本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種在SBR反應(yīng)柱中培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法。

背景技術(shù)：

污泥顆粒化是在氧氣充足的情況下，微生物通過相互聚集而形成的一種比重較大、體積較大及體制條件較好的微生物聚集體。與傳統(tǒng)的活性污泥相比，好氧顆粒污泥不僅具有出色的沉降性能、較強(qiáng)的抗毒性能力，因其特殊的生物結(jié)構(gòu)還能夠進(jìn)行同步硝化反硝化。經(jīng)過20多年的研究，在好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方式、形成條件、形成機(jī)理以及對市政廢水、工業(yè)廢水等處理方面積累了豐富的經(jīng)驗。好氧顆粒污泥法是近十年發(fā)展起來的高效污水處理技術(shù)，因其處理高效、成本較低及污泥產(chǎn)量小等特點，越來越受到關(guān)注。

目前好氧顆粒污泥的核心技術(shù)由荷蘭等國科學(xué)家掌握，最具代表性的是荷蘭TU Delft的Mark van Loosdrecht教授團(tuán)隊，他們從20世紀(jì)90年代中期開始研究好氧顆粒污泥，在2007年將該技術(shù)大規(guī)模工程應(yīng)用，并將該技術(shù)命名為“Nereda工藝”，目前在全世界已有20多個工程項目應(yīng)用了Nereda工藝，取得良好效果。國內(nèi)對該技術(shù)的研究主要集中在好氧顆粒污泥形成機(jī)理、條件控制及污水處理方面。

由于現(xiàn)有好氧顆粒污泥的培養(yǎng)需要在高徑比大于10的SBR反應(yīng)柱中進(jìn)行，建設(shè)及運營成本高，導(dǎo)致好氧顆粒污泥技術(shù)難以大規(guī)模實際工程應(yīng)用，而常規(guī)SBR反應(yīng)柱培養(yǎng)好氧顆粒污泥的研究較少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的采用高徑比大于10的SBR反應(yīng)柱培養(yǎng)好氧顆粒污泥，建設(shè)及運營成本高，導(dǎo)致無法大規(guī)模實際工程應(yīng)用的缺點，提供了一種在SBR反應(yīng)柱中培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法。

本發(fā)明實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：一種在SBR反應(yīng)柱中培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法，在高徑比小于6的常規(guī)SBR反應(yīng)柱中，通過控制反應(yīng)柱的運行參數(shù)，將絮狀活性污泥逐步轉(zhuǎn)變成密實的顆粒狀污泥，獲得沉降快、除污性能優(yōu)良的好氧顆粒污泥，具體步驟為：

A.取經(jīng)預(yù)處理后的生活污水處理廠活性污泥作為接種污泥，用高徑比小于6的常規(guī)SBR反應(yīng)柱作為反應(yīng)器，用模擬廢水對活性污泥進(jìn)行培養(yǎng)馴化3～5d，在污泥SVI為95～100mL g^-1時，視為培養(yǎng)馴化結(jié)束；

B.將進(jìn)水COD_Cr濃度從150mg L^-1逐步提高至800mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度從30mg L^-1逐步提高至60mg L^-1、沉降時間從15min逐步縮短至3min，逐步增大好氧顆粒污泥粒徑，完成污泥顆?；?；

C.在污泥顆粒化完成后，控制反應(yīng)柱的運行參數(shù)，進(jìn)水COD_Cr濃度保持在100mg L^-1以上、進(jìn)水氨氮濃度保持在5mg L^-1以上、總磷濃度保持在3mg L^-1以上、曝氣量保持在2L min^-1以上、沉淀時間控制在3～5min，保持好氧顆粒污泥穩(wěn)定運行，不出現(xiàn)好氧顆粒污泥大規(guī)模解體現(xiàn)象。

