CN110482835B - 一种快速制备好氧颗粒污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速制备好氧颗粒污泥的方法，该方法包括如下操作步骤：(1)抽取具有较高生物活性的污泥；(2)将污泥进行超声波预处理；(3)在污泥中加入絮凝剂，加入量为污泥干固物质量的1.5‰～3‰；(4)在污泥中加入木质纤维素，加入量为污泥干固物质量的5％～15％；(5)在污泥中加入微生物胞外多糖，添加量为污泥干固物质量的1.5‰～3‰；(6)将污泥经离心脱水、造粒后制得好氧颗粒污泥。将本发明得到的好氧颗粒污泥投入曝气池内作为接种颗粒污泥的核物质，培养周期短且系统稳定，可快速利用与工程实践。相较于传统活性污泥，其沉降性能良好、沉降时间短，同时所添加的化学药剂不会影响污泥中微生物的活性，提高废水处理系统的效率。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体是一种应用于废水处理的快速制备好氧颗粒污泥的方法。
背景技术
随着经济和社会的高速发展，工业化和城市化进程速度的加快，自然水体中积蓄大量有毒有害物质，人类赖以生存的淡水资源遭到严重污染。由此引发了一系列亟待解决的水生态环境问题。其中水体富营养化问题成为严重威胁水生动植物、人类健康和工、农业发展的主要水环境问题，而引起水体富营养化的主要原因是生活污水中氮、磷的过度排放。
现有技术的水处理方法存在诸多问题，大部分呈现出一定的局限性，如工艺流程较长、处理过程复杂、占地面积大、处理效率低，运营成本高等。针对目前污水处理厂中多数生物处理同时脱氮除磷效果较差，好氧颗粒污泥法因其经济高效的特点被认为是一项具有前景的污水生物深度处理技术。好氧颗粒污泥是由相互聚集的、多物种的微生物构成的团体，被认为是一种特殊的自固定化特殊生物膜。好氧颗粒污泥比重大、生物致密的特性使其具有快速的沉降速度，有利于泥水分离、缩小或者省去污泥二沉池、简化工艺流程、降低污水处理系统的占地面积和投资成本。而且，好氧颗粒污泥较高的污泥浓度和容积负荷可以承受水质波动和高有机负荷带来的冲击，保证良好的出水水质。另外，好氧颗粒污泥污泥的颗粒结构使得O2在传输过程中受到传质阻力，由外向内依次分为好氧层、缺氧层和厌氧层，为不同微生物提供适宜的生存空间，这种独特的分层结构使其具有较高的生物多样性，具备同时降解有机碳、氮和磷的潜能。
自1992年以来，已有数十篇论文报道了利用超声效应可以提高污泥的脱水效率和生物处理效果。超声预处理破坏菌胶团良好的保水性和细胞内的结合水，同时保持较大的污泥颗粒，使得污泥沉降性能有所提高。被破坏的污泥可做为内源碳，节省甚至替代外加碳源，加快好氧颗粒污泥营养通道的形成。
1991年Mishima和Nakamura首次在连续流好氧污泥生物反应器内获得好氧颗粒污泥。Morgenroth等于1997年第一次利用SBR反应器培养出好氧颗粒污泥，通过逐步缩短水力停留时间及增大换水率，并采用极短的沉降时间(0-1min)，耗时70d成功实现好氧污泥颗粒化。说明好氧颗粒污泥形成时间过长，大部分实践表明稳定的好氧颗粒污泥形成需要60～90天，难以达到实际工程应用时的启动要求。
Liu等证实投加500mg/L的聚合氯化铝可以加速好氧颗粒污泥的形成过程(由17天缩短到7天)，好氧颗粒污泥的平均粒径为3.2mm，不投加聚合氯化铝的反应器内形成的颗粒较小(2.7mm)。而且，聚合氯化铝会明显提高好氧颗粒污泥的沉降性、紧实性、机械强度以及EPS分泌量。但是，投加聚合氯化铝对COD和NH4+-N处理效果的影响较小。说明虽然投加高分子聚合物加速了好氧颗粒污泥的培养时间，但对于污水处理效果并未有明显变化，增加了工程成本。
Wan等从钙沉淀作为颗粒内核的角度完善好氧颗粒污泥形成过程的机理：多种晶体在碱性环境下形成无机内核供微生物附着，随后这些微生物分泌PS逐渐形成好氧颗粒污泥的框架。其中，附着在内核上的功能菌主要有Sphingomonas sp.,Paracoccussp.Sinorhizobium americanum strain和Flavobacterium sp.,这些菌体会促进胞外循环双鸟苷酸环化酶的合成，继而加速好氧颗粒污泥的形成和成熟。通过改变好氧颗粒污泥组份实现了加速好氧颗粒污泥的形成过程，但工艺较为复杂很难实现在实际应用中。
