CN109399876B

CN109399876B - 一种具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法

Info

Publication number: CN109399876B
Application number: CN201710702284.2A
Authority: CN
Inventors: 孙井梅; 王冬; 李檬
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2023-09-15
Anticipated expiration: 2037-08-16
Also published as: CN109399876A

Abstract

本发明公开了一种具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法，包括以下步骤：从污水处理厂取来剩余污泥，将好氧污泥进行沉降；将固定化后的AQDS颗粒加入罐体，将沉降后的污泥注入罐体中，向罐体中连续流注入培养液，分三阶段对污泥进行驯化；定期取出AQDS颗粒进行重新氧化。本发明填补了腐殖酸还原能力活性污泥驯化方法的空白，连续流供应培养液，防止底物浓度波动过大，从而保持装置稳定运行，将AQDS固定化，实现了AQDS循环利用，大幅节约了驯化成本，利用造纸工业废水作为培养液，具有处理废水和节约成本两方面的优点，装置简单，运行管理方便。

Description

一种具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法

技术领域

本发明属于底泥生化处理技术领域，具体来说涉及一种具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法。

背景技术

底泥的原位修复技术分为物理、化学与生物三大类。常用的修复技术有生态清淤技术、原位覆盖技术、植物修复、微生物菌剂修复、化学药剂修复等。这些技术虽然短期内效果明显，但长期保持效果不理想，另外引入过多化学药剂或外源微生物对水体生态环境可能存在一些潜在威胁。

具有腐殖酸还原能力的活性污泥富含腐殖酸还原菌，腐殖酸还原菌是一类具有腐殖式呼吸能力的微生物，广泛存在于有机物含量丰富的土壤、水体和沉积物中，能够以腐殖质及腐殖质模式物AQDS为唯一电子受体，氧化多种有机物并支持菌体生长。腐殖质广泛分布于土壤、水体和沉积物中，含量丰富且能稳定存在，不仅在有机和无机化合物的生物降解过程中起到重要作用，对有毒污染环境同样表现出较强耐受性，还可作为末端电子受体，促进有机质的厌氧生物氧化。因此，驯化具有腐殖酸还原能力活性污泥有利于促进水环境中重金属及有机污染物的降解，对于受污染水体、河道沉积物的原位修复具有重要意义。

目前存在的只有腐殖酸还原菌的培养方法，是在已有腐殖酸还原菌菌种的情况下的扩增技术，是将少量菌种快速培养出大量菌，但对于如何从剩余污泥中驯化出具有腐殖酸还原能力活性污泥的方法的研究仍为空白。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法。

本发明是通过下述技术方案予以实现的。

一种驯化装置，包括：罐体、曝气管道、第一管路和曝气池，所述罐体为一上端敞口的腔体，在所述罐体的下端形成有一第一开口，所述第一管路与所述第一开口连通且在该第一管路上安装有一蠕动泵；

在所述罐体的敞口上安装有一三相分离器，在所述三相分离器下方的罐体侧壁上从下至上依次形成有第二开口和第三开口，所述曝气池为一密封的腔体，所述曝气池通过第二管路与所述第二开口连通并通过第三管路与所述第三开口连通，在位于所述第二开口下方且靠近该第二开口的所述罐体内壁固装有一水平的承托板，所述承托板上形成有多个小孔；在位于所述承托板与所述第一开口之间的罐体内壁上固装有一水平的布水板，所述布水板上形成有多个布水孔；所述曝气池上形成有曝气口，所述曝气管道通过所述曝气口伸入至所述曝气池中的液面下，所述曝气口的内壁与所述曝气管道的外壁之间形成有缝隙；所述三相分离器包括：壳体、气体导管和位于该壳体中的集气罩，所述壳体为一下端敞口的腔体，所述壳体上形成有出水口，所述集气罩位于所述壳体内，所述气体导管的一端位于所述罐体外，另一端与所述集气罩连通，用于将该集气罩收集的气体排出。

