存方法，其特征在于，所述氯化钙的质量分数为3.6%~4.4%。
4.如权利要求1所述好氧颗粒污泥的长期储存方法，其特征在于，储存前置于15~25°C条件下避光放置4~6h。
5.如权利要求1所述好氧颗粒污泥的长期储存方法，其特征在于，所述好氧颗粒污泥SVI30为25~30mL/g，MLSS为20000~25000mg/L。
6.一种好氧颗粒污泥，由权利要求1~5任一所述长期储存方法储存得到。
7.如权利要求6所述好氧颗粒污泥的活性恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：
将储存后的好氧颗粒污泥接种至序批式反应器中，培养溶液浸泡，曝气，运行反应器，提高进水中COD、NH4 +-N、TN和Ca2+浓度，完成好氧颗粒污泥的活性恢复。
8.如权利要求7所述好氧颗粒污泥的活性恢复方法，其特征在于，所述培养溶液中COD浓度为400~500mg/L、NH4+-N浓度为60~80mg/L、TN浓度为65~85mg/L、TP浓度为5~6.7mg/L、Ca2+浓度为20~30mg/L。
9.如权利要求7所述好氧颗粒污泥的活性恢复方法，其特征在于，进水中COD浓度为600~1000mg/L，NH4+-N浓度为90~120mg/L，TN浓度为93~126mg/L，TP浓度为7.5~11.2mg/L，Ca2+浓度为50mg/L。
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