CN102211811A - 一种利用鸟粪石培养好氧颗粒污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用鸟粪石培养好氧颗粒污泥的方法，属于水处理设备技术领域。其特征是通过采用定期投加1g/L上述鸟粪石产品，将SBR反应器pH控制在8.5，逐步提高进水COD、氨氮、磷负荷培养好氧颗粒污泥。本发明的效果是鸟粪石为生物提供了良好的生存环境，其表面的相对高浓度的游离NH4+抑制了硝化菌，在pH控制在8.5条件下，鸟粪石作为一种载体同时具有提供微生物附着场所、压缩污泥双电层、为颗粒内部微生物提供丰富营养来源特性，比塑料、海绵等惰性载体具有优势，从而使颗粒培养周期缩短，颗粒内部营养供应充足，颗粒不易解体凋亡，市场应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域，涉及一种在SBR反应器中投加磷酸铵镁(俗称鸟粪石)无机营养载体快速培养具有亚硝化除磷功能的好氧颗粒污泥。
背景技术
好氧颗粒污泥，自上世纪90年代初期首次被日本学者Mishima和Nakamura报道以来，在近年来废水种类复杂、处理难度加大的大背景下，好氧颗粒污泥凭借其诸多优势引起了水处理领域学者的广泛关注，可谓发展迅速。这些优势可归纳如下：
(1)颗粒密实，沉降性良好，可省去二沉池。
(2)颗粒生物种群丰富，高生物量协同作用强，抵抗高负荷冲击能力强。
(3)对反应器形式适应范围广泛，在SBR、SBAR等间歇式反应器中都易培养。
近十几年来，国内外学者主要研究了颗粒污泥的形成及颗粒进化过程、有机负荷强度、脱氮除磷效率、尤其在抗特种毒性废水冲击等方面，颗粒污泥表现优异。虽然好氧颗粒污泥有诸多优势，但限制其在实际污水处理工程中应用的主要原因是培养周期漫长，颗粒成熟周期一般为两个月左右，且成熟后多数颗粒工作一段时间后易凋亡解体。纵观颗粒污泥形成机理的研究，目前厌氧颗粒污泥是由内核引导，类似晶体生长过程，逐步颗粒化的学术观点已达成共识，但好氧颗粒污泥的形成机制仍存争议。例如：Tay等人认为颗粒污泥的形成是一种污泥自絮凝聚集成团的过程，该过程可分为三个发育阶段完成：第一步，水力作用、范德华力使微生物碰撞聚集；第二步，胞外聚合物絮凝游离微生物；第三步，水力剪切力作用，使颗粒成规则形状，也称塑形过程。三个阶段共同作用，通过间歇性排水、沉降时间、置换比，创造一个“生存压力”条件，使在一定沉降时间范围内没有沉降的污泥逐渐被淘洗出反应器，通过此种“压力”，沉降性良好的微生物得以在反应器中生存下来不被淘洗出去。
近几年来，为突破好氧颗粒污泥在实际工程中培养周期较长，颗粒易解体的瓶颈，研究工作主要集中在此。包括投加载体、絮凝剂、成熟颗粒或沉降性良好的菌胶团、调整pH压缩双电层等手段被相继研究报道，这些“外来”颗粒促进物的引进虽然缩短了培养周期，但一定程度上也给培养过程带来了风险，比如絮凝剂的使用，通常使用阳离子絮凝剂来使污泥颗粒化，但多数阳离子官能团对生物有毒害作用。成熟颗粒或成将行良好的菌胶团固然对微生物影响较小，但Liu和Tay的研究表明，这些疏水性的颗粒表面通常是病原性种群，极易使成熟颗粒解体。所以，通过添加载体或引导物来加快污泥颗粒化进程的研究越发得到广泛关注，有学者尝试用载体稳定颗粒，通过启动初期引入载体，使微生物附着于载体之上达到稳定、固化微生物，缩短颗粒污泥培养周期的目的。例如：在颗粒早期形成阶段，Ebrahimi等人用玄武岩作颗粒早期内核，利用玄武岩表面Fe2+和Fe3+浓度差异性成功培养了嗜酸氧化亚铁硫杆菌颗粒，在pH为0.6～1的极端条件冲击下，转化率仍可达145molFe2+/m3h。Lee等人研究了圆柱形活性炭、球形活性炭、沙土以及海绵球对厌氧颗粒污泥形成的影响，结果表明，使用3mm球形活性炭作颗粒污泥载体时，水力停留时间为0.5h，可培养污泥浓度达26g/L的颗粒，且未发现污泥被冲出反应器，污泥附着稳定。