申请日2017.06.15
公开(公告)日2017.11.21
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明公开了一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法。该方法在连续运行的厌氧同时反硝化产甲烷耦合体系中，通过控制初始颗粒污泥平均粒径在1.0~3.0 mm之间，并投加可溶性钙盐后，调节体系pH在7~9范围内，加强出水回流，促进钙盐沉积及微生物菌体附着和生长，增大颗粒污泥比重和紧实程度，限制菌群增殖速率，实现有效自截留，在偏碱性(pH=7~9)条件下实现颗粒污泥稳定性的增强。本发明方法操作简便，效率高，为不同条件下强化体系中颗粒污泥稳定性、实现颗粒污泥在体系中的自行截留以及维持较高生物量提供了参考和指导，具有显著工程价值。
权利要求书
1.一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在连续运行的厌氧同时反硝化产甲烷耦合体系中，控制初始颗粒污泥的平均粒径，待投加可溶性钙盐后，调节体系pH值至微碱性，同时增大出水回流比，控制体系的上升流速;
(2)将过程中漂浮及冲洗出反应器的颗粒污泥在收集、脱气后，与可溶性钙盐的水溶液混合后回流至体系中，待强化后自行截留在体系中，继续进行连续培养，实现厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的增强。
2.根据权利要求1所述的一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，步骤(1)中，控制初始颗粒污泥的平均粒径在1.0~3.0 mm之间，其中，体系中大于3.0 mm的大粒径颗粒污泥用搅拌器切割成粒径在1.0~3.0 mm之间的颗粒污泥。
3.根据权利要求1所述的一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述可溶性钙盐的投加方式为多次连续性投加，投加前用清水溶解，再与体系进水互配后于反应器底部共同泵入体系中;以体系进水中的Ca2+计，所述可溶性钙盐的投加浓度为100~500 mg/L，且保持体系中的Ca2+浓度为100~500 mg/L至整个增强过程结束。
4.根据权利要求1所述的一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述调节体系pH值是调节体系pH值至7.0~9.0。
5.根据权利要求1所述的一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，步骤(1)中，增大出水回流比至初始回流比值的1~1.25倍。
6.根据权利要求1所述的一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，步骤(1)中，控制体系的上升流速为3~5 m/h。
7.根据权利要求1所述的一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，步骤(2)中，过程中漂浮及冲洗出反应器的颗粒污泥用斜筛滤过收集，并及时脱气;所述脱气的压力为-0.1~0.5 MPa，脱气的时间为10~30 min。
8.根据权利要求1所述的一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述可溶性钙盐的水溶液中，钙离子的浓度为100~500 mg/L;脱气后的颗粒污泥与可溶性钙盐的水溶液的混合比为1:10~50 g/mL。
9.根据权利要求1所述的一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述强化的终点以颗粒污泥沉降速度大小计，颗粒污泥的静态沉降速度控制在60~100 m/h，颗粒污泥中沉积钙含量在3~10%;整个增强过程持续的时间为7~30天。
10.根据权利要求1所述的一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，其特征在于，步骤(1)、(2)中，所述可溶性钙盐包括氯化钙、硝酸钙和硝酸铵钙中的一种以上。
说明书
一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法
技术领域
本发明涉及废水生物处理与回用领域，特别涉及一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法。
背景技术
当前水环境污染状况随着工业化和城市化步伐的加快而呈现出新趋势，如水体中有机污染物组分日趋复杂、难降解污染物比例大幅提升，氮、磷、硫等营养物质含量增多，单一处理技术已较难实现水环境污染的高效控制与治理。厌氧同时反硝化产甲烷耦合处理技术将产甲烷与反硝化代谢在同一反应器中实现耦合，促进菌群间生物链协同代谢，有效提升水解酸化效率，在反硝化菌群协同下优先降解过程中丙酸、丁酸等中间产物并生成碱度增强体系中稳定性，实现厌氧生物处理功能拓展和效率提升;反硝化菌群可利用过程中多样碳源，实现碳源增补，有效提升过程稳定性，实现“1+1>2”效果。废水厌氧同时反硝化产甲烷耦合处理技术在弥补常规厌氧生物处理和生物反硝化过程缺陷的同时，亦可在更少的反应器内实现有机碳、氮素以及磷、硫等物质同除，流程紧凑、占地少，兼有碳源增补和能量回收等优点，可有效降低资源和能源消耗等诸多优势，已被应用于多种高浓度碳、氮废水处理中，效果显著。
