专利名称：一种适用于强化生物除磷系统的颗粒污泥的驯化方法
技术领域：
本发明涉及环境污染治理技术领域，尤其涉及一种用于强化生物除磷系统的颗粒污泥的驯化方法。
背景技术：
我国地表水污染依然较重，七大水系总体为轻度污染，湖泊(水库)富营养化问题突出。与此同时，近岸海域水体严重富营养化，导致近岸海域赤潮频发，造成巨大的渔业经济损失，水体富营养化问题已经成为制约我国社会、经济协调发展的重大环境瓶颈。而水体富营养化是由于过多排放氮磷进入水体造成的，目前，对磷的去除有物理法、化学法和生物法。生物法相对物理法和化学法而言具有经济性和可持续性，现在对磷的生物处理技术方面主要是强化生物除磷(EBPR)工艺。该工艺采用厌氧/好氧交替运行的方式使得聚磷菌 (PAOs)生长和富集，通过排除含磷剩余污泥的方式去除污水中的磷。
PAOs采用不同的碳源培养会有不同的结构乙酸作碳源时，以球菌形式存在；丙酸作碳源时，以杆菌形式存在。虽然两者代谢途径不同，但都具有较好的EBra效能。研究发现丙酸比乙酸更适合PAOs的生长，但没有丙酸，PAOs以乙酸为碳源也能得到富集；在 2XSRT时间内，以葡萄糖为碳源获得的聚糖菌(GAOs)占优势的系统再以乙酸为碳源可使得PAOs占优势。所以，更换碳源可使PAOs处于优势地位。
颗粒污泥是微生物自凝聚形成的一种特殊形式的活性污泥，具有良好的沉降性能、密实的结构、较高浓度的生物量、较强的冲击负荷和抵抗有毒有害物质的能力而受到国内外环境保护研究人员的高度关注。有研究认为，与传统活性污泥相比，采用颗粒污泥技术的污水处理厂可减少占地面积80%，相应工程投资也会大大减少，还可以克服普通活性污泥容易发生污泥膨胀和系统运行不稳定的困难。发明内容
本发明提供了一种适用于强化生物除磷系统的颗粒污泥的驯化方法，该颗粒污泥粒径较小，除磷效率高。
一种适用于强化生物除磷系统的颗粒污泥的驯化方法，包括
(1)往活性污泥中添加无机营养液，然后进行空曝、沉降处理，取底部的浓缩液；
(2)将浓缩液接入序批式反应器，通入污水后运行，运行完成后排出污水，完成一个运行周期，交替通入以乙酸钠或丙酸为碳源的污水运行若干个周期；
(3)往序批式反应器中通入以乙酸钠和丙酸的混合物为碳源的污水，运行若干个周期，获得颗粒污泥；
所述的污水COD为200 300mg/L，磷含量为10 l^ig/L。
颗粒污泥的形成是一个复杂的过程，受到碳源类型、有机负荷、沉降时间、水力剪切力、溶解氧等多种因素的影响。对于EBra系统，丙酸比乙酸更适合富含聚磷菌的好氧颗粒污泥生存，以丙酸为碳源，系统吸放磷量更多，颗粒平均粒径更大Omm)，但以乙酸为碳源的颗粒污泥，其颗粒的性能指标(沉降速度、含水率、呼吸速率、密度、完整度系数)都相对优于以丙酸为碳源，实际的污水处理厂不可能仅存在乙酸或丙酸，总是以乙酸和丙酸的混合碳源存在。
Ca2+对好氧颗粒的结构、强度和生物活性有影响，在培养初期增大进水中Ca2+的浓度，可以提高颗粒的抗挤压能力，这种高强度的好氧颗粒污泥具有良好的生物活性，浓度最好控制在6 10mg/L。
所述的浓缩液接入序批式反应器的浓度为2000 3000mg/L。
步骤(3)中乙酸钠和丙酸的摩尔比为1:3。
沉淀时间是控制颗粒污泥形成的最主要因素，采用较短的沉淀时间会刺激细胞分泌更多的胞外多聚糖，同时促进细胞表面的疏水性能发生很大改变。活性污泥的颗粒化过程是与选择压力紧密相关的，颗粒的形成和其性质可由操纵这些选择压力来控制，本发明序批式反应器的运行过程选择如下
步骤⑵中，单个运行周期为他，包括进水5min;混合2. ;曝气池；沉淀 15min ；出水5min ；静置5min，曝气时，序批式反应器内污水的DO值控制在2 ;3mg/L ；按该运行方式，运行最好在25 30d。
步骤(3)中，单个运行周期为6h，包括进水5min ；混合2. 5h ；曝气池；沉淀初始 15min，每隔7d减少5min，至5min为止；出水5min ；静置初始5min，每隔7d增加5min，至 15min为止，曝气时，序批式反应器内污水的DO值控制在6 7mg/L，pH值控制为7. 5 8， 运行温度为20士2°C。按该运行方式，运行最好在50 60d。污水中的Ca2+含量为15 20mg/Lo
