專利名稱：一種修復絲狀膨脹好氧顆粒污泥的方法
技術領域：
本發明屬于環境保護與資源綜合-水污染防治技術領域，涉及一種解決新型廢水處理技術好氧顆粒污泥發生絲狀膨脹的方法。具體而言，涉及一種利用補料及特定運行條件選擇性富集菌膠團菌的策略修復已發生絲狀膨脹好氧顆粒污泥的方法。該方法廣泛適用于處理城鎮或者農村排放的各種形式的生活污水以及其他易生物降解的有機廢水的好氧顆粒污泥工藝。
背景技術：
生物處理是水污染控制的主要技術手段。傳統活性污泥法處理系統普遍占地面積大，建設成本高，剩余污泥量大，運行費用高。好氧顆粒污泥是由微生物自凝聚形成的、在減小水力剪切的情況下不會發生絮凝的一種特殊形式的生物膜。相對于普通活性污泥和傳統生物膜，好氧顆粒污泥具備結構致密、生物量大、沉降性能優異、抗有毒有害物質沖擊負荷 能力強等優點。因此，好氧顆粒污泥技術作為一種新型的廢水生物處理工藝，在生活污水和工業廢水處理中具有很好的應用前景。作為一種沉降性能良好的高活性微生態系統，微生物顆粒的存在使反應器有較高濃度的生物相，對于提高反應器的處理能力，改善出水水質，確保反應器高效穩定運行有著重要的意義。但目前好氧顆粒污泥工藝運行穩定性尚不盡人意，好氧顆粒污泥絲狀膨脹現象時常發生；特別是在處理葡萄糖、檸檬酸、普通生活污水等容易生物降解的有機廢水時，更容易導致好氧顆粒污泥絲狀菌過度生長。一旦發生好氧顆粒污泥絲狀膨脹，顆粒污泥的沉降性能開始下降，隨之造成生物量流失，并最終導致好氧顆粒污泥解體或者消失。因此，如何解決好氧顆粒污泥廢水生物處理工藝中的顆粒污泥絲狀膨脹問題，從而提高該工藝的運行穩定性，對好氧顆粒污泥工藝能否在實際工程中大范圍推廣和應用至關重要。在好氧顆粒污泥培養過程中，已有研究和專利表明可通過采取一些措施來防止絲狀膨脹發生、強化好氧顆粒污泥形成和穩定，如李曉明等2009年通過添加鎂離子強化好氧顆粒污泥的形成以及穩定；申請號為200610069502. 5的申請專利《稀土元素在好氧顆粒污泥培養以及控制污泥膨脹中的應用》表明可通過向序批式反應器中定期投加稀土元素來促進好氧顆粒污泥形成并抑制污泥膨脹；申請號為200910309565. 7的申請專利《好氧顆粒污泥穩定性優化方法》提出通過構建功能性絲狀真菌菌群來提高好氧顆粒污泥穩定性。上述方法主要是針對如何在好氧顆粒污泥形成過程中預防絲狀膨脹發生以及強化顆粒污泥穩定性，但是在好氧顆粒污泥長期運行過程中，成熟的顆粒污泥很容易受到各種操作參數、水質、氣溫等因素變化的影響，導致絲狀菌過量生長，發生膨脹現象。所以，如何對已經開始發生絲狀膨脹的好氧顆粒污泥進行有效修復、重建緊實致密結構、恢復良好運行狀態仍有待研究和開發。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的上述不足之處，提出一種針對已發生絲狀膨脹好氧顆粒污泥進行修復的方法。該方法有助于解決好氧顆粒污泥絲狀膨脹問題，實現好氧顆粒污泥廢水處理系統長期有效運行具有重要的實踐意義。本發明的特征在于從“菌膠團菌和絲狀菌競爭關系”這一新的視野和角度來考慮，提出了針對這兩類微生物的不同生長特性，通過提供有利于菌膠團菌生長繁殖的培養條件，使已發生絲狀膨脹的好氧顆粒污泥中的菌膠團菌能夠在與絲狀菌的生長競爭中獲勝，抑制顆粒污泥中絲狀菌占主導的趨勢，平衡顆粒污泥中的菌膠團菌和絲狀菌分布，從而恢復好氧顆粒污泥良好的穩定結構和沉降性能。