CN116986712A - 一种菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法，该系统由驯化好氧颗粒污泥、构建菌藻共生颗粒污泥系统、降解新污染物和常规污染物三部分组成。本发明既能解决现有的污水处理厂活性污泥法能耗高、污染物降解过程中产生CO2等温室气体、污泥产生量大以及占地面积大等问题，也为污水处理厂氮磷的一体化处理提供了可行性方案，为实现“碳达峰、碳中和”贡献了力量。菌藻共生颗粒污泥不仅保持较高的有机物和营养去除效率，而且还具有出色的沉降能力，从而可以通过重力沉降有效且相对容易地收集生物质，并有利于可再生能源生产的继续加工，降低废水处理成本，具有较好的环境经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法。
背景技术
随着科学技术的发展，新污染物对环境的影响日渐突出，其具有的“致畸、致癌、致突变”、生殖毒性、低溶解度、难挥发等特点，对生态系统和人类健康具有潜在威胁。对水体中新污染物的高效处理与管控刻不容缓。
生物降解是新污染物在环境中分解的主要途径之一。然而污水处理厂中实施的传统活性污泥法(CAS)和膜生物反应器(MBR)等生物处理工艺并不能将其完全降解。常规污水的生物处理法对新污染物的降解效率很低，甚至出现出水高于进水浓度的负去除现象。
污水中污染物的现有生物处理技术主要有传统活性污泥法(传统推流式、渐减曝气法、阶段曝气法、高负荷曝气法、延时曝气法、吸附再生法、完全混合法、深层曝气法、完全混合法、纯氧曝气法、克劳斯法、序批式活性污泥法等)、膜生物反应技术、微藻生物技术等。
采用传统活性污泥法会产生大量污泥且污泥易发生膨胀，增加了处理成本；运行稳定性差，易受外界环境因素影响；能源消耗多。采用膜生物反应技术系统的曝气量较大，能耗高；难降解有机物的积累容易造成对微生物的抑制和膜的污染；膜组件的成本较高；运行费用高，系统控制要求高且运行管理复杂。采用微藻生物技术其沉降性能较差；处理污水中污染物浓度不能过高；水力停留时间较长；占地面积较大。
发明内容
本发明针对污水处理厂能耗高、传统絮状污泥在污染物降解过程中产生CO2等温室气体、污泥产生量大、沉降性能差、降解新污染物效率低以及占地面积大等问题，提供了一种菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法，包括以下步骤：
(1)好氧颗粒污泥的驯化：采取城市污水处理厂的絮状活性污泥，其初始浓度为5g/L左右备用；
(2)将絮状污泥接种于SBR反应器内的生活污水中，并采用好氧/缺氧模式运行，每个周期的运行过程如下：进水60min，厌氧15min，曝气75min，曝气量为1.5L/min，并调节溶解氧在1.7-3.5mg/L范围内，在曝气阶段将pH控制在7.2-7.6范围内，沉降一段时间，随后排水5min，体积交换率为50％，沉降减少的时间用于排水后闲置，在整个运行期间使用加热带将温度控制在25±2℃；
(3)重复步骤2运行，并逐渐将步骤2中的沉降时间从25min缩短至3min，直至好氧颗粒污泥形成；
(4)菌藻共生好氧颗粒污泥的构建：好氧颗粒污泥选用步骤3活性污泥驯化成功后的好氧颗粒污泥(AGS)；微藻接种前采用培养基进行扩大培养，反应器中微藻的接种量为107cell/L；
(5)将好氧颗粒污泥及小球藻接种于SBR反应器中，在其基础上设置外加光源LED灯，缠绕于反应器，光暗比为12：12，光照强度为，6000xl，并采用好氧/缺氧模式运行，每个周期的运行过程如下：进水60min，厌氧15min，曝气75min，曝气量为1.5Lmin，并调节溶解氧在1.7-3.5mg/L范围内，沉降3min，随后排水5min，体积交换率为50％，闲置22min；在整个运行期间使用加热带将温度控制在25±2℃。
(6)经过2-3周的培养，反应器中黄色的好氧颗粒污泥开始变成绿色，形成绿色的菌藻共生好氧颗粒污泥系统。
优选的，步骤2中在曝气阶段通过通过智能监测仪控制蠕动泵添加盐酸控制pH。
优选的，步骤3中污泥的SVI5与SVI30比值在0.9以上，待驯化好氧颗粒污泥后颜色呈浅棕色，颗粒粒径为1-2mm即为驯化完成。
优选的，步骤4中实验接种微藻为普通小球藻。
优选的，步骤4中微藻采用BG11培养基进行扩大培养。
本发明的有益效果：