本发明还提供了采用上述驯化方法制得的污泥颗粒，其粒径为0. 7 0. 8mm、密度为1. 034 1. 078g/mL、沉降速度为21 35m/h。
本发明方法驯化的颗粒污泥具有良好的沉降性，SVI稳定在50 60mL/g ；颗粒粒径较小，为0. 7 0. 8mm ；在长期的运行过程中能够保持稳定的颗粒结构；而且，本发明颗粒污泥对磷酸盐去除率能到达99%以上，COD去除率达到95%以上。
图1为本发明方法所采用的序批式反应器的结构示意图2所示为序批式反应器的运行流程图3为实施例1富集培养过程中系统运行末期单个周期每隔0. 5h取样监测 P0/--P和COD浓度的变化情况；
图4为实施例1颗粒污泥培养过程中颗粒粒径的变化情况；
图5为实施例1颗粒污泥培养过程中SVI的变化情况。
具体实施方式
如图1所示，一种序批式活性污泥反应器，包括反应器主体5，反应器主体5由有机玻璃制成，规格为240 X 160 X 320mm,有效容积为10L，反应器主体5的底部设有微孔曝气头 9和排泥口 13，微孔曝气头9通过管道与曝气泵15连接，该管道上还设有气体流量计14。
反应器主体5顶部设有进水口 3，进水口 3通过管道连接进水泵16，该管道上有电磁阀4。进水泵16通过管道连通进水箱17。反应器主体5底部设有排水口 10，排水口 10 通过管道连通出水箱12，该管道上设有电磁阀4。
反应器主体5内部设有加热棒7、滗水器6、液位计11和搅拌浆叶8，搅拌桨叶8通过转轴连接驱动电机1，驱动电机1受搅拌速度控制器2控制，可以调节搅拌桨叶8的转速； 滗水器6位于反应器主体5的上部，并通过管道与排水口 10连通。
如图2所示，该装置的运行阶段包括进水、混合(搅拌)、曝气、沉淀、排水、静置6 个阶段，根据实际需要可以选择各个时段的时间。
实施例1
(1)接种污泥取杭州市某污水处理厂二沉池回流污泥，沉降30min除去上清液， 用蒸馏水洗3遍，添加新鲜无机盐营养液(每升无机盐营养液包括0. 18g MgSO4 · 7H20， 0. 0225g CaCl2,0. 153g NH4C1，0. 0015g蛋白胨，0. 0015酵母粉，0. 0012g ATU)，空曝4h，沉降 30min后去除上清液；将底部浓缩液接种到反应器，控制反应器内初始污泥浓度为2500mg/ L0
(2)聚磷菌的富集培养试验所用进水为人工合成的模拟废水，由A液和B液混合组成。IL模拟废水中含150mL A液和850mL B液，其中每升A液含1. 2g MgSO4 · 7H20， 0. 15g CaCl2,1.02g NH4Cl, 0. Olg 蛋白胨，0. Olg 酵母粉，0. 008g ATU，4mL 微量元素液；每升 B 液含 103mgKH2P04 和 173mgK2HP04 · 3H20。微量元素液成份为(每升):1. 5gFeCl3 · 6H20， 0. 15g H3BO3,0. 03g CuSO4 · 5Η20，0· 18g ΚΙ,0. 12g MnCl2 · 4Η20，0· 06g Na2MoO · 2Η20，0· 12g ZnSO4 · 7Η20，0· 15g CoCl2 · 6H20，IOg EDTA0 每升 A 液中另含 IOg 无水乙酸钠或 5. 6mL 丙酸，乙酸钠和丙酸作为碳源。A液、B液混合后模拟废水中COD为800mg/L，Ρ043__Ρ为40mg/ L，即进水C0D/P为20 1。
SBR反应器每天运行4个周期，每周期乩，按照进水5min-混合2. 5h_曝气3h_沉淀15min-排水5min-静置5min的序批式运行模式，进水交替以乙酸钠和丙酸为碳源，单个周期具体运行如下
①启动反应器开始运行，合成废水通过进水泵16从进水箱17泵入反应器主体5。
②进水结束后，开启驱动电机1，驱动桨叶8转动，转速控制在150rpm，搅拌结束后，用不含碳源的A液进行洗泥2 3次，最后一次补充磷源(要求和搅拌结束时的浓度一致)。洗泥的目的是为了洗掉混合阶段没有消耗完的C0D，抑制好氧异养菌在曝气阶段的生长而有利于PAOs的生长。
③曝气阶段所需气体通过曝气泵15引入，由气体流量计14调整气体流量，控制反应器的含氧量为2 :3mg/L，系统的容积交换率为25%，整个过程温度控制在20士2°C，pH 值在7. 5 8。
④曝气结束后进行沉淀、排水和静置，总共运行30d。