在上述技术方案中，所述承托板的边缘与所述罐体内壁无缝连接。

在上述技术方案中，所述布水板的边缘与所述罐体内壁无缝连接。

在上述技术方案中，所述壳体的内径大于所述罐体的内径。

在上述技术方案中，在所述第一开口和第二开口之间的罐体侧壁上形成有一取样口。

在上述技术方案中，在所述第三管路上安装有泵。

基于上述驯化装置的具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法，包括以下步骤：

1)第一驯化阶段：将黄色的固定化AQDS颗粒加入罐体中，将污泥混合液通过第一开口注入罐体中，打开出水口，再通过该第一开口向所述罐体中通入培养液直至该培养液从所述出水口排出形成流化状态，保持该流化状态220～250小时，停止通入培养液并关闭第一开口；其中，当所述培养液在所述罐体中上升时，该培养液的上升流速为0.10～0.15m/h；

所述污泥混合液的制备方法为：将剩余污泥进行沉降，以使该剩余污泥的MLSS(混合液污泥浓度)达到8000～15000mg/L，得到所述污泥混合液；

所述固定化AQDS颗粒的制备方法为：将AQDS粉末加入至海藻酸钠溶液中均匀混合，得到混合溶液，将所述混合溶液滴入至过量的氯化钙溶液中，得到的小球即为所述固定化AQDS颗粒，其中，所述海藻酸钠溶液的质量百分浓度为1.5～2％，所述氯化钙溶液的质量百分浓度为3.5～4％，所述AQDS粉末在所述海藻酸钠溶液中的质量浓度为0.4～0.5％，所述污泥混合液的体积与所述AQDS颗粒中AQDS粉末的质量的比为1:20，其中，质量的单位为g，体积的单位为L；

在所述步骤1)中，所述剩余污泥的沉降时间为22～25小时。

在所述步骤1)中，注入所述罐体内污泥混合液中污泥的质量与该罐体的容量的比为(10～20)：1，其中，质量的单位为g，容量的单位为L。

2)第二驯化阶段：打开出水口，通过所述第一开口向所述罐体中通入培养液直至该培养液从所述出水口排出形成流化状态，保持该流化状态220～250小时，停止通入培养液并关闭第一开口；其中：当所述培养液上升时，该培养液在所述罐体中的上升流速为0.2～0.21m/h；

3)第三驯化阶段：打开出水口，通过所述第一开口向所述罐体中通入培养液直至该培养液从所述出水口排出形成流化状态，保持该流化状态220～250小时，停止通入培养液并关闭第一开口，完成驯化；其中，当所述培养液上升时，该培养液在所述罐体中的上升流速为0.3～0.31m/h；

在所述步骤1)～3)中，所述培养液为COD含量1800～2000mg/L的液体；当固定化AQDS颗粒被还原成橙红色的AH₂QDS时，进行AQDS循环操作，所述AQDS循环操作为：关闭第一开口停止通入培养液，使所述罐体自然沉降直至泥水界面降至所述承托板的下方，打开第二开口，将橙红色的AH₂QDS通过所述第二开口从所述罐体中排至曝气池，对所述曝气池进行曝气处理，以使AH₂QDS被氧化成黄色的固定化AQDS颗粒；再通过所述曝气管向所述曝气池内通入氮气，以除去所述曝气池中的氧气；通过第三开口将所述曝气池中的黄色的固定化AQDS颗粒重新引入至所述罐体中，打开第一开口继续向所述罐体中通入培养液。

在上述技术方案中，进行AQDS循环操作的时间为在第一～第三驯化阶段的第115～120小时以及在第一驯化阶段和第二驯化阶段的第220～249小时。

在上述技术方案中，氮气的通气量为0.5～1.0m³/h，通气时间为0.5～1h。

在上述技术方案中，所述曝气处理为：通过所述曝气管道向所述曝气池内通入氧气，氧气的通气量为0.5～1.0m³/h，通气时间为0.5～1h。

在上述技术方案中，所述培养液的PH为6.8～7.2。

在上述技术方案中，所述第一驯化阶段中培养液的水力停留时间为15～20小时，所述第二驯化阶段中培养液的水力停留时间为10h，所述第三驯化阶段中培养液的水力停留时间为7h。

