以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法
【专利摘要】以蔗糖为共基质微曝气降解2,4?二氯酚的活性污泥驯化方法，属于微生物水处理技术领域。以城市污水处理厂二沉池的回流污泥作为种泥，以蔗糖作为2,4?二氯酚的共基质提供碳源，用SBR反应器进行微好氧降解。在此过程中，按梯度不断提高2,4?二氯酚的进水浓度并且降低蔗糖的进水浓度。该方法发明操作简便灵活，利用易降解的蔗糖为共基质微曝气的驯化方法能快速、高效降解2,4?二氯酚，达到节约能耗的目的。所加入的共基质为蔗糖，可以来源于制糖工业废水，来源广泛且廉价，在获得结构稳定的兼性耗氧污泥、实现对高浓度2,4?二氯酚快速降解的同时，可以实现处理蔗糖工业废水的目的，具有重要的理论意义和经济价值。
【专利说明】
以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及用于降解2,4_二氯酚的活性污泥的驯化方法，特别是以蔗糖为共基质 微曝气降解2，4-二氯酚活性污泥的驯化，属于微生物水处理领域。
【背景技术】
[0002] 氯酚类化合物是一类用于非农业杀虫用的氯代碳氢化合物、杀虫剂或抗微生物试 剂。2,4_二氯酚广泛存在于农药、染料和增塑剂等的生产废水中，是一种有毒、难生物降解 的有机污染物。美国、中国等国家已把2,4_二氯酚列入水中有害物质或优先污染物"黑名 单"。采用传统活性污泥法处理2,4_二氯酚降解效率低，共代谢是一种独特的生物代谢方 式，本发明通过添加蔗糖共基质结合微曝气的方法对活性污泥进行驯化，获得对2,4_二氯 酚具有高效降解能力的活性污泥。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提出一种高效、安全、经济的用于2,4_二氯酚降解活性污泥的 培养方法。它提供的驯化方法可以在微曝气条件下快速驯化适应高浓度2,4_二氯酚废水环 境下生长代谢的活性污泥，因此提高了高浓度2，4-二氯酚废水微生态环境下活性污泥对2， 4_二氯酚的氧化分解能力。
[0004] 本发明目的通过以下步骤实现：
[0005] (1)从城市污水处理厂取得二沉池回流污泥，污泥先用细筛网过滤去除其中杂物， 并添加蔗糖进行曝气恢复其活性；
[0006] (2)经恢复活性的活性污泥接种至SBR反应器中，曝气装置采用微孔曝气头;接种 污泥浓度为4000mg/L-5000mg/L，污泥负荷为0.12-0.15kgC0D/(kgSS · d);
[0007] (3)降解2,4_二氯酚的活性污泥驯化阶段SBR的运行方式如下：
[0008] 进水期阶段:不曝气，搅拌，蠕动栗进水，运行20min;
[0009] 曝气期阶段:搅拌，曝气，运行480min;
[0010] 沉淀期阶段:不曝气，静置沉淀，运行60-80min;
[0011] 出水期阶段:不曝气，虹吸出水，运行20min;
[0012] 闲置期阶段:不曝气，不搅拌，运行60-80min;
[0013] SBR反应器每天运行两个周期，每个反应周期先加入2，4-二氯酚，充分搅拌后再加 入蔗糖;每个周期曝气时间为480min，维持反应器中的溶解氧浓度在0.3-0.6mg/L，反应温 度控制在20-30°C，pH控制在7.5-8.0，排水比为50%，定期排泥；
[0014] 进水采用含2,4_二氯酚的待处理的废水，碳源采用蔗糖和2,4_二氯酚共基质，按 照质量比C: N: P = 100: 5:1向水中加入氮、磷等营养元素;进水中还添加适量微生物所必需 的其他微量元素（此为常规的，如？63〇4、顺4(：1、1(2册〇4丄3(：12*2!12〇、1012?〇4*3!12〇、]\%3〇4· 7H2〇 含量分别为 20、30、2、30、8、25mg/L，CuS〇4.5H2〇、ZnS〇4.7H2〇、MnCl2.2H2〇、Na2Mo〇4· 2H2〇、KI、H3B〇4、CoCl2 · 6H2〇、FeCl3 · 6H2O的含量分别为0·03、0·12、0·12、0·06、0·03、0·15、 0.15、1.5yg/L);
