強化脫氯性能的厭氧顆粒污泥及其制備方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于廢水處理的顆粒污泥的及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 氯代烴在很多工業上都有著廣泛的使用，因其在環境中難以降解，在環境中如地 下水和土壤均有著較為嚴重的污染。氯代烴不僅具有三致效應與遺傳毒性，對人體的肝、 腎、心血管和胃腸等器官都有極強的毒害作用，還會影響中樞神經系統，這些對生態環境和 人體健康構成極大威脅。利用傳統的固定床反應器對氯代烴廢水進行處理，顆粒污泥大多 具有脫氯活性低、處理效果不穩定等問題。因此，強化固定床反應器的還原脫氯性能是十分 必要的。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種強化脫氯性能的厭氧顆粒污泥及其制備方法及其應用， 以克服現有技術存在的缺陷。
[0004] 所述的厭氧顆粒污泥，包括零價鐵和粘附在所述的零價鐵外表面的含有微生物菌 體的厭氧污泥；
[0005] 所述的厭氧顆粒污泥的粒徑為l_3mm;
[0006] 所述的零價鐵的化學式為Fe°，粒徑為180~220目；
[0007] 所述的厭氧顆粒污泥的顆粒鐵濃度為0. 10-0. 50g?g<TSS;
[0008] 術語"g?fTSS"的定義，在《給水排水設計手冊》上有詳細的記載；
[0009] (g?g<TSS指的是每克總懸浮固體中所含的顆粒鐵的濃度）
[0010] 所述的含有微生物菌體的厭氧污泥來源于城市污水處理廠的厭氧消化池的污泥， 其中含有微生物菌體，主要為產甲燒菌（Methanogenium)、硫酸鹽還原菌（Desulfovibrio) 及具有脫氯功能的菌（Clostridiales);
[0011] 其中：
[0012] Methanocorpusculum為公知的微生物，在文獻MariaVS,OlegRK,et al.IsolationandCharacterizationofNewStrainsofMethanogensfromCold TerrestrialHabitats[J].SystematicandAppliedMicrobiology，2003,26,312-318?中 有詳細的報道；
[0013]Desulfovibrio為公知的微生物，在文獻EffectofSulfide，Seleniteand MercuricMercuryontheGrowthandMethylationCapacityoftheSulfate ReducingBacteriumDesulfovibrioDesulfuricans[J].ScienceoftheTotal Environment，2013, 449, 373-384.中有詳細的報道；
[0014]Clostridiales為公知的微生物，在文獻DuhamelM，EdwardsEA.Microbial CompositionofChlorinatedEthene-DegradingCulturesDominatedby Dehalococcoides[J].FEMSMicrobiologyEcology，2006, 58(3) :538-549.中有詳細的報 道；
[0015] 所述的強化固定床脫氯性能的厭氧顆粒污泥的制備方法，包括如下步驟：
[0016] (1)將取自城市污水處理廠的厭氧消化池污泥，接種于升流式固定床反應器 (UASB)內，從所述的反應器底部通入以葡萄糖為底物的含有目標污染物廢水，COD負荷范 圍為2500-3000g?HT3 ?cf1，在30-40°C條件下，培養接種污泥40~60天，反應器COD去除 率逐步達到90%，反應器COD去除率逐步達到90%以上；
[0017] 接種污泥的總懸浮固體（TSS)為7~8g/L，揮發性懸浮固體（VSS)為2~3g/L， VSS/TSS為 35 ~40%;
[0018] 除了目標污染物外，所述的葡萄糖為底物的廢水的組成和含量為：