Yu等人研究了UASB反应器内投加粉末活性炭和颗粒活性炭作颗粒早期载体，结果表明，不投加载体时厌氧颗粒污泥成熟周期为95天左右，而投加活性炭，颗粒成熟周期仅为30天左右，且粉末活性炭和颗粒活性炭培养的颗粒生物量可达10.1gMLVSS/L、10.2gMLVSS/L，而无早期载体培养的颗粒污泥生物量却仅为9.5gMLVSS/L。国内李善评等人的专利公开了稀土元素在培养好氧颗粒污泥方面的应用，通过对比试验，发现稀土元素有稳定污泥、抑制丝状菌膨胀的作用。可以说，载体或诱导物的添加，缩短了颗粒污泥的培养周期，使好氧颗粒实际应用有了广阔的前景。
鸟粪石，(即磷酸铵镁，分子式：MgNH4PO4·6H2O)，难溶于水，为白色菱形或斜方形晶体，由于近年来磷资源短缺，而磷酸铵镁沉淀法能从废水中回收磷资源，所以该沉淀方法以及结晶获得的鸟粪石产品接下来的利用方法备受关注。鸟粪石含Mg、NH4 +、PO4 3-三种营养组分，故常作为作物缓释肥料，也是水泥、耐火材料等工业原料。0℃时鸟粪石溶解度仅为0.023g/L(常温条件下，溶度积范围为5.05×10-14～4.36×10-10)，所以可将其作为好痒颗粒污泥早起成核的载体(诱导剂)，利用鸟粪石的营养元素搭载微生物，诱导其附着在营养丰富的鸟粪石上，从而可快速培养以鸟粪石为内核的好氧颗粒污泥。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用鸟粪石作为载体，快速培养亚硝化除磷好氧颗粒污泥方法。
本发明的技术方案包括如下步骤：
(1)鸟粪石的制备：用含氨氮和磷废水，投加镁盐，维持废水中Mg2+、PO4 3-、NH4 +三种离子摩尔比例为1∶1∶1，在pH＝9.5条件下搅拌后静置沉淀，期间用5mol/L浓度NaOH维持pH，30分钟后倾去上清液，过滤晾干得平均粒径为80μm的鸟粪石白色晶体，作为载体。
(2)用鸟粪石培养培养亚硝化除磷好氧颗粒污泥：每周向SBR中投加4g上述载体，SBR反应器pH控制在8.5，逐步提高进水COD、氨氮、磷负荷培养好氧颗粒污泥。
采用的反应器如图1所示，为SBR反应器。SBR反应器在培养初期通过继电器设置厌氧搅拌为1h、好氧曝气3.5h，静止沉降时间随培养时间梯度缩短，初期为1h。培养初期可采用人工模拟废水设置进水污染指标为COD＝400mg/L(药品成分为醋酸钠、丙酸钠、葡萄糖等)、氨氮＝50mg/L(药品成分为氯化铵、硫酸铵)、磷酸盐＝10mg/L(药品成分为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾)，并定期补充生物生长所需大量元素铁、钙及微量元素。沉降时间随着颗粒污泥的形成和沉降性能的改善逐渐缩短，起初接种的污泥沉降性较差可设置沉降时间为1h，随后逐级递减至1min(期间的沉降时间设置在反应器不跑泥即可)。
成熟后进水COD浓度设定值在200mg/L；加入氨氮(氯化铵、硫酸氨)，设定NH4 +-N浓度为50～100mg/L；加入磷酸盐(磷酸二氢钾、磷酸氢二钾)，设定PO4 3-浓度为10～20mg/L。
定期监测出水中COD、NH4 +-N、PO4 3-浓度，当COD去除率达80％以上，NH4 +-N去除率达90以上，磷厌氧释放、好氧过量吸收现象明显，出水亚硝氮累积效果良好并能稳定数日，此时提高进水负荷，每次COD、NH4 +-N、PO4 3-浓度提高值为分别为50、20、5mg/L。
