CN106219741A - 磁性活性炭基好氧颗粒污泥及其培养方法 - Google Patents

磁性活性炭基好氧颗粒污泥及其培养方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥及其培养方法，涉及废水处理领域，改善了活性炭好氧颗粒污泥的污水处理效果，并解决了活性炭不易再生的问题。本发明方法包括：在普通活性污泥污水处理***中加载磁性活性炭进行培养，得到磁性活性炭基好氧颗粒污泥。采用本发明方法培养的磁性活性炭基好氧颗粒污泥具有处理污水效果好及活性炭易分离的优点。

Description

磁性活性炭基好氧颗粒污泥及其培养方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥及其培养方法。
背景技术
好氧颗粒污泥(AGS)是由相互聚集的、多物种的微生物构成的团体，具有自我平衡的能力，被认为是一种特殊的自固定化生物***。相比于传统的普通活性污泥，AGS具有微生物量大、沉降性能好、抗有毒物质、耐冲击负荷等优点，成为污水处理界学者们研究的热点。因此，好氧颗粒污泥技术被认为是目前最有前途的废水生物处理技术之一。近年来，许多研究者对好氧颗粒污泥理化结构特性、形成机理、基础应用等方面开展了大量研究。但目前研究发现AGS的培养条件比较苛刻、形成较慢且稳定运行差，这就大大限制了好氧颗粒污泥技术在工程上的广泛应用。
最近研究表明，在活性污泥***投加粉末活性炭(PAC)有利于形成好氧颗粒污泥，并且能避免因传质阻力引起的好氧颗粒污泥内部***，从水力选择压的角度保证颗粒污泥***的稳定。但是，该项技术存在因粉末活性炭(PAC)再生困难，应用成本高的问题，至今实际应用推广较难，并且活性炭好氧颗粒污泥对于废水处理效果有限，基于环境污水处理需求，急需提高好氧颗粒污泥的处理效果并解决其中活性炭分离回收的问题以便其更广泛的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥及其培养方法，主要目的是提高好氧颗粒污泥处理废水的能力，解决活性炭不易分离的问题。
为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥的培养方法，所述方法包括以下步骤：在普通活性污泥污水处理***中加载磁性活性炭进行培养，得到磁性活性炭基好氧颗粒污泥。
作为优选，所述培养是在活性污泥反应器中进行；所述反应器的反应温度为15℃-30℃，溶解氧DO≥3.0mg/L。
作为优选，所述反应器为序批式运行方式，每天循环2-3个周期，每个周期为480min-720min，其中，每一个周期内的进水时间为5min-10min，曝气时间为240min-700min，沉淀时间为1min-10min，剩余时间为闲置。
作为优选，所述活性污泥反应器内接种的普通活性污泥的体积为所述活性污泥反应器的体积的40％-50％；活性污泥反应器污水处理***内的磁性活性炭的投加量为0.5g/L-3g/L。
作为优选，所述磁性活性炭基好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，形状为球形或椭圆形，粒径为0.5mm-2.5mm。
另一方面，本发明提供了一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥，所述磁性活性炭基好氧颗粒污泥是由上述方法制备得到。
现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提出在普通活性污泥污水处理***中加载磁性活性炭进行培养得到磁性活性炭基好氧颗粒污泥，采用上述磁性活性炭基好氧颗粒污泥可提高其对污水的处理效果。
(2)在活性污泥污水处理***中投加磁性活性炭粉末，可引入微磁场，该微磁场会产生有利的物理效应和生物效应；微磁场的存在使得微生物酶类特别是脱氢酶的活性明显增加，从而增强生物降解的过程。此外，微磁学效应还可以加快好氧活性污泥的硝化速率以及促进污泥的胞外聚合物(EPS)的分泌，从而有利于污泥颗粒化和***的脱氮除磷效果。
(3)磁性活性炭粉末(Fe3O4/PAC)，其中，四氧化三铁(Fe3O4)由于具有的优良磁特性使得它们便于后续磁分离回收吸附或再生，其克服了活性炭分离难的缺点。