上述驯化方法在提高污泥腐殖酸还原能力中的应用，将AQDS还原率为15％以下的污泥的AQDS还原率提高至大于等于80％。

相比于现有技术，本发明填补了腐殖酸还原能力活性污泥驯化方法的空白，连续流供应培养液，防止罐体中底物浓度时而丰富时而匮乏，减小波动，从而保持装置稳定运行，提高驯化效率；将AQDS固定化，实现了AQDS循环利用，大幅节约了驯化成本；利用造纸工业废水作为培养液，具有处理废水和节约成本两方面的优点；装置简单，成本低，容易操作，运行管理方便。

附图说明

图1为本发明的驯化装置的结构示意图。

其中，1为出水口，2为承托板，3为蠕动泵，4为气体导管，5为集气罩，6为第三开口，7为第二开口，8为取样口，9为布水板，10为第一开口，11为曝气池，12为罐体，13为泵。

具体实施方式

在本发明的具体实施方式中，污泥混合液的制备方法为：将来自市政污水处理厂二沉池剩余污泥(好氧)进行沉降，沉降24小时，排出部分上清液，以使该剩余污泥的MLSS(混合液污泥浓度，mixed liquid suspended solids)达到14160mg/L，得到污泥混合液。

所述具有腐殖酸还原能力的活性污泥中，富含腐殖酸还原菌，腐殖酸还原菌是一类具有腐殖式呼吸能力的微生物，广泛存在于有机物含量丰富的土壤、水体和沉积物中，能够以腐殖质及腐殖质模式物AQDS为唯一电子受体，氧化多种有机物并支持菌体生长。固定化AQDS颗粒的制备方法为：将AQDS粉末加入至海藻酸钠溶液中均匀混合，得到混合溶液，用注射器将混合溶液滴入至过量的氯化钙溶液中，得到的小球即为固定化AQDS颗粒，其中，海藻酸钠溶液的质量百分浓度为2％，氯化钙溶液的质量百分浓度为4％，AQDS粉末在海藻酸钠溶液中的质量浓度为0.5％，污泥混合液的体积与AQDS颗粒中AQDS粉末的质量的比为1:20，其中，质量的单位为g，体积的单位为L(即每升污泥混合液需使用20gAQDS粉末)；在本发明的技术方案中，AQDS粉末名称为蒽醌-2、6-双磺酸钠，是一种腐殖酸模式物，购自梯希爱(上海)化成工业发展有限公司；所述AH2QDS为还原态的蒽醌-2、6-双磺酸钠。

在本发明的具体实施方式中，为了提高废物利用率，培养液采用造纸工业废水，取自造纸厂中段废水，该类废水特点是废水量大，COD高，废水中的纤维悬浮物多，而且存在含硫化合物、含氮化合物，腐殖酸还原菌中包括大量硫酸盐还原菌，废水中的硫化物可得到有效处理并且有利于腐殖酸还原菌的驯化。使用时将将培养液的COD稀释至2000mg/L，调节pH至7。

下面结合附图对本发明的具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法进行详细说明。

如附图1所示，包括：罐体12、曝气管道(图中未示出)、第一管路和曝气池11，罐体为一上端敞口的腔体，在罐体的下端形成有一第一开口10，第一管路与第一开口连通且在该第一管路上安装有一蠕动泵3，用于使经过第一管路的液体和污泥通过第一开口通入管体中。

在罐体的敞口上安装有一三相分离器，三相分离器包括：壳体、气体导管4和位于该壳体中的集气罩5，壳体为一下端敞口的腔体(壳体的敞口与管体的敞口无缝连接)，壳体上形成有出水口1，集气罩位于壳体内，气体导管的一端位于罐体外，另一端与集气罩连通，用于将该集气罩收集的气体排出。

