CN113060830B - 一种利用电气石为晶核加速好氧污泥颗粒化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用电气石加速好氧污泥颗粒化的方法。所述的好氧颗粒污泥以絮状活性污泥为接种污泥，采用序批式反应器(SBR)，利用电气石作为好氧颗粒污泥的晶核，诱导好氧颗粒污泥的形成。本发明培养的好氧颗粒污泥能够高效的降解水中的污染物，颗粒污泥培养成熟后，形状规则，沉降性能良好，反应体系污泥浓度高，有效地缩短了好氧颗粒污泥的培养时间，并且能够实现对COD的降解以及同步硝化反硝化脱氮。

Description

一种利用电气石为晶核加速好氧污泥颗粒化的方法
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域，具体涉及一种利用电气石加速好氧污泥颗粒化的方法。
背景技术
好氧颗粒污泥是微生物通过自我凝聚作用而形成的一种颗粒状的活性污泥，是一种特殊的生物膜。在这种微生物自身聚集增殖的体系中，利用微生物分泌的胞外聚合物为网络框架，由于好氧颗粒污泥具有一定的粒径，它的三维结构沿径向产生溶解氧(D)和底物浓度梯度，导致不同类型微生物的分层和代谢，分为好氧区、缺氧区和厌氧区，因而可以降解复杂有机物，具有脱氮效率高、承受高有机负荷等特点。同时好氧颗粒污泥是一种新兴的废水处理技术，是在活性污泥工艺基础上发展起来的，能够避免传统活性污泥技术中存在的很多问题，如反应器体积大、且需要二沉池以便污泥沉淀和回流、抗冲击能力弱、容积负荷低、污泥沉降性差、容易出现污泥膨胀等。用絮状污泥培养好氧颗粒通常需要较长的启动期，并且形成的颗粒污泥稳定性差、易解体，这些缺点阻碍了该技术在实际废水处理中的应用。
利用人为投加外部载体或晶核实现好氧污泥颗粒化的快速培养是目前一种有效解决方法，以晶核为基础，通过水力剪切力等作用下，微生物在其晶核上富集，最后形成颗粒污泥。目前，以投加晶核的方式加速造粒的研究有很多，例如投加Ca2+、颗粒活性炭、厌氧颗粒污泥以及生物炭等。电气石是天然矿石，目前在环境科学领域应用较为广泛。电气石能和带电粒子发生反应，吸附大气中的粉尘，可用来处理工厂产生的废气，净化水质，它能够中和水酸碱，可以用于土壤酸化、酸雨治理等；目前有研究者利用电气石作为填料来加快生物膜的形成。电气石物理性质与活性炭的性质类似，并且它能增强微生物的新陈代谢能力，处于水中可以释放钙离子、镁离子、亚铁离子等阳离子。进水阳离子的存在可以刺激微生物对胞外聚合物(EPS)分泌，进一步促进颗粒污泥的形成。所以电气石的特性对于培养好氧颗粒污泥来说是有利的。然而对于利用电气石作为晶核诱导好氧颗粒污泥形成的相关研究尚未见报道。
本发明提供一种投加晶核来促进颗粒污泥形成的方法。首次将电气石用于好氧颗粒污泥的培养，解决了颗粒污泥培养启动时间长、颗粒稳定性差的问题。为废水生物处理技术以及颗粒污泥的培养提供新思路。
发明内容
针对利用絮状活性污泥培养转化颗粒污泥的启动时间较长、颗粒稳定性差的问题，结合上述背景技术，本发明提供了一种利用电气石为晶核，加速好氧污泥颗粒化的新方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种利用电气石加速好氧颗粒污泥培养的方法，包括如下步骤：
(1)电气石预处理：取电气石原石，进行清洗烘干、研磨，颜色为黑色。
(2)接种污泥驯化：取污水处理厂活性污泥作为接种污泥，将污泥加入反应器中并对其进行曝气，曝气时间为12-72h，使污泥颜色变为棕褐色。
(3)反应器的启动和运行：采用序批法对接种污泥进行培养，SBR反应器启动初期时加入步骤(1)中的电气石，通过曝气使其与污泥均匀混合。