由于好氧颗粒污泥启动时间不稳定，限制了好氧颗粒污泥应用和优化的瓶颈之一。某些因素的限制，好氧颗粒污泥其并未在世界范围内大规模应用。针对这一问题，开发将新鲜好氧脱水污泥进行球形造粒的接种污泥来促进好氧污泥颗粒化,进一步促进好氧颗粒污泥的形成，从而有利于好氧颗粒污泥培养条件的优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速造粒，培养周期短且系统稳定的快速制备好氧颗粒污泥的方法。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种快速制备好氧颗粒污泥的方法，包括如下操作步骤：
(1)抽取具有较高生物活性的污泥；
(2)将步骤(1)的污泥进行超声波预处理；
(3)在步骤(2)的污泥中加入絮凝剂，搅拌使其充分混合，絮凝剂的加入量为污泥干固物质量的1.5‰-3‰；
(4)在步骤(3)的污泥中加入木质纤维素，搅拌使其充分混合，木质纤维素的加入量为污泥干固物质量的5％-15％；
(5)在步骤(4)的污泥中加入微生物胞外多糖，搅拌使其充分混合，微生物胞外多糖的添加量为污泥干固物质量的1.5‰-3‰；
(6)将步骤(5)的污泥经离心脱水、造粒后制得好氧颗粒污泥。
步骤(1)所述的污泥为二沉池污泥、剩余污泥或制糖食品工业污泥，并经过筛去除丝状和大颗粒物质，污泥中MLVSS/MLSS在0.75-0.8。
步骤(2)所述的超声波预处理，采用的超声波功率为20-25Hz，预处理时间为30-50s。
步骤(3)所述的絮凝剂为聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺中的一种或几种。
步骤(4)所述的木质纤维素为甘蔗渣纤维素、秸秆纤维素、木纤维素、竹纤维素中的一种或几种，且纤维素经过烘干、粉碎至粒径在0.425mm-0.5mm。
步骤(5)所述的微生物胞外多糖为结冷胶、韦兰胶和黄原胶中的一种。
步骤(6)所述的离心脱水处理采用的转速为3000-4000r/min，时间为15-25min，经脱水处理后污泥的含水率在75％-80％。
步骤(6)所述的造粒处理是通过挤压造粒机实现，将脱水污泥经过孔径为1.5mm-3mm的筛板中挤出，切割成柱状颗粒后，再经5-15min的旋转造粒，即得到球状好氧颗粒污泥。
本发明方法通过采用物理方法与化学方法相结合使污泥颗粒化，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明选取经过筛后的具有较高生物活性的污泥，以保证污泥中微生物数量和种类的多样性；污泥经超声波预处理后破坏污泥菌胶团，使污泥具有更好的聚合性和沉降性能；
(2)本发明方法通过适当掺入粉碎后的木质纤维素，如蔗渣、木屑、秸秆和竹纤维等，由于纤维素为可生化降解成分，使降解后颗粒污泥内的气孔通道有利于氧气的进入，以提高污泥内部孔隙率及提高氧气传质效率，提高污泥活性，加快好氧颗粒污泥的形成。
(3)本发明方法通过适当加入化学絮凝剂，如聚合硫酸铁、聚合氯化铝和阳离子型、阴离子型或非离子型的聚丙烯酰胺，使所形成的污泥相较于传统活性污泥具有良好的沉降性能，节省了沉降时间，同时，化学药剂的添加不但没有影响活性污泥的生物活性，还提高了废水处理系统的效率。
(4)本发明方法适当加入微生物胞外多糖，如冷结胶、韦兰胶和黄原胶，可作为可降解生物粘合剂，将活性污泥粘结成团，并可作为微生物培养基吸附微生物大量分泌胞外聚合物，快速形成好氧颗粒污泥菌胶团。
(5)本发明方法将脱水处理的污泥经造粒加工成为球形好氧颗粒污泥，通过物理造粒形成的颗粒污泥其受力更均匀，并能承受更大的表面张力，在曝气池内可以承受更强的高压水冲、曝气冲刷、污泥间碰撞切割等。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案，但并不限制于以下实施例。
实施例1
(1)活性污泥脱水：抽取20g污水处理厂二沉池污泥，经过筛去除丝状和大颗粒物,污泥中MLVSS/MLSS＝0.8；经超声波功率20kHz、超声50s的超声波预处理后，加入污泥干固物质量3‰的阴离子型聚丙烯酰胺，搅拌使污泥充分絮凝；再加入污泥干固物质量10％的蔗渣纤维素，蔗渣纤维素前期于105℃烘干4h，后经粉碎预处理至粒径在0.425mm-0.5mm，再通过搅拌使纤维素与污泥充分混合；再加入污泥干固物质量2‰的冷结胶，搅拌使污泥充分胶黏；然后在转速3500r/min下离心脱水20min作为试验所用污泥，污泥含水率为80％。
(2)球形造粒：采用造粒机，将步骤(1)脱水处理后的污泥从孔径为1.5mm的筛板中挤出，再将得到的圆柱状污泥置于滚筒内经5min的旋转造粒后，制造出粒径为1.5mm的好氧颗粒污泥。
