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用于低濃度廢水的耐負荷波動性好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法

文檔序號:4840664閱讀:248來源:國知局
專利名稱:用于低濃度廢水的耐負荷波動性好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于廢水生物處理領(lǐng)域,涉及一種用于低濃度廢水的耐負荷波動性好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法。
背景技術(shù)
自上世紀以來,隨著全球人口數(shù)量的急劇增加以及工業(yè)化生產(chǎn)的飛速發(fā)展,水污染的日益嚴重已經(jīng)逐漸威脅到了人類的生存與發(fā)展,因此水污染的防控與處理技術(shù)應(yīng)勢而起,應(yīng)用也日漸廣泛。生物降解法是去除廢水中有機物最經(jīng)濟、最有效的方法,其中活性污泥法應(yīng)用最為廣泛,但因存在著以下主要缺點而制約了進一步的發(fā)展1、由于絮狀活性污泥沉降性能差,曝氣池中污泥濃度、容積負荷小,為了維持曝氣池較高的濃度的活性污泥, 常常需要從二沉池中回流污泥,增加了污水處理的能耗;2、剩余污泥量大、污泥難以沉降, 需要額外的沉降池和污泥濃縮池,構(gòu)筑物占地面積大、基建投資高、運行成本高,其中污泥處理成本占總運行成本的1/3 1/2 ;3、多數(shù)生物處理系統(tǒng)同時脫氮除磷效果差,需要采用 SBR、Α/Α/0等工藝,污水處理工藝流程長。近年來,隨著科技水平的提高,污水生物處理領(lǐng)域不斷發(fā)展進步,涌現(xiàn)出大量高效的新興技術(shù)。其中,好氧顆粒污泥技術(shù)日益成為廢水生物處理方法中的研究熱點。相比傳統(tǒng)的生物處理方法,好氧顆?;勰嗉夹g(shù)具有生物致密、比重大、沉降速度快等特點,有利于反應(yīng)器中固液相分離、可大大縮小或省去用于處理系統(tǒng)中污泥的二沉池,并且可使反應(yīng)器中保持有較高的污泥濃度和容積負荷,同時保證了出水的水質(zhì)。另外,好氧顆粒污泥具有微生物種群多樣性的特點,在降解有機碳的同時,具有同步脫氮除磷的功能。與傳統(tǒng)的活性污泥法相比,好氧顆粒污泥技術(shù)的應(yīng)用可簡化工藝流程、減少污水處理系統(tǒng)的容積和占地面積、降低投資和運行成本。好氧顆粒污泥的以上特性和優(yōu)勢引起了污水處理研究者的極大興趣和關(guān)注。近20 年來,國內(nèi)外對好氧顆粒污泥的培養(yǎng)條件、形成機理、結(jié)構(gòu)特性及降解功能等進行了大量研究,取得了許多研究成果。好氧顆粒污泥具有獨特的外形及結(jié)構(gòu),因此其形成對于外界環(huán)境的要求較為嚴格,各種針對反應(yīng)器構(gòu)型的研究也相繼出現(xiàn)。專利CN101941760A培養(yǎng)好氧顆粒污泥的裝置及其專用反應(yīng)器、專利CN2725285Y用于好氧顆粒污泥培養(yǎng)及其研究的自動化序批式反應(yīng)裝置、專利CN20192388IU—種好氧顆粒污泥污水處理裝置、專利CN201485326U固定化顆粒污泥好氧反應(yīng)器和專利CN201520671U基于工程化應(yīng)用的好氧顆粒污泥培養(yǎng)一體化方形裝置,都是以序批式好氧反應(yīng)器為雛形改造而成,基本原理大同小異,即均由進水系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、反應(yīng)器主體、排水排泥系統(tǒng)和控制系統(tǒng)幾部分所組成,利用序批式反應(yīng)器自身運行特點實現(xiàn)對于沉降性能優(yōu)異的好氧顆粒污泥的篩選富集,然而缺點也是共同存在的,間歇式的操作運行方式使其在實際應(yīng)用過程中必須配以額外的蓄水池以儲存外界源源不斷產(chǎn)生的大量廢水?;谶@一問題,專利CN101898850A—種用于黃連素制藥廢水處理的連續(xù)流好氧顆粒污泥膜生物反應(yīng)器則采用了連續(xù)流技術(shù),可以實現(xiàn)對于廢水的不間斷處理,但其單一的處理對象制約了其進一步的發(fā)展。