恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法

本发明属于废水生物处理，具体涉及一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法。

背景技术：

1、随着生活水平的提高，人们对生活用水水量、水质的要求不断升高。好氧颗粒污泥是一种由微生物自絮凝而形成的特殊生物膜，已成为一种高效的污水处理技术。与传统活性污泥法相比，好氧颗粒污泥具有污泥沉降性能良好、污染物去除能力高、环境适应能力强等优点。好氧颗粒污泥的三维结构可以达到同时脱氮除磷效果，因此可以实现曝气和沉淀在同一个反应器中进行，减少占地面积，节省建设和运营成本。好氧颗粒污泥有着诸多优势，但是也存在许多问题，如启动时间慢、颗粒结构松散、在反应器长期运行中由于其空穴结构的形成或丝状菌增值而引起的颗粒解体时有发生等，这些不仅会导致颗粒沉降性能下降，还会使得污染物去除效果恶化，此类问题阻碍了好氧颗粒污泥在实际污水厂大规模的应用。

2、在实际污水厂长期运行的情况下，随着污泥颗粒尺寸的增大，颗粒传质阻力会变差，内层微生物得不到足够的营养物质，导致好氧颗粒污泥内核破碎。向反应器中施加恒流变压电场来强化好氧颗粒污泥形成以及强化脱氮除磷，是结合了电化学和微生物的过程，利用电场改变颗粒污泥中的微生物的活动，从而提高脱氮除磷的效率和颗粒的稳定性。目前，有一些研究在反应器中施加恒定电压，总氮和总磷的去除效率比空白组都有所提高，同时在不同的电压梯度下，自养反硝化都得到了富集，从而在节约碳源的同时提高脱氮效率，加快造粒速度，同时一些研究报道了恒定的直流电场可以增强细菌的新陈代谢和细胞生长，并且电流刺激了系统中关键功能性脱氮除磷微生物的生长。然而对于在恒流变压电场和铁碳材料共同强化好氧颗粒污泥形成相关研究尚未报道。

技术实现思路

1、针对颗粒污泥启动时间慢，颗粒结构松散，在反应器长期运行中由于其空穴结构的形成或丝状菌扩增而引起的颗粒解体等问题，结合以上背景技术，本发明提供了一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法。

2、本发明提供一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，包括如下步骤：1)制作好氧颗粒污泥的内核载体铁碳材料；2)絮状活性污泥驯化；3)反应器的启动和运行：取驯化后的絮状活性污泥、制作好的铁碳材料于sbr反应器中，施加恒流变压电场，以全程好氧的方式运行sbr反应器，培养出形状规则且致密的好氧颗粒污泥，用以处理废水。

3、进一步地，所述铁碳材料的制作步骤：(1)每100ml乙醇溶液中添加5-10g的feso4·7h2o，在超声振荡器中振荡5分钟；同时，将400目的活性炭放置于鼓风干燥箱中进行干燥，并储存在干燥器中以备使用；(2)将制备好的硫酸亚铁乙醇溶液与活性炭倒入烧瓶中混合，然后通入n2以去除剩余的溶解氧；(3)在上述混合溶液中添加0.3-0.7g聚乙二醇-4000，搅拌以确保充分混合；(4)向上述溶液中缓慢滴加含有3-6g kbh4的40-60ml的水溶液，完成滴加后等待反应30-60min；(5)随后进行固液分离并进行真空干燥处理后，将制得的铁碳材料放置于事先充满n2的棕色锥形瓶中储存。

4、进一步地，步骤2)所述絮状活性污泥来自广东某污水处理厂二沉池的絮状活性污泥，污泥浓度为4400mg/l，将污泥曝气48h以恢复其活性。

5、在反应器中接种驯化好的污泥，混合液悬浮固体浓度(mlss)约为4400mg/l，混合液挥发性悬浮固体浓度(mlvss)约为3500mg/l，mlvss/mlss约为0.79，污泥容积指数(svi30)约为114ml/g，其活性较低，结构较为松散，丝状菌较多，沉降性能差。

6、进一步地，在sbr反应器启动初期就将制备好的铁碳材料投加进sbr反应器中，加入sbr反应器的铁碳材料粒径为500目，投加量为0.1-0.2g，并且由于铁碳材料会随着排水而流失，故每20天补充一次铁碳材料。

7、进一步地，在sbr反应器启动初期引入恒流电压电场作为一项辅助手段，增加污泥团聚，促进特定功能微生物的生长，而电压随反应器中的电导率的改变而改变，电极片放置在sbr反应器中。

8、进一步地，sbr反应器包括圆柱状的结构主体，该圆柱体采用亚克力材质制成，圆柱体内放置电极片，电极片接入电源向反应器施加恒流变压电场。圆柱体的上端外设有进水泵，出水口设置在反应器中部。此外，圆柱体内底部设有曝气盘，曝气盘通过外部气泵连接，提供气体曝气和水力剪切力。

9、进一步地，为了方便操作和监控，sbr反应器的外部设有控制面板，各泵体和搅拌器均与控制面板通过线路连接。这样的设计确保了操作人员可以方便地调整反应条件并实时监测反应过程。

10、sbr反应器经由时间程序控制器和定时插排控制每个运行阶段的运行时间，进水通过进水泵从反应器的顶端注入，并通过液位计维持水位。在好氧阶段，曝气器的曝气量为2.0l/min，出水由电磁阀控制，排水比为50％。好氧颗粒污泥的培养温度为20-28℃。

11、进一步地，sbr反应器有进水、曝气、沉淀、出水四个运行阶段，采用好氧模式运行，每天运行6个周期，每周期运行4h，曝气量设置为2.0l/min。

12、进一步地，在污泥培养前期通过不断调整降低沉降时间，在前10d沉降时间从20min缩短至2min以增加水力选择压，筛选沉降性能好的污泥，以促进絮状污泥的颗粒化。

