CN113845211B - 一种颗粒污泥的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种颗粒污泥的制备方法。该方法先将诱导材料、絮凝剂与活性污泥混合后，投加至反应器中进行培养驯化，得到诱导核，再将诱导核投放于污水中进行培养。本发明的制备方法，先利用反应器，将诱导材料、絮凝剂与活性污泥混合后进行培养驯化，可以大幅缩短颗粒污泥的培养时间。诱导材料可以为微生物的生长提供附着点，将微生物固定化，从而提高颗粒化的进程，同时也能够改善污泥的沉降性能，减少污泥颗粒的流失。

Description

一种颗粒污泥的制备方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种颗粒污泥的制备方法。

背景技术

随着城镇人口的增加，城镇生活污水问题日益突显。城镇污水的处理技术，按照作用机理分为三类，一是物理处理法，二是化学处理法，三是生物处理法。其中，物理处理法通过物理作用，分离、回收污水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变污染物的化学性质。主要包括筛滤截留法、重力分离法和离心分离法。化学处理法通过化学反应和传质作用，来分离、回收污水中呈溶解、胶体状态的污染物质，或将其转换为无害物质，常见的化学处理法包括加药法、电解法和传质法等。生物处理法通过微生物的代谢作用，使污水中呈溶解状态、胶体状态以及某些不溶解的有机甚至无机污染物质，转化为稳定、无害的物质，从而使污水得到净化。

生物处理法中，活性污泥法具有流程简单、运行方式灵活、投资低、操作方便等优点，在城镇生活污水处理领域被广泛应用，但仍存在污泥絮体松散、沉降性能不佳、易发生污泥膨胀等问题，从而导致处理后出水的氮、磷等指标很难满足越发严格的污水排放标准。

好氧颗粒污泥是在一定水力剪切力作用下源于微生物的一种聚集体颗粒。好氧颗粒污泥具有规则致密的生物结构、比重大、沉降速率优异等诸多优点，而且可在反应器内保持较高的污泥浓度和容积负荷，很大程度的缩小或者省去二沉池。另外，好氧颗粒污泥内部较高的微生物多样性使之具有同时降解有机碳和脱氮除磷的潜能。与利用活性污泥法处理污水的传统工艺相比，好氧颗粒污泥可简化工艺流程、减小污水处理系统的占地面积、运行投资成本。自研究人员在好氧升流式污泥床反应器中首次发现好氧颗粒污泥，研究人员利用不同的操作机制培养出了具有不同性能好氧颗粒污泥，好氧颗粒污泥技术被认为是最具前景的污水生物处理技术之一。

然而，在低浓度的城镇污水进水条件下，好氧颗粒污泥仍存在启动周期长，颗粒化不完全，结构易失稳等问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了颗粒污泥的制备方法，该制备方法能够大幅缩短颗粒污泥的培养时间。

本发明的第一方面提供了一种颗粒污泥的制备方法，包括以下步骤：

S1：将诱导材料、絮凝剂与活性污泥混合后，得到颗粒状的诱导核；

S2：将所述诱导核投放于脉冲升流式反应器中，通入污水进行培养和筛分，得到颗粒污泥；

所述活性污泥为城镇污水处理厂的好氧池末端污泥；

所述颗粒污泥的粒径为1～3mm。

本发明关于颗粒污泥的制备方法的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明的制备方法，先利用反应器，将诱导材料、絮凝剂与活性污泥混合后进行造粒制备诱导核，可以大幅缩短颗粒污泥的培养时间。

本发明的制备方法，诱导材料可以为微生物的生长提供附着点，将微生物固定化，从而提高颗粒化的进程，同时也能够改善污泥的沉降性能，减少污泥颗粒的流失。

本发明的制备方法，最终制备得到的颗粒污泥形态规整，结构致密，在培养过程中系统内保持较高的污泥浓度和生物量，从而还可以实现边培养边处理的目的。

根据本发明的一些实施方式，所述诱导材料的制备原料包括利用可降解塑料制备的纤维。

利用可降解塑料制备的纤维作为制备原料，实现了废物的资源化利用，具有可持续性和较好的经济收益。

选择可降解塑料作为诱导材料，可以为微生物菌群的生长所需的养料成分，微生物菌群在生长过程中，作为养料成分的诱导核中的诱导材料会逐渐缩小甚至最终消失，实现了废物的再次利用，有利于环境保护和资源化利用，有较好的经济价值。