專利CN201386041Y —種好氧顆粒污泥膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)將生物處理方法中的好氧顆粒污泥技術(shù)與膜生物反應(yīng)器技術(shù)進行了的結(jié)合,兼顧了兩種技術(shù)的優(yōu)勢,但在實際運行中仍然存在一定程度的膜污染問題。與此同時,人們還研究了不同的操作運行方式對好氧顆粒污泥形成的影響。專利 CN101948168A 一種分步進水運行模式培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法、專利CN101928067A —種好氧反硝化顆粒污泥的培養(yǎng)方法、專利CN101468849A利用負荷調(diào)控技術(shù)快速培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法和專利CN101648746A —種好氧顆粒污泥的優(yōu)化培養(yǎng)方法,均屬于通過對系統(tǒng)操作工藝的調(diào)控以期實現(xiàn)針對污泥馴化過程中不同階段分別進行控制的目的,但由于污泥自身成分復(fù)雜多樣,而以上幾種方法都只針對一種接種污泥進行了研究,無法證明其通用可行性。此外,由于目前環(huán)境中存在的廢水種類繁多,而為了得到針對性較強的處理工藝, 人們還進行了由不同基質(zhì)對于好氧顆粒污泥馴化的相關(guān)研究。專利CN101450829A利用好氧顆粒污泥去除水中甲苯的方法、專利CN101935013A—種以2,4-二氯苯氧乙酸為替代碳源的降解氯酚好氧顆粒污泥培養(yǎng)方法和專利CN1834029A —種硝基酚降解好氧污泥顆粒化方法分別對三種普遍存在于工業(yè)廢水中的難降解物質(zhì)為基質(zhì)培養(yǎng)好氧顆粒污泥,去除效果較好。但實際的廢水除了成分較為復(fù)雜之外還存在著負荷波動難以預(yù)料的特點,上述方法均未涉及針對耐負荷波動工藝的研究。從好氧顆粒污泥被首次發(fā)現(xiàn)至今,這個領(lǐng)域的研究時間不過20年,對于好氧顆粒污泥培養(yǎng)階段的影響因素和運行條件的研究還不夠深入,很多方面還存在較大的爭議。并且對于低負荷下好氧顆粒污泥系統(tǒng)的研究更是罕有報道,對其影響的因素和條件是否與培養(yǎng)啟動時相同也并不確定。專利CN201010297458. X公開了一種適用于低濃度生活污水的好氧顆粒污泥培養(yǎng)方法。該方法包括補料運行和低負荷運行兩個階段,首先將絮狀活性污泥接種到反應(yīng)器中, 補充易降解碳源,在COD (化學(xué)需氧量)為600 800mg/L的條件下,采用進水-曝氣-沉淀-排水的序批式運行模式培養(yǎng)活性污泥至半成熟或成熟狀態(tài)的好氧顆粒污泥后,再采用進水-曝氣-沉淀-閑置-排水的序批式運行模式以COD為140 350mg/L低濃度生活污水繼續(xù)進行低負荷馴化和培養(yǎng)。該方法低負荷運行階段COD與補料階段COD相差較大,過程相對較為繁瑣。此外,采用該方法培養(yǎng)好氧顆粒污泥的時間為50 70天,且需要外加葡萄糖、蔗糖、淀粉和乙酸鈉等易降解碳源,生產(chǎn)成本較高。因此,針對目前存在的低濃度有機廢水負荷波動強等問題,需要開發(fā)一種所需培養(yǎng)時間短,且成本低廉的適用于低濃度污水的耐負荷波動性好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種用于低濃度廢水的耐負荷波動性好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法。該方法通過特定的反應(yīng)器構(gòu)型以及運行工藝,在低有機質(zhì)濃度廢水條件下,短期內(nèi)成功培養(yǎng)得到了活性高、波動耐受力強的好氧顆粒污泥。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種用于低濃度廢水的耐負荷波動性好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法,包括
