一种基于沉砂池出砂的低温好氧颗粒污泥快速培养方法与流程

本发明涉及一种基于沉砂池出砂的低温好氧颗粒污泥快速培养方法，属于环境工程技术领域。

背景技术

污水处理排放标准的总氮和总磷指标日益提高，对污水处理厂节能降耗运行提出了更高的要求，研发氮磷高效去除且运行稳定的污水处理技术已经成为环境污染控制领域的研究重点。传统的生物除磷脱氮工艺由于污水中碳源物质的缺乏，使活性污泥对氮磷的去除能力有限，尤其是在低温条件下污泥性能与处理效果进一步受到制约，并且存在不同程度的污泥膨胀等问题，影响工艺系统的正常运行。好氧颗粒污泥是一种特殊的生物膜结构，因其具有良好的沉降性能，较低的运行成本，较高的生物量和处理效能而极具发展潜力。但是好氧颗粒污泥的培养，尤其在低温(8-12℃)条件下由于污泥微生物活性受到抑制而引起的反应系统启动较慢与运行稳定性较差的问题更加突出。

为了提高低温条件下好氧颗粒污泥活性，加速好氧颗粒污泥的形成，较为有效的方法主要是引入培养载体。目前文献报道较多的是以金属阳离子，骨胶等作为载体进行好氧颗粒污泥培养，所得污泥虽然去污效果较好，但是污泥颗粒化时间长，约为40-60天，且这些载体成本都较高；近期文献cn107235553a报道了以污泥焚烧灰作为载体实现低温快速培养，该方法虽然一定程度上加速了低温好氧颗粒污泥的形成，但是其低温活性污泥颗粒化仍然需要较长时间，好氧颗粒污泥系统运行效率不高，进而制约其技术发展。

技术实现要素：

为了进一步缩短好氧颗粒污泥反应器的启动时间，简化好氧颗粒污泥的培养过程，提高好氧颗粒污泥系统运行效率，本发明对低温(8-12℃)条件下好氧颗粒污泥快速培养方法中的载体进行了设计，并考察了其对低温污水的处理效能和污泥颗粒化所需时间。

本发明在方法设计过程中对载体源进行了详细的探究，并深入到污水处理厂进行调研。污水中重金属类物质和新兴污染物通过物理化学作用，一般会吸附于无机颗粒物表面和内部，进而形成一类潜在的污染物——沉砂池出砂。沉砂池出砂通常会被填埋于垃圾填埋场，但是随着时间的推移，重金属类物质和新兴污染物会缓慢释放到土壤和地下水中，会造成环境污染。因此，本发明对沉砂池出砂废弃物资源进行再利用，以沉砂池出砂作为载体低温培养好氧颗粒污泥，研究该方法培养的好氧颗粒污泥处理效能和污泥颗粒化所需时间。

本发明的第一个目的是提供一种污水处理厂沉砂池出砂废弃物处理方法，所述方法是将沉砂池出砂用作好氧颗粒污泥培养过程中的载体，实现沉砂池出砂废弃物再利用。

本发明的第二个目的是提供一种低温好氧颗粒污泥快速培养方法，所述方法是在好氧颗粒污泥培养过程中添加沉砂池出砂，加速低温条件下好氧颗粒污泥的形成。

在本发明的一个实施方式中，所述好氧活性污泥是来自于a²o工艺的污水处理厂好氧池活性污泥；污泥浓度为4500～5500mg/l。

在本发明的一个实施方式中，所述方法是将好氧活性污泥接种于内循环序批气提式反应器中，在进水期添加沉砂池出砂。

在本发明的一个实施方式中，所述沉砂池出砂的粒径小于0.20mm。

在本发明的一个实施方式中，所述低温是8～12℃。

在本发明的一个实施方式中，所述方法是在内循环序批气提式反应器的每批次反应周期中添加沉砂池出砂；其中沉砂池出砂的添加量为5～15g/l。

在本发明的一个实施方式中，所述方法主要包括如下步骤：将好氧活性污泥接种于内循环序批气提式反应器中，每批次反应周期为2.5～3.5h，其中静态进水期60±10min，曝气反应期112±15min，污泥沉降期3±1min，快速排水期5±1min，排水比50％；控制水温为8～10℃，调节进水ph值为7.0±0.2；每批次反应周期的进水期添加一次沉砂池出砂，添加量为5～15g/l。