(1)本发明既能解决现有的污水处理厂活性污泥法能耗高、污染物降解过程中产生CO2等温室气体、污泥产生量大以及占地面积大等问题，也为污水处理厂氮磷的一体化处理提供了可行性方案，为实现“碳达峰、碳中和”贡献了力量。
(2)菌藻共生颗粒污泥不仅保持较高的有机物和营养去除效率，而且还具有出色的沉降能力，从而可以通过重力沉降有效且相对容易地收集生物质，并有利于可再生能源生产的继续加工，降低废水处理成本，具有较好的环境经济效益。
附图说明
图1为本发明中实验采用的SBR反应器原理图；
图2为菌藻共生颗粒污泥的SVI变化图；
图3为菌藻共生颗粒污泥的COD变化及降解率图；
图4为菌藻共生颗粒污泥的氨氮变化及降解率图；
图5为菌藻共生颗粒污泥的正磷酸盐变化及降解率图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供一种菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法，该系统由驯化好氧颗粒污泥、构建菌藻共生颗粒污泥系统、降解新污染物和常规污染物三部分组成。首先缩短沉降时间可显著提高细胞多糖的产量、细胞表面疏水性及微生物活性，进而利于好氧颗粒污泥的形成。加入藻类并通过其光合作用同化CO2和水中污染物,产生的O2被好氧颗粒污泥用于氧化有机物,同时产生CO2供给小球藻利用,形成稳定平衡的“菌-藻”之间的共生关系。并在菌藻共生好氧颗粒污泥系统稳定运行的条件下降解常规污染物及新污染物，该系统利用系统中的细菌，真菌和原生动物、微藻具有富集和降解有机污染物的能力以去除常规污染物和新污染物。
具体包括以下步骤：
好氧颗粒污泥的驯化，采取城市污水处理厂的絮状活性污泥，其初始浓度为5g/L左右备用；将絮状污泥接种于SBR反应器，SBR反应器直径6cm，高度150cm，有效容积3L。并采用好氧/缺氧模式运行(设备图见附图1，现有技术，附图仅作为操作流程的理解)，每个周期的运行过程如下：进水60min，厌氧15min，曝气75min，曝气量为1.5L/min，并调节溶解氧在1.7-3.5mg/L范围内，在曝气阶段通过通过智能监测仪控制蠕动泵添加0.25mol/L盐酸使pH在7.2-7.6范围内，沉降25-3min，随后排水5min，体积交换率为50％，沉降减少的时间用于排水后闲置；在整个运行期间使用加热带将温度控制在25±2℃。按上述运行过程正常运行后，重复步骤运行，并逐渐将沉降时间从25min缩短至3min，当污泥的SVI5与SVI30比值在0.9以上，待驯化好氧颗粒污泥后颜色呈浅棕色，颗粒粒径为1-2mm即为驯化完成。
为了方便进行实验检测，全面测试降解效果，生活废水采用模拟废水，具体采用乙酸钠作为碳源，氯化铵作为氮源，磷酸二氢钾作为磷源，调节pH为7-7.5，同时加入硫酸镁、氯化钾及氯化钙，并加入微量元素补给微生物生长所需的微量元素，模拟实验废水中COD、NH4+-N、TP的浓度分别约为300±50mg/L、30±5mg/L、10±2mg/L。
菌藻共生好氧颗粒污泥的构建，好氧颗粒污泥选用步骤一活性污泥驯化成功后的AGS；实验接种微藻为普通小球藻，微藻接种前采用BG11培养基进行扩大培养，反应器中微藻的接种量约为107cell/L。
将好氧颗粒污泥及小球藻接种于具有模拟废水的SBR反应器中，在其基础上设置外加光源LED灯，缠绕于反应器，光暗比为12：12，光照强度为，6000xl。并采用好氧/缺氧模式运行，每个周期的运行过程如下：进水60min，厌氧15min，曝气75min，曝气量为1.5L/min，并调节溶解氧在1.7-3.5mg/L范围内。沉降3min。随后排水5min，体积交换率为50％，闲置22min。
在整个运行期间使用加热带将温度控制在25±2℃。经过2-3周的培养，反应器中黄色的好氧颗粒污泥开始变成绿色，形成绿色的菌藻共生好氧颗粒污泥。
在菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建并稳定运行后，在模拟生活污水的基础上加入新污染物，监测常规污染物降解性能、新污染物降解性能、微生物群落结构、污泥理化性质等。
相关实验图标如附图2-5所示，数据表明在此方法运行下，其污泥沉降性能显著提高，SVI30低于30mL/g以下，且污泥的SVI5与SVI30比值在0.9以上，其COD、氨氮、正磷酸盐、新污染物去除效率分别达到90、95、40、70％，该方法可以保证系统的长期稳定运行。