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步驟A,將污泥接種到反應(yīng)器中,經(jīng)空載曝氣培養(yǎng)、沉降及排放上清液,獲得好氧活性污泥;步驟B,將培養(yǎng)液加入載有好氧活性污泥的反應(yīng)器,曝氣培養(yǎng),獲得好氧顆粒污泥;步驟C,對反應(yīng)器中好氧顆粒污泥進行耐負荷波動性馴化,獲得耐負荷波動性好氧顆粒污泥;其中,步驟B中所述培養(yǎng)液的COD為100 500mg/L。根據(jù)本發(fā)明,步驟B所述培養(yǎng)液包括模擬廢水和/或營養(yǎng)元素。其中,所述模擬廢水按照BOD TN TP (B0D :生化需氧量;TN:總氮;TP :總磷)為100 (5 50) (I 5)的比例配制。所述營養(yǎng)元素包括金屬元素和/或非金屬元素。在本發(fā)明的一個實施例中,所述金屬元素選自以一種或多種價態(tài)存在的Zn、Fe、 Mo、Co、Na、K、Cu、Ni、Mn、Ca、Al、Mg金屬離子中的一種或多種;所述非金屬元素選自氯離子、 醋酸根、硫酸根、磷酸根、銨根中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明方法,步驟B包括初運行階段和顆粒形成階段,在這兩個階段中,反應(yīng)器均按照進水-曝氣-沉降-出水-閑置的方式自動運行。在本發(fā)明的一個實施例中,在所述初運行階段中,反應(yīng)器的一個運行周期為2 12h,其中,進水O. 5 lOmin,曝氣90 690min,沉降I 30min,出水O. 5 5min,閑置I IOmin,每天運行2 12個周期;模擬廢水的初始加入量為反應(yīng)器有效容積的30 60%,在之后的運行過程中,每個運行周期按照沉降過程反應(yīng)器的容積交換率補充I次模擬廢水, 此階段沉降過程反應(yīng)器的容積交換率為30 60% ;營養(yǎng)元素的添加是從第一個運行周期開始,按照I 50ml/L模擬廢水的量,每5個運行周期添加一次,以此方式運行5 15天。在所述顆粒形成階段中,將初運行階段的沉降過程中反應(yīng)器容積交換率調(diào)整至 40 70%,此階段沉降時間設(shè)定為O. 4 20min,以此方式運行5 15天。沉淀時間不同意味著反應(yīng)器對微生物水力選擇壓不同,縮短沉降時間有利于將沉淀性能較差的絮狀污泥淘洗出去,實現(xiàn)顆粒污泥的選擇性培養(yǎng)。好氧顆粒污泥的培養(yǎng)過程中,伴隨著初運行階段顆粒污泥的出現(xiàn),污泥的沉降性能逐漸改善,進入顆粒形成階段后,縮短沉降時間的同時,通過增加沉降過程中的反應(yīng)器容積交換率來調(diào)整沉降高度,從而進一步富集篩選得到的顆粒污泥。在對步驟B中所獲得的好氧顆粒污泥進行耐負荷波動性馴化過程中,步驟C以與步驟B的顆粒形成階段相同的方式及條件運行,并采用縮短饑餓期時間的方法對好氧顆粒污泥進行耐負荷波動性馴化。所述縮短饑餓期時間是通過一步、多步或逐步縮短曝氣時間的方式進行的,其初始曝氣時間為90 690min,最終曝氣時間為80 680min。根據(jù)本發(fā)明方法,在采用多步或逐步縮短曝氣時間的方式進行好氧顆粒污泥馴化的過程中,每一個曝氣時間下的馴化期為I 12個運行周期。在采用逐步縮短曝氣時間的方式進行好氧顆粒污泥馴化的過程中,曝氣時間遞減梯度為I 60min/次。好氧顆粒污泥培養(yǎng)過程中,微生物的活動、繁衍在運行周期中從時間上可以分為 “飽食期”和“饑餓期”兩個階段飽食期屬于底物吸附、降解階段,該階段內(nèi),在運行周期初始階段加入的底物主要在以下兩個過程的作用下濃度持續(xù)降低,分別是①污泥自身的吸附作用;②污泥中微生物將底物合成中間貯能物質(zhì)并進一步降解的作用,該階段持續(xù)時間較短。本發(fā)明中所述“饑餓期”屬于營養(yǎng)匱乏階段,該階段內(nèi),反應(yīng)器混合液中已無底物可用,微生物轉(zhuǎn)而利用在“飽食期”合成的中間貯能物質(zhì)。