進(jìn)一步的，所述的步驟B包括：

a.初始狀態(tài)反應(yīng)柱的運行參數(shù)為：進(jìn)水COD_Cr濃度為150mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度為30mg L^-1、總磷濃度為5mg L^-1、曝氣量為4L min^-1、沉降時間為15min，在此參數(shù)條件下運行25～30d；

b.當(dāng)出現(xiàn)較多塊狀污泥、SVI為80～90mL g^-1時，反應(yīng)柱的運行參數(shù)調(diào)整為：進(jìn)水COD_Cr濃度提高至300mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度提高至40mg L^-1、總磷濃度為5mg L^-1、曝氣量為4L min^-1、沉降時間縮短至8min，在此參數(shù)條件下運行15～20d；

c.當(dāng)污泥粒徑以0.1～0.3mm為主、SVI為70～80mL g^-1左右時，反應(yīng)柱的運行參數(shù)調(diào)整為：進(jìn)水COD_Cr濃度提高至500mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度50mg L^-1、總磷濃度為5mg L^-1、曝氣量為4L min^-1、沉降時間縮短至5min，在此參數(shù)條件下運行15～20d；

d.當(dāng)污泥粒徑增大至0.3～0.7mm、SVI為50～60mL g^-1左右時，反應(yīng)柱的運行參數(shù)調(diào)整為：進(jìn)水COD_Cr濃度提高至800mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度提高至60mg L^-1、總磷濃度為5mg L^-1、曝氣量為4L min^-1、沉降時間縮短至3min，在此參數(shù)條件下運行25～30d；

e.當(dāng)污泥粒徑達(dá)0.5～1.0mm、SVI為30～40mL g^-1左右、反應(yīng)柱中COD_Cr和氨氮去除率能達(dá)85％以上時，視為污泥顆?；瓿伞?/p>

進(jìn)一步的，所述的SBR反應(yīng)柱的高徑比為3.67。

進(jìn)一步的，還包括步驟D，逐步在模擬廢水中添加30％、50％、100％實際生活污水，考察好氧顆粒污泥對實際生活污水的適應(yīng)性及除污效果，在運行周期中增加缺氧段，缺氧段時間控制在0.5～1h，為好氧顆粒污泥中反硝化菌提供缺氧環(huán)境，提高除氮效果。

本發(fā)明的有益效果是：按照本發(fā)明的方法可在常規(guī)SBR反應(yīng)柱中培養(yǎng)出沉降快、微生物量大及除污性能好的好氧顆粒污泥，與現(xiàn)有的在高徑比大于10的SBR反應(yīng)柱中培養(yǎng)相比，降低了建設(shè)及運營成本，彌補(bǔ)了常規(guī)SBR反應(yīng)柱培養(yǎng)好氧顆粒污泥的研究的空白，是一種高效經(jīng)濟(jì)的新型污水處理技術(shù)，為該技術(shù)的規(guī)模實際應(yīng)用提供了可行性。

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖。

圖2為本發(fā)明的常規(guī)SBR反應(yīng)柱中污泥顆粒化過程示意圖。

圖3為本發(fā)明的好氧顆粒污泥外觀形態(tài)變化圖。

圖4為本發(fā)明的好氧顆粒污泥SEM及EDX圖。

圖5為本發(fā)明的好氧顆粒污泥沉降性能圖。

圖6為本發(fā)明的好氧顆粒污泥除污性能圖。

具體實施方式

如附圖1所示，本實施例的一種在SBR反應(yīng)柱中培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法，在高徑比小于6的常規(guī)SBR反應(yīng)柱中，通過控制反應(yīng)柱的運行參數(shù)，將絮狀活性污泥逐步轉(zhuǎn)變成密實的顆粒狀污泥，獲得沉降快、除污性能優(yōu)良的好氧顆粒污泥，本實施例優(yōu)選的SBR反應(yīng)柱的高徑比為3.67，在高徑比為3.67的SBR反應(yīng)柱中，對絮狀活性污泥進(jìn)行顆?；唧w步驟為：

A.取經(jīng)預(yù)處理后的生活污水處理廠活性污泥作為接種污泥，用高徑比小于6的常規(guī)SBR反應(yīng)柱作為反應(yīng)器，用模擬廢水對活性污泥進(jìn)行培養(yǎng)馴化3～5d，在污泥SVI為95～100mL g^-1時，視為培養(yǎng)馴化結(jié)束；

