CN113697939A

CN113697939A - 一种自然条件下好氧颗粒污泥就地储存及其***快速重启的方法

Info

Publication number: CN113697939A
Application number: CN202111003859.4A
Authority: CN
Inventors: 王弘宇; 陈荣帆
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2021-08-30
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2041-08-30
Also published as: CN113697939B

Abstract

本发明公开了一种自然条件下好氧颗粒污泥(AGS)就地储存及其***快速重启的方法。就地储存方法如下：采用圆柱形序批式反应器(SBR)运行AGS***，储存时，待AGS沉降后关闭所有运行操作，使其在无扰动、室温下原地厌氧储存。所述储存方法不对颗粒污泥进行任何处理，且对储存环境没有任何要求，能够显著降低费用。快速重启方法通过高有机负荷短期刺激，大幅度提升碳氮比和碳磷比，快速促进AGS中包括硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在内的多种功能微生物恢复活性，随后进水中添加H₂O₂塑造和强化AGS的颗粒结构，抵消高有机负荷对AGS颗粒结构的负面影响。本发明方法在好氧颗粒污泥自然条件下就地储存8个月后，可在7～10天内快速恢复好氧颗粒污泥***脱氮除磷的性能。

Description

一种自然条件下好氧颗粒污泥就地储存及其***快速重启的方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种自然条件下好氧颗粒污泥就地储存及其***快速重启的方法。

背景技术

20世纪以来，随着人口的大幅增加和经济的高速发展，导致我国水资源污染严重，水环境日益恶化，为减少人类活动对水资源的污染，污水排放标准日趋严格，这对污水处理技术提出了较高的要求。传统的污水处理工艺多依赖于絮状活性污泥，该处理工艺存在占地面积大、处理周期长、建设和运行成本较高、产生大量剩余污泥等问题，因此如何进一步提高污水处理效率、降低运行成本已成为水处理界亟待解决的重要课题。颗粒污泥理论和技术的出现则为活性污泥处理工艺的研究和发展提供了新的思路和方向。好氧颗粒污泥是在一定条件下由微生物自凝聚形成的特殊结构的生物聚集体，其结构致密、沉降性能优良、生物量大、能耐受高有机负荷，与传统的活性污泥工艺相比，好氧颗粒污泥技术在处理效果、成本、工艺占地等方面都具有明显的优势。

目前好氧颗粒污泥技术普遍存在颗粒化周期较长的缺陷，这也成为了制约该技术在实际工程推广应用的主要瓶颈。将储存后的颗粒污泥作为接种污泥，有望突破这一瓶颈限制，然而为尽可能的使好氧颗粒污泥在储存过程中保持活性，现有的好氧颗粒污泥储存方式主要为低温冷藏或冷冻保存、干燥脱水保存、固体培养基保存等，操作复杂，成本较高，不利于好氧颗粒污泥技术在实际工程中的推广和应用，此外，长时间储存后的颗粒污泥可能会丧失结构稳定性和生物活性。因此，亟需寻求一种操作简便、成本低廉的好氧颗粒污泥储存方法和促进好氧颗粒污泥快速恢复结构性稳定性和生物活性的方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种自然条件下好氧颗粒污泥就地储存及其***快速重启的方法。本发明采用在自然条件下就地储存好氧颗粒污泥的方式，好氧颗粒污泥无需任何处理，也无需对储存环境进行任何控制，大大降低了储存成本，提高了实际工程应用的可行性；通过高有机负荷短期刺激以及H₂O₂抑制活性恢复期间丝状菌大量繁殖，大大缩短了好氧颗粒污泥***长期储存的重启周期，促进生物活性快速恢复的同时强化了颗粒污泥的结构稳定性。