在“饑餓期”,一方面細菌疏水性變強,由此可促進細菌間的相互接觸和粘連,有利于形成結(jié)構(gòu)緊湊的顆粒污泥;但是另一方面,耐低營養(yǎng)等特點的絲狀菌群的生成會在反應(yīng)器內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢,影響顆粒的緊密度、沉降性能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此,通過一步、多步或逐步縮短曝氣時間的方法將“饑餓期”時間縮短并控制在一個較佳的范圍內(nèi),有利于穩(wěn)態(tài)好氧顆粒污泥系統(tǒng)的沉降性能,從而實現(xiàn)好氧顆粒污泥的耐負荷波動性馴化。好氧顆粒污泥的形成對于水力剪切力以及溶氧(DO)濃度具有很高的要求。保持反應(yīng)器中有較高的剪切力有利于好氧顆粒污泥的形成和穩(wěn)定,剪切力的大小可以通過表面上升氣流速度來表示,并且在一定范圍內(nèi)氣流速度越高,形成的顆粒外形越規(guī)則,結(jié)構(gòu)更緊湊。溶解氧濃度是顆粒污泥生長的限制因素,溶解氧濃度過低,氧氣傳質(zhì)受到影響,污泥內(nèi)部將過早處于缺氧甚至厭氧狀態(tài)而無法形成緊密穩(wěn)定的核心,進而抑制污泥顆粒的進一步增大。因此,在曝氣過程中,步驟B和步驟C中所述曝氣過程的曝氣量為25 2000L/h。 在步驟B和步驟C中,反應(yīng)器內(nèi)的表面氣速為O. I 8. 6cm/s,系統(tǒng)的溶氧濃度維持在I 9mg/L, pH 為 6. 5 7. 5。根據(jù)本發(fā)明方法,在步驟A中,污泥接種量為5 15g/L,曝氣量為25 2000L/h, 曝氣時間為3 72h,沉降時間為30 60min。該過程中,對污泥進行曝氣可以將污泥中氨氣、硫化氫等物質(zhì)吹脫殆盡,例如,使污泥脫除異味,同時,培養(yǎng)污泥的好氧活性。根據(jù)本發(fā)明方法,所述反應(yīng)器的高徑比為I 15 I。本發(fā)明中,各種水質(zhì)指標檢測方法均依照國家標準進行。其中,BOD的測定采用稀釋與接種法;C0D檢測方法為快速消解分光光度法,所用儀器為哈希DRB200快速消解器和哈希RD1010比色儀;氨氮檢測方法為納氏試劑分光光度法,所用儀器為SpeCtrum752型紫外分光光度計;總磷檢測方法采用鑰酸銨分光光度法;顆粒粒徑采用國家統(tǒng)一標準篩按照篩分法測定;污泥體積指數(shù)(SVI)根據(jù)其定義進行測定,即SVI =混合液30min靜沉后污泥容積(mL)/污泥干重(g)。本發(fā)明在研究了好氧顆粒污泥培養(yǎng)和穩(wěn)定運行的影響因素和運行條件的基礎(chǔ)上, 分析了不同條件下好氧顆粒污泥系統(tǒng)的運行效果,以及顆粒污泥的物化性質(zhì)等方面的差異,通過特定的反應(yīng)器構(gòu)型以及運行工藝在短期內(nèi)成功培養(yǎng)得到了活性高、波動耐受力強的好氧顆粒污泥。本發(fā)明屬于好氧顆粒污泥技術(shù),占地面積小、處理能力強、剩余污泥少。采用其他工藝馴化得到好氧顆粒污泥通常需要2 4個月,而根據(jù)本發(fā)明方法可將普通活性污泥在一個月之內(nèi)馴化成好氧顆粒污泥,大幅縮短了整個工藝的啟動時間;培養(yǎng)出的好氧顆粒具有良好的沉降性,污泥體積指數(shù)(SVI)穩(wěn)定在70以下,最低可以達到25,顆粒粒徑較大,在 O. 5 3mm之間,可長時間處理C0D1000mg/L以下的低濃度廢水。本發(fā)明方法的處理對象主要為市政廢水,如餐廚廢水、生活污水等;發(fā)酵廢水,如淀粉廢水、檸檬酸廢水、釀酒廢水、味精廢水等;此外,還有醫(yī)藥廢水、皮革廢水、印染廢水、 高鹽氨氮廢水,以及石化企業(yè)生產(chǎn)廢水等,其主要水質(zhì)情況見表I。
表I廢水主要水質(zhì)情況
權(quán)利要求