本发明的原理和优势
好氧颗粒污泥(AGS)被视为生物处理的突破，其一些特性使其比基于CAS的处理方法更具有吸引力，AGS具有更高的紧致度、高抗冲击负荷和良好的沉降性能，在单个反应器中可以同时去除碳质物质和营养物质的能力，可以实现良好的泥水分离和高生物量保留。
在生物处理中，微藻对污染物的降解也具有很好的效果，因此将AGS技术与菌藻共生系统的优势特征进行耦合，构建菌藻共生好氧颗粒污泥(MBGS)体系，可克服AGS系统中存在的技术难题。
(1)微藻吸收AGS释放的二氧化碳以及污水中的营养物质产生氧气，能够降低系统的二氧化碳排放以及曝气强度，满足绿色处理的要求；
(2)AGS与微藻形成的MBGS中微藻与细菌存在共生作用，提高体系中氮、磷的去除效率，加快AGS的形成并维持其长期运行的稳定性；
(3)微藻生长需要吸收氮、磷、二氧化碳等物质可以用于合成细胞中的蛋白质、磷酸和磷脂等，即在降解新污染物的同时，也可对水体中的常规污染物进行有效的去除。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)好氧颗粒污泥的驯化：采取城市污水处理厂的絮状活性污泥，其初始浓度为5g/L左右备用；
(2)将絮状污泥接种于SBR反应器内的生活污水中，并采用好氧/缺氧模式运行，每个周期的运行过程如下：进水60min，厌氧15min，曝气75min，曝气量为1.5L/min，并调节溶解氧在1.7-3.5mg/L范围内，在曝气阶段将pH控制在7.2-7.6范围内，沉降一段时间，随后排水5min，体积交换率为50％，沉降减少的时间用于排水后闲置，在整个运行期间使用加热带将温度控制在25±2℃；
(3)重复步骤2运行，并逐渐将步骤2中的沉降时间从25min缩短至3min，直至好氧颗粒污泥形成；
(4)菌藻共生好氧颗粒污泥的构建：好氧颗粒污泥选用步骤3活性污泥驯化成功后的好氧颗粒污泥(AGS)；微藻接种前采用培养基进行扩大培养，反应器中微藻的接种量为107cell/L；
(5)将好氧颗粒污泥及小球藻接种于SBR反应器中，在其基础上设置外加光源LED灯，缠绕于反应器，光暗比为12：12，光照强度为6000xl，并采用好氧/缺氧模式运行，每个周期的运行过程如下：进水60min，厌氧15min，曝气75min，曝气量每分钟为SBR反应器有效容积的一半，并调节溶解氧在1.7-3.5mg/L范围内，沉降3min，随后排水5min，体积交换率为50％，闲置22min；在整个运行期间使用加热带将温度控制在25±2℃。
(6)经过2-3周的培养，反应器中黄色的好氧颗粒污泥开始变成绿色，形成绿色的菌藻共生好氧颗粒污泥系统。
2.根据权利要求1所述的菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法，其特征在于：步骤2中在曝气阶段通过通过智能监测仪控制蠕动泵添加盐酸控制pH。
3.根据权利要求1所述的菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法，其特征在于：步骤3中污泥的SVI5与SVI30比值在0.9以上，待驯化好氧颗粒污泥后颜色呈浅棕色，颗粒粒径为1-2mm即为驯化完成。
4.根据权利要求1所述的菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法，其特征在于：步骤4中实验接种微藻为普通小球藻。
5.根据权利要求2所述的菌藻共生好氧颗粒污泥系统构建方法，其特征在于：步骤4中微藻采用BG11培养基进行扩大培养。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118005192A (zh) * | 2024-03-19 | 2024-05-10 | 重庆大学 | 一种利用菌藻共生颗粒储存碳源提高污水处理效果的方法 |
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2023
- 2023-06-17 CN CN202310719785.7A patent/CN116986712A/zh active Pending
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