13、与现有技术相比，本发明的优势在于：

14、(1)铁碳材料由于具有强吸附性，可作为内核载体在颗粒化初期为微生物提供附着位点，并且在成熟期为好氧颗粒污泥提供稳定的核心，增强好氧颗粒污泥在长期运行中的稳定性，本发明中加入制备的铁碳材料，可作为载体强化好氧颗粒污泥的形成与成熟，可保障好氧颗粒污泥长期运行稳定。本发明所培养的好氧颗粒污泥结构稳定，颗粒内部中形成了以铁碳材料为主要核心，并且该材料嵌入在胞外聚合物(eps)中，共同维持颗粒污泥的稳定性。

15、(2)本发明所提供的方式培养好氧颗粒污泥，可显著促进造粒过程，将恒流变压电场和铁碳材料共同用于好氧颗粒污泥的培养，解决了颗粒污泥培养启动时间长、后期运行不稳定的问题，引入电场这一过程使得好氧污泥颗粒的粒径更大，结构更加致密规则，沉降性能显著提升。在20d完成初始造粒，所形成的颗粒污泥具有结构紧凑、沉降性能好、污染物去除效率高的优点。

16、(3)本发明预处理简单，培养颗粒污泥的操作简便，为好氧颗粒污泥系统的快速启动、稳定运行以及强化除污性能提供了新的思路。对系统的出水水质进行监测，电场对系统的脱氮除磷大大提升，并且电场可抑制丝状菌的增殖，强化污泥颗粒化，并且促进了颗粒污泥同步硝化反硝化和自养反硝化，提高了系统除污能力。

技术特征：

1.一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，包括如下步骤：1)制作好氧颗粒污泥的内核载体铁碳材料；2)絮状活性污泥驯化；3)反应器的启动和运行：取驯化后的絮状活性污泥、制作好的铁碳材料于sbr反应器中，施加恒流变压电场，以全程好氧的方式运行sbr反应器，培养出形状规则且致密的好氧颗粒污泥，用以处理废水。

2.根据权利要求1所述的一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，其特征在于，步骤1)所述铁碳材料的制作步骤：(1)每100ml乙醇溶液中添加7-8g的feso4·7h2o，在超声振荡器中振荡5-10min；同时，将400目的活性炭放置于鼓风干燥箱中进行干燥，并储存在干燥器中以备使用；(2)将制备好的硫酸亚铁乙醇溶液与活性炭倒入烧瓶中混合，然后通入n2以去除剩余的溶解氧；(3)在上述混合溶液中添加0.3-0.7g聚乙二醇-4000，搅拌以确保充分混合；(4)向上述溶液中缓慢滴加含有3-6g kbh4的40-60ml的水溶液，完成滴加后等待反应30-60min；(5)随后进行固液分离并进行真空干燥处理后，将制得的铁碳材料放置于事先充满n2的棕色锥形瓶中储存。

3.根据权利要求1所述的一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，其特征在于，步骤2)所述絮状活性污泥来自广东某污水处理厂二沉池的絮状活性污泥，污泥浓度为4400mg/l，将污泥曝气48h以恢复其活性。

4.根据权利要求1所述的一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，其特征在于，在sbr反应器启动初期就将制备好的铁碳材料投加进sbr反应器中，加入sbr反应器的铁碳材料粒径为500目，投加量为0.1-0.2g。

5.根据权利要求1所述的一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，其特征在于，在sbr反应器启动初期引入恒流电压电场，而电压随反应器中的电导率的改变而改变，电极片放置在sbr反应器中。

6.根据权利要求1所述的一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，其特征在于，sbr反应器包括圆柱状的结构主体，圆柱体内放置电极片，电极片接入电源向反应器施加恒流变压电场，圆柱体内底部设有曝气盘，曝气盘通过外部气泵连接。

7.根据权利要求1所述的一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，其特征在于，sbr反应器的外部设有控制面板，各泵体和搅拌器均与控制面板通过线路连接，sbr反应器经由时间程序控制器和定时插排控制。

8.根据权利要求1所述的一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，其特征在于，好氧颗粒污泥的培养温度为20-28℃。

9.根据权利要求1所述的一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，其特征在于，sbr反应器有进水、曝气、沉淀、出水四个运行阶段，采用好氧模式运行，每天运行6个周期，每周期运行4h，曝气量设置为2.0l/min。

10.根据权利要求1所述的一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，其特征在于，在污泥培养前期通过不断调整降低沉降时间，在前10d沉降时间从20min缩短至2min以增加水力选择压，筛选沉降性能好的污泥，以促进絮状污泥的颗粒化。

技术总结
本发明是提供一种恒流变压电场和铁碳材料强化好氧颗粒污泥形成的方法，包括如下步骤：1)制作好氧颗粒污泥的内核载体铁碳材料；2)絮状活性污泥驯化；3)反应器的启动和运行：取驯化后的絮状活性污泥、制作好的铁碳材料于SBR反应器中，施加恒流变压电场，以全程好氧的方式运行SBR反应器，培养出形状规则且致密的好氧颗粒污泥，用以处理废水。本发明培养出来的好氧颗粒污泥内部是以铁碳材料为内核吸附生长，有效提高了颗粒的平均尺寸，电场的存在加快颗粒成型速度，并且一定程度上可抑制丝状菌的生长，促进好氧颗粒污泥同步硝化反硝化及铁自养反硝化的作用，提高系统的污染物去除效率。

技术研发人员：赫俊国,邓凯鹏,姚峻程,江伟勋,刘新平,张宇
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24