B.將進(jìn)水COD_Cr濃度從150mg L^-1逐步提高至800mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度從30mg L^-1逐步提高至60mg L^-1、沉降時間從15min逐步縮短至3min，逐步增大好氧顆粒污泥粒徑，完成污泥顆粒化，本實施例優(yōu)選的具體步驟包括：

a.初始狀態(tài)反應(yīng)柱的運行參數(shù)為：進(jìn)水COD_Cr濃度為150mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度為30mg L^-1、總磷濃度為5mg L^-1、曝氣量為4L min^-1、沉降時間為15min，在此參數(shù)條件下運行25～30d；

b.當(dāng)出現(xiàn)較多塊狀污泥、SVI為80～90mL g^-1時，反應(yīng)柱的運行參數(shù)調(diào)整為：進(jìn)水COD_Cr濃度提高至300mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度提高至40mg L^-1、總磷濃度為5mg L^-1、曝氣量為4L min^-1、沉降時間縮短至8min，在此參數(shù)條件下運行15～20d；

c.當(dāng)污泥粒徑以0.1～0.3mm為主、SVI為70～80mL g^-1左右時，反應(yīng)柱的運行參數(shù)調(diào)整為：進(jìn)水COD_Cr濃度提高至500mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度50mg L^-1、總磷濃度為5mg L^-1、曝氣量為4L min^-1、沉降時間縮短至5min，在此參數(shù)條件下運行15～20d；

d.當(dāng)污泥粒徑增大至0.3～0.7mm、SVI為50～60mL g^-1左右時，反應(yīng)柱的運行參數(shù)調(diào)整為：進(jìn)水COD_Cr濃度提高至800mg L^-1、進(jìn)水氨氮濃度提高至60mg L^-1、總磷濃度為5mg L^-1、曝氣量為4L min^-1、沉降時間縮短至3min，在此參數(shù)條件下運行25～30d；

e.當(dāng)污泥粒徑達(dá)0.5～1.0mm、SVI為30～40mL g^-1左右、反應(yīng)柱中COD_Cr和氨氮去除率能達(dá)85％以上時，視為污泥顆?；瓿?。

C.在污泥顆?；瓿珊?，控制反應(yīng)柱的運行參數(shù)，進(jìn)水COD_Cr濃度保持在100mg L^-1以上、進(jìn)水氨氮濃度保持在5mg L^-1以上、總磷濃度保持在3mg L^-1以上、曝氣量保持在2L min^-1以上、沉淀時間控制在3～5min，保持好氧顆粒污泥穩(wěn)定運行，不出現(xiàn)好氧顆粒污泥大規(guī)模解體現(xiàn)象。

為了使本實施例培養(yǎng)的好氧顆粒污泥更好的適應(yīng)實際生活污水，本實施例優(yōu)選的還包括步驟D，逐步在模擬廢水中添加30％、50％、100％實際生活污水，考察好氧顆粒污泥對實際生活污水的適應(yīng)性及除污效果，在運行周期中增加缺氧段，缺氧段時間控制在0.5～1h，為好氧顆粒污泥中反硝化菌提供缺氧環(huán)境，提高除氮效果。

如圖2所示的本實施例的污泥顆?；^程可知，在常規(guī)SBR反應(yīng)柱中，在一定處理周期內(nèi)不斷降低污泥沉降時間，將絮狀、小顆粒污泥隨出水逐步洗出，密實的顆粒狀污泥保留下來，慢慢形成以密實顆粒污泥為優(yōu)勢菌的污泥。

如圖3所示的本實施例的好氧顆粒污泥的外觀形態(tài)逐步變化可知，培養(yǎng)初期污泥逐漸由絮狀向顆粒狀轉(zhuǎn)變，在第25天出現(xiàn)了細(xì)小的塊狀污泥，當(dāng)中絮狀活性污泥較多，塊狀污泥之間沒有明顯分開。隨著反應(yīng)系統(tǒng)的不斷運行，在第45天形成了粒徑在0.1～0.3mm之間的初期好氧顆粒污泥，該污泥粒徑小、形狀不規(guī)則，主要呈現(xiàn)棒狀或橢球狀，同時其結(jié)構(gòu)也較為松散。隨著周期、沉淀時間的縮短以及進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷的逐漸提高，污泥粒徑逐漸增大，最終在第65天形成了形狀規(guī)則、粒徑分布均勻、結(jié)構(gòu)密實的好氧顆粒污泥。之后污泥粒徑繼續(xù)逐步增大，在第90天好氧顆粒污泥的粒徑主要集中于0.5～1.0mm之間，并保持穩(wěn)定。