附图说明
图1是本发明COD去除率变化曲线图；
图2是本发明氨氮去除率变化曲线图；
图3是本发明总氮去除率变化曲线图
图4是本发明污水总磷去除率变化曲线图；
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
称取定量粒径为80目的粉末活性炭于烧杯中，向烧杯中加入浓硝酸至淹没活性炭，得到第一混合物；将第一混合物放在恒温水浴锅中搅拌1.5小时后再过滤，得到第一滤渣；对滤渣进行水洗，洗除多余的硝酸，得到第二混合物；将第二混合物放入105℃的烘箱中干燥过夜，得到改性粉末活性炭；称取定量的硝酸铁(Fe(NO3)3)并溶于蒸馏水中，再加入质量为活性炭质量2倍的改性粉末活性炭(PAC)，得到第三混合物；对上述第三混合物进行超声振荡，得到第四混合物；对上述第四混合物进行过滤，得到第二滤渣；将上述第二滤渣烘干后再放入管式炉中进行高温煅烧，高温煅烧结束后得到粒径为80目磁性活性炭粉末(Fe3O4/PAC)。
实施例2
称取定量粒径为140目的粉末活性炭于烧杯中，向烧杯中加入浓硝酸至淹没活性炭，得到第一混合物；将第一混合物放在恒温水浴锅中搅拌4小时后再过滤，得到第一滤渣；对滤渣进行水洗，洗除多余的硝酸，得到第二混合物；将第二混合物放入105℃的烘箱中干燥过夜，得到改性粉末活性炭；称取定量的硝酸铁(Fe(NO3)3)并溶于蒸馏水中，再加入质量为活性炭质量6倍的改性粉末活性炭(PAC)，得到第三混合物；对上述第三混合物进行超声振荡，得到第四混合物；对上述第四混合物进行过滤，得到第二滤渣；将上述第二滤渣烘干后再放入管式炉中进行高温煅烧，高温煅烧结束后得到粒径为140目磁性活性炭粉末(Fe3O4/PAC)。
实施例3
本实施例采用实施例2的方法制备得到粒径为200目的磁性活性炭粉末(Fe3O4/PAC)。
实施例4
本实施例采用实施例2的方法制备得到粒径为300目的磁性活性炭粉末(Fe3O4/PAC)。
实施例5
本实施例选取居民区的生活污水作为反应器进水，化学需氧量平均为330.36mg/L，总氮的平均浓度为43.68mg/L，总磷平均进水浓度为2.84mg/L，pH值＝7.5；采用长方体形状的反应器，反应器高1.2m，底面边长0.5m，有效容积为300L；反应器中部和下部均设置了排水口和排泥口；在反应器内接种反应器体积的40％的普通活性污泥(取自航空港污水处理厂一期曝气池)，投加上述实施例1制备的80目磁性活性炭粉末，投加量为1.5g/L；接种后反应器内活性污泥的浓度(MLSS)为4.279g/L，污泥体积指数(SVI)为202.2mL/g；将反应器置于30℃的恒温水浴锅中运行，通过气体转子流量计调节曝气量为0.6L/min，设置一天运行2个周期，每个周期曝气时间为8h，进水5min，排水5min，沉淀时间为5min，其余时间静置；根据反应器实际运行情况定期排出沉降性能不好的污泥；反应器在运行18天后停止运行，得到磁性活性炭基好氧颗粒污泥，标记为2#活性污泥***；
本实施例得到的磁性碳基好氧颗粒污泥颜色为棕黄色，本发明检测好氧污泥颗粒的表面呈颗粒状，且颗粒粒径均匀分布；
将磁性碳基好氧颗粒污泥持续对该类废水进行处理，连续运行150d，对废水总氮的平均去除率达到78.36％，对总磷的去除率达到90％；同时，磁性碳基好氧颗粒污泥结构完整，无明显解体现象，表现出良好的稳定性。
实施例6
本实施例与实施例5的不同之处在于，向普通活性污泥中投加上述实施例2制备的140目磁性活性炭粉末，得到3#活性污泥***。
实施例7
本实施例与实施例5的不同之处在于，向普通活性污泥中投加上述实施例3制备的200目磁性活性炭粉末，得到4#活性污泥***。
实施例8
本实施例与实施例5的不同之处在于，向普通活性污泥中投加上述实施例4制备的300目磁性活性炭粉末，得到5#活性污泥***。
对比例
本对比例与实施例5的不同之处在于，活性污泥***中未添加磁性活性炭粉末，标记为1#活性污泥***。
上述实施例5、6、7、8和对比例采用相同的反应器，并培养活性污泥的条件和运行环境相同，不同之处仅在于向普通活性污泥中加入的磁性活性炭粉末的粒径不同。
