專利名稱：一種利用鳥糞石培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在SBR反應(yīng)器中投加磷酸銨鎂(俗稱鳥糞石)無機(jī)營(yíng)養(yǎng)載體快速培養(yǎng)具有亞硝化除磷功能的好氧顆粒污泥。
背景技術(shù)：
好氧顆粒污泥，自上世紀(jì)90年代初期首次被日本學(xué)者M(jìn)ishima和Nakamura報(bào)道以來，在近年來廢水種類復(fù)雜、處理難度加大的大背景下，好氧顆粒污泥憑借其諸多優(yōu)勢(shì)引起了水處理領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注，可謂發(fā)展迅速。這些優(yōu)勢(shì)可歸納如下(1)顆粒密實(shí)，沉降性良好，可省去二沉池。(2)顆粒生物種群豐富，高生物量協(xié)同作用強(qiáng)，抵抗高負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)。(3)對(duì)反應(yīng)器形式適應(yīng)范圍廣泛，在SBR、SBAR等間歇式反應(yīng)器中都易培養(yǎng)。近十幾年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要研究了顆粒污泥的形成及顆粒進(jìn)化過程、有機(jī)負(fù)荷強(qiáng)度、脫氮除磷效率、尤其在抗特種毒性廢水沖擊等方面，顆粒污泥表現(xiàn)優(yōu)異。雖然好氧顆粒污泥有諸多優(yōu)勢(shì)，但限制其在實(shí)際污水處理工程中應(yīng)用的主要原因是培養(yǎng)周期漫長(zhǎng)，顆粒成熟周期一般為兩個(gè)月左右，且成熟后多數(shù)顆粒工作一段時(shí)間后易凋亡解體?？v觀顆粒污泥形成機(jī)理的研究，目前厭氧顆粒污泥是由內(nèi)核引導(dǎo)，類似晶體生長(zhǎng)過程，逐步顆?；膶W(xué)術(shù)觀點(diǎn)已達(dá)成共識(shí)，但好氧顆粒污泥的形成機(jī)制仍存爭(zhēng)議。例如Tay等人認(rèn)為顆粒污泥的形成是一種污泥自絮凝聚集成團(tuán)的過程，該過程可分為三個(gè)發(fā)育階段完成第一步，水力作用、范德華力使微生物碰撞聚集；第二步，胞外聚合物絮凝游離微生物；第三步，水力剪切力作用，使顆粒成規(guī)則形狀，也稱塑形過程。三個(gè)階段共同作用，通過間歇性排水、沉降時(shí)間、置換比，創(chuàng)造一個(gè)“生存壓力”條件，使在一定沉降時(shí)間范圍內(nèi)沒有沉降的污泥逐漸被淘洗出反應(yīng)器，通過此種“壓力”，沉降性良好的微生物得以在反應(yīng)器中生存下來不被淘洗出去。近幾年來，為突破好氧顆粒污泥在實(shí)際工程中培養(yǎng)周期較長(zhǎng)，顆粒易解體的瓶頸， 研究工作主要集中在此。包括投加載體、絮凝劑、成熟顆?；虺两敌粤己玫木z團(tuán)、調(diào)整 PH壓縮雙電層等手段被相繼研究報(bào)道，這些“外來”顆粒促進(jìn)物的引進(jìn)雖然縮短了培養(yǎng)周期，但一定程度上也給培養(yǎng)過程帶來了風(fēng)險(xiǎn)，比如絮凝劑的使用，通常使用陽離子絮凝劑來使污泥顆?；?，但多數(shù)陽離子官能團(tuán)對(duì)生物有毒害作用。成熟顆?；虺蓪⑿辛己玫木z團(tuán)固然對(duì)微生物影響較小，但Liu和Tay的研究表明，這些疏水性的顆粒表面通常是病原性種群，極易使成熟顆粒解體。所以，通過添加載體或引導(dǎo)物來加快污泥顆?；M(jìn)程的研究越發(fā)得到廣泛關(guān)注，有學(xué)者嘗試用載體穩(wěn)定顆粒，通過啟動(dòng)初期引入載體，使微生物附著于載體之上達(dá)到穩(wěn)定、固化微生物，縮短顆粒污泥培養(yǎng)周期的目的。例如在顆粒早期形成階段，Ebrahimi等人用玄武巖作顆粒早期內(nèi)核，利用玄武巖表面Fe2+和!^3+濃度差異性成功培養(yǎng)了嗜酸氧化亞鐵硫桿菌顆粒，在PH為0. 