经应用表明：以脱水造粒形成的物理颗粒污泥为接种污泥，明显提高了好氧污泥颗粒化速度。在第25d，接种物理颗粒污泥的中90％以上的污泥粒径即大于0.2mm，培养期间COD、氨氮去除率均大于90％，培养后期TN的去除率约为70％。
实施例2
(1)活性污泥脱水：抽取制糖工业废水处理过程中产生的工业污泥20g，经过筛去除丝状和大颗粒物，污泥中的MLVSS/MLSS＝0.78；经超声波功率23kHz、超声时间40s的超声波预处理后，加入污泥干固物质量2‰的聚合氯化铝，搅拌使污泥充分絮凝；再加入污泥干固物质量15％的秸秆纤维素，秸秆纤维素前期105℃烘干4h，后经粉碎预处理至粒径在0.425mm-0.5mm，搅拌使纤维素与污泥充分混合；再加入污泥干固物质量3‰的韦兰胶，搅拌使污泥充分胶黏；然后在转速4000r/min下离心脱水15min作为试验所用污泥，污泥含水率为78％。
(2)球形造粒：采用造粒机，将步骤(1)脱水处理后的污泥从孔径为2mm的筛板中挤出，再将得到的圆柱状污泥颗粒置于滚筒内经10min的旋转造粒后，制造出粒径为2mm的好氧颗粒污泥。
经应用表明：以脱水造粒形成的物理颗粒污泥为接种污泥，明显提高了好氧污泥颗粒化速度。在第20d，接种物理颗粒污泥的中90％以上的污泥粒径即大于0.2mm，培养期间COD、氨氮去除率均大于90％，培养后期TN的去除率约为70％。
实施例3
(1)活性污泥脱水：抽取20g污水处理厂剩余污泥，经过筛去除丝状和大颗粒物，污泥中的MLVSS/MLSS＝0.75；经超声波功率25kHz、超声时间30s的超声波预处理后，加入污泥干固物质量1.5‰的聚合硫酸铁，搅拌使污泥充分絮凝；再加入污泥干固物质量5％的竹纤维素，竹纤维素前期经105℃烘干4h，后经粉碎预处理至粒径在0.425mm-0.5mm，搅拌使纤维素与污泥充分混合；再加入污泥干固物质量1.5‰的黄原胶，搅拌使污泥充分胶黏；然后在3000r/min下离心脱水25min作为试验所用污泥，污泥含水率为75％。
(2)球形造粒：采用造粒机，将步骤(1)脱水处理后的污泥从孔径为3mm的筛板中挤出，再将得到的圆柱状污泥颗粒置于滚筒内经15min的旋转造粒后，制造出粒径为3mm的好氧颗粒污泥。
经应用表明：以脱水造粒形成的物理颗粒污泥为接种污泥，明显提高了好氧污泥颗粒化速度。在第16d，接种物理颗粒污泥的中90％以上的污泥粒径即大于0.2mm，培养期间COD、氨氮去除率均大于90％，培养后期TN的去除率约为70％。
Claims (4)
1.一种快速制备好氧颗粒污泥的方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
（1）抽取具有较高生物活性的污泥；
（2）将步骤（1）的污泥进行超声波预处理，采用的超声波功率为20-25 Hz，预处理时间为30-50 s；
（3）在步骤（2）的污泥中加入絮凝剂，搅拌使其充分混合，絮凝剂的加入量为污泥干固物质量的1.5‰-3‰；
（4）在步骤（3）的污泥中加入木质纤维素，搅拌使其充分混合，木质纤维素的加入量为污泥干固物质量的5%-15%；木质纤维素为甘蔗渣纤维素、秸秆纤维素、木纤维素、竹纤维素中的一种或几种，且纤维素经过烘干、粉碎至粒径在0.425 mm-0.5 mm；
（5）在步骤（4）的污泥中加入微生物胞外多糖，搅拌使其充分混合，微生物胞外多糖的添加量为污泥干固物质量的1.5‰-3‰；所述微生物胞外多糖为结冷胶、韦兰胶和黄原胶中的一种；
（6）将步骤（5）的污泥经离心脱水、造粒后制得好氧颗粒污泥；所述离心脱水处理采用的转速为3000-4000 r/min，时间为15-25 min，经脱水处理后污泥的含水率在75%-80%。
2.根据权利要求1所述快速制备好氧颗粒污泥的方法，其特征在于，步骤（1）所述的污泥为二沉池污泥、剩余污泥或制糖食品工业污泥，并经过筛去除丝状和大颗粒物质，污泥中MLVSS/MLSS 在0.75-0.8。
3.根据权利要求1或2所述快速制备好氧颗粒污泥的方法，其特征在于，步骤（3）所述的絮凝剂为聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺中的一种或几种。
4. 根据权利要求1或2所述快速制备好氧颗粒污泥的方法，其特征在于，步骤（6）所述的造粒处理是通过挤压造粒机实现，将脱水污泥经过孔径为1.5 mm-3 mm的筛板中挤出，切割成柱状颗粒后，再经5-15 min的旋转造粒，即得到球状好氧颗粒污泥。
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