好氧颗粒污泥的培养在适配SBR反应器中进行，接种污泥来源为污水处理厂絮状污泥，污泥浓度为2000～8000mg/L；反应器的运行用PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)精准把控，通过编辑PLC的程序控制不同信号的输出，进而控制每个运行阶段的运行时间；一个运行周期包括：进水、曝气、沉淀和排水四个步骤，周期为2h-8h,曝气时间150min-450min，曝气量为0.5L/min-5L/min；体积交换比25％-75％。
电气石的粒径根据接种污泥密度及沉降性能确定，应使得当电气石和污泥在静水中的沉降速度一致。若粒径过大，电气石密度较大，容易沉入反应器底部不能和污泥混合均匀；粒径过小则其密度较小，容易随出水排出。加入反应器的电气石粒径优选为30-400目，投加量为0.5-5g/L。
反应器启动运行过程中，通过观察反应器内污泥性状(即电气石是否为颗粒污泥的核心)以及反应器去除污染物的能力判断反应器运行效果，并对其相关运行参数进行调整。当反应器内出现不规则的污泥聚集体时，调整污泥沉降时间为1-5min，对反应器内污泥进行筛选，保留沉降性良好的污泥，直至培养出成熟的好氧颗粒污泥。
废水水质为：COD500-2000 mg/L、氨氮30-100mg/L以及总磷5-20mg/L；反应控制条件为：pH值6.0-9.0，溶解氧3-8mg/L，水温25-30℃。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)本发明所提供的首次利用电气石为晶核诱导培养好氧颗粒污泥，培养的颗粒污泥颗粒形状规则，相比常规方法培养颗粒污泥明显够有效缩短污泥颗粒化的启动时间，启动时间为常规方法的1/2左右；容积负荷可提高40％以上。
(2)本发明利用电气石为晶核所培养的好氧颗粒污泥结构稳定，明显观察到电气石存在于颗粒污泥的核心，长期运行中颗粒污泥未出现解体现象；能够有效的去除COD，并且同时实现同步硝化反硝化脱氮功能。
(3)本发明利用的电气石价格低廉，来源较广泛，预处理简单，节约成本。
附图说明
图1为一种好氧污泥颗粒化反应器的示意图
图2为晶核电气石和污泥外观图片，a.电气石晶核照片(放大倍数为10×10)，b.接种污泥照片，c.形成成熟颗粒污泥照片。
图3为反应器运行过程中污泥浓度(MLSS)以及污泥沉降性能(SVI30)变化情况。
附图标记
1-进水水箱；2-进水泵；3-气泵；4-气体流量计；5-曝气盘；6-节流阀；7-出水水箱；8-取样口；9-PLC控制系统；10-污泥；11-电气石。
具体实施方式
以下结合附图并通过实例对本发明作进一步说明：
图1为一种好氧污泥颗粒化反应器的示意图。
建立反应装置如图1所示，该反应器运行流程描述如下：
通过9-PLC控制反应器的运行：进水泵2通过9-PLC输出的通电信号开始运行，原水从进水桶1进入反应器9内，进水完毕后，9-PLC控制进水泵2断开，曝气泵3开始工作，使得污泥10和电气石11混合均匀，达到设定曝气时长后，9-PLC控制曝气泵3断开，并打开节流阀6，反应器进行排水，排水结束，一个周期完成，9-PLC进入循环程序，反应器进入下一个周期的运行。
实施例1：利用电气石作为晶核促进好氧颗粒污泥的形成
具体步骤如下：
(1)电气石预处理：取电气石原石，进行清洗烘干，研磨至粒径300目，颜色为黑色。
(2)接种污泥驯化：取污水处理厂活性污泥作为接种污泥，将污泥加入反应器中并对其进行曝气，曝气时间为48h，使污泥颜色变为棕褐色。
(3)反应器的启动和运行：采用序批法对接种污泥进行培养，SBR反应器启动初期时加入1.5g/L经步骤(1)预处理的电气石，通过曝气使其与污泥均匀混合。反应器的运行周期为4h，曝气时间189min，曝气量为1.5L/min；体积交换比50％。当反应器内出现不规则的污泥聚集体时，调整污泥沉降时间为5min，对反应器内污泥进行筛选，保留沉降性良好的污泥，直至培养出成熟的好氧颗粒污泥。