6 1的極端條件沖擊下，轉(zhuǎn)化率仍可達(dá) 145m0lFe27m3h。Lee等人研究了圓柱形活性炭、球形活性炭、沙土以及海綿球?qū)捬躅w粒污泥形成的影響，結(jié)果表明，使用3mm球形活性炭作顆粒污泥載體時(shí)，水力停留時(shí)間為0. 5h，可培養(yǎng)污泥濃度達(dá)26g/L的顆粒，且未發(fā)現(xiàn)污泥被沖出反應(yīng)器，污泥附著穩(wěn)定。Yu等人研究了 UASB反應(yīng)器內(nèi)投加粉末活性炭和顆?；钚蕴孔黝w粒早期載體，結(jié)果表明，不投加載體時(shí)厭氧顆粒污泥成熟周期為95天左右，而投加活性炭，顆粒成熟周期僅為30天左右，且粉末活性炭和顆?；钚蕴颗囵B(yǎng)的顆粒生物量可達(dá)10. lgMLVSS/LUO. 2gMLVSS/L，而無早期載體培養(yǎng)的顆粒污泥生物量卻僅為9. 5gMLVSS/L。國(guó)內(nèi)李善評(píng)等人的專利公開了稀土元素在培養(yǎng)好氧顆粒污泥方面的應(yīng)用，通過對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)稀土元素有穩(wěn)定污泥、抑制絲狀菌膨脹的作用?？梢哉f，載體或誘導(dǎo)物的添加，縮短了顆粒污泥的培養(yǎng)周期，使好氧顆粒實(shí)際應(yīng)用有了廣闊的前景。鳥糞石，(即磷酸銨鎂，分子式=MgNH4PO4 · 6H20)，難溶于水，為白色菱形或斜方形晶體，由于近年來磷資源短缺，而磷酸銨鎂沉淀法能從廢水中回收磷資源，所以該沉淀方法以及結(jié)晶獲得的鳥糞石產(chǎn)品接下來的利用方法備受關(guān)注。鳥糞石含Mg、NH4\ PO43-三種營(yíng)養(yǎng)組分，故常作為作物緩釋肥料，也是水泥、耐火材料等工業(yè)原料。0°C時(shí)鳥糞石溶解度僅為 0. 023g/L(常溫條件下，溶度積范圍為5. 05 X IO-14 4. 36X 10_1(1)，所以可將其作為好癢顆粒污泥早起成核的載體(誘導(dǎo)劑)，利用鳥糞石的營(yíng)養(yǎng)元素搭載微生物，誘導(dǎo)其附著在營(yíng)養(yǎng)豐富的鳥糞石上，從而可快速培養(yǎng)以鳥糞石為內(nèi)核的好氧顆粒污泥。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用鳥糞石作為載體，快速培養(yǎng)亞硝化除磷好氧顆粒污泥方法。本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟(1)鳥糞石的制備用含氨氮和磷廢水，投加鎂鹽，維持廢水中Mg2+、P043_、NH4+三種離子摩爾比例為1 1 1，在PH = 9. 5條件下攪拌后靜置沉淀，期間用5mol/L濃度NaOH 維持PH，30分鐘后傾去上清液，過濾晾干得平均粒徑為80 μ m的鳥糞石白色晶體，作為載體。(2)用鳥糞石培養(yǎng)培養(yǎng)亞硝化除磷好氧顆粒污泥每周向SBR中投加4g上述載體，SBR反應(yīng)器pH控制在8. 5，逐步提高進(jìn)水COD、氨氮、磷負(fù)荷培養(yǎng)好氧顆粒污泥。采用的反應(yīng)器如圖1所示，為SBR反應(yīng)器。SBR反應(yīng)器在培養(yǎng)初期通過繼電器設(shè)置厭氧攪拌為lh、好氧曝氣3.證，靜止沉降時(shí)間隨培養(yǎng)時(shí)間梯度縮短，初期為lh。培養(yǎng)初期可采用人工模擬廢水設(shè)置進(jìn)水污染指標(biāo)為COD = 400mg/L(藥品成分為醋酸鈉、丙酸鈉、葡萄糖等)、氨氮=50mg/L (藥品成分為氯化銨、硫酸銨)、磷酸鹽=10mg/L (藥品成分為磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀)，并定期補(bǔ)充生物生長(zhǎng)所需大量元素鐵、鈣及微量元素。沉降時(shí)間隨著顆粒污泥的形成和沉降性能的改善逐漸縮短，起初接種的污泥沉降性較差可設(shè)置沉降時(shí)間為 Ih,隨后逐級(jí)遞減至lmin(期間的沉降時(shí)間設(shè)置在反應(yīng)器不跑泥即可)。