1.一種用于低濃度廢水的耐負荷波動性好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法,包括步驟A,將污泥接種到反應(yīng)器中,經(jīng)空載曝氣培養(yǎng)、沉降及排放上清液,獲得好氧活性污泥;步驟B,將培養(yǎng)液加入載有好氧活性污泥的反應(yīng)器,曝氣培養(yǎng),獲得好氧顆粒污泥;步驟C,對反應(yīng)器中好氧顆粒污泥進行耐負荷波動性馴化,獲得耐負荷波動性好氧顆粒污泥;其中,步驟B中所述培養(yǎng)液的COD為100 500mg/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于步驟B所述培養(yǎng)液包括模擬廢水和/或營養(yǎng)元素;其中,所述模擬廢水按照BOD TN TP為100 (5 50) (I 5)的比例配制;所述營養(yǎng)元素包括金屬元素和/或非金屬元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于步驟B包括初運行階段和顆粒形成階段, 在這兩個階段中,反應(yīng)器均按照進水-曝氣-沉降-出水-閑置的方式自動運行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于在所述初運行階段中,反應(yīng)器的一個運行周期為2 12h,其中,進水O. 5 lOmin,曝氣90 690min,沉降I 30min,出水O. 5 5min,閑置I IOmin,每天運行2 12個周期;模擬廢水的初始加入量為反應(yīng)器有效容積的30 60%,在之后的運行過程中,每個運行周期按照沉降過程反應(yīng)器的容積交換率補充I次模擬廢水,此階段沉降過程反應(yīng)器的容積交換率為30 60% ;營養(yǎng)元素的添加是從第一個運行周期開始,按照I 50ml/L模擬廢水的量,每5個運行周期添加一次,以此方式運行5 15天;在所述顆粒形成階段中,將初運行階段的沉降過程中反應(yīng)器容積交換率調(diào)整至40 70%,此階段沉降時間設(shè)定為O. 4 20min,以此方式運行5 15天。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于步驟C以與步驟B的顆粒形成階段相同的方式及條件運行,并采用縮短饑餓期時間的方法對好氧顆粒污泥進行耐負荷波動性馴化; 所述縮短饑餓期時間是通過一步、多步或逐步縮短曝氣時間的方式進行的,其初始曝氣時間為90 690min,最終曝氣時間為80 680min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于在采用多步或逐步縮短曝氣時間的方式進行好氧顆粒污泥馴化的過程中,每一個曝氣時間下的馴化期為I 12個運行周期;在采用逐步縮短曝氣時間的方式進行好氧顆粒污泥馴化的過程中,曝氣時間遞減梯度為I 60min/次。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3 6中任意一項所述的方法,其特征在于步驟B和步驟C中所述曝氣過程的曝氣量為25 2000L/h。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于在步驟B和步驟C中,反應(yīng)器內(nèi)的表面氣速為O. I 8. 6cm/s,系統(tǒng)的溶氧濃度維持在I 9mg/L, pH為6. 5 7. 5。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于在步驟A中,污泥接種量為5 15g/L,曝氣量為25 2000L/h,曝氣時間為3 72h,沉降時間為30 60min。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于所述反應(yīng)器的高徑比為I 15 I。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于低濃度廢水的耐負荷波動性好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法。該方法通過特定的反應(yīng)器構(gòu)型以及運行工藝,在低濃度廢水中,短期內(nèi)成功培養(yǎng)得到了活性高、負荷波動耐受力強的好氧顆粒污泥。該好氧顆粒污泥適用于有機負荷較低的污水,且可以克服其負荷波動性強等問題。
文檔編號C02F3/12GK102583721SQ201210062589
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者代雅潔, 劉鑫, 蘇海佳, 譚天偉 申請人:北京化工大學(xué)
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