根据本发明的一些实施方式，所述可降解塑料包括可降解塑料原料及其加工后的可降解餐盒、可降解地膜、可降解包装袋、可降解医疗材料等。

本发明的诱导核中，作为诱导材料制备原料之一的可降解塑料纤维无需经过熔融造粒，适当切割后即可直接使用。

本发明的诱导核中，使用可降解塑料纤维作为原料，机械剪切破碎后的可降解塑料纤维呈条状，纤维质轻，多条纤维会缠缚在一起，利于形成球状，便于附着活性污泥，从而便于造粒，絮凝成核后可以缩短培养时间。可降解塑料纤维作为诱导材料，可以与絮凝剂与活性污泥混合后，先获得颗粒状的诱导核。之后再将诱导核投放于脉冲升流式反应器中，通入污水进行培养和筛分后，最终得到颗粒污泥。

本发明的诱导核中，制备诱导核的过程中，如果诱导材料不是条状的可降解塑料纤维，而是其他形状，如颗粒状的可降解塑料的话，由于颗粒状的形貌尺寸较大，比重也较重，即使加入絮凝剂，颗粒状的可降解塑料与活性污泥的作用力较小，难以造粒。因此还需要在制备原料中加入催化剂、矿粉和发泡剂等其他原料来增加诱导核的比表面积，促进微生物菌群在诱导核上的生长。

根据本发明的一些实施方式，所述可降解塑料纤维的长度为0.5～2.0mm。

可降解塑料纤维的长度为0.5～2.0mm，该长度的纤维可以通过将回收得到的可降解塑料直接通过机械破碎后得到，无需熔融、造粒和其他成型工艺，简化了工艺流程的同时也降低了生产成本。

根据本发明的一些实施方式，所述絮凝剂包括聚丙烯酰胺、海藻酸钠、壳聚糖和骨胶中的至少一种。

絮凝剂可以促进诱导材料与接种活性污泥的团聚成颗粒状，增强其沉降性能，提高活性污泥中微生物与诱导材料的接触，加速微生物在诱导材料表面的富集。

根据本发明的一些实施方式，步骤S1中，所述诱导材料的投加量为1～5g/L。

1～5g/L的投加量，指每升活性污泥中投加1g～5g诱导材料，活性污泥的主体成分为水。

根据本发明的一些实施方式，步骤S1中，所述絮凝剂的浓度为5mg/L～50mg/L。

根据本发明的一些实施方式，步骤S1中，所述接种活性污泥的浓度为1000mg/L～6000mg/L。

根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，所述污水经充氧曝气后再以脉冲的方式进入所述脉冲升流式反应器中，污水的COD为100mg/L～400mg/L，氨氮为15mg/L～40mg/L，总氮为15mg/L～45mg/L。

根据本发明的一些实施方式，所述诱导核的粒径为2～5mm。诱导核初始结构相对较为松散，在水流作用下逐渐变密实。

根据本发明的一些实施方式，所述培养驯化的方法包括通过污水从下往上运动过程中施于诱导核外缘水流剪切力。

从下往上的水流剪切力可以对颗粒状的诱导核进行筛分，将诱导核表面松散的生物絮体进行淘汰，改善诱导核的沉降性能，促进诱导材料与微生物菌群的结合，使颗粒结构更为致密。

向污水中施加从下往上的水流剪切力，可以通过脉冲进水的方式实现。

根据本发明的一些实施方式，脉冲进水时间为5～40s，脉冲频次根据进水水质情况确定。

根据本发明的一些实施方式，脉冲进水的频次为5～300s。

通过脉冲进水的方式施于颗粒外缘水流剪切力和水力选择压环境。促进微生物分泌胞外聚合物，在两个脉冲频次之间利用微生物分泌的胞外聚合物促进微生物菌群相互黏附。

根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，所述污水经充氧曝气后再以脉冲的方式进入所述脉冲升流式反应器中，污水的COD为100mg/L～400mg/L，氨氮为15mg/L～40mg/L，总氮为15mg/L～45mg/L。

根据本发明的一些实施方式，所述污水中，微生物菌群包括但不限于红环菌、伯克氏菌、黏球菌、黄单胞菌、红细菌、根瘤菌、假单胞菌、鞘脂单胞菌、鞘脂杆菌、黄杆菌、梭菌、硝化螺旋菌和疣微菌。