30天后，反应器中出现淡黄色颗粒污泥，主要菌种为亚硝化单胞菌，颗粒平均体积粒径为400μm，具有较好的亚硝化除磷能力，随着进水负荷的提高，颗粒在数日内SVI、MLVSS/MLSS、粒径等指标都有所改良，从而使颗粒菌种更为丰富，亚硝化单胞菌生物量也明显增加，70天后，反应器内丝状菌几乎全部被淘洗出反应器，形成的颗粒结构紧凑、密实、机械强度高，颗粒污泥成熟时可立即淘洗出丝状菌以免与颗粒污泥竞争生长，颗粒一周期内对COD、NH4 +-N、PO4 3-去除率分别达到95％、98％、20％，且出水亚硝氮累积效果良好。
本发明的效果和益处是鸟粪石为生物提供了良好的生存环境，其表面的相对高浓度的游离NH4+抑制了硝化菌，在pH控制在8.5条件下，鸟粪石作为一种载体同时具有提供微生物附着场所、压缩污泥双电层、为颗粒内部微生物提供丰富营养来源特性，这些是以往塑料、海绵等惰性载体无法比拟的优势，从而使颗粒培养周期缩短，颗粒内部营养供应充足，颗粒不易解体凋亡。
附图说明
附图是SBR结构示意图。
图中：1磁力搅拌器；2计量泵；3曝气头；4空气泵；5气体流量计；6电磁阀；7双时间继电器器；8液位计；9pH在线控制器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明装置的具体实施例。
实施例：
利用鸟粪石培养亚硝化除磷好氧颗粒污泥
SBR反应器由有机玻璃制成圆柱形，直径10cm、高度60cm、有效容积4L，桶壁设置取样孔，通过液位计8、继电器7、磁力搅拌控制器1、底部曝气头3及电磁阀6控制SBR内进水、搅拌、曝气及排水过程。排水口在反应器底部高25cm处，由电磁阀6控制排水口的通断，置换比为50％。反应周期时间为4.5h，其中进水5min，出水0.5min，颗粒污泥形成阶段沉降时间从1h递减至3min。反应器的曝气量为0.20m3/h，相当于表面气体上升流速为3.6cm/s。反应器在室温下运行。接种未经驯化污泥于反应器中。COD浓度恒定为200mg/L，进水NH4 +-N浓度由50mg/L逐步提高到100mg/L，PO4 3-浓度为10mg/L逐步提高到20mg/L(当NH4 +-N去除率达到98％以上并稳定一周时间，即提高至下一浓度，每次提高值为25mg/L)。反应器内pH值由pH在线控制器投加NaHCO3调节在8.0～8.5范围内。
反应器于第30天开始出现显微镜下可观察到的颗粒污泥；第70天时反应器颗粒呈淡黄色，粒径为800μm且絮状污泥基本全部被淘洗出反应器，反应器稳定运行200天后用于处理磷霉素钠抗生素废水未出现颗粒解体现象。以亚硝化单胞菌为主要菌群的颗粒一周期内对COD、NH4 +-N、PO4 3-去除率分别达到90％、80％、25％，且出水亚硝氮累积效果良好，出水NO3-N处3mg/L以下低值，出水亚硝氮可通过简单短程反硝化过程完成进一步处理。
本发明能够缩短颗粒污泥培养周期，可以有效富集以亚硝化单胞菌形成的密实、不易解体的颗粒污泥，对以往常使用惰性载体培养颗粒污泥的方法提供了一条新的解决途径，使得好氧颗粒污泥工程应用在培养周期的问题瓶颈得以解决，有较好的应用前景。
Claims (1)
1.一种利用鸟粪石培养好氧颗粒污泥的方法，其特征在于如下步骤，
(1)制备平均粒径为80μm的鸟粪石白色晶体；
(2)用鸟粪石培养培养亚硝化除磷好氧颗粒污泥：每周向SBR中投加4g上述载体，SBR反应器pH控制在8.5，逐步提高进水COD、氨氮、磷负荷培养好氧颗粒污泥；
SBR反应器在培养初期通过继电器设置厌氧搅拌为1h、好氧曝气3.5h，静止沉降时间随培养时间梯度缩短，初期为1h，随颗粒污泥的沉降性能逐级递减至1min；培养初期采用人工模拟废水设置进水污染指标为COD＝400mg/L、氨氮＝50mg/L、磷酸盐＝10mg/L；
成熟后进水COD浓度设定值在200mg/L；加入氨氮，设定NH4 +-N浓度为50～100mg/L；加入磷酸盐，设定PO4 3-浓度为10～20mg/L。
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