在三相分离器下方的罐体侧壁上从下至上依次形成有第二开口7和第三开口6，曝气池为一密封的腔体，曝气池通过第二管路与第二开口连通并通过第三管路与第三开口连通，在位于第二开口下方且靠近该第二开口的罐体内壁固装有一水平的承托板2，用于承托固定化AQDS颗粒，承托板的边缘与罐体内壁无缝连接，承托板上形成有多个小孔(小孔的孔径小于固定化AQDS颗粒)；为了提高均匀性，在位于承托板与第一开口之间的罐体内壁上固装有一水平的布水板9，布水板的边缘与罐体内壁无缝连接，布水板上形成有多个布水孔；

曝气池上形成有曝气口，曝气管道通过曝气口伸入至曝气池中的液面下，曝气口的内壁与曝气管道的外壁之间形成有缝隙，用于使该曝气池内气压为大气压。

壳体的内径大于罐体的内径。

作为优选，在第一开口和第二开口之间的罐体侧壁上形成有一取样口8。

在第三管路上安装有泵13。

罐体的内径0.4～0.6m，罐体总高度1.5～2.5m，高径比为4:1。

在本发明的具体实施方式中，上述驯化装置的罐体有效容积为0.3m³；其中，驯化区有效容积0.24m³，三相分离器有效容积0.06m³。

1)第一驯化阶段：将黄色的固定化AQDS颗粒通过第二开口(此时将第二管路从第二开口上取下)加入罐体中，根据沉降后污泥MLSS测量结果，在蠕动泵的驱动下将195L污泥混合液经过第一管路且通过第一开口注入罐体中，打开出水口，在蠕动泵的驱动下再通过该第一开口向罐体中通入培养液直至该培养液从出水口排出形成流化状态，保持该流化状态240小时，停止通入培养液并关闭第一开口；其中，第一驯化阶段中培养液的水力停留时间为15～20小时，当培养液在罐体中上升时，调节蠕动泵，使该培养液的上升流速为0.15m/h；

在步骤1)中，注入罐体内污泥混合液中污泥的质量与该罐体的容量的比为10：1，其中，质量的单位为g，容量的单位为L。

2)第二驯化阶段：打开出水口，通过第一开口向罐体中通入培养液直至该培养液从出水口排出形成流化状态，保持该流化状态240小时，停止通入培养液并关闭第一开口(此时，关闭蠕动泵)；其中：第二驯化阶段中培养液的水力停留时间为10h，当培养液上升时，调节蠕动泵，使该培养液在罐体中的上升流速为0.2m/h；

3)第三驯化阶段：打开出水口，通过第一开口向罐体中通入培养液直至该培养液从出水口排出形成流化状态，保持该流化状态240小时，停止通入培养液并关闭第一开口，完成驯化，打开第一开口，收集驯化后的活性污泥；其中，第三驯化阶段中培养液的水力停留时间为7h，当培养液上升时，调节蠕动泵，使该培养液在罐体中的上升流速为0.3m/h；

在步骤1)～3)中，当固定化AQDS颗粒被还原成橙红色的AH₂QDS时(即其中包埋的AQDS已经被还原为AH2QDS)，进行AQDS循环操作，在本发明的具体实施方式中，进行AQDS循环操作的时间为在第一驯化阶段、第二驯化阶段和第三驯化阶段的第120小时以及在第一驯化阶段和第二驯化阶段的第220小时。

AQDS循环操作为：关闭第一开口停止通入培养液，使罐体内液固混合物自然沉降直至其泥水界面降至承托板的下方(本实施例中沉降时间为2小时)，打开第二开口，将橙红色的AH₂QDS通过第二开口从罐体中排至曝气池，对曝气池进行曝气处理，以使AH₂QDS重新被氧化成黄色的固定化AQDS颗粒，实现了AQDS的循环利用；曝气处理为：通过曝气管道向曝气池内通入氧气，氧气的通气量为0.5m³/h，通气时间为1h。再通过曝气管向曝气池内通入氮气，以除去曝气池中的氧气；氮气的通气量为0.5m³/h，通气时间为1h。在泵(图中未示出)的驱动下，通过第三开口将曝气池中的黄色的固定化AQDS颗粒重新引入至罐体中，打开第一开口继续向罐体中通入培养液。