[0015]驯化过程中添加易降解的共基质蔗糖，蔗糖的起始进水浓度为800mg/L，2,4-二氯 酚的起始进水浓度为2mg/L，然后每个周期不断提高2，4-二氯酚的进水浓度，随着2，4-二氯 酚的起始进水浓度不断增加；
[0016]驯化阶段每个周期监测进出水的COD以及2,4_二氯酚的浓度，COD的去除率保持在 80 %以上，运行一段时间适当排泥使SBR反应器内污泥浓度为4000mg/L-5000mg/L，污泥龄 为10天;在COD去除率保持稳定、2,4_二氯酚在反应周期内完全降解的基础上不断提高2,4_ 二氯酚的进水浓度，直至进水中浓度为30mg/L的2,4-二氯酚降解率达100%，0)0降解率达 到并且稳定在80 %以上，污泥浓度维持在4000mg/L-5000mg/L，活性污泥的生长状态稳定。 [0017]先加入难降解的2,4_二氯酚搅拌再加蔗糖能使两种基质充分混合，防止加入不均 匀的易降解蔗糖被迅速局部利用。
[0018] 反应器中的溶解氧维持在0.3-0.6mg//L可以减少2,4_二氯酚被吹脱，同时减少2， 4_二氯酚扩散到空气的二次污染;反应器中的溶解氧维持在0.3-0.6mg/L可以驯化出兼性 微生物种群，可扩大降解2，4-二氯酚的微生物种群类型，加快降解速率;反应器中的溶解氧 维持在0.3-0.6mg/L可以防止溶解氧过高以及频繁的剪力作用导致污泥解体和自氧化。
[0019] 随着2,4_二氯酚进水浓度的逐步增加，进水浓度在范围2-30mg/L内逐渐增加；蔗 糖的进水浓度在800-500mg/L之间逐渐降低。
[0020] 驯化完毕时，2，4-二氯酚进水浓度为30mg/L时，降解率达100 %，COD降解率达到 80%以上，并且污泥能够稳定地生长。
[0021 ]本发明的驯化污泥可完全降解进水浓度为30mg/L的2,4-二氯酚。
[0022]本发明具有以下有益效果:首先污泥的取材方便，污泥取自城市污水厂;其次对于 难降解有机物，通过加入易降解有机物，诱导微生物的最大生物氧化率，增强微生物活性， 并在反应中诱导产生目标污染物的非专一性酶，进而提高难降解有机物的可生化性。当废 水中只有难降解有机物存在时，微生物虽然能降解一定量的该类有机物，但整体活性受到 抑制。而后加入的易降解有机物可使微生物的活性得以发挥，产生非专一性关键酶，提高难 降解有机物的降解效率。
[0023]本发明采用微孔曝气维持低溶解氧，可以提高气液两相间的质量传递速率，提高 生物降解反应的速率，同时可以提高空气中氧气的利用效率，节省耗电量，减少能耗更经 济。
[0024] 本发明向废水中添加易生物降解的蔗糖，可显著改善废水的可生化性。其重要的 原因是，易降解的蔗糖与难降解有机物被微生物通过共代谢作用所利用，一些工业含氯酚 废水由于缺乏易降解的诱导基质，有机物的生物降解难以进行，本发明采用补充碳源的方 式促进共代谢的发生，提高氯酚的降解性。同时所加入的共基质为蔗糖，可以来源于制糖工 业废水，来源广泛且廉价，并且可以实现处理蔗糖工业废水的目的。
[0025] 本发明可以在微曝气条件下快速驯化适应高浓度2,4_二氯酚废水环境下生长代 谢的兼性活性污泥，相比单纯好氧或者厌氧污泥，扩大了降解2,4_二氯酚的微生物种群类 型，加快了降解速率，因此提高了高浓度2,4_二氯酚废水微生态环境下活性污泥对2,4_二 氯酚的氧化降解能力。
【附图说明】
[0026] 附图1为本发明实施例1驯化阶段进出水COD浓度变化图；