然而，在耦合过程中因颗粒状污泥中不同微生物菌群的快速增殖和演替使得其物化特性及空间结构发生显著变化，表现为粒径增大、结构松散、密度变小易上浮，内部有较大空洞，且其菌体分泌大量胞外聚合物，颗粒污泥外表面黏性增加，更易附着气泡，使得体系中颗粒污泥易漂浮出反应器，引起处理系统生物量流失，在一定程度上影响处理效果和过程稳定性。借鉴在上升流式完全反硝化脱氮过程中，为降低其漂浮流失机率，采用了降低颗粒污泥粒径(搅拌器切割)、增大颗粒密度(铁屑混合)以及削弱气泡粘附力(活性碳投加)，上述方法在短时内可降低流失机率，然而均不能完全避免颗粒污泥漂浮流失。有研究显示降低体系中微生物的增殖速率，尤其是反硝化菌群的增殖速率，可有效降低体系中颗粒状污泥流失机率，其通过采用降低操作温度、碳源替代(代谢速率较慢)以及低硝酸盐氮负荷等方法展开相关研究，并在较低的硝酸盐氮负荷下获得较为稳定的颗粒污泥(FengWang,Xibiao Jin,et al.A control strategy for promoting the stability ofdenitrifying granular sludge in upflow sludge blankets,EnvironmentalTechnology,2014,35(1-4):52-59,DOI:10.1080/09593330.2013.808250)。
在上述已公开的技术方法中，借助搅拌物理切割、与铁屑混合及活性炭投加等单纯物理手段对体系中颗粒污泥粒径、密度等特性加以改造，降低其流失机率有限，且将颗粒污泥与铁屑混合，仅可在投加后一定时间内增加污泥比重，后续随着铁离子溶出而致使效果大打折扣;而借助降低操作温度、碳源替代以及降低硝酸盐氮负荷等方法，人为控制体系中反硝化菌群代谢和增殖速率，避免颗粒污泥过度增长及物化特性突变，可有效实现颗粒污泥强化和截留。然而在降低其代谢和增殖速率同时对体系处理效率的损害较大，且碳源替代也在一定程度上增加了处理成本;另外，同时反硝化产甲烷颗粒污泥相较于完全反硝化颗粒污泥，其过程中菌群构成更为复杂。
如何在调控厌氧同时反硝化产甲烷体系中不同菌群增殖速率的同时对体系处理效率不造成较大损伤，寻找新型强化同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，对将来更好地实现高效废水耦合处理技术的开发和应用意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法。该方法在连续运行的厌氧同时反硝化产甲烷耦合体系中，通过控制初始颗粒污泥平均粒径在1.0～3.0mm之间，并投加适量可溶性钙盐后，调节体系pH在7～9范围内，加强出水回流，促进钙盐沉积及微生物菌体附着和生长，增大颗粒污泥比重和紧实程度，限制菌群增殖速率，实现有效自截留，在偏碱性(pH=7～9)条件下实现颗粒污泥稳定性的增强。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法，包括如下步骤：
(1)在连续运行的厌氧同时反硝化产甲烷耦合体系中，控制初始颗粒污泥的平均粒径，待投加可溶性钙盐后，调节体系pH值至微碱性，同时增大出水回流比，控制体系的上升流速;
(2)将过程中漂浮及冲洗出反应器的颗粒污泥在收集、脱气后，与可溶性钙盐的水溶液混合后回流至体系中，待强化后自行截留在体系中，继续进行连续培养，实现厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的增强。
进一步地，步骤(1)中，控制初始颗粒污泥的平均粒径在1.0～3.0mm之间，其中，体系中大于3.0mm的大粒径颗粒污泥用搅拌器切割成粒径在1.0～3.0mm之间的颗粒污泥。
进一步地，步骤(1)中，所述可溶性钙盐的投加方式为多次连续性投加，投加前用清水溶解，再与体系进水互配后于反应器底部共同泵入体系中。
进一步地，步骤(1)中，以体系进水中的Ca2+计，所述可溶性钙盐的投加浓度为100～500mg/L，且保持体系中的Ca2+浓度为100～500mg/L至整个增强过程结束。
进一步地，步骤(1)中，所述调节体系pH值是调节体系pH值至7.0～9.0。
进一步地，步骤(1)中，增大出水回流比至初始回流比值的1～1.25倍，通过强化体系出水回流以补充体系碱度，同时促进钙离子回收利用以及钙离子在颗粒污泥内部的沉积，有利于增加颗粒污泥比重，提升颗粒污泥的静态沉降速率。
进一步地，步骤(1)中，控制体系的上升流速为3～5m/h，实现强化体系出水回流过程。
进一步地，步骤(2)中，过程中漂浮及冲洗出反应器的颗粒污泥用斜筛滤过收集，并及时脱气。
进一步地，步骤(2)中，所述脱气的压力为-0.1～0.5MPa，脱气的时间为10～30min。
进一步地，步骤(2)中，所述可溶性钙盐的水溶液中，钙离子的浓度为100～500mg/L。
进一步地，步骤(2)中，脱气后的颗粒污泥与可溶性钙盐的水溶液的混合比为1:10～50g/mL。
进一步地，步骤(2)中，所述强化的终点以颗粒污泥沉降速度大小计，颗粒污泥的静态沉降速度控制在60～100m/h，颗粒污泥中沉积钙含量在3～10%。
进一步地，步骤(2)中，整个增强过程持续的时间为7～30天。
进一步地，步骤(1)、(2)中，所述可溶性钙盐包括氯化钙、硝酸钙和硝酸铵钙中的一种以上，可溶性钙盐为不同微生物菌体附着及堆积提供了有效粗糙表面和孔隙结构，提升颗粒污泥紧实程度，强化效率高，在短时期内实现了体系中颗粒污泥稳定性的提升。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明方法操作简便，对外界环境条件无特殊要求，参数控制较少，条件易控，经济可行，实施过程方便，在用于强化厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的过程中，对维持体系中较高的生物量以及较高的有机物去除效率和稳定性有较为显著作用;
(2)本发明方法在控制初始颗粒污泥粒径基础上，借助钙离子在颗粒污泥内部的沉积，一方面增加颗粒污泥比重，提升颗粒污泥的静态沉降速率，实现生物自截留;同时，另一方面利用可溶性钙盐为不同微生物菌体附着及堆积提供了有效粗糙表面和孔隙结构，提升颗粒污泥紧实程度，强化效率高，在短时期内实现了体系中颗粒污泥稳定性的提升，强化过程可重复性强;
(3)本发明方法操作简便，效率高，为不同条件下强化体系中颗粒污泥稳定性、实现颗粒污泥在体系中的自行截留以及维持较高生物量提供了参考和指导，具有显著工程价值。