本發明針對已發生絲狀膨脹的好氧顆粒污泥，采用以下技術方案進行修復首先是通過補料提高好氧顆粒污泥反應器的進水濃度及污泥負荷。向原有廢水中補充添加易降解碳源，使進水化學需氧量(COD)濃度調整到1000-1500mg/L，所采用的易降解碳源優選乙酸鈉和葡萄糖中的至少一種。除了添加易降解碳源外，還需添加氮磷，保證碳氮比(C N)在6. 7-10之間，碳磷比(C P)等于100。 所述的原有廢水包括城鎮或者農村排放的各種形式的生活污水以及其他易生物降解的有機廢水。通常COD濃度小于600mg/L。所述的已發生絲狀膨脹的好氧顆粒污泥是指通過肉眼或者是鏡檢發現存在大量絲狀菌，且污泥體積指數(SVI)大于50ml/g的顆粒污泥。然后，好氧顆粒污泥反應器采用進水-曝氣-沉淀-排水的序批式運行模式，運行周期根據好氧顆粒污泥反應器中的生物量來決定，保證待修復的好氧顆粒污泥的污泥負荷(F/M)在I. 0-1. 5g COD/g SS d之間(例如，好氧顆粒污泥的生物量為4g SS/L，且進水COD為1000mg/L，則運行周期為2_3h)。其中進水5-lOmin，沉降3_7min，排水5-lOmin，其余為曝氣時間。曝氣量為4-7L/min，反應器選用高徑比為(5-14) I的柱狀好氧顆粒污泥培養反應器，反應器容積交換率控制在50-90%，pH值在7. 0-7. 5之間，溫度20-25°C。本發明具體作用機理為好氧顆粒污泥發生絲狀膨脹本質上是因為顆粒大粒徑結構會對傳質產生一定的影響，特別是在低底物濃度和低溶氧的情況下。底物和溶氧擴散進入顆粒污泥內部的速率小于該處微生物消耗底物和溶氧的速率時，處于該位置的微生物就會向更靠近顆粒表面的地方生長，絲狀菌因其形態上的優勢及一維生長的特性得以更快地接近顆粒污泥表面，甚至伸出顆粒，從而在與菌膠團菌的競爭中獲勝，最終導致好氧顆粒污泥發生絲狀膨脹。本發明采用的修復方案是首先通過補料和特定運行周期提供有利于顆粒污泥中菌膠團菌生長繁殖的培養條件，使已發生絲狀膨脹的好氧顆粒污泥中的菌膠團菌能夠在與絲狀菌的生長競爭中獲勝，再利用高曝氣量提供的剪切力強化顆粒污泥表面絲狀菌脫落，最終通過序批式運行的排水階段將脫落的懸浮絲狀菌排出反應器，從而抑制顆粒污泥中絲狀菌占主導的趨勢，平衡顆粒污泥中的菌膠團菌和絲狀菌分布，從而恢復好氧顆粒污泥良好的穩定結構和沉降性能。本發明能夠有效的修復已發生絲狀膨脹的好氧顆粒污泥，經修復后的顆粒污泥外形規則、表面光滑、結構緊實，并具有良好的沉降性能，SVI可降低到20-40ml/g。修復后的好氧顆粒污泥對普通生活污水中COD以及氨氮去除率都可達90%以上。
圖I (a)待修復的絲狀膨脹顆粒污泥；(b)修復后的顆粒污泥
圖2修復顆粒污泥的SBR反應器圖中標號1_反應器柱體；2_進水泵；3_進水池；4_出水泵；5_空壓機；6-自控裝置；7-氣體流量計
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例I :(I)待修復的顆粒污泥采用進水COD為500mg/L、有機負荷為I. 5g COD/m3 d、C N P = 100 5 I的葡萄糖人工廢水培養，顆粒平均直徑3mm，SVI為70ml/g，生物量大約為6g SS/L。肉眼可觀察到顆粒表面存在黑色的絲狀菌，發生絲狀膨脹顆粒污泥如圖 Ia所示。(2)生物反應器反應器由有機玻璃制成，高80cm，內徑6cm，有效體積2. 4L。