本发明提供的技术方案为：

本发明第一方面提供一种自然条件下好氧颗粒污泥就地储存的方法，包括以下步骤：

(1)好氧颗粒污泥储存前正常运行：

将好氧颗粒污泥(ASG)置于反应容器中进模拟人工废水，采用厌氧/好氧/缺氧模式周期性运行，待成熟AGS***处理的出水水质保持稳定；其中每个周期包括进水、厌氧、曝气、缺氧、沉降和排水工序；

所述模拟人工废水以乙酸钠为唯一碳源，COD浓度为150～300mg/L，以氯化铵为氮源，NH₄ ⁺-N浓度为15～40mg/L，以磷酸二氢钾为磷源，PO₄ ^3--P浓度为2～5mg/L，此外添加以下元素液CaCl₂ 8～12mg/L，MgSO₄·7H₂O 8～12mg/L，FeCl₃ 0.8～1.0mg/L，H₃BO₃0.10～0.20mg/L，KI 0.16～0.20mg/L，CuSO₄·5H₂O 0.02～0.05mg/L，MnCl₂·4H₂O 0.04～0.08mg/L，ZnSO₄·7H₂O 0.10～0.14mg/L，CoCl₂·6H₂O 0.12～0.16mg/L，Na₂Mo₇O₂₄·4H₂O0.04～0.08mg/L，EDTA8～12mg/L，pH 7～8；

(2)好氧颗粒污泥储存：待步骤(1)完成后，关闭所有运行操作，AGS沉积在反应器底部，污泥上部形成20～30cm高度的水封，在无扰动、常温的自然条件下，原地储存好氧颗粒污泥。

进一步，所述步骤(1)中，每个周期运行4～8h，包括进水1～3min，厌氧90～180min，曝气60～100min，缺氧120～200min，沉降2～5min，排水5～10min。优选的，每个周期运行6h，包括进水2min，厌氧120min，曝气90min，缺氧141min，沉降2min，排水5min。

进一步，所述步骤(1)中厌氧/好氧/缺氧模式周期性运行至少5天，AGS反应器性能稳定后可随时进行储存。

进一步，所述反应容器换水比为50％，上部进水，底部曝气。优选的，反应容器为圆柱形序批式反应器(SBR)，有效容积为1.5～3.0L，高径比为3～5，优选的有效容积为2.2L，高径比为3；模拟人工废水通过潜水泵从反应器上部进水，进水水位高度一半处设出水口，换水比为50％；曝气阶段由气泵从反应器底部进行曝气。

进一步，所述模拟人工废水以乙酸钠为唯一碳源，COD浓度为200～250mg/L，以氯化铵为氮源，NH₄ ⁺-N浓度为20～25mg/L，以磷酸二氢钾为磷源，PO₄ ^3--P浓度为3～4mg/L，此外添加以下元素液CaCl₂ 10mg/L，MgSO₄·7H₂O 10mg/L，FeCl₃ 0.9mg/L，H₃BO₃ 0.15mg/L，KI0.18mg/L，CuSO₄·5H₂O 0.03mg/L，MnCl₂·4H₂O 0.06mg/L，ZnSO₄·7H₂O 0.12mg/L，CoCl₂·6H₂O 0.15mg/L，Na₂Mo₇O₂₄·4H₂O 0.06mg/L，EDTA 10mg/L，pH 7～8。

进一步，所述步骤(1)中成熟好氧颗粒的MLSS为7000～8500mg/L，SVI₃₀为25～30mL/g。

本发明第二方面提供第一方面所述方法储存的好氧颗粒污泥快速重启的方法，包括以下步骤：首次进水并进行短暂搅拌，待泥水搅拌均匀后紧接着沉降后出水，重复上述步骤直至出水澄清无色；配制高碳源废水，以乙酸钠为唯一碳源，COD浓度为800～1200mg/L，其余组分与储存中步骤(1)一致，进高碳源废水采用厌氧/好氧/缺氧模式周期性运行；高有机负荷运行至***恢复活性，再将进水水源调整至与步骤(1)一致，并添加H₂O₂，按上述运行模式运行至活性完全恢复。