[0027] 附图2为本发明实施例1驯化阶段进出水2,4_二氯酚浓度变化图；
[0028] 附图3为对比例1驯化阶段反应器中污泥浓度的变化情况。
【具体实施方式】
[0029]下面实施例1将结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于以下实施 例。
[0030] 实施例1:
[0031] (1)从城市污水处理厂取得二沉池回流污泥，污泥先用筛网过滤去除其中杂物，并 添加蔗糖曝气恢复其活性。
[0032] (2)将活性污泥接种至SBR反应器中，采用微孔曝气头曝气。接种污泥量与城市污 水处理厂的浓度相当，为4000mg/L-5000mg/L，污泥负荷约为0· 12-0.15kgC0D/(kgSS · d)。 [0033] (3)SBR的运行方式如下：
L〇〇36」SBR反应器每天运行两个周期，每个反应周期先加入2，4-二氯酚，充分搅拌后再加 入蔗糖。每个周期曝气时间为480min，维持反应器中的溶解氧浓度在0.3-0.6mg/L，反应温 度控制在20-30 °C，pH控制在7.5-8.0，排水比为50 %，定期排泥。
[0037] 进水采用含有2,4_二氯酚的模拟废水，碳源采用蔗糖和2,4_二氯酚共基质，按照 质量比C:N:P= 100:5:1向水中加入氮、磷等营养元素，并添加适量微生物所必需的其他微 量元素（如？63〇4、顺4(：1、1(2册〇4丄3(：12.2!12〇、1012?〇4.3!12〇、]\%3〇4.7!12〇含量分别为20、30、 2、30、8、25mg/L，CuS〇4 · 5H2〇、ZnS〇4 · 7H2〇、MnCl2 · 2H2〇、Na2Mo〇4 · 2H2〇、KI、H3B〇4、CoCl2 · 6H2〇、FeCl3 · 6H2O的含量分别为0.03、0.12、0.12、0.06、0.03、0.15、0.15、1.548/1);蔗糖的 浓度范围为500-800mg/L。
[0038] (4)驯化阶段每个周期监测进出水的COD以及2,4_二氯酚的浓度，COD的去除率保 持在80%左右，定期排泥使污泥浓度维持在4000mg/L-5000mg/L，污泥龄在10天。在COD去除 率保持稳定，2,4_二氯酚在反应周期内完全降解的基础上不断提高2,4_二氯酚的进水浓 度，直至高浓度的2，4_二氯酚降解率达100%，COD降解率达到并且稳定在80%以上，污泥浓 度维持在4000mg/L-5000mg/L，活性污泥的生长状态稳定。具体见图2。
[0039]经过50天左右的驯化，当进水中2,4-二氯酚的浓度为30mg/L，降解率可达100%， COD降解率达到80 %以上，污泥浓度维持在AOOOmg/L-SOOOmg/l并且能够稳定地生长，即可 认为驯化完毕。
[0040] 然后进行待处理的含有2，4_二氯酚的模拟污水的处理，2，4_二氯酚的浓度为 30mg/L，污水中加入蔗糖，鹿糖的浓度为500mg/L，污水处理效果是2，4-二氯酚实现100 %降 解。
[0041] 对比例：
[0042] (1)从城市污水处理厂取得二沉池回流污泥，污泥先用筛网过滤去除其中杂物，将 活性污泥接种至SBR反应器中，采用微孔曝气头曝气。接种污泥量与城市污水处理厂的浓度 相当，为400011^/1-500011^/1，污泥负荷约为0.12-0.151^〇)0/(1^33*(1)。
[0043] (2)SBR的运行方式如下：