空氣由氣泵通過反應器底部安裝的微孔曝氣頭進入反應器，形成的氣流提供微生物生長所需的氧氣以及有利于分離顆粒表面絲狀菌的剪切力，整個修復過程曝氣量大約為7L/min。出水口位于反應器中部。反應器采用序批式運行，進水、曝氣、沉降和排水時間均采用自動控制，整個實驗裝置如圖2所示。(3)補料運行操作通過添加一定量的葡萄糖，將原有葡萄糖人工廢水的進水COD提高至1500mg/L，并按照C N P = 100 15 I向配水中加入氯化銨、磷酸二氫鉀等氮磷營養元素。污泥負荷F/M比采用I. 0gC0D/g SS d。采用進水-曝氣-沉降-排水的序批式運行模式，運行周期為3h,具體為進水5min,曝氣165min,沉降5min,排水5min。廢水從反應器底部泵入，氣體通過反應器底部的空氣擴散器引入。容積交換率為50%。通過自動添加NaHCO3調節pH值在7. 0-7. 5之間，整個過程溫度為20_25°C。(4)修復后顆粒污泥在修復過程中監測系統顆粒污泥形態、濃度、沉降性能等。在運行了 25d后，反應器內的顆粒污泥的生物量增加到7-8g SS/L，顆粒粒徑4mm左右，沉降性能大大改善，SVI從最初的70ml/g下降至40ml/g左右,鏡檢顯示顆粒結構緊實,表面無明顯絲狀菌存在，菌膠團菌占主導，修復后的顆粒污泥如圖Ib所示。將4g SS/L修復后的顆粒污泥在修復前的培養條件下繼續運行了 2個月，顆粒污泥的粒徑以及沉降性能穩定，COD以及氨氮去除率都能達到90%以上，證實該方法適用于修復發生絲狀膨脹的顆粒污泥。實施例2 (I)待修復的顆粒污泥采用進水COD為250-300mg/L、氨氮為12_15mg/L某城鎮生活污水，在有機負荷為0. 9g COD/m3 d左右的序批式反應器中進行培養，顆粒平均直徑I. 5mm, SVI為60ml/g，生物量大約為4g SS/L (其中2g SS/L作為空白對照)。肉眼可觀察到顆粒表面存在白色的絲狀菌。(2)生物反應器反應器由有機玻璃制成，高25cm，內徑5cm，有效體積0. 5L。空氣由氣泵通過反應器底部放置的微孔曝氣頭進入反應器，形成的氣流提供微生物生長所需的氧氣以及有利于分離顆粒表面絲狀菌的剪切力，整個修復過程曝氣量大約為4L/min。反應器采用序批式運行，進水、曝氣、沉降和排水時間均采用手動控制。
(3)補料運行操作通過添加一定量的醋酸鈉，將原有生活污水的進水COD提高至1000mg/L，并按照C N P = 100 10 I向配水中加入氯化銨、磷酸二氫鉀等氮磷營養元素。污泥負荷F/M比采用I. 5g COD/gSS d。采用進水-曝氣-沉降-排水的序批式運行模式，運行周期為8h,具體為進水Imin,曝氣474min,沉降4min,排水lmin。污泥沉淀后手動將所有處理后廢水排出反應器，再手動進水至原有高度，氣體通過反應器底部的空氣擴散器引入。容積交換率大約為90%。通過手動添加稀鹽酸調節pH值在7. 0-7. 5之間，整個過程溫度為20-25°C。作為空白對照，將2g SS/L已發生絲狀膨脹的顆粒污泥在原有培養條件下繼續運行，觀察顆粒污泥的形態變化。(4)修復后顆粒污泥在修復過程中監測系統顆粒污泥形態、濃度、沉降性能等。在運行了 40d后，反應器內的顆粒污泥的生物量增加到4-5g SS/L,顆粒粒徑2. 5mm左右，沉降性能大大改善，SVI從最初的60ml/g下降至25ml/g左右，鏡檢顯示顆粒結構緊實，表面無明顯絲狀菌存在，菌膠團菌占主導。而空白對照反應器中的絲狀膨脹顆粒污泥則完全絲狀化，沉降性能極度惡化，SVI也高達100ml/g以上。將2gSS/L修復后的顆粒污泥在修復 前的培養條件下繼續運行了 I個月，顆粒污泥的粒徑以及沉降性能穩定，COD以及氨氮去除 率都能達到93%以上，證實該方法適用于修復發生絲狀膨脹的顆粒污泥。