进一步，所述首次进水的水源可选自步骤(1)的模拟人工废水、普通自来水或高碳源废水。首次进水无水质要求，对储存后的污泥起到清洗作用即可，配制的高碳源废水是进出水清洗2～4次后的进水水源，一开始就用高碳源废水进行清洗也是可以的。

进一步，所述重启过程中，每个周期运行4～8h，包括进水1～3min，厌氧90～180min，曝气60～100min，缺氧120～200min，排水5～10min，其中沉降时间根据好氧颗粒污泥沉降性能恢复情况调整。优选的，每个周期运行6h，包括进水2min，厌氧120min，曝气90min，139～141min。

进一步，所述重启过程中，高有机负荷运行时间为7～10d。

进一步，所述重启过程中，H₂O₂浓度为1～3‰(V/V)，运行时间为3～5d。优选的，H₂O₂浓度为1‰(V/V)。

进一步，在储存或重启过程中，厌氧、曝气、缺氧工序的溶解氧浓度分别控制为0.10～0.20mg/L、4～6mg/L、0.3～0.5mg/L，曝气工序曝气速率为200～400mL/min。

进一步，在储存或重启过程中，厌氧、曝气和缺氧工序搅拌的转速为200～300r/min。

相对于现有技术，本发明的增益效果在于：

(1)本发明采用就地储存方式在自然条件下(不控制储存温度，湿度)将好氧颗粒污泥成功储存187天，证明了常温自然储存好氧颗粒污泥的可行性，从而避免了现有储存技术将颗粒污泥从反应***中分离出来进行储存前处理的繁琐步骤，不仅大大降低了储存费用，而且对推动好氧颗粒污泥技术的实际工程应用具有重要意义。

(2)本发明通过短期高有机负荷进水刺激生物活性快速恢复和后续添加H₂O₂强化重新活化后的好氧颗粒污泥的颗粒状结构，在快速恢复好氧颗粒污泥***去除有机物和脱氮除磷性能的同时能很好地维持颗粒污泥的结构稳定性，保持良好的沉降性能。

附图说明

图1为实施例1中所述好氧颗粒污泥储存前的电子显微图(4×10倍)。

图2为实施例1中所述好氧颗粒污泥储存187天后的电子显微图(4×10倍)。

图3为实施例2中所述好氧颗粒污泥活性恢复后的电子显微图(4×10倍)。

图4为实施例1中储存前正常运行和实施例2中***重启期间的COD处理效果。

图5为实施例1中储存前正常运行和实施例2中***重启期间的NH₄ ⁺-N处理效果。

图6为实施例1中储存前正常运行和实施例2中***重启期间的TP处理效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

下述实施例中，好氧颗粒污泥由城市污水处理厂常规的絮状活性污泥培养而来，SVI₃₀为22～28mL/g，SOUR为30～38mgO₂/(gMLVSS·h)，COD、TN、TP的去除率分别为90～100％、70～85％和89～99％。

实施例1

一种自然条件下好氧颗粒污泥的就地储存方法，包括如下步骤：

(1)好氧污泥颗粒储存前正常运行：

将好氧颗粒污泥置于反应容器中进模拟人工废水，采用厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)模式周期性运行53天，成熟AGS***处理的出水水质保持长期稳定；每天运行4个周期，每周期运行6h，其中包括进水2min，厌氧120min，曝气90min，缺氧141min，沉降2min，排水5min。反应在圆柱形序批式反应器(SBR)中进行，有效容积为2.2L，高径比为3；模拟人工废水通过潜水泵从反应器上部进水，进水水位高度一半处设出水口，换水比为50％；曝气阶段由气泵从反应器底部进行曝气。