上述反应器内的活性污泥***对COD、氨氮、TN、TP的去除效果分别见图1、图2、图3及图4所示。反应器进水COD和氨氮的平均浓度分别为400mg/L与40mg/L，SBR***对氨氮和COD的去除效率较高，在一开始就保持在90％左右，随着污泥的颗粒化，去除率提高到95％左右，其中3#、4#反应器内氨氮的去除效率都较其他反应器内高一点，但相差不是很大；由于加入的活性炭不是有机物质，对COD和氨氮的去除效率提高并没有明显的影响，只有略微的提高。刚接种污泥时，反应器内的TP的去除效率在30％左右，随着反应器的运行，污泥的颗粒化，总磷的去除效率逐步提高，1#提高到45％左右，2#提高到50％左右，3#与4#反应器内的总磷去除效率达到了80％，5#提高到75％左右；同时总氮的去除效率1#、2#由刚接种污泥时的40％左右提高到50％左右，3#与4#提高到75％左右，5#内总氮的去除效率提高到65％左右，出水水质都能达到排放的标准。
由上述1#、2#、3#、4#和5#活性污泥的参数对比可知，3#和4#活性污泥的除污效果最好，即采用粒径为140目和200目的磁性活性炭粉末得到活性污泥***除污能力最好。
以上实验方法表明在活性污泥中加入一定粒径的磁性活性炭可提高SBR***的除污性能，一部分是因为活性炭的吸附性能提高了污染物的去除效率，另一原因是因为以磁性活性炭为晶核的颗粒污泥形成了好氧-厌氧的空间，能实现同步的脱氮除磷效果。同时颗粒污泥内的微生物将污染物转化成自身所需要的营养物质，提供自身的生长，反应器内污泥浓度增加，污染物减少。
采用本发明思路设计制备的磁性活性炭基好氧颗粒污泥具有以下优点：
(1)本发明提出在普通活性污泥污水处理***中加载磁性活性炭进行培养得到磁性活性炭基好氧颗粒污泥，采用上述磁性活性炭基好氧颗粒污泥可提高其对污水的处理效果。
(2)在活性污泥污水处理***中投加磁性活性炭粉末，可引入微磁场，该微磁场会产生有利的物理效应和生物效应；微磁场的存在使得微生物酶类特别是脱氢酶的活性明显增加，从而增强生物降解的过程。此外，微磁学效应还可以加快好氧活性污泥的硝化速率以及促进污泥的胞外聚合物(EPS)的分泌，从而有利于污泥颗粒化和提高***的脱氮除磷效果。
(3)磁性活性炭粉末(Fe3O4/PAC)复合材料具有超顺磁性能，在外加磁场的作用下，可以有效回收，达到重复利用的目的；第二，由于投加的磁性粉末活性炭具有污泥颗粒化“成核”的作用，有利于好氧颗粒污泥的快速形成，并且磁性活性炭基好氧颗粒污泥的稳定性增强；第三，由于活性炭的吸附性能和铁氧体的微磁生物效应，从而达到强化污水脱氮除磷的效果；其中，四氧化三铁(Fe3O4)由于具有的优良磁特性使得它们便于后续磁分离回收吸附或再生，其克服了活性炭分离难的缺点。
以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在普通活性污泥污水处理***中加载磁性活性炭进行培养，得到磁性活性炭基好氧颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述的一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述培养是在活性污泥反应器中进行；所述反应器的反应温度为15℃-30℃，溶解氧DO≥3.0mg/L。
3.根据权利要求2所述的一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述活性污泥反应器内接种的普通活性污泥的体积为所述活性污泥反应器的体积的40％-50％；活性污泥反应器污水处理***内的磁性活性炭投加量为0.5g/L-3g/L。
4.根据权利要求1所述的一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述磁性活性炭基好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，形状为球形或椭圆形，粒径为0.5mm-2.5mm。
5.一种磁性活性炭基好氧颗粒污泥，其特征在于，所述磁性活性炭基好氧颗粒污泥是由权利要求1-4任一项所述的方法制备得到。
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