一种在SBR反应柱中培养好氧颗粒污泥的方法与流程

本发明涉及污水处理技术开发及应用领域，尤其涉及一种在SBR反应柱中培养好氧颗粒污泥的方法。

背景技术：

污泥颗粒化是在氧气充足的情况下，微生物通过相互聚集而形成的一种比重较大、体积较大及体制条件较好的微生物聚集体。与传统的活性污泥相比，好氧颗粒污泥不仅具有出色的沉降性能、较强的抗毒性能力，因其特殊的生物结构还能够进行同步硝化反硝化。经过20多年的研究，在好氧颗粒污泥的培养方式、形成条件、形成机理以及对市政废水、工业废水等处理方面积累了丰富的经验。好氧颗粒污泥法是近十年发展起来的高效污水处理技术，因其处理高效、成本较低及污泥产量小等特点，越来越受到关注。

目前好氧颗粒污泥的核心技术由荷兰等国科学家掌握，最具代表性的是荷兰TU Delft的Mark van Loosdrecht教授团队，他们从20世纪90年代中期开始研究好氧颗粒污泥，在2007年将该技术大规模工程应用，并将该技术命名为“Nereda工艺”，目前在全世界已有20多个工程项目应用了Nereda工艺，取得良好效果。国内对该技术的研究主要集中在好氧颗粒污泥形成机理、条件控制及污水处理方面。

由于现有好氧颗粒污泥的培养需要在高径比大于10的SBR反应柱中进行，建设及运营成本高，导致好氧颗粒污泥技术难以大规模实际工程应用，而常规SBR反应柱培养好氧颗粒污泥的研究较少。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中的采用高径比大于10的SBR反应柱培养好氧颗粒污泥，建设及运营成本高，导致无法大规模实际工程应用的缺点，提供了一种在SBR反应柱中培养好氧颗粒污泥的方法。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种在SBR反应柱中培养好氧颗粒污泥的方法，在高径比小于6的常规SBR反应柱中，通过控制反应柱的运行参数，将絮状活性污泥逐步转变成密实的颗粒状污泥，获得沉降快、除污性能优良的好氧颗粒污泥，具体步骤为：

A.取经预处理后的生活污水处理厂活性污泥作为接种污泥，用高径比小于6的常规SBR反应柱作为反应器，用模拟废水对活性污泥进行培养驯化3～5d，在污泥SVI为95～100mL g^-1时，视为培养驯化结束；

B.将进水COD_Cr浓度从150mg L^-1逐步提高至800mg L^-1、进水氨氮浓度从30mg L^-1逐步提高至60mg L^-1、沉降时间从15min逐步缩短至3min，逐步增大好氧颗粒污泥粒径，完成污泥颗粒化；

C.在污泥颗粒化完成后，控制反应柱的运行参数，进水COD_Cr浓度保持在100mg L^-1以上、进水氨氮浓度保持在5mg L^-1以上、总磷浓度保持在3mg L^-1以上、曝气量保持在2L min^-1以上、沉淀时间控制在3～5min，保持好氧颗粒污泥稳定运行，不出现好氧颗粒污泥大规模解体现象。

进一步的，所述的步骤B包括：

a.初始状态反应柱的运行参数为：进水COD_Cr浓度为150mg L^-1、进水氨氮浓度为30mg L^-1、总磷浓度为5mg L^-1、曝气量为4L min^-1、沉降时间为15min，在此参数条件下运行25～30d；

b.当出现较多块状污泥、SVI为80～90mL g^-1时，反应柱的运行参数调整为：进水COD_Cr浓度提高至300mg L^-1、进水氨氮浓度提高至40mg L^-1、总磷浓度为5mg L^-1、曝气量为4L min^-1、沉降时间缩短至8min，在此参数条件下运行15～20d；

c.当污泥粒径以0.1～0.3mm为主、SVI为70～80mL g^-1左右时，反应柱的运行参数调整为：进水COD_Cr浓度提高至500mg L^-1、进水氨氮浓度50mg L^-1、总磷浓度为5mg L^-1、曝气量为4L min^-1、沉降时间缩短至5min，在此参数条件下运行15～20d；

d.当污泥粒径增大至0.3～0.7mm、SVI为50～60mL g^-1左右时，反应柱的运行参数调整为：进水COD_Cr浓度提高至800mg L^-1、进水氨氮浓度提高至60mg L^-1、总磷浓度为5mg L^-1、曝气量为4L min^-1、沉降时间缩短至3min，在此参数条件下运行25～30d；

e.当污泥粒径达0.5～1.0mm、SVI为30～40mL g^-1左右、反应柱中COD_Cr和氨氮去除率能达85％以上时，视为污泥颗粒化完成。

进一步的，所述的SBR反应柱的高径比为3.67。

进一步的，还包括步骤D，逐步在模拟废水中添加30％、50％、100％实际生活污水，考察好氧颗粒污泥对实际生活污水的适应性及除污效果，在运行周期中增加缺氧段，缺氧段时间控制在0.5～1h，为好氧颗粒污泥中反硝化菌提供缺氧环境，提高除氮效果。