模拟人工废水：以乙酸钠为唯一碳源，COD浓度为200～250mg/L，以氯化铵为氮源，NH₄ ⁺-N浓度为20～25mg/L，以磷酸二氢钾为磷源，PO₄ ^3--P浓度为3～4mg/L，此外添加以下元素液CaCl₂ 10mg/L，MgSO₄·7H₂O 10mg/L，FeCl₃ 0.9mg/L，H₃BO₃ 0.15mg/L，KI 0.18mg/L，CuSO₄·5H₂O 0.03mg/L，MnCl₂·4H₂O 0.06mg/L，ZnSO₄·7H₂O 0.12mg/L，CoCl₂·6H₂O0.15mg/L，Na₂Mo₇O₂₄·4H₂O 0.06mg/L，EDTA 10mg/L，pH 7～8。

(2)好氧颗粒污泥储存：待SBR反应器完成最后一个运行周期后，关闭所有运行操作包括进水、厌氧搅拌、好氧曝气、缺氧搅拌、沉降出水等，好氧颗粒污泥未经过任何处理，自由沉降在反应器底部，污泥上部形成30cm高度的水封，在无扰动、常温和厌氧的条件下原地储存187天。

好氧颗粒污泥在储存前后的理化性质见表1，由表中信息可知，储存后的好氧颗粒污泥MLSS为3850mg/L，SVI₅为48.25mL/g，与储存前相比，储存后的污泥浓度与沉降性能均有所下降，这与其他储存方式的储存效果类似，这是由于好氧颗粒污泥在储存期间长期处于饥饿状态，在该状态下，微生物存在以胞外聚合物为碳源和营养物质进行分解利用的抵御机制，导致部分颗粒污泥发生解体，影响颗粒污泥的结构密实性。此外，营养基质长期匮乏的环境会对微生物的代谢活性造成损害，储存后的好氧颗粒污泥比好氧速率(SOUR)为18.44mgO₂/(gMLSS·h)，相比于储存前降低了46.71％。

好氧颗粒污泥储存前后的电子显微图分别如图1和图2所示，从图中可以看出，储存前的好氧颗粒污泥呈黄褐色椭圆状，边缘光滑清晰，颗粒状结构完整且密实。自然条件下储存后的好氧颗粒污泥呈淡黄色，部分好氧颗粒污泥出现解体现象，视野中可见絮状或解体后的颗粒污泥碎片，但绝大多数好氧颗粒污泥仍维持良好的球形立体结构。

表1

实施例2

实施例1就地长期储存后的好氧颗粒污泥快速恢复活性的方法，包括如下步骤：

首次进水并进行短暂搅拌，待泥水搅拌均匀后紧接着沉降后出水，重复2～4次直至出水澄清无色；配制高碳源废水，以乙酸钠为唯一碳源，COD浓度为900mg/L，其余组成与实例1中步骤(1)一致，进高碳源废水采用厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)模式运行，每天运行4个周期，每周期运行6h，包括进水2min，厌氧120min，曝气90min，缺氧139～141min，沉降2～5min，排水5min，其中沉降时间根据好氧颗粒污泥沉降性能恢复情况而调整；高有机负荷运行10天***恢复活性后将进水水源调整至与步骤(1)一致，并添加1‰(V/V)的H₂O₂，按上述运行模式运行5天，随后停止添加，好氧颗粒污泥***恢复正常运行。

