本发明属于污泥处理领域，涉及一种通过添加钙离子调理回流污泥快速促进好氧污泥颗粒化的方法。
技术背景
好氧颗粒污泥技术相较普通活性污泥由于具有良好的沉降性能，高污泥浓度，能够承受高有机负荷、负荷冲击和有毒物质等特性，正成为各界研究和报道的热点。一般来说，好氧颗粒污泥的形成是一个包含物理、化学和生物作用的复杂过程，主流看法将这个过程描述为在一定的流体动力条件下，微生物自凝聚作用形成的生物体聚团现象。国内外学者根据不同的反应器、实验方法、研究目的等在各自实验研究基础上提出了各种好氧颗粒污泥形成机理。目前，好氧颗粒污泥形成的主流机理主要有胞外多聚物假说、自凝聚原理、丝状菌假说和凝结核机理。最新研究表明，好氧污泥颗粒化过程中，微生物之间的信号交流也有重要作用。
凝结核机理就是好氧颗粒污泥的形成首先要有一个凝结核来为微生物的聚集和生长提供场所，如悬浮颗粒、接种的厌氧或好氧颗粒污泥、反应器壁上形成的生物膜、较大的丝状菌等等。水中的无机小颗粒在水力剪切力的作用下会带有少量正电荷，会吸附一定量的细菌等带负电荷的微生物：水中的有机小颗粒在水力剪切力作用下会分泌胞外聚合物，提高细胞表面的疏水性，降低细胞表面吉布斯自由能，为细胞间相互作用及黏附提供有利条件。在反应器中控制一定的沉降时间、沉降深度等工况创造一定的选择压，将较大颗粒留在反应器内，从而使凝结核及黏附其上的微生物有充足的时间和养料来生长，并进一步黏附更多的微生物，形成外形不规则的污泥颗粒，即胚胎颗粒污泥。胚胎颗粒污泥在水力剪切力的作用下逐渐形成具有规则外形及竖实三维立体结构的好氧颗粒污泥，当颗粒达到一定尺寸后由于氧传质及基质传质的限制，颗粒尺寸停止增长，此时形成的好氧颗粒污泥为成熟的好氧颗粒污泥。钙离子作为微生物生长不可或缺的微量元素已经被研究证明对好氧污泥颗粒化有促进作用。已有研究通过在反应器内部添加活性炭、硅藻土、磁粉、微粉等作为凝结核来促进好氧污泥颗粒化，但在反应器内部添加由于受到凝结核转化效率、物质流失等问题整体效果不是很理想，不利于工程应用中大量添加和成本控制。部分剩余污泥作为回流污泥返回至反应器是很多污水处理工艺采用的技术措施，但在反应器外部通过调理回流污泥来促进好氧污泥颗粒化的研究鲜有报道。同时研究表明，好氧污泥在颗粒化中会产生明细的群感效应，相关细胞信号分子在其中发挥着重要作用，群感效应可以加快污泥胞外聚合物的合成、提高微生物表面附着能力，信号分子可以促进微生物分泌胞外聚合物并影响生物膜的形成，如c-di-GMP信号分子等的增加可以促进好氧颗粒污泥的形成。
技术实现要素：
为了克服目前好氧颗粒污泥培养的周期长、易失稳、生物反馈机制缺失等问题，本发明提供一种简单、经济、高效的通过添加钙离子调理回流污泥快速促进好氧污泥颗粒化的方法。
为了解决前述问题提供如下的技术方案：
一种通过添加钙离子调理回流污泥快速促进好氧污泥颗粒化的方法，包括以下步骤：
1)取利用活性污泥处理污水的反应器，反应器在正常运行；
2)收集排出的剩余污泥，按10-500mg(Ca2+)/g(MLSS)的含量添加钙离子，阴干至含水率为50％-70％，制备得到目标污泥；
3)将步骤2)中所制备的目标污泥作为回流污泥投入原反应器中并正常运行；
4)重复步骤3)和步骤4)，直至反应器中的好氧污泥基本颗粒化并稳定运行。
本发明的技术构思为：本发明结合微生物群感效应和细胞信号分子学，将较轻的被选择排出反应器的剩余污泥，通过添加钙离子、适当干化等调理处理手段后作为回流污泥返回反应器，形成一种生物反馈机制，促使反应器中的微生物趋向于集聚并颗粒化；利用在外部添加钙离子来刺激微生物大量释放胞外聚合物等作为粘结剂，使得处理后的污泥具有大量的块状或絮凝团等生物集聚体特性，返回反应器后由于水力、曝气等外力作用形成大量细微颗粒，利用凝结核机理，为好氧污泥的颗粒化提供一定的凝结核并加速好氧颗粒污泥的形成；同时利用钙离子本身对好氧颗粒污泥形成的促进作用；剩余污泥源于反应器，微生物同源未有外来生物，对反应器中的微生物不会造成生物入侵现象。阴干至含水率为50％-70％的污泥可以保持微生物活性而形成生物反馈，又能在钙元素作用下或自凝结成块或团形成凝结核，确保前述机制的实现。同时也将剩余污泥进行资源化处理，获得一定的经济效益。
本发明的有益效果主要体现为：
(1)利用微生物群感效应和细胞信号分子学，人为创造一种生物反馈机制促进好氧污泥集聚并颗粒化。