[0019]葡萄糖：2. 5_4g?I71，NH4Cl:1. 5g?I71，NaH2P04:0. 4g?L-1，MgSO4?7H20 :0? 4g?I71， CaCl2:0.Ig?L'NaHC03:3.Og?廠SNa2S? 9H20 :0? 5g?I71，KCl:0? 4g?I71，微量元素： ImL.L'維生素：ImL.171。其中，微量元素的組成為！FeSO4 *4H20 :2.Og.L^CuSO4 *5H20 : 0? 02g?I71，NiSO4 ? 6H20 :0? 00013g?I71，NH4V03:0 . 00 0 6 5g?L'MnS04 ? 4H20 :2.Og?I71， NaSiO3.9H20 :0.00014g.IAsnCl2AOOOUg.L' 維生素的組成為：維生素B12 :0?Ig七1， 對氨基苯甲酸：〇. 〇8g?I71，生物素：0. 02g?I71，煙酸：0. 2g?I71，D-泛酸 1? :0.Ig?I71，鹽酸 吡哆純B6 :0? 3g?L-1，二水鹽酸硫胺：0? 2g?L-1，CldH2O:1L;
[0020] 所述的升流式固定床反應器（UASB)在《給水排水設計手冊》中有詳細的報道；
[0021] (2)將零價鐵粉投入所述的反應器，與接種污泥混合，零價鐵粉的加入重量為： 20 ~40g/L;
[0022] 然后將含有目標污染物和以葡萄糖為底物的廢水，從底部通入反應器，對厭氧污 泥進行連續馴化，然后收集反應器中的固體物，即可獲得所述的厭氧顆粒污泥，為圓形或橢 圓形顆粒污泥；以葡萄糖為底物的廢水的組成和含量同步驟（1);
[0023] 優選的，所述的顆粒污泥的馴化過程具體包括以下階段：
[0024] (1)啟動期30-60天：采用目標污染物低污染負荷方式對厭氧污泥進行馴化，控制 進水COD容積負荷在2500-3500g?m_3 ?Cf1左右，目標污染物負荷為5-10mg?L―1 ?Cf1左右， 水力停留時間（HRT)為18-24h;
[0025] (2)負荷提升期40-220天：進水COD容積負荷逐步提高到4000-5000g?HT3?Cf1 左右，目標污染物負荷逐步提高到50~80mg?I71 ?cf1，水力停留時間（HRT)縮短至8-12h 左右；
[0026] (3)穩定運行期60-90天：進水COD負荷保持4000-5000g?HT3 ?Cf1左右，目標污 染物負荷保持為50~80mg?L-1 ?cf1，水力停留時間（HRT)保持在8-12h左右；
[0027] 步驟⑴和⑵中，所述的目標污染物為四氯乙烯；
[0028] 厭氧顆粒污泥培養過程中，可通過反應器出水回流或提高出水回流速度來加快顆 粒污泥的形成。
[0029] 本發明獲得的強化脫氯性能的厭氧顆粒污泥，可以用于降解含氯代烴廢水，應用 方法如下：
[0030] 將所述的厭氧顆粒污泥置于升流式固定床反應器（UASB)中，然后將所述的厭氧 顆粒污泥置于升流式固定床反應器（UASB)中，厭氧顆粒污泥的接種量為S-SgVSS*!/1，廢 水中加入葡萄糖，濃度控制在〇. 5g?I71以上，目標污染物負荷不超過IOOmg?廠1 ?cf1。
[0031] 本發明通過培養結構化的以零價鐵（ZVI)為亞核的具有還原脫氯活性的厭氧顆 粒污泥，以富集還原脫氯菌等功能菌群，消除電子供體[H]、中間產物等代謝流傳遞的空間 障礙，強化了UASB反應器的還原脫氯性能。
[0032] 本發明的有益效果為：
[0033] 獲得的厭氧顆粒污泥具有沉降性能好、顆粒穩定、結構致密以及還原脫氯活性高 效穩定等優點。該顆粒污泥粒徑集中在l_3mm，顆粒鐵濃度為0. 10-0. 50g?g_:TSS，具有沉 降性能好、顆粒穩定、結構致密以及還原脫氯活性高效穩定等優點。該顆粒污泥有效地富集 了還原脫氯菌等功能菌群，消除電子供體[H]、中間產物等代謝流傳遞的空間障礙，強化了 UASB反應器的還原脫氯性能。
【附圖說明】
[0034] 圖1本發明顆粒污泥SEM(掃描電子顯微鏡）圖像，其中a為顆粒污泥外觀整體形 貌，b為顆粒污泥表面形貌。
[0035] 圖2本發明顆粒污泥的XRD分析譜圖。
[0036] 圖3不同顆粒污泥對目標污染物脫氯降解效果圖。其中：1為本發明的顆粒污泥， 2為普通厭氧顆粒污泥。
【具體實施方式】
[0037] 本發明基于厭氧微生物和ZVI還原脫氯轉化特性，以強化目標污染物還原脫氯轉 化為目的，通過構建UASB反應器，培養結構化的以零價鐵（ZVI)為亞核的具有還原脫氯活 性的厭氧顆粒污泥，以期富集還原脫氯菌等功能菌群，強化顆粒污泥的還原脫氯性能。本發 明顆粒污泥具有沉降性能好、顆粒穩定、結構致密以及還原脫氯活性好等優點。下面結合具 體實施例，進一步闡述本發明。下面實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方 法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
[0038] 實施例1
[0039] 強化降解四氯乙烯（PCE)的以ZVI為亞核的厭氧顆粒污泥的制備：
[0040] UASB反應器：反應器內徑9cm，高