好氧颗粒污泥***重启期间对COD、NH₄ ⁺-N、TP去除性能的恢复情况分别如图4、图5和图6所示，从图中可以看出，好氧颗粒污泥***恢复运行第一天对COD、NH₄ ⁺-N的去除率分别为68.52％和32.67％，而出水的TP浓度比进水高，这可能是由于储存期间部分解体颗粒污泥中微生物凋亡后释放出的磷，导致***中较高的磷浓度。在随后的活性恢复期间，好氧颗粒污泥***对COD、NH₄ ⁺-N、TP的去除性能不断恢复，出水中COD、NH₄ ⁺-N和TP的浓度大幅降低，其中NH₄ ⁺-N的处理效果在第5天时就能恢复至储存前的水平，TP的处理效果则在第9天后也能恢复到储存前的水平。第15天时好氧颗粒污泥的SOUR为32.09mgO₂/(gMLVSS·h)，接近储存前水平，表明好氧颗粒污泥活性已恢复完成，***成功实现快速重启。重新恢复活性后的好氧颗粒污泥电子显微图如图3所示，与图2相比，图3中的颗粒污泥结构更加密实，且无絮状泥或解体的颗粒污泥碎片出现，表明好氧颗粒污泥虽然遭受短期高有机负荷的胁迫，但在H₂O₂的调整下，成功在快速恢复生物活性的同时维持了良好的颗粒状结构，使得沉降性能也恢复至储存前的优异水平(表1)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，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所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自然条件下好氧颗粒污泥就地储存的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)好氧颗粒污泥储存前正常运行：

将好氧颗粒污泥AGS置于反应容器中进模拟人工废水，采用厌氧/好氧/缺氧模式周期性运行，待AGS***处理的出水水质保持稳定；其中每个周期包括进水、厌氧、曝气、缺氧、沉降和排水工序；

所述模拟人工废水以乙酸钠为唯一碳源，COD浓度为150～300mg/L，以氯化铵为氮源，NH₄ ⁺-N浓度为15～40mg/L，以磷酸二氢钾为磷源，PO₄ ^3--P浓度为2～5mg/L，此外添加以下元素液CaCl₂ 8～12mg/L，MgSO₄·7H₂O 8～12mg/L，FeCl₃ 0.8～1.0mg/L，H₃BO₃0.10～0.20mg/L，KI 0.16～0.20mg/L，CuSO₄·5H₂O 0.02～0.05mg/L，MnCl₂·4H₂O 0.04～0.08mg/L，ZnSO₄·7H₂O 0.10～0.14mg/L，CoCl₂·6H₂O 0.12～0.16mg/L，Na₂Mo₇O₂₄·4H₂O 0.04～0.08mg/L，EDTA8～12mg/L，pH 7～8；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，每个周期运行4～8h，包括进水1～3min，厌氧90～180min，曝气60～100min，缺氧120～200min，沉降2～5min，排水5～10min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中厌氧/好氧/缺氧模式周期性运行至少5天，AGS反应器性能稳定后可随时进行储存。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应容器换水比为50％，上部进水，底部曝气。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中成熟好氧颗粒的MLSS为7000～8500mg/L，SVI₃₀为25～30mL/g。

6.权利要求1所述方法储存的好氧颗粒污泥快速重启的方法，其特征在于，包括以下步骤：首次进水并进行短暂搅拌，待泥水搅拌均匀后紧接着沉降后出水，重复上述步骤直至出水澄清无色；配制高碳源废水，以乙酸钠为唯一碳源，COD浓度为800～1200mg/L，其余组分与储存中步骤(1)一致，进高碳源废水采用厌氧/好氧/缺氧模式周期性运行；高有机负荷运行至***恢复活性，再将进水水源调整至与步骤(1)一致，并添加H₂O₂，按上述运行模式运行至活性完全恢复。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述重启过程中，每个周期运行4～8h，包括进水1～3min，厌氧90～180min，曝气60～100min，缺氧120～200min，排水5～10min，其中沉降时间根据好氧颗粒污泥沉降性能恢复情况调整。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述重启过程中，高有机负荷运行时间为7～10d。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述重启过程中，H₂O₂浓度为1～3‰(V/V)，运行时间为3～5d。

10.根据权利要求1或权利要求6所述的方法，其特征在于：在储存或重启过程中，厌氧、曝气、缺氧工序的溶解氧浓度分别控制为0.10～0.20mg/L、4～6mg/L、0.3～0.5mg/L，曝气工序曝气速率为200～400mL/min。