(2)利用钙离子对剩余污泥进行调理，刺激其产生大量胞外聚合物等作为粘结剂，强化剩余污泥凝聚成团状或块状，投回反应器后在外力作用下产生大量细微颗粒，为好氧颗粒污泥的形成提供凝结核。
(3)利用钙离子本身对好氧颗粒污泥形成的促进作用。
(4)不添加外源生物，不会造成生物入侵而影响反应器内菌种剧烈变化。
(5)废物资源化，利用剩余污泥进行资源化处理，减少产泥量。
(6)大大缩短好氧颗粒污泥的培养时间。
(7)操作简单，仅需要添加钙离子并适当干化处理，工艺简单，钙离子比较常见、易获取，方法可操作性强、成本低廉、易工程化应用。
(8)诱导制备的好氧颗粒污泥与普通的活性污泥相比，具有密实、处理效率高、沉降性能好、抗冲击负荷能力强等优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实例1
一种通过添加钙离子调理回流污泥快速促进好氧污泥颗粒化的方法，包括以下步骤：
1)取在正常运行的反应器，进水COD浓度为500mg/L、NH4+-N浓度为25mg/L、TP浓度为5mg/L；反应器采用SBR法，设置主要运行参数为静置时间为lh，曝气时间为3h；反应器中活性污泥量为3000mg/L。
2)收集排出的剩余污泥，按500mg/(Ca2+)/g(MLSS)的含量添加氯化钙并阴干至含水率为50％，制备得到目标污泥。
3)将步骤3)中所制备的目标污泥作为回流污泥投入原反应器中并正常运行，在水力作用下反应器中出现大量大小不一的块状或团状污泥。
5)每天重复步骤3)和步骤4)一次，运行4天后，反应器中的颗粒化达到90％，颗粒污泥的SVI<45ml/g，沉降性能良好。
本发明利用剩余污泥反馈机制形成的颗粒污泥具有密实、处理效率高，沉降性能好等优势。COD的去除率在95％左右，氨氮的去除率基本保持在99％左右，沉降速度20～30m/h，污泥容积指数(SVI)从接种污泥的80ml/g下降到45ml/g以下，MLSS增长至6200mg/L。
实例2
一种通过添加钙离子调理回流污泥快速促进好氧污泥颗粒化的方法，包括以下步骤：
1)取在正常运行的反应器，进水COD浓度为500mg/L、NH4+-N浓度为25mg/L、TP浓度为5mg/L；反应器采用SBR法，设置主要运行参数为静置时间为lh，曝气时间为3h；反应器中活性污泥量为2000mg/L。
2)收集排出的剩余污泥，按300mg/(Ca2+)/g(MLSS)的含量添加氯化钙并阴干至含水率为60％，制备得到目标污泥。
3)将步骤3)中所制备的目标污泥作为回流污泥投入原反应器中并正常运行，在水力作用下反应器中出现大量大小不一的块状或团状污泥。
5)每天重复步骤3)和步骤4)一次，运行4天后，反应器中的颗粒化达到86％，颗粒污泥的SVI<45ml/g，沉降性能良好。
本发明利用剩余污泥反馈机制形成的颗粒污泥具有密实、处理效率高，沉降性能好等优势。COD的去除率在95％左右，氨氮的去除率基本保持在99％左右，沉降速度20～30m/h，污泥容积指数(SVI)从接种污泥的92ml/g下降到45ml/g以下，MLSS增长至5400mg/L。
实例3
一种通过添加钙离子调理回流污泥快速促进好氧污泥颗粒化的方法，包括以下步骤：
1)取在正常运行的反应器，进水COD浓度为500mg/L、NH4+-N浓度为25mg/L、TP浓度为5mg/L；反应器采用合建式氧化沟工艺，水利停留时间10小时；反应器中活性污泥量为2500mg/L。
2)收集排出的剩余污泥，按10mg/(Ca2+)/g(MLSS)的含量添加氯化钙并阴干至含水率为70％，制备得到目标污泥。
3)将步骤3)中所制备的目标污泥作为回流污泥投入原反应器中并正常运行，在水力作用下反应器中出现大量大小不一的块状或团状污泥。
5)每天重复步骤3)和步骤4)一次，运行10天后，反应器中的颗粒化达到88％，颗粒污泥的SVI<48ml/g，沉降性能良好。
本发明利用剩余污泥反馈机制形成的颗粒污泥具有密实、处理效率高，沉降性能好等优势。COD的去除率在95％左右，氨氮的去除率基本保持在99％左右，沉降速度20～30m/h，污泥容积指数(SVI)从接种污泥的90ml/g下降到48ml/g以下，MLSS增长至5400mg/L。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。