根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，培养周期仅为30天至50天。

培养终点的确定可以根据颗粒尺寸和沉降速度进行判断。

培养终点的确定方式之一是当颗粒污泥的沉降速度远高于絮体污泥时，认为培养完成。

附图说明

图1是实施例1制备的诱导核的肉眼观察结果。

图2是实施例1制备的诱导核的显微镜下观察结果。

图3是颗粒污泥的制备流程图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明中的污水主要指城镇污水。

根据GB18918的规定，城镇污水指城镇居民生活污水，机关、学校、医院、商业服务机构及各种公共设施排水，以及允许排入城镇污水收集系统的工业废水和初期雨水等。

实施例1

本实施例制备了一种颗粒污泥，具体过程为：

S1：将诱导材料、絮凝剂与活性污泥混合后，得到诱导核；

S2：将诱导核投放于脉冲升流式反应器中，通入污水进行培养和筛分，获得颗粒污泥；

其中，活性污泥为城镇污水处理厂的好氧池末端污泥；

颗粒污泥的粒径主体分布在1～3mm。

诱导材料为可降解塑料纤维，制备方法为：将回收的可降解餐盒经机械剪切破碎，加工成长度为0.5～1mm的条状纤维。

絮凝剂为聚丙烯酰胺。

步骤S1中，诱导材料的投加量为1g/L。

絮凝剂的浓度为5mg/L。

接种活性污泥的浓度为3000mg/L。

诱导核的粒径为2～5mm。

步骤S1制备得到的诱导核如图1和图2所示。图1是肉眼观察结果，图2是显微镜下观察结果。从图1和图2可以看出，诱导核结构较为紧实。

步骤S2的培养过程中，通过脉冲进水的方式向诱导核表面施于水流剪切力。脉冲进水时间为30s，脉冲频次为200s。

步骤S2中，反应器中，污水为城镇污水处理厂实际进水，所述污水经充氧曝气后再以脉冲的方式进入所述脉冲升流式反应器中，污水的COD为100mg/L～400mg/L，氨氮为15mg/L～40mg/L，总氮为15mg/L～45mg/L。

制备流程参考图3所示，图3中，1为可降解塑料纤维，2是活性污泥。可以理解的是，使用可降解塑料纤维作为原料，机械剪切破碎后的可降解塑料纤维呈条状，纤维质轻，多条纤维会缠缚在一起，利于形成球状，便于附着活性污泥，从而便于造粒，絮凝成核后可以缩短培养时间。可降解塑料纤维作为诱导材料，可以与絮凝剂与活性污泥混合后，先获得颗粒状的诱导核。之后再将诱导核投放于脉冲升流式反应器中，通入污水进行培养和筛分后，最终得到颗粒污泥。

可以理解的是，制备诱导核的过程中，如果诱导材料不是条状的可降解塑料纤维，而是其他形状，如颗粒状的可降解塑料的话，由于颗粒状的形貌尺寸较大，比重也较重，即使加入絮凝剂，颗粒状的可降解塑料与活性污泥的作用力较小，难以造粒。因此还需要在制备原料中加入催化剂、矿粉和发泡剂等其他原料来增加诱导核的比表面积，促进微生物菌群在诱导核上的生长。

实施例2

本实施例制备了一种颗粒污泥，具体过程为：

S1：将诱导材料、絮凝剂与活性污泥混合后，得到诱导核；

S2：将诱导核投放于脉冲升流式反应器中，通入污水进行培养和筛分，获得颗粒污泥；

其中，活性污泥为城镇污水处理厂的好氧池末端污泥；

颗粒污泥的粒径1～3mm。

诱导材料为可降解塑料纤维，制备方法为：将回收的可降解餐盒经机械剪切破碎，加工成长度为0.5～1mm的条状纤维。

絮凝剂为聚丙烯酰胺。

步骤S1中，诱导材料的投加量为3g/L。

絮凝剂的浓度为5mg/L。

接种活性污泥的浓度为3000mg/L。

诱导核的粒径为2～5mm。

步骤S2的培养过程中，通过脉冲进水的方式向诱导核表面施于水流剪切力，脉冲进水时间为30s，脉冲频次为200s。

步骤S2中，反应器中，污水为城镇污水处理厂实际进水，所述污水经充氧曝气后再以脉冲的方式进入所述脉冲升流式反应器中，污水的COD为100mg/L～400mg/L，氨氮为15mg/L～40mg/L，总氮为15mg/L～45mg/L。

实施例3

本实施例制备了一种颗粒污泥，具体过程为：

S1：将诱导材料、絮凝剂与活性污泥混合后，得到诱导核；

S2：将诱导核投放于脉冲升流式反应器中，通入污水进行培养和筛分，获得颗粒污泥；

其中，活性污泥为城镇污水处理厂的好氧池末端污泥；

颗粒污泥的粒径为1～3mm。

诱导材料为可降解塑料纤维，制备方法为：将回收的可降解餐盒经机械剪切破碎，加工成长度为0.5～1mm的条状纤维。

絮凝剂为聚丙烯酰胺。

步骤S1中，诱导材料的投加量为5g/L。

絮凝剂的浓度为5mg/L。

接种活性污泥的浓度为3000mg/L。

诱导核的粒径为2～5mm。

步骤S2的培养过程中，通过脉冲进水的方式向诱导核表面施于水流剪切力，脉冲进水时间为30s，脉冲频次为200s。

步骤S2中，反应器中，污水为城镇污水处理厂实际进水，所述污水经充氧曝气后再以脉冲的方式进入所述脉冲升流式反应器中，污水的COD为100mg/L～400mg/L，氨氮为15mg/L～40mg/L，总氮为15mg/L～45mg/L。