[0045] SBR反应器每天运行两个周期，每个反应周期加入2，4-二氯酚做碳源。2，4-二氯酚 的起始进水浓度为2mg/L，然后不断提高2，4_二氯酚的进水浓度。每个周期曝气时间为 480min，维持反应器中的溶解氧浓度在0.3-0.6mg/L，反应温度控制在20-30 °C，pH控制在 7.5-8.0，排水比为50%，定期排泥。驯化阶段监测进出水的COD以及出水中2，4-二氯酚的浓 度。驯化刚开始阶段，2,4_二氯酚的出水含量下降，随着反应器的继续运行，出水的2,4_二 氯酚浓度增加，这是因为污泥对2,4_二氯酚的吸附饱和后发生了解吸，与加入的2,4_二氯 酚逐次累积而导致的。驯化阶段反应器中污泥浓度的变化情况如附图3所示。
[0046] 实施例和对比例的结果比较表明，在无共基质的情况下2,4_二氯酚对活性污泥具 有较强的毒害作用，2,4_二氯酚的生物降解难以进行。本发明采用补充碳源的方式促进共 代谢的发生，提高了氯酚的降解性。
【主权项】
1. 以蔗糖为共基质微曝气降解2,4-二氯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，包括以 下步骤： (1) 从城市污水处理厂取得二沉池回流污泥，污泥先用细筛网过滤去除其中杂物，并添 加蔗糖进行曝气恢复其活性； (2) 经恢复活性的活性污泥接种至SBR反应器中，曝气装置采用微孔曝气头;接种污泥 浓度为4000mg/L-5000mg/L，污泥负荷为0.12-0.15kgC0D/(kgSS · d); (3) 降解2，4_二氯酚的活性污泥驯化阶段SBR的运行方式如下： 进水期阶段:不曝气，搅拌，蠕动栗进水，运行20min; 曝气期阶段:搅拌，曝气，运行480min; 沉淀期阶段:不曝气，静置沉淀，运行60-80min; 出水期阶段:不曝气，虹吸出水，运行20min; 闲置期阶段:不曝气，不搅拌，运行60-80min; SBR反应器每天运行两个周期，每个反应周期先加入2，4-二氯酚，充分搅拌后再加入蔗 糖;每个周期曝气时间为480min，维持反应器中的溶解氧浓度在0.3-0.6mg/L，反应温度控 制在20-30°C，pH控制在7.5-8.0，排水比为50%，定期排泥； 进水采用含2，4-二氯酚的待处理的废水，碳源采用蔗糖和2，4-二氯酚共基质，按照质 量比C:N:P = 100:5:1向水中加入氮、磷营养元素； 驯化过程中添加易降解的共基质蔗糖，蔗糖的起始进水浓度为800mg/L，2，4-二氯酚的 起始进水浓度为2mg/L，然后每个周期不断提高2,4_二氯酚的进水浓度，随着2,4_二氯酚的 起始进水浓度不断增加，蔗糖的进水浓度逐渐降低； 驯化阶段每个周期监测进出水的COD以及2,4_二氯酚的浓度，COD的去除率保持在80% 以上，运行一段时间适当排泥使SBR反应器内污泥浓度为4000mg/L-5000mg/L，污泥龄为10 天;在COD去除率保持稳定、2,4_二氯酚在反应周期内完全降解的基础上不断提高2,4_二氯 酚的进水浓度，直至进水中浓度为30mg/L的2,4-二氯酚降解率达100%，0?降解率达到并 且稳定在80 %以上，污泥浓度维持在4000mg/L-5000mg/L，活性污泥的生长状态稳定。2. 按照权利要求1所述的以蔗糖为共基质微曝气降解2,4_二氯酚的活性污泥驯化方 法，其特征在于，驯化阶段的进水中还添加微生物所必需的其他微量元素。3. 按照权利要求1所述的以蔗糖为共基质微曝气降解2,4_二氯酚的活性污泥驯化方 法，其特征在于，驯化阶段先加入难降解的2，4-二氯酚搅拌再加蔗糖能使两种基质充分混 合。4. 按照权利要求1所述的以蔗糖为共基质微曝气降解2,4_二氯酚的活性污泥驯化方 法，其特征在于，随着2，4-二氯酚进水浓度的逐步增加，每个周期进水浓度在范围2-30mg/L 内逐渐增加;蔗糖的进水浓度在800-500mg/L之间逐渐降低。
【文档编号】C02F3/12GK106006948SQ201610267134
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】孙治荣, 李江洋
【申请人】北京工业大学