在本发明的具体实施方式中，在第一驯化阶段中，当出水口开始出水时，从取样口取出20mL混合液，加入80mL测试培养液中，测试培养液含有1mmol/L的AQDS和1mmol/L柠檬酸钠(溶剂为去离子水)，混匀后静置，使用分光光度计在450nm下测定上清液中还原产物AH2QDS的变化，每2小时测定一次，连续测12h，得到初始AQDS还原率为9％，表明此时污泥的腐殖酸还原能力较弱。

在第三驯化阶段结束后，从取样口8取出20mL混合液，加入80mL测试培养液中，测试培养液含有1mmol/L的AQDS和1mmol/L柠檬酸钠(溶剂为去离子水)，混匀后静置，使用分光光度计在450nm下测定上清液中还原产物AH2QDS的变化，每2小时测定一次，连续测12h，得到AQDS还原率为85％，表明在第三驯化阶段结束后此时污泥的腐殖酸还原能力强于驯化前。

根据本发明技术方案中参数的调整，均可达到与上述实施例一致的性质，即将AQDS还原率为15％以下的污泥的AQDS还原率提高至大于等于80％。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims

1.基于驯化装置的具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）第一驯化阶段：将黄色的固定化AQDS颗粒加入罐体（12）中，将污泥混合液通过第一开口（10）注入罐体（12）中，打开出水口（1），再通过该第一开口（10）向所述罐体（12）中通入培养液直至该培养液从所述出水口（1）排出形成流化状态，保持该流化状态220~250小时，停止通入培养液并关闭第一开口（10）；其中，当所述培养液在所述罐体（12）中上升时，该培养液的上升流速为0.10~0.15m/h；

所述污泥混合液的制备方法为：将剩余污泥进行沉降，以使该剩余污泥的MLSS达到8000~15000mg/L，得到所述污泥混合液；

所述固定化AQDS颗粒的制备方法为：将AQDS粉末加入至海藻酸钠溶液中均匀混合，得到混合溶液，将所述混合溶液滴入至过量的氯化钙溶液中，得到的小球即为所述固定化AQDS颗粒，其中，所述海藻酸钠溶液的质量百分浓度为1.5~2%，所述氯化钙溶液的质量百分浓度为3.5~4%，所述AQDS粉末在所述海藻酸钠溶液中的质量浓度为0.4~0.5%，所述污泥混合液的体积与所述AQDS颗粒中AQDS粉末的质量的比为1:20，其中，质量的单位为g，体积的单位为L；

2）第二驯化阶段：打开出水口（1），通过所述第一开口（10）向所述罐体（12）中通入培养液直至该培养液从所述出水口（1）排出形成流化状态，保持该流化状态220~250小时，停止通入培养液并关闭第一开口（10）；其中：当所述培养液上升时，该培养液在所述罐体（12）中的上升流速为0.2~0.21m/h；

3）第三驯化阶段：打开出水口（1），通过所述第一开口（10）向所述罐体（12）中通入培养液直至该培养液从所述出水口（1）排出形成流化状态，保持该流化状态220~250小时，停止通入培养液并关闭第一开口（10），完成驯化；其中，当所述培养液上升时，该培养液在所述罐体（12）中的上升流速为0.3~0.31m/h；

所述驯化装置，包括罐体（12）、曝气管道、第一管路和曝气池（11），所述罐体（12）为一上端敞口的腔体，在所述罐体（12）的下端形成有一第一开口（10），所述第一管路与所述第一开口（10）连通且在该第一管路上安装有一蠕动泵（3）；