本发明的第三个目的是提供上述方法制备得到的低温好氧颗粒污泥。

本发明的第四个目的是提供低温污水处理方法，所述方法是将上述低温好氧污泥颗粒用于污水处理。

本发明有益效果

本发明创造快速培养的低温好氧颗粒污泥是从sbar中获得的，具有较好的低温污水处理能力。以沉砂池出砂作为载体可以有效实现污泥微生物在其上的聚集，从而加速了低温好氧颗粒污泥的形成，低温活性污泥颗粒化时间缩短至20d。污水处理厂沉砂池出砂是污水处理后的常见、价格低廉的无机质颗粒废弃物。经沉砂池出砂强化培养的低温好氧颗粒污泥具有较高的强度和稳定的结构，沉降性能较好，对污水中cod，nh4⁺-n和po4^3--p具有良好的去除能力，其对cod，nh4⁺-n和po4^3--p的去除率分别达到93.3％，98.0％和98.1％。沉砂池出砂的强化作用有效的缩短了颗粒污泥的形成时间，加速了低温sbar的启动并维持其长期稳定运行，具有很高的可行性。在低温条件下，快速培养的好氧颗粒污泥不仅加快和简化了好氧颗粒污泥反应器的启动，同时其除磷脱氮特性也得到显著加强，使反应系统运行更加稳定，对于北方高寒地区以及南方无供暖设施区域生活污水的处理提供了稳定高效的新工艺。

本发明以沉砂池出砂作为载体源，不仅能够有效处理沉砂池出砂中吸附的重金属类物质和新兴污染物，消除沉砂池出砂对环境的影响，实现环境友好，同时还可以实现废弃物资源回收再利用。本发明沉砂池出砂载体能够为污泥微生物提供足够吸附位点，通过污泥微生物附着于惰性无机颗粒逐渐形成颗粒化污泥，经沉砂池出砂强化培养的低温好氧颗粒污泥具有较高的强度和稳定的结构，沉降性能较好，大大缩短了颗粒污泥的形成时间，加速了低温sbar的启动并维持其长期稳定运行，适于工业应用。

附图说明

图1为好氧颗粒污泥的沉降性能和生物量；

图2为胞外聚合物的变化；

图3为为好氧颗粒污泥粒径分布及沉降速率；

图4为好氧颗粒污泥对污染物的去除效能。

具体实施方式

实施例1内循环序批气提式反应器运行条件

取采用a²o工艺的污水处理厂好氧池活性污泥5l(污泥浓度5000mg/l)，接种于内循环序批气提式反应器(sequencingbatchairliftreactor,sbar)中，用以培养低温好氧颗粒污泥。sbar有效容积12.0l，排水比50％，反应周期为3h，静态进水期60min，曝气反应期112min，污泥沉降期3min，快速排水期5min。控制水温为10℃，调节进水ph值为7.0±0.2(运行过程中采用1mol/lhcl和1mol/lnaoh调节ph)。通过实时控制系统控制空气、氮气含量与比例以保证进水段厌氧状态，反应段好氧状态；srt控制在25天。

实施例2好氧颗粒污泥培养条件

模拟废水成分如下所示：naac8560mg/l，nh4cl2240mg/l，k2hpo4735mg/l，kh2po4288mg/l，mgso4880mg/l，kcl350mg/l，微量元素液1ml/l；微量元素液成分如下所示：fecl3·6h2o1.5g/l,h3bo30.15g/l,cuso4·5h2o0.03g/l,ki0.03g/l,mncl2·4h2o0.12g/l,na2moo4·2h2o0.06g/l,znso4·7h2o0.12g/l,cocl2·6h2o0.15g/l。废水配制后，按照碳源水箱进水：氮源水箱进水：自来水＝1:1:8，经3个不同蠕动泵，由反应器底部进入sbar。进水cod600mg/l，nh4⁺-n120mg/l，po4^3--p16mg/l。利用以上模拟废水培养好氧颗粒污泥的方法称为方法i，此方法培养的好氧颗粒污泥置于反应器r1中。

通过过筛分选粒径小于0.20mm的沉砂池出砂作为污泥附着的载体，采用方法i耦合沉砂池出砂(10g/l)培养低温好氧颗粒污泥的方法称为方法ii，此方法培养的好氧颗粒污泥置于反应器r2中。