如圖4所示的利用SEM觀察的好氧顆粒污泥表面形貌可知，R1培養(yǎng)出的好氧顆粒污泥表面有密集的微生物聚集，當(dāng)中以球菌與桿狀菌為主，好氧顆粒污泥表面凹凸不平，有較多孔隙。對顆粒局部進(jìn)一步放大觀察，并通過EDX對該部位進(jìn)行了元素組成分析，由結(jié)果可知，C、O、N、P、Na和Fe是最主要的組成元素，其組成比例分別為46.96％、35.03％、9.69％、2.41％、2.19％和1.78％。

如圖5所示的好氧顆粒污泥沉降性能圖可知，當(dāng)進(jìn)水COD_Cr濃度從300mgL^-1逐漸升高至800mg L^-1，運行周期從6h降低到4h，沉淀時間從15min逐步降低到3min時，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度和污泥的沉降性能發(fā)生變化。在培養(yǎng)初期由于污泥仍處于適應(yīng)期，污泥濃度下降明顯，第10天以后隨著沉淀時間的縮短，部分沉降性能差的污泥被排出，污泥濃度有所下降。隨后，沉降性能好的污泥在反應(yīng)器中逐漸占據(jù)優(yōu)勢并大量增殖，污泥濃度也逐漸上升，在第65天以后MLSS保持在5500mg L^-1左右，MLVSS/MLSS達(dá)到85％左右，而MLVSS/MLSS是衡量污泥中活性微生物濃度的重要指標(biāo)，一般在70％～80％。同時，在污泥濃度逐漸增加的情況下，污泥體積指數(shù)(SVI)卻逐漸下降，最終穩(wěn)定在36mL g^-1，SVI值是判斷污泥沉降濃縮性能的重要參數(shù)，一般認(rèn)為在污泥體積指數(shù)值低于150mL g^-1時，污泥有良好沉降性。

如圖6所示的顆粒污泥的除污性能可知，COD_Cr去除率隨反應(yīng)器運行時間增加而增大。為促進(jìn)好氧顆粒污泥的形成，逐步將進(jìn)水COD_Cr濃度從300mgL^-1提升至800mg L^-1，COD_Cr去除效果均能保持穩(wěn)定，且均能保持90％以上去除率。為促進(jìn)好氧顆粒污泥的形成，逐步將進(jìn)水氨氮濃度從30mg L^-1提升至50mg L^-1。在運行時間30d內(nèi)，隨著污泥活性的提高，氨氮去除效果隨運行時間的增加越來越好，在50d時，氨氮去除率達(dá)到85％。在運行時間30d內(nèi)，隨著污泥活性的提高，污泥對P的需求越來越多，以滿足自身增殖的需求，從而總磷的去除率隨運行時間的增加而增大，在30d時，總磷去除率達(dá)到42.5％。由于硝化菌生長較慢，在培養(yǎng)前40天，出水硝態(tài)氮不斷累積，最終達(dá)到14.5mg L^-1，當(dāng)硝化菌培養(yǎng)成熟后，硝態(tài)氮濃度一直下降，最終保持在4mg L^-1左右，硝態(tài)氮有一定累積，表明目前反硝化能力有限。出水亞硝氮濃度在培養(yǎng)前35天一直隨運行時間的增加而下降，之后穩(wěn)定在0.5mg L^-1以下，表明氨氧化菌生長較快。

由以上分析可知，將絮狀活性污泥顆粒化可提高污泥的沉降性能及除污性能，是一種高效經(jīng)濟(jì)的新型污水處理技術(shù)。本發(fā)明的好氧顆粒污泥是在高徑比為3.67的SBR反應(yīng)柱中培養(yǎng)馴化，并穩(wěn)定運行，取得良好除污效果，這對該技術(shù)的大規(guī)模實際應(yīng)用提供了可行性。