權利要求
1.一種修復絲狀膨脹好氧顆粒污泥的方法，其特征在于該方法針對好氧顆粒污泥廢水處理工藝，利用補料及特定運行條件選擇性富集菌膠團菌的策略，修復已發生絲狀膨脹的好氧顆粒污泥。首先是提供有利于顆粒污泥中菌膠團菌生長繁殖的培養條件，即通過補料提高好氧顆粒污泥反應器的進水濃度；然后通過設置特定運行周期的序批式模式，保證污泥負荷達到I. ο-I. 5g COD/gSS · d ;再利用高曝氣量提供的剪切力強化顆粒污泥表面絲狀菌的脫落，并在序批式運行的排水階段將脫落的懸浮絲狀菌排出反應器，從而抑制顆粒污泥中絲狀菌占主導的趨勢，平衡顆粒污泥中的菌膠團菌和絲狀菌分布，恢復好氧顆粒污泥良好的穩定結構和沉降性能。
2.根據權利要求I所述的一種修復絲狀膨脹好氧顆粒污泥的方法，其特征在于所述的已發生絲狀膨脹的好氧顆粒污泥是指通過肉眼或者是鏡檢發現存在大量絲狀菌，SVI >50ml/g的顆粒污泥。
3.根據權利要求I所述的一種修復絲狀膨脹好氧顆粒污泥的方法，其特征在于所述的補料是指向原有廢水中補充添加易降解碳源、氮、磷，易降解碳源包括乙酸鈉和葡萄糖中的至少一種，添加碳源使進水化學需氧量(COD)調整到1000-1500mg/L，添加氯化銨和磷酸二氫鉀，保證碳氮比(C N)在6. 7-10之間，碳磷比(C P)等于100。
4.根據權利要求I所述的一種修復絲狀膨脹好氧顆粒污泥的方法，其特征在于所述的好氧顆粒污泥反應器為柱狀，高徑比為(5-14) I。
5.根據權利要求I所述的一種修復絲狀膨脹好氧顆粒污泥的方法，其特征在于所述的序批式模式采用的運行程序為進水-曝氣-沉淀-排水，其中進水5-10min，沉降3-7min，排水5-10min，其余為曝氣時間，反應器容積交換率控制在50-90%。
6.根據權利要求I所述的一種修復絲狀膨脹好氧顆粒污泥的方法，其特征在于所述的高曝氣量為4-7L/min。
全文摘要
本發明公開了屬于環境保護與資源綜合-水污染防治技術領域的一種適用于解決好氧顆粒污泥廢水處理工藝絲狀膨脹的方法。該方法利用補料及特定運行條件選擇性富集菌膠團菌，從而修復已發生絲狀膨脹的好氧顆粒污泥。首先提供有利于顆粒污泥中菌膠團菌生長的培養條件，即通過補料提高好氧顆粒污泥反應器的進水濃度，將進水COD調整到1000-1500mg/L，碳氮比(C∶N)為6.7-10；然后通過設置一定運行周期的序批式模式，保證污泥負荷達到1.0-1.5g COD/g SS·d；最后利用高曝氣量(4-7L/min)提供的剪切力強化顆粒污泥表面絲狀菌的脫落，并在排水階段將脫落的懸浮絲狀菌排出反應器。該方法可將已發生絲狀膨脹顆粒污泥的SVI從＞50ml/g降至20-40ml/g，恢復顆粒污泥的穩定結構、沉降性能以及廢水處理能力。
文檔編號C02F3/12GK102674541SQ201210158479
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者全向春, 李安婕, 李曉巖, 楊志峰 申請人:北京師范大學