在所述罐体（12）的敞口上安装有一三相分离器，在所述三相分离器下方的罐体（12）侧壁上从下至上依次形成有第二开口（7）和第三开口（6），所述曝气池（11）为一密封的腔体，所述曝气池（11）通过第二管路与所述第二开口（7）连通并通过第三管路与所述第三开口（6）连通，在位于所述第二开口（7）下方且靠近该第二开口（7）的所述罐体（12）内壁固装有一水平的承托板（2），用于承托固定化AQDS颗粒，承托板的边缘与罐体内壁无缝连接，所述承托板（2）上形成有多个小孔，小孔的孔径小于固定化AQDS颗粒；在位于所述承托板（2）与所述第一开口（10）之间的罐体（12）内壁上固装有一水平的布水板（9），所述布水板（9）上形成有多个布水孔；所述曝气池（11）上形成有曝气口，所述曝气管道通过所述曝气口伸入至所述曝气池（11）中的液面下，所述曝气口的内壁与所述曝气管道的外壁之间形成有缝隙；

所述三相分离器包括：壳体、气体导管（4）和位于该壳体中的集气罩（5），所述壳体为一下端敞口的腔体，所述壳体上形成有出水口（1），所述集气罩（5）位于所述壳体内，所述气体导管（4）的一端位于所述罐体（12）外，另一端与所述集气罩（5）连通，用于将该集气罩（5）收集的气体排出；所述承托板（2）的边缘与所述罐体（12）内壁无缝连接，所述布水板（9）的边缘与所述罐体（12）内壁无缝连接；所述壳体的内径大于所述罐体（12）的内径，在所述第一开口（10）和第二开口（7）之间的罐体（12）侧壁上形成有一取样口（8），在所述第三管路上安装有泵（13）；

在所述步骤1）~3）中，所述培养液为COD含量1800~2000mg/L的液体；当固定化AQDS颗粒被还原成橙红色的AH₂QDS时，进行AQDS循环操作，所述AQDS循环操作为：关闭第一开口（10）停止通入培养液，使所述罐体（12）自然沉降直至泥水界面降至所述承托板（2）的下方，打开第二开口（7），将橙红色的AH₂QDS通过所述第二开口（7）从所述罐体（12）中排至曝气池（11），对所述曝气池（11）进行曝气处理，以使AH₂QDS被氧化成黄色的固定化AQDS颗粒；再通过所述曝气管道向所述曝气池（11）内通入氮气，以除去所述曝气池（11）中的氧气；通过第三开口（6）将所述曝气池（11）中的黄色的固定化AQDS颗粒重新引入至所述罐体（12）中，打开第一开口（10）继续向所述罐体（12）中通入培养液。

2.根据权利要求1所述的基于驯化装置的具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法，其特征在于，在所述步骤1）中，所述剩余污泥的沉降时间为22~25小时；注入所述罐体（12）内污泥混合液中污泥的质量与该罐体（12）的容量的比为（10~20）：1，其中，质量的单位为g，容量的单位为L。

3.根据权利要求1所述的基于驯化装置的具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法，其特征在于，进行AQDS循环操作的时间为在第一~第三驯化阶段的第115~120小时以及在第一驯化阶段和第二驯化阶段的第220~249小时。

4.根据权利要求3所述的基于驯化装置的具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法，其特征在于，氮气的通气量为0.5~1.0m³/h，通气时间为0.5~1h。

5.根据权利要求4所述的基于驯化装置的具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法，其特征在于，所述曝气处理为：通过所述曝气管道向所述曝气池（11）内通入氧气，氧气的通气量为0.5~1.0m³/h，通气时间为0.5~1h，所述培养液的PH为6.8~7.2。

6.根据权利要求5所述的基于驯化装置的具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法，其特征在于，所述第一驯化阶段中培养液的水力停留时间为15~20小时，所述第二驯化阶段中培养液的水力停留时间为10h，所述第三驯化阶段中培养液的水力停留时间为7h。

7.根据权利要求1所述的基于驯化装置的具有腐殖酸还原能力活性污泥的驯化方法，其特征在于，将AQDS还原率为15%以下的污泥的AQDS还原率提高至大于等于80%。