对比例1

本对比例与实施例2的区别在于，步骤S1的培养驯化过程中，未投加诱导材料。

对比例2

本对比例与实施例2的区别在于，步骤S1的培养驯化过程中，投加的诱导材料为聚乙烯，非可降解塑料。

对比例3

本对比例与实施例2的区别在于，没有进行步骤S1，直接将诱导材料投放于污水中进行培养。

检测例

测试了实施例1至3和对比例1、2制备的颗粒污泥的污水处理性能。

处理前，污水中的COD为100mg/L～400mg/L，氨氮为15mg/L～40mg/L，总氮为15mg/L～45mg/L。

污水处理生物制剂培养成熟后，连续30d取进出口水样进行测试，表1中数据为连续30d系统对各污染物去除效率的平均值。

处理结果如表1所示。

表1

	COD去除率(％)	氨氮去除率(％)	总氮去除率(％)	培养周期/d
					实施例1	96.5	98.5	77.8	40
实施例2	97.2	98.8	79.6	30
					实施例3	97.8	98.5	80.3	25
对比例1	90	93.2	64.8	60
					对比例2	93.6	95.6	65.6	50
对比例3	96.5	98.3	78.1	54

根据表1的测试结果可知，在实际城镇污水进水条件下，采用诱导材料、絮凝剂与活性污泥混合后，获得颗粒化的诱导核，将诱导核投放于脉冲升流式反应器中进行培养和筛分，得到颗粒污泥，培养周期为40d，COD、氨氮和总氮的去除率分别为96.5％、98.5％和77.8％；可大幅缩短颗粒污泥的培养周期，诱导材料的投加量是影响颗粒化的关键因素之一，培养的颗粒污泥对城镇污水中的有机污染物和氮素保持较高的去除效率。对比例1未投加诱导材料，形成的诱导核在水流剪切力作用下破碎，导致污泥颗粒流失严重，培养周期长。对比例二采用惰性材料聚乙烯作为诱导材料，形成的颗粒污泥结构松散；对比例3直接将诱导材料投放于污水中进行培养，获得的颗粒污泥性能与实施例相近，但培养周期延长。通过实施例制备的颗粒污泥，培养周期短，结构致密，沉降性能优异

上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种颗粒污泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将诱导材料、絮凝剂与活性污泥混合后，获得颗粒状的诱导核；

S2：将所述诱导核投放于脉冲升流式反应器中，通入污水进行培养和筛分，得到颗粒污泥；

所述活性污泥为城镇污水处理厂的好氧池末端污泥；

所述颗粒污泥的粒径为1~3 mm；

所述诱导材料的制备原料为可降解塑料纤维；

所述可降解塑料纤维的形状为条状；

所述可降解塑料纤维的长度为0.5~2.0 mm；

步骤S1中，所述诱导材料的投加量为1~5 g/L，所述絮凝剂可以促进所述诱导材料与所述活性污泥团聚成颗粒状，增强所述活性污泥的沉降性能，提高所述活性污泥中微生物与所述诱导材料的接触，加速微生物在所述诱导材料表面的富集；

步骤S2中，污水经充氧曝气后再以脉冲的方式进入所述脉冲升流式反应器中，污水的COD为100 mg/L~400 mg/L，氨氮为15 mg/L~40 mg/L，总氮为15 mg/L~45 mg/L；

通过以脉冲的方式进水，向污水中施加了从下往上的水流剪切力，从下往上的水流剪切力可以对颗粒状的诱导核进行筛分，将诱导核表面松散的生物絮体进行淘汰，改善所述诱导核的沉降性能，促进所述诱导材料与微生物菌群的结合，使颗粒污泥的结构更为致密。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒污泥的制备方法，其特征在于，所述絮凝剂包括聚丙烯酰胺、壳聚糖、海藻酸钠和骨胶中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种颗粒污泥的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述活性污泥的浓度为1000 mg/L~6000 mg/L。

4.根据权利要求1所述的一种颗粒污泥的制备方法，其特征在于，所述诱导核的粒径为2~5 mm。

5.根据权利要求1所述的一种颗粒污泥的制备方法，其特征在于，所述脉冲升流式反应器的进水脉冲时间为5~40 s。

6.根据权利要求1所述的一种颗粒污泥的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述诱导核的接种量占反应器体积的10%~50%。

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