成熟后進(jìn)水COD濃度設(shè)定值在200mg/L ；加入氨氮(氯化銨、硫酸氨)，設(shè)定NH4+_N 濃度為50 100mg/L;加入磷酸鹽(磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀)，設(shè)定PO43-濃度為10 20mg/Lo定期監(jiān)測(cè)出水中C0D、NH4+-N、P043_濃度，當(dāng)COD去除率達(dá)80%以上，NH4+_N去除率達(dá)90以上，磷厭氧釋放、好氧過量吸收現(xiàn)象明顯，出水亞硝氮累積效果良好并能穩(wěn)定數(shù)日， 此時(shí)提高進(jìn)水負(fù)荷，每次COD、NH4+-N、P043_濃度提高值為分別為50、20、5mg/L。
30天后，反應(yīng)器中出現(xiàn)淡黃色顆粒污泥，主要菌種為亞硝化單胞菌，顆粒平均體積粒徑為400 μ m，具有較好的亞硝化除磷能力，隨著進(jìn)水負(fù)荷的提高，顆粒在數(shù)日內(nèi)SVI、 MLVSS/MLSS、粒徑等指標(biāo)都有所改良，從而使顆粒菌種更為豐富，亞硝化單胞菌生物量也明顯增加，70天后，反應(yīng)器內(nèi)絲狀菌幾乎全部被淘洗出反應(yīng)器，形成的顆粒結(jié)構(gòu)緊湊、密實(shí)、機(jī)械強(qiáng)度高，顆粒污泥成熟時(shí)可立即淘洗出絲狀菌以免與顆粒污泥競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，顆粒一周期內(nèi)對(duì)COD、NH4+-N、PO43-去除率分別達(dá)到95%、98%、20%，且出水亞硝氮累積效果良好。本發(fā)明的效果和益處是鳥糞石為生物提供了良好的生存環(huán)境，其表面的相對(duì)高濃度的游離NH4+抑制了硝化菌，在pH控制在8. 5條件下，鳥糞石作為一種載體同時(shí)具有提供微生物附著場(chǎng)所、壓縮污泥雙電層、為顆粒內(nèi)部微生物提供豐富營(yíng)養(yǎng)來源特性，這些是以往塑料、海綿等惰性載體無法比擬的優(yōu)勢(shì)，從而使顆粒培養(yǎng)周期縮短，顆粒內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)充足，顆粒不易解體凋亡。


附圖是SBR結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1磁力攪拌器；2計(jì)量泵；3曝氣頭；4空氣泵；5氣體流量計(jì)；6電磁閥；7雙時(shí)間繼電器器；8液位計(jì)；9pH在線控制器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明裝置的具體實(shí)施例。實(shí)施例利用鳥糞石培養(yǎng)亞硝化除磷好氧顆粒污泥SBR反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成圓柱形，直徑10cm、高度60cm、有效容積4L，桶壁設(shè)置取樣孔，通過液位計(jì)8、繼電器7、磁力攪拌控制器1、底部曝氣頭3及電磁閥6控制SBR內(nèi)進(jìn)水、攪拌、曝氣及排水過程。排水口在反應(yīng)器底部高25cm處，由電磁閥6控制排水口的通斷，置換比為50%。反應(yīng)周期時(shí)間為4. 5h，其中進(jìn)水5min，出水0. 5min，顆粒污泥形成階段沉降時(shí)間從Ih遞減至;3min。反應(yīng)器的曝氣量為0. 20m3/h，相當(dāng)于表面氣體上升流速為 3. 6cm/So反應(yīng)器在室溫下運(yùn)行。接種未經(jīng)馴化污泥于反應(yīng)器中。COD濃度恒定為200mg/ L，進(jìn)水NH4+-N濃度由50mg/L逐步提高到100mg/L，PO43"濃度為10mg/L逐步提高到20mg/ L (當(dāng)NH/-N去除率達(dá)到98%以上并穩(wěn)定一周時(shí)間，即提高至下一濃度，每次提高值為25mg/ L)。