进水水质保持稳定，其中COD浓度为1000±20mg/L，NH4 +-N浓度为75±5mg/L，TP浓度为15mg/L；反应控制条件为：pH值为7，溶解氧含量为3-8mg/L，水温为28±2℃。
具体污泥形态变化见图2，污泥性状变化见图3。
实施例2：成熟好氧颗粒污泥对COD以及氮的去除
反应器的进水水质与实施例1相同，反应器中的接种污泥为实施例1培养的好氧颗粒污泥，运行周期为4h，曝气189min，曝气量为1.5L/min。
具体运行数据见表1。
表1实施例2的运行监测数据
Figure GDA0003716368880000041
Figure GDA0003716368880000051
对比例
除了反应器中并未投加电气石，其余条件均与实施例2相同。
具体运行数据见表2。
表2对比例的运行监测数据
运行时间(min) 出水COD(mg/L) 出水氨氮(mg/L) 出水TN(mg/L)
0 628.87 56.76 58.34
30 378.38 49.25 50.87
60 217.29 42.98 43.02
90 157.36 37.65 38.12
120 98.87 20.76 21.39
150 87.65 17.23 17.65
189 78.38 16.98 17.03
实施例1、2与对比例使用的是相同的反应器。利用电气石作为晶核7天就能培养出的好氧颗粒污泥，颗粒形状规则，性状稳定，可以观察到电气石存在于颗粒污泥核心。在反应器长期运行过程中，颗粒污泥无解体现象，且颗粒污泥培养过程中沉降性能逐渐优化。电气石的投加能够有效促进COD的降解，使得其去除率达到90％以上；并且培养的颗粒污泥具有同步硝化反硝化脱氮能力，TN去除率达到80％左右。比较实施例2和对比例中颗粒污泥的反应器性能可以看出，实施例2在运行90min后出水COD浓度便降至100mg/L左右，而对比例在120min后才使得反应器内COD降至100mg/L以下。可见，添加晶核电气石后培养的颗粒污泥不仅能加快颗粒化速度、提高颗粒稳定性，还可以加速COD的降解。

Claims (4)

1.一种利用电气石为晶核加速好氧污泥颗粒化的方法，包括如下步骤：
(1)电气石预处理：取电气石原石，进行清洗烘干、研磨；
(2)接种污泥驯化：取污水处理厂活性污泥作为接种污泥，将污泥加入反应器中并对其进行曝气，曝气时间为12-72h；
(3)反应器的启动和运行：采用序批法对接种污泥进行培养，SBR反应器启动初期时加入经步骤(1)预处理的电气石，通过曝气使其与污泥均匀混合；加入反应器的电气石粒径为30-400目，投加量为0.5-5g/L；
(4)当反应器内出现不规则的污泥聚集体时，调整污泥沉降时间为1-5min，对反应器内污泥进行筛选，保留沉降性良好的污泥，直至培养出成熟的好氧颗粒污泥。
2.如权利要求1所述的利用电气石为晶核加速好氧污泥颗粒化的方法，其特征在于：利用可编程逻辑控制器(PLC)精准控制反应器每个运行阶段的运行时间；反应器的一个运行周期包括进水、曝气、沉淀和排水四个步骤，一个周期为2h-8h,曝气时间为150min-450min，曝气量为0.5L/min-5L/min；体积交换比为25％-75％。
3.如权利要求1所述的利用电气石为晶核加速好氧污泥颗粒化的方法，其特征在于：经步骤(1)预处理的电气石和污泥在静水中的沉降速度一致。
4.如权利要求1所述的利用电气石为晶核加速好氧污泥颗粒化的方法，其特征在于：所述污泥的浓度为2000～8000mg/L。
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