本发明的有益效果是：按照本发明的方法可在常规SBR反应柱中培养出沉降快、微生物量大及除污性能好的好氧颗粒污泥，与现有的在高径比大于10的SBR反应柱中培养相比，降低了建设及运营成本，弥补了常规SBR反应柱培养好氧颗粒污泥的研究的空白，是一种高效经济的新型污水处理技术，为该技术的规模实际应用提供了可行性。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的常规SBR反应柱中污泥颗粒化过程示意图。

图3为本发明的好氧颗粒污泥外观形态变化图。

图4为本发明的好氧颗粒污泥SEM及EDX图。

图5为本发明的好氧颗粒污泥沉降性能图。

图6为本发明的好氧颗粒污泥除污性能图。

具体实施方式

如附图1所示，本实施例的一种在SBR反应柱中培养好氧颗粒污泥的方法，在高径比小于6的常规SBR反应柱中，通过控制反应柱的运行参数，将絮状活性污泥逐步转变成密实的颗粒状污泥，获得沉降快、除污性能优良的好氧颗粒污泥，本实施例优选的SBR反应柱的高径比为3.67，在高径比为3.67的SBR反应柱中，对絮状活性污泥进行颗粒化，具体步骤为：

A.取经预处理后的生活污水处理厂活性污泥作为接种污泥，用高径比小于6的常规SBR反应柱作为反应器，用模拟废水对活性污泥进行培养驯化3～5d，在污泥SVI为95～100mL g^-1时，视为培养驯化结束；

B.将进水COD_Cr浓度从150mg L^-1逐步提高至800mg L^-1、进水氨氮浓度从30mg L^-1逐步提高至60mg L^-1、沉降时间从15min逐步缩短至3min，逐步增大好氧颗粒污泥粒径，完成污泥颗粒化，本实施例优选的具体步骤包括：

a.初始状态反应柱的运行参数为：进水COD_Cr浓度为150mg L^-1、进水氨氮浓度为30mg L^-1、总磷浓度为5mg L^-1、曝气量为4L min^-1、沉降时间为15min，在此参数条件下运行25～30d；

b.当出现较多块状污泥、SVI为80～90mL g^-1时，反应柱的运行参数调整为：进水COD_Cr浓度提高至300mg L^-1、进水氨氮浓度提高至40mg L^-1、总磷浓度为5mg L^-1、曝气量为4L min^-1、沉降时间缩短至8min，在此参数条件下运行15～20d；

c.当污泥粒径以0.1～0.3mm为主、SVI为70～80mL g^-1左右时，反应柱的运行参数调整为：进水COD_Cr浓度提高至500mg L^-1、进水氨氮浓度50mg L^-1、总磷浓度为5mg L^-1、曝气量为4L min^-1、沉降时间缩短至5min，在此参数条件下运行15～20d；

d.当污泥粒径增大至0.3～0.7mm、SVI为50～60mL g^-1左右时，反应柱的运行参数调整为：进水COD_Cr浓度提高至800mg L^-1、进水氨氮浓度提高至60mg L^-1、总磷浓度为5mg L^-1、曝气量为4L min^-1、沉降时间缩短至3min，在此参数条件下运行25～30d；

e.当污泥粒径达0.5～1.0mm、SVI为30～40mL g^-1左右、反应柱中COD_Cr和氨氮去除率能达85％以上时，视为污泥颗粒化完成。

C.在污泥颗粒化完成后，控制反应柱的运行参数，进水COD_Cr浓度保持在100mg L^-1以上、进水氨氮浓度保持在5mg L^-1以上、总磷浓度保持在3mg L^-1以上、曝气量保持在2L min^-1以上、沉淀时间控制在3～5min，保持好氧颗粒污泥稳定运行，不出现好氧颗粒污泥大规模解体现象。