反應(yīng)器內(nèi)pH值由pH在線控制器投加NaHCO3調(diào)節(jié)在8.0 8.5范圍內(nèi)。反應(yīng)器于第30天開始出現(xiàn)顯微鏡下可觀察到的顆粒污泥；第70天時(shí)反應(yīng)器顆粒呈淡黃色，粒徑為800 μ m且絮狀污泥基本全部被淘洗出反應(yīng)器，反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行200天后用于處理磷霉素鈉抗生素廢水未出現(xiàn)顆粒解體現(xiàn)象。以亞硝化單胞菌為主要菌群的顆粒一周期內(nèi)對(duì)COD、NH4+-N、PO43-去除率分別達(dá)到90 %、80 %、25 %，且出水亞硝氮累積效果良好， 出水Ν03_Ν處;3mg/L以下低值，出水亞硝氮可通過簡(jiǎn)單短程反硝化過程完成進(jìn)一步處理。本發(fā)明能夠縮短顆粒污泥培養(yǎng)周期，可以有效富集以亞硝化單胞菌形成的密實(shí)、 不易解體的顆粒污泥，對(duì)以往常使用惰性載體培養(yǎng)顆粒污泥的方法提供了一條新的解決途徑，使得好氧顆粒污泥工程應(yīng)用在培養(yǎng)周期的問題瓶頸得以解決，有較好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1. 一種利用鳥糞石培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法，其特征在于如下步驟，(1)制備平均粒徑為80μ m的鳥糞石白色晶體；(2)用鳥糞石培養(yǎng)培養(yǎng)亞硝化除磷好氧顆粒污泥每周向SBR中投加4g上述載體，SBR 反應(yīng)器PH控制在8. 5，逐步提高進(jìn)水COD、氨氮、磷負(fù)荷培養(yǎng)好氧顆粒污泥；SBR反應(yīng)器在培養(yǎng)初期通過繼電器設(shè)置厭氧攪拌為lh、好氧曝氣3.證，靜止沉降時(shí)間隨培養(yǎng)時(shí)間梯度縮短，初期為lh，隨顆粒污泥的沉降性能逐級(jí)遞減至Imin ；培養(yǎng)初期采用人工模擬廢水設(shè)置進(jìn)水污染指標(biāo)為COD = 400mg/L、氨氮=50mg/L、磷酸鹽=10mg/L ；成熟后進(jìn)水COD濃度設(shè)定值在200mg/L ；加入氨氮，設(shè)定NH4+_N濃度為50 100mg/L ； 加入磷酸鹽，設(shè)定PO43-濃度為10 20mg/L。
全文摘要
一種利用鳥糞石培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法，屬于水處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。其特征是通過采用定期投加1g/L上述鳥糞石產(chǎn)品，將SBR反應(yīng)器pH控制在8.5，逐步提高進(jìn)水COD、氨氮、磷負(fù)荷培養(yǎng)好氧顆粒污泥。本發(fā)明的效果是鳥糞石為生物提供了良好的生存環(huán)境，其表面的相對(duì)高濃度的游離NH4+抑制了硝化菌，在pH控制在8.5條件下，鳥糞石作為一種載體同時(shí)具有提供微生物附著場(chǎng)所、壓縮污泥雙電層、為顆粒內(nèi)部微生物提供豐富營(yíng)養(yǎng)來源特性，比塑料、海綿等惰性載體具有優(yōu)勢(shì)，從而使顆粒培養(yǎng)周期縮短，顆粒內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)充足，顆粒不易解體凋亡，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)C02F3/12GK102211811SQ20111009783
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者徐曉晨, 楊鳳林, 王國(guó)文, 王棟 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)