通过过筛分选粒径0.20-0.30mm和小于0.15mm的沉砂池出砂作为污泥附着的载体，采用方法i耦合沉砂池出砂(10g/l)培养低温好氧颗粒污泥，所培养的好氧颗粒污泥置于反应器r3和r4中。

实施例3低温好氧颗粒污泥形成过程

将沉砂池出砂在sbar运行的进水阶段通过泵从反应器底部泵入其中，待反应器运行至曝气阶段，沉砂池出砂与活性污泥微生物充分混合，微生物以沉砂池出砂为载体附着在其表面，以增加自身的沉降速度，防止其在排水阶段因沉降性能较差而被排出反应器。如图1所示，污泥生物量在短暂降低之后迅速升高，接近8g/l，而其沉降性能一直较好，污泥svi随反应器运行而持续降低，待好氧颗粒污泥形成后，其svi稳定在40.4-47.2ml/g之间。由于沉砂池出砂的加入，低温活性污泥颗粒化的时间缩短至20d，较传统培养低温好氧颗粒污泥的方法平均缩短14d(表1)。好氧颗粒污泥呈浅黄色，逐步在水力剪切力作用下演变成圆球型和椭球型外观。

表1沉砂池出砂强化的低温好氧颗粒污泥的污泥特性

a：低温sbar运行稳定时好氧颗粒污泥对污染物的去除率。

实施例4低温好氧颗粒污泥的稳定性

低温活性污泥颗粒化进程中，其eps含量变化如图2所示，eps中蛋白质(protein,pn)类物质含量逐渐升高，由8.5升高到46.1mg/gmlss；多糖(polysaccharides,ps)类物质含量由3.9升高到10.8mg/gmlss。eps内pn/ps在4.3左右，表明较高浓度的蛋白质类物质是低温好氧颗粒污泥形成的重要因素，因为有惰性物质沉砂池出砂作为载体，污泥强度也达到99.3％，低温好氧颗粒污泥结构密实，为污泥微生物的良好生长提供了适宜的环境。

实施例5低温好氧颗粒污泥的粒径分布

利用沉砂池出砂培养的低温好氧颗粒污泥平均粒径为2.1mm，粒径在0.5-3.0mm之间的颗粒污泥含量达79.1％(图3a)，以沉砂池出砂强化培养的低温好氧颗粒污泥的平均粒径与r1内颗粒污泥相差无几，颗粒污泥内部传质和传氧能力也不会降低，从而使好氧颗粒污泥对污染物依然保持良好的去除效能。经沉砂池出砂强化培养的低温好氧颗粒污泥的粒径与其沉降速率具有良好的线性关系(图3b)：y＝5.3629x+6.1800，其中y和x分别代表颗粒污泥的沉降速率(m/h)和粒径(mm)，颗粒污泥较好的沉降性能使其具有良好的泥水分离效果，保证了出水水质稳定达标。

实施例6低温好氧颗粒污泥对污水的去除效能

由于接种的活性污泥一直在常温下进行驯化，因此当其被接种至低温sbar后，其活性受到较大抑制，对污水中污染物处理效能较低。随着低温反应器的运行，污泥微生物逐步适应低温环境，并且先期形成的颗粒污泥因其内部eps的存在，具备一定抵御较低温度的能力，因此其对污水中cod，nh4⁺-n和po4^3--p的去除能力逐渐提高(图4)，并逐步达到稳定，相应cod，nh4⁺-n和po4^3--p去除率达到93.3％，98.0％和98.1％，颗粒污泥中异养细菌，aob，nob和pao等均具有较高的生物活性。出水中no2^--n和no3^--n浓度分别为0.5和4.8mg/l，同步硝化反硝化率为99.4％，同时硝化反硝化速率达到1.01mmol/l·h。经沉砂池出砂强化的低温好氧颗粒污泥具有良好的生物活性，其cod氧化能力，硝化反硝化能力和生物除磷能力均与以传统方式培养的低温好氧颗粒污泥相近，表明沉砂池出砂的强化作用，有效的缩短了颗粒污泥的形成时间，加速了低温sbar的启动并维持其长期稳定运行，在实际应用中具有很高的可行性。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。