在运行过程中，每天定时采集活性污泥样品及一周期内进水、混合及曝气结束时的水样进行分析测定Ρ0/—-Ρ、COD及SVI等。
图3为运行末期一周期内Ρ043_-Ρ和COD连续监测结果，由图可知，此时系统具有明显的释磷/吸磷现象及优异的Ρ043_-Ρ和COD去除情况，对磷的去除率达到95%以上，COD 去除率80%以上，说明PAOs富集成功，可开始颗粒污泥的培养。
(3)颗粒污泥的培养试验所用进水为与(2)相似的合成废水，不同之处为每升A液中含0.167g CaCl2,碳源为混合碳源，即乙酸钠丙酸=1 3(摩尔比)。
试验采用与⑵相同的运行模式，进水5min，混合2. 5h，曝气3h，沉淀15min (初始沉淀为15min，以后每7d降低5min，至5min为止)，出水5min，静置5min (初始静置为5min， 以后每7d提高5min，至15min为止)。曝气控制DO浓度为6 7mg/L，以便提供足够的剪切力利于颗粒污泥的形成。
在试验初期即测定污泥的颗粒粒径(采用Mastersizer 2000激光粒度仪)，每隔 5d测定一次。整个过程粒径和SVI的变化情况如图4和图5所示。试验过程中Ρ0/—-Ρ和 COD的去除率均比富集培养阶段有提高，分别稳定在99%和95%及其以上。颗粒污泥培养历时60d，将此颗粒污泥在相同条件下再运行30d，颗粒粒径和处理各项指标仍能保持上述水平，证实了该方法适合培养除磷颗粒污泥。
权利要求
1.一种适用于强化生物除磷系统的颗粒污泥的驯化方法，包括(1)往活性污泥中添加无机营养液，然后进行空曝、沉降处理，取底部的浓缩液；(2)将浓缩液接入序批式反应器，通入污水后运行，运行完成后排出污水，完成一个运行周期，交替通入以乙酸钠或丙酸为碳源的污水运行若干个周期；(3)往序批式反应器中通入以乙酸钠和丙酸的混合物为碳源的污水，运行若干个周期， 获得颗粒污泥；所述的污水COD为200 300mg/L，磷含量为10 l^ig/L。
2.根据权利要求1所述的驯化方法，其特征在于，所述的浓缩液接入序批式反应器的浓度为 2000 3000mg/L。
3.根据权利要求1所述的驯化方法，其特征在于，步骤(3)中乙酸钠和丙酸的摩尔比为 1 3。
4.根据权利要求1所述的驯化方法，其特征在于，步骤(2)中，单个运行周期为他，包括进水5min ；混合2. 5h ；曝气汕；沉淀15min ；出水5min ；静置5min。
5.根据权利要求4所述的驯化方法，其特征在于，曝气时，序批式反应器内污水的DO值控制在2 ;3mg/L。
6.根据权利要求1所述的驯化方法，其特征在于，步骤(3)中，单个运行周期为他，包括进水5min ；混合2. 5h ；曝气池；沉淀初始15min，每隔7d减少5min，至5min为止；出水 5min ；静置初始5min,每隔7d增加5min,至15min为止。
7.根据权利要求6所述的驯化方法，其特征在于，曝气时，序批式反应器内污水的DO值控制在6 7mg/L，pH值控制为7. 5 8，运行温度为18 22°C。
8.根据权利要求1所述的驯化方法，其特征在于，步骤(3)中，污水中的Ca2+含量为 15 20mg/L。
9.根据权利要求1 8任一所述驯化方法制得的颗粒污泥，其特征在于，粒径为0.7 0. 8mm、密度为1. 034 1. 078g/mL、沉降速度为21 !35m/h。
全文摘要
本发明公开了一种适用于强化生物除磷系统的颗粒污泥的驯化方法，包括(1)往活性污泥中添加无机营养液，然后进行空曝、沉降处理，取底部浓缩液；(2)将浓缩液接入序批式反应器，通入污水后运行，运行完成后排出污水，完成一个运行周期，交替通入以乙酸钠或丙酸为碳源的污水运行若干个周期；(3)往序批式反应器中通入以乙酸钠和丙酸的混合物为碳源的污水，运行若干个周期，获得颗粒污泥；所述的污水COD为200～300mg/L，磷含量为10～12mg/L。本发明方法驯化的颗粒污泥具有良好的沉降性，颗粒粒径较小，在长期的运行过程中能够保持稳定的颗粒结构，对磷酸盐去除率能到达99％以上，COD去除率达到95％以上。
文档编号C02F3/12GK102515347SQ20111041196
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者孙培德, 徐少娟, 蒋涛 申请人:浙江工商大学