为了使本实施例培养的好氧颗粒污泥更好的适应实际生活污水，本实施例优选的还包括步骤D，逐步在模拟废水中添加30％、50％、100％实际生活污水，考察好氧颗粒污泥对实际生活污水的适应性及除污效果，在运行周期中增加缺氧段，缺氧段时间控制在0.5～1h，为好氧颗粒污泥中反硝化菌提供缺氧环境，提高除氮效果。

如图2所示的本实施例的污泥颗粒化过程可知，在常规SBR反应柱中，在一定处理周期内不断降低污泥沉降时间，将絮状、小颗粒污泥随出水逐步洗出，密实的颗粒状污泥保留下来，慢慢形成以密实颗粒污泥为优势菌的污泥。

如图3所示的本实施例的好氧颗粒污泥的外观形态逐步变化可知，培养初期污泥逐渐由絮状向颗粒状转变，在第25天出现了细小的块状污泥，当中絮状活性污泥较多，块状污泥之间没有明显分开。随着反应系统的不断运行，在第45天形成了粒径在0.1～0.3mm之间的初期好氧颗粒污泥，该污泥粒径小、形状不规则，主要呈现棒状或椭球状，同时其结构也较为松散。随着周期、沉淀时间的缩短以及进水有机负荷的逐渐提高，污泥粒径逐渐增大，最终在第65天形成了形状规则、粒径分布均匀、结构密实的好氧颗粒污泥。之后污泥粒径继续逐步增大，在第90天好氧颗粒污泥的粒径主要集中于0.5～1.0mm之间，并保持稳定。

如图4所示的利用SEM观察的好氧颗粒污泥表面形貌可知，R1培养出的好氧颗粒污泥表面有密集的微生物聚集，当中以球菌与杆状菌为主，好氧颗粒污泥表面凹凸不平，有较多孔隙。对颗粒局部进一步放大观察，并通过EDX对该部位进行了元素组成分析，由结果可知，C、O、N、P、Na和Fe是最主要的组成元素，其组成比例分别为46.96％、35.03％、9.69％、2.41％、2.19％和1.78％。

如图5所示的好氧颗粒污泥沉降性能图可知，当进水COD_Cr浓度从300mgL^-1逐渐升高至800mg L^-1，运行周期从6h降低到4h，沉淀时间从15min逐步降低到3min时，反应器内污泥浓度和污泥的沉降性能发生变化。在培养初期由于污泥仍处于适应期，污泥浓度下降明显，第10天以后随着沉淀时间的缩短，部分沉降性能差的污泥被排出，污泥浓度有所下降。随后，沉降性能好的污泥在反应器中逐渐占据优势并大量增殖，污泥浓度也逐渐上升，在第65天以后MLSS保持在5500mg L^-1左右，MLVSS/MLSS达到85％左右，而MLVSS/MLSS是衡量污泥中活性微生物浓度的重要指标，一般在70％～80％。同时，在污泥浓度逐渐增加的情况下，污泥体积指数(SVI)却逐渐下降，最终稳定在36mL g^-1，SVI值是判断污泥沉降浓缩性能的重要参数，一般认为在污泥体积指数值低于150mL g^-1时，污泥有良好沉降性。

如图6所示的颗粒污泥的除污性能可知，COD_Cr去除率随反应器运行时间增加而增大。为促进好氧颗粒污泥的形成，逐步将进水COD_Cr浓度从300mgL^-1提升至800mg L^-1，COD_Cr去除效果均能保持稳定，且均能保持90％以上去除率。为促进好氧颗粒污泥的形成，逐步将进水氨氮浓度从30mg L^-1提升至50mg L^-1。在运行时间30d内，随着污泥活性的提高，氨氮去除效果随运行时间的增加越来越好，在50d时，氨氮去除率达到85％。在运行时间30d内，随着污泥活性的提高，污泥对P的需求越来越多，以满足自身增殖的需求，从而总磷的去除率随运行时间的增加而增大，在30d时，总磷去除率达到42.5％。由于硝化菌生长较慢，在培养前40天，出水硝态氮不断累积，最终达到14.5mg L^-1，当硝化菌培养成熟后，硝态氮浓度一直下降，最终保持在4mg L^-1左右，硝态氮有一定累积，表明目前反硝化能力有限。出水亚硝氮浓度在培养前35天一直随运行时间的增加而下降，之后稳定在0.5mg L^-1以下，表明氨氧化菌生长较快。

由以上分析可知，将絮状活性污泥颗粒化可提高污泥的沉降性能及除污性能，是一种高效经济的新型污水处理技术。本发明的好氧颗粒污泥是在高径比为3.67的SBR反应柱中培养驯化，并稳定运行，取得良好除污